Duplex-Edelstahlpulver 2205, 2507 & 2707
Mit der rasanten Entwicklung der additiven Fertigungstechnologie, die durch den 3D-Druck repräsentiert wird, hat die Anwendung von rostfreiem Super-Duplex-Stahl in verschiedenen Bereichen wie Marine, Chemie und Erdöl begonnen. Die präzise und kontrollierbare chemische Zusammensetzung von Duplex-Edelstahlpulver ist die Grundlage und die Schwierigkeit bei der Herstellung dieser Art von Pulver. Aus der Perspektive der Produktionspraxis wird in diesem Beitrag detailliert analysiert, wie die Schlüsseltechnologien durchbrochen werden können, um eine stabile Massenproduktion zu erreichen.
Duplex-Edelstahl (DSS) ist ein mehrphasiger metallischer Konstruktionswerkstoff, der aus einem vergleichbaren Volumenanteil von Ferrit (α) und Austenit (γ) besteht. Er vereint die Vorteile von ferritischem und austenitischem nicht rostendem Stahl mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, hoher Festigkeit und guter Plastizität.
Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung der typischen nichtrostenden Duplexstähle 2205, 2507 und 2707, und Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften dieser typischen nichtrostenden Stähle.
| Klasse | UNS-Nr. | DE Nr. | C | Cr | Ni | Mo | Cu | N |
| 2205 | S32205 | 1.4462 | ≤0.03 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 3.0-3.5 | – | 0.14-0.20 |
| 2507 | S32507 | 1.441 | ≤0.03 | 24.0-26.0 | 6.0-8.0 | 3.0-5.0 | ≤0.5 | 0.24-0.32 |
| 2707 | S32707 | ≤0.03 | 26.0-29.0 | 5.5-9.5 | 4.0-5.0 | ≤1.0 | 0.30-0.50 |
Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung von 2205, 2507, 2707 (Gew.-%)
| UNS-Nr. | Rp0,2/Mpa(ksi) | Rm/Mpa(ksi) | δ/% | DE Nr. | Rp0,2/Mpa(ksi) | Rm/Mpa(ksi) | δ/% | |
| 2205 | S32205 | 450(65) | 655(95) | 25 | 1.4462 | 460(67) | 640(93) | 25 |
| 2507 | S32507 | 550(80) | 795(116) | 15 | 1.441 | 530(77) | 730(106) | 20 |
| 2707 | S32707 | 580(84) | 850(124) | 25 | 570(83) | 845(123) | 25 |
Tabelle 2 Mechanische Eigenschaften von 2205, 2507, 2707
Darunter der rostfreie Super-Duplex-Stahl 2507 wurde speziell für Anwendungen in der Schifffahrt, Chemie- und Erdöltechnik entwickelt und zeichnet sich durch hervorragende Lochfraßbeständigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und hohe mechanische Eigenschaften in rauen Umgebungen, wie z. B. chloridhaltigen Säuren, aus.
Abbildung 1 zeigt den Vergleich der Korrosionsgeschwindigkeit von Duplex- und austenitischen nichtrostenden Stählen bei Siedetemperaturen in einem Gemisch aus 50 % Essigsäure und verschiedenen Mengen Ameisensäure. Abbildung 2 zeigt einen Vergleich der Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit verschiedener nichtrostender Stähle beim Mischkristallglühen, gemessen nach ASTM G482 (6 % FeCl3).
Mit dem zunehmenden Fortschritt in den Bereichen Energie und Umweltschutz werden für das Gehäuse und die Schaufel der Turbine in der Gezeitenkraftanlage, das Ventil im Kernkraftwerk und das Laufrad in einigen Entschwefelungsanlagen meist gegossener rostfreier Duplexstahl verwendet. Einige Gussteile aus rostfreiem Duplexstahl mit komplexer Struktur sind jedoch schwer zu gießen, was ihre Entwicklung einschränkt.
Im Vergleich zu herkömmlichen Gussverfahren liegt der Vorteil des 3D-Drucks darin, dass komplexe Teile direkt aus Pulvern hergestellt werden können, ohne dass herkömmliche Fertigungsverfahren wie Strangpressen, Schmieden, Gießen und sekundäre Bearbeitung erforderlich sind, um die gewünschte Form zu erhalten. Die mechanischen Eigenschaften des Materials können das Niveau des Gusses erreichen oder übertreffen.
Es wird davon ausgegangen, dass Truer Technology Co., Ltd. seit 2021 mit der Forschung und Entwicklung einer Reihe von rostfreiem Duplexstahlpulver begonnen hat. Diese Art von rostfreiem Duplexstahl hat einen hohen N-Gehalt und ein enges Zusammensetzungsintervall, und wie man den N-Gehalt in der Legierung genau und stabil kontrolliert, ist auch eine technische Herausforderung.
Auf der Grundlage der thermodynamischen und kinetischen Berechnungen der N-Legierung hat das RD-Team von TruerStainless Steel Powder ein einstellbares Verfahren zur Steuerung der N-Legierung entwickelt, um eine stabile und genaue N-Steuerung zu erreichen. Der Regelungsgrad der von Truer hergestellten Serie von N-haltigen Duplex-Edelstählen ist in Abbildung 3 dargestellt, und der N-Gehalt aller Arten von Duplex-Edelstählen wird in allen Öfen innerhalb des Zielbereichs geregelt. Der N-Gehalt von 2205 kann stabil zwischen 0,16~0,19 Gew.-%, der N-Gehalt von 2507 zwischen 0,26~0,30 Gew.-% und der von 2707 zwischen 0,42~0,46 Gew.-% gesteuert werden.
Abbildung 4 zeigt die Veränderungen der wichtigsten Legierungselemente in den verschiedenen Öfen des von Truer hergestellten nichtrostenden Duplexstahls 2507. Es zeigt sich, dass der Gehalt an verschiedenen Legierungselementen in den verschiedenen Öfen im Wesentlichen gleich ist, was auf eine gute Schmelzkontrolle hindeutet.
Aus diesem Grund der Legierungselemente Kontrolle, Truer EdelstahlpulverRD Team entwickelt datengesteuerte Zerstäubung Technologie, schloss die Simulation Berechnung der Parameter, einschließlich der Phasenübergang während der Erstarrung, die Änderung der Wärmeleitfähigkeit während der Erstarrung, und die physikalischen Eigenschaften des flüssigen Metalls (Viskosität, Oberflächenspannung), und stellte eine vollständige Reihe von “physikalischen Eigenschaften von Metall Erstarrung Prozess”, die vollständige Daten Unterstützung für die Gas-Zerstäubung von Duplex-Edelstahl.Abbildungen 5-8 zeigt die Simulationsergebnisse der Korrelation physikalischen Eigenschaften von 2507 Duplex-Edelstahl.
Abbildung 9 zeigt die REM-Morphologie des von Truer hergestellten Pulvers aus rostfreiem Superduplexstahl 2507 mit einer PSD von 15-53μm. Das Pulver hat eine gute Sphärizität, eine glatte Oberfläche und wenige Satellitenkugeln. Tabelle 3 vergleicht die physikalischen Eigenschaften verschiedener Sorten von Pulvern aus rostfreiem Duplexstahl. Es zeigte sich, dass die Kontrolle der Partikelgröße (15-53um) sehr stabil ist (D10:18-23um, D50:32-36um, D90:52-56um).
| Klasse | UNS-Nr. | Größenverteilung | Fließfähigkeit(s/50g) | Scheinbare Dichte(g/cm³) | Gewindebohrer Dichte(g/cm³) |
| 2205 | S32205 | D10/um:21.6 D50/um:34.7 D90/um:54.3 | 20 | 4.20 | 4.73 |
| 2507 | S32507 | D10/um:20.3 D50/um:32.9 D90/um:52.4 | 19.8 | 4.18 | 4.7 |
| 2707 | S32707 | D10/um:20.5 D50/um:33.1 D90/um:53.5 | 19.6 | 4.16 | 4.68 |
Tabelle 3 Physikalische Eigenschaften verschiedener Duplex-Edelstahlpulver mit PSD 15-53um
Das Forschungs- und Entwicklungsteam für nichtrostende Stahlpulver führte auch eine metallografische Untersuchung des Duplex-Edelstahlpulvers durch. Abbildung 10 zeigt den Ätzzustand des Pulvers in 2507 Pulver mit PSD 15-53μm. Aus der Abbildung ist deutlich zu erkennen, dass das Pulver im Inneren eine gleichmäßige gleichachsige Kristallstruktur aufweist.
Truers realisierte erfolgreich die serielle Zweiphasen-Edelstahl-Charge und eine stabile Produktion, die zur Forschung und Entwicklung beiträgt, einschließlich computergestütztem Legierungsdesign, atmosphärisch einstellbarem Legierungsprozess, datengesteuerter kundenspezifischer Gaszerstäubung und anderer integrierter Steuerungstechnologie.
Truer hat eine Reihe von hochwertigen Pulverprodukten entwickelt und hergestellt, wie die Superlegierungen auf Nickelbasis Inconel 738LC, CMSX-4, Haynes 230, Hastelloy B, Monel 400, BNi-7, NiCrAlY, Nitinol NiTi50, Invar 36, die Co-Basis-Superlegierung Triballoy T800, Haynes 188 und die hochentropischen Legierungen FeCoCrNiMn, AlCoCrFeNi, FeCoNiCrTi, WMoTaNbZr, FeCoNiCrV, CoCrNi und so weiter.