Duplex stainless steel powder 2205, 2507 & 2707
Avec le développement rapide de la technologie de fabrication additive représentée par l'impression 3D, l'acier inoxydable super duplex a commencé à être appliqué dans divers domaines tels que la marine, la chimie et le pétrole. La composition chimique précise et contrôlable de la poudre d'acier inoxydable duplex est la base et la difficulté de la préparation de ce type de poudre. Du point de vue de la pratique de production, cet article analyse en détail la manière de percer les technologies clés pour parvenir à une production de masse stable.
L'acier inoxydable duplex (DSS) est un matériau métallique structurel multiphase composé d'une fraction volumique comparable de ferrite (α) et d'austénite (γ). Il intègre les avantages de l'acier inoxydable ferritique et de l'acier inoxydable austénitique, avec une excellente résistance à la corrosion, une grande solidité et une bonne plasticité.
Le tableau 1 présente la composition chimique des aciers inoxydables duplex typiques 2205, 2507 et 2707, et le tableau 2 présente les propriétés mécaniques de ces aciers inoxydables typiques.
| Grade | N° UNS | FR No. | 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 |
Tableau 1 Composition chimique de 2205, 2507, 2707 (wt%)
| N° UNS | Rp0,2/Mpa(ksi) | Rm/Mpa(ksi) | δ/% | FR 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 |
Tableau 2 Propriétés mécaniques de 2205, 2507, 2707
Parmi eux, l'acier inoxydable super duplex 2507 est spécialement conçu pour les applications maritimes, chimiques et pétrolières. Il présente une excellente résistance aux piqûres, une bonne résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques élevées dans des environnements difficiles tels que ceux contenant des acides chlorés.
La figure 1 compare la vitesse de corrosion des aciers inoxydables duplex et austénitiques à des températures d'ébullition dans un mélange de 50 % d'acide acétique et de différentes quantités d'acide formique. La figure 2 compare la résistance à la corrosion par piqûres et crevasses de divers aciers inoxydables lors d'un recuit en solution solide, telle que mesurée par la norme ASTM G482 (6 % de FeCl3).
Avec les progrès croissants des questions d'énergie et de protection de l'environnement, l'enveloppe et l'aube de la turbine de l'équipement de production d'énergie marémotrice, la valve de la centrale nucléaire et la roue de certains dispositifs de désulfuration utilisent principalement de l'acier inoxydable duplex coulé. Cependant, certaines pièces coulées en acier inoxydable duplex de structure complexe sont difficiles à couler, ce qui limite leur développement.
Par rapport aux procédés de moulage traditionnels, l'avantage de l'impression 3D est la possibilité de fabriquer librement des pièces complexes directement à partir de poudres, sans faire appel aux méthodes de fabrication traditionnelles telles que l'extrusion, le forgeage, le moulage et le traitement secondaire pour obtenir la forme souhaitée, et les propriétés mécaniques du matériau peuvent atteindre ou dépasser le niveau du moulage.
Il est entendu que Truer Technology Co. Ltd. a commencé la recherche et le développement d'une série de poudres d'acier inoxydable duplex depuis 2021. Ce type d'acier inoxydable duplex a une teneur élevée en N et un intervalle de composition étroit, et la manière de contrôler de manière précise et stable la teneur en N dans l'alliage constitue également un défi technique.
Sur la base des calculs thermodynamiques et cinétiques de l'alliage de l'azote, l'équipe de recherche-développement sur les poudres d'acier inoxydable de Truer a formulé un processus de contrôle de l'alliage de l'azote ajustable pour obtenir un contrôle stable et précis de l'azote. Le niveau de contrôle de la série d'acier inoxydable duplex contenant de l'azote produit par Truer est illustré à la figure 3, et la teneur en azote de tous les types d'acier inoxydable duplex dans tous les fours est contrôlée dans la fourchette cible. La teneur en N du 2205 peut être contrôlée de manière stable entre 0,16~0,19 % en poids, la teneur en N du 2507 entre 0,26~0,30 % en poids, le 2707 entre 0,42~0,46 % en poids.
La figure 4 montre les changements des principaux éléments d'alliage dans différents fours de l'acier inoxydable duplex 2507 produit par Truer. Elle montre que la teneur en divers éléments d'alliage est fondamentalement la même dans les différents fours, ce qui témoigne d'une bonne capacité de contrôle de la fusion.
Pour cette raison de contrôle des éléments d'alliage, l'équipe Truer stainless steel powderRD a développé une technologie d'atomisation pilotée par les données, achevé le calcul de simulation des paramètres comprenant la transition de phase pendant la solidification, le changement de conductivité thermique pendant la solidification et les propriétés physiques du métal liquide (viscosité, tension superficielle), et établi un ensemble complet de “propriétés physiques du processus de solidification du métal” ; qui fournit un support de données complet pour l'atomisation au gaz de l'acier inoxydable duplex.Les figures 5-8 montrent les résultats de simulation de la corrélation des propriétés physiques de l'acier inoxydable duplex 2507.
La figure 9 montre la morphologie SEM de la poudre d'acier inoxydable 2507 super duplex avec PSD 15-53μm produite par Truer. La poudre présente une bonne sphéricité, une surface lisse et peu de billes satellites. Le tableau 3 présente la comparaison des propriétés physiques de différentes qualités de poudres d'acier inoxydable duplex. Il montre que le contrôle de la taille des particules (15-53um) est très stable (D10:18-23um, D50:32-36um, D90:52-56um).
| Grade | N° UNS | Répartition par taille | Fluidité (s/50g) | Densité apparente (g/cm³) | Densité du robinet (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 |
Tableau 3 Propriétés physiques de différentes poudres d'acier inoxydable duplex avec PSD 15-53um
L'équipe de recherche et de développement des poudres d'acier inoxydable a également effectué une inspection métallographique de la poudre d'acier inoxydable duplex. La figure 10 montre l'état de gravure de la poudre dans la poudre 2507 avec PSD 15-53μm. Il peut être clairement observé sur la figure que la poudre à l'intérieur est uniforme structure cristalline équiaxiale.
Truers a réalisé avec succès la production en série d'acier inoxydable à double phase et stable, en contribuant à la recherche et au développement, y compris la conception assistée par ordinateur de l'alliage, le processus d'alliage réglable en fonction de l'atmosphère, l'atomisation de gaz personnalisée en fonction des données et d'autres technologies de contrôle intégrées.
Truer a développé et produit une série de produits en poudre haut de gamme tels que le superalliage à base de nickel Inconel 738LC, CMSX-4, Haynes 230, Hastelloy B, Monel 400, BNi-7, NiCrAlY, Nitinol NiTi50, Invar 36, superalliage à base de Co Triballoy T800, Haynes 188, et alliage à haute entropie FeCoCrNiMn, AlCoCrFeNi, FeCoNiCrTi, WMoTaNbZr, FeCoNiCrV, CoCrNi, etc.