Polvo de acero inoxidable dúplex 2205, 2507 y 2707
Con el rápido desarrollo de la tecnología de fabricación aditiva representada por la impresión 3D, el acero inoxidable superdúplex ha comenzado a aplicarse en diversos campos como la Marina, la química y el petróleo. La composición química precisa y controlable del polvo de acero inoxidable dúplex es la base y la dificultad de la preparación de este tipo de polvo. Desde la perspectiva de la práctica de la producción, este artículo analiza en detalle cómo abrirse paso a través de las tecnologías clave para lograr una producción en masa estable.
El acero inoxidable dúplex (DSS) es un material metálico estructural multifásico compuesto por una fracción volumétrica comparable de ferrita (α) y austenita (γ). Integra las ventajas del acero inoxidable ferrítico y del acero inoxidable austenítico, con una excelente resistencia a la corrosión, alta resistencia y buena plasticidad.
La Tabla 1 muestra la composición química de los aceros inoxidables dúplex típicos 2205, 2507 y 2707, y la Tabla 2 muestra las propiedades mecánicas de estos aceros inoxidables típicos.
| Grado | Nº UNS | ES No. | C | Cr | Ni | Mes | Cu | norte |
| 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 |
Tabla 1 Composición química de 2205, 2507, 2707 (% en peso)
| Nº UNS | Rp0,2/Mpa(ksi) | Rm/Mpa(ksi) | δ/% | ES No. | 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 |
Tabla 2 Propiedades mecánicas de 2205, 2507, 2707
Entre ellos, el acero inoxidable superdúplex 2507 está especialmente diseñado para aplicaciones marinas, químicas y de ingeniería petrolífera, con una excelente resistencia a las picaduras, buena resistencia a la corrosión y altas propiedades mecánicas en entornos agresivos, como los que contienen ácidos clorados.
La figura 1 muestra la comparación de la velocidad de corrosión de los aceros inoxidables dúplex y austeníticos a temperaturas de ebullición en una mezcla de 50% de ácido acético y diferentes cantidades de ácido fórmico.La figura 2 muestra una comparación de la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas de varios aceros inoxidables en recocido de solución sólida medida por ASTM G482 (6% FeCl3).
Con el creciente avance de la energía y las cuestiones de protección del medio ambiente, la carcasa y el álabe de la turbina en el equipo de generación de energía mareomotriz, la válvula en la planta de energía nuclear, y el impulsor en algunos dispositivos de desulfuración son en su mayoría el uso de fundición de acero inoxidable dúplex. Pero algunas piezas de acero inoxidable dúplex de estructura compleja son difíciles de fundir, lo que limita su desarrollo.
En comparación con los procesos de fundición tradicionales, la ventaja de la impresión 3D es la capacidad de fabricar libremente piezas complejas directamente a partir de polvos, sin necesidad de recurrir a métodos de fabricación tradicionales como la extrusión, la forja, la fundición y el procesamiento secundario para obtener la forma deseada, y las propiedades mecánicas del material pueden igualar o superar el nivel de fundición.
Se entiende que Truer Technology Co., Ltd. ha iniciado la investigación y el desarrollo de una serie de polvo de acero inoxidable dúplex desde 2021. Este tipo de acero inoxidable dúplex tiene un alto contenido de N y un estrecho intervalo de composición, y cómo controlar de forma precisa y estable el contenido de N en la aleación también es un desafío técnico.
Basándose en los cálculos termodinámicos y cinéticos de la aleación de N, el equipo de I+D de polvo de acero inoxidable de Truer formuló un proceso de control de aleación de N ajustable para obtener un control de N estable y preciso. El nivel de control de la serie de aceros inoxidables dúplex con contenido de N producidos por Truer se muestra en la figura 3, y el contenido de N de todos los tipos de acero inoxidable dúplex en todos los hornos se controla dentro del rango objetivo. El contenido de N del 2205 puede controlarse de forma estable entre 0,16~0,19 % en peso, el del 2507 entre 0,26~0,30 % en peso y el del 2707 entre 0,42~0,46 % en peso.
La figura 4 muestra los cambios de los principales elementos de aleación en diferentes hornos del acero inoxidable dúplex 2507 producido por Truer. El contenido de varios elementos de aleación es básicamente el mismo en los distintos hornos, lo que demuestra una buena capacidad de control de la fundición.
Por esta razón de control de elementos de aleación, el equipo de Truer stainless steel powderRD desarrolló la tecnología de atomización basada en datos, completó el cálculo de simulación de parámetros incluyendo la transición de fase durante la solidificación, el cambio de conductividad térmica durante la solidificación, y las propiedades físicas del metal líquido (viscosidad, tensión superficial), y estableció un conjunto completo de “propiedades físicas del proceso de solidificación del metal”, que proporciona soporte de datos completo para la atomización de gas de acero inoxidable dúplex.Figuras 5-8 muestra los resultados de la simulación de las propiedades físicas de correlación de acero inoxidable dúplex 2507.
La figura 9 muestra la morfología SEM del polvo de acero inoxidable superdúplex 2507 con PSD 15-53μm producido por Truer. El polvo tiene buena esfericidad, superficie lisa y pocas bolas satélites. Y en la Tabla 3 se comparan las propiedades físicas de diferentes grados de polvo de acero inoxidable dúplex. Muestra que el control del tamaño de las partículas (15-53 μm) es muy estable (D10:18-23 μm, D50:32-36 μm, D90:52-56 μm).
| Grado | Nº UNS | Distribución por tamaños | Fluidez(s/50g) | Densidad aparente(g/cm³) | Grifo Densidad(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 |
Tabla 3 Propiedades físicas de diferentes polvos de acero inoxidable dúplex con PSD 15-53um
El equipo de investigación y desarrollo de polvos de acero inoxidable también llevó a cabo la inspección metalográfica del polvo de acero inoxidable dúplex. La figura 10 muestra el estado de grabado del polvo 2507 con PSD 15-53μm. En la figura puede observarse claramente que el polvo tiene en su interior una estructura cristalina equiaxial uniforme.
Truersuccessfully realizado el lote de acero inoxidable de doble fase en serie y la producción estable que contribuye a la investigación y el desarrollo tosome, incluyendo la aleación de diseño asistido por ordenador, la atmósfera ajustable proceso de aleación, atomización de gas personalizada basada en datos y otra tecnología de control integrado.
Truer ha desarrollado y producido una serie de productos en polvo de gama alta, como la superaleación con base de níquel Inconel 738LC, CMSX-4, Haynes 230, Hastelloy B, Monel 400, BNi-7, NiCrAlY, Nitinol NiTi50, Invar 36, Triballoy T800, Haynes 188, y aleaciones de alta entropía como FeCoCrNiMn, AlCoCrFeNi, FeCoNiCrTi, WMoTaNbZr, FeCoNiCrV, CoCrNi, etc.