Duplex stainless steel powder 2205, 2507 & 2707
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de manufatura aditiva representada pela impressão 3D, o aço inoxidável super duplex começou a ser aplicado em vários campos, como marinha, química e petróleo. A composição química precisa e controlável do pó de aço inoxidável duplex é a base e a dificuldade da preparação desse tipo de pó. Do ponto de vista da prática de produção, este documento analisa detalhadamente como romper as principais tecnologias para obter uma produção em massa estável.
O aço inoxidável duplex (DSS) é um material metálico estrutural multifásico que consiste em uma fração de volume comparável de ferrita (α) e austenita (γ). Ele integra as vantagens do aço inoxidável ferrítico e do aço inoxidável austenítico, com excelente resistência à corrosão, alta resistência e boa plasticidade.
A Tabela 1 mostra a composição química dos aços inoxidáveis duplex típicos 2205, 2507 e 2707, e a Tabela 2 mostra as propriedades mecânicas desses aços inoxidáveis típicos.
| Grau | Nº UNS | PT 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 |
Tabela 1 Composição química de 2205, 2507, 2707 (wt%)
| Nº UNS | Rp0.2/Mpa(ksi) | Rm/Mpa (ksi) | δ/% | PT 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 |
Tabela 2 Propriedades mecânicas de 2205, 2507, 2707
Entre eles, o aço inoxidável super duplex 2507 é especialmente projetado para aplicações de engenharia naval, química e de petróleo, com excelente resistência a pites, boa resistência à corrosão e altas propriedades mecânicas em ambientes adversos, como os que contêm ácidos clorados.
A Figura 1 mostra a comparação da taxa de corrosão de aços inoxidáveis duplex e austeníticos em temperaturas de ebulição em uma mistura de 50% de ácido acético e diferentes quantidades de ácido fórmico. A Figura 2 mostra uma comparação da resistência à corrosão por pite e em fendas de vários aços inoxidáveis em recozimento de solução sólida, conforme medido pela ASTM G482 (6% FeCl3).
Com o crescente avanço das questões de energia e proteção ambiental, o casco e a lâmina da turbina no equipamento de geração de energia das marés, a válvula na usina de energia nuclear e o impulsor em alguns dispositivos de dessulfurização usam principalmente aço inoxidável duplex fundido. Mas algumas peças fundidas de aço inoxidável duplex com estrutura complexa são difíceis de fundir, o que limita seu desenvolvimento.
Em comparação com os processos tradicionais de fundição, a vantagem da impressão 3D é a capacidade de fabricar livremente peças complexas diretamente a partir de pós, sem envolver métodos tradicionais de fabricação, como extrusão, forjamento, fundição e processamento secundário para obter a forma desejada, e as propriedades mecânicas do material podem atender ou exceder o nível de fundição.
Entende-se que a Truer Technology Co., Ltd. iniciou a pesquisa e o desenvolvimento de uma série de pó de aço inoxidável duplex desde 2021. Esse tipo de aço inoxidável duplex tem um alto teor de N e um intervalo de composição estreito, e como controlar de forma precisa e estável o teor de N na liga também é um desafio técnico.
Com base nos cálculos termodinâmicos e cinéticos da liga de N, a equipe de pesquisa de pó de aço inoxidável da Truer formulou um processo de controle de liga de N ajustável para obter um controle de N estável e preciso. O nível de controle da série de aço inoxidável duplex com N produzido pela Truer é mostrado na Figura 3, e o teor de N de todos os tipos de aço inoxidável duplex em todos os fornos é controlado dentro da faixa-alvo. O teor de N do 2205 pode ser controlado de forma estável entre 0,16 e 0,19% em peso, o teor de N do 2507 entre 0,26 e 0,30% em peso e o do 2707 entre 0,42 e 0,46% em peso.
A Figura 4 mostra as alterações dos principais elementos de liga em diferentes fornos do aço inoxidável duplex 2507 produzido pela Truer. Ela mostra que o conteúdo de vários elementos de liga é basicamente o mesmo em diferentes fornos, mostrando uma boa capacidade de controle de fundição.
Por esse motivo de controle de elementos de liga, a equipe de pós de aço inoxidável da Truer desenvolveu uma tecnologia de atomização orientada por dados, concluiu o cálculo de simulação de parâmetros, incluindo a transição de fase durante a solidificação, a mudança de condutividade térmica durante a solidificação e as propriedades físicas do metal líquido (viscosidade, tensão superficial), e estabeleceu um conjunto completo de "propriedades físicas do processo de solidificação de metal", que fornece suporte completo de dados para a atomização a gás do aço inoxidável duplex.
A Figura 9 mostra a morfologia do SEM do pó de aço inoxidável super duplex 2507 com PSD 15-53μm produzido pela Truer. O pó tem boa esfericidade, superfície lisa e poucas esferas satélites. E a Tabela 3 apresenta a comparação das propriedades físicas de diferentes graus de pós de aço inoxidável duplex. Ela mostra que o controle do tamanho das partículas (15-53um) é muito estável (D10:18-23um, D50:32-36um, D90:52-56um).
| Grau | Nº UNS | Distribuição de tamanho | Fluidez (s/50g) | Densidade aparente (g/cm³) | Tap Density(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 |
Tabela 3 Propriedades físicas de diferentes pós de aço inoxidável duplex com PSD 15-53um
A equipe de pesquisa e desenvolvimento de pós de aço inoxidável também realizou a inspeção metalográfica do pó de aço inoxidável duplex. A Figura 10 mostra o estado de corrosão do pó no pó 2507 com PSD 15-53μm. Pode-se observar claramente na figura que o interior do pó tem uma estrutura cristalina equiaxial uniforme.
A Truers realizou com sucesso o lote de aço inoxidável de fase dupla em série e a produção estável, contribuindo para a pesquisa e o desenvolvimento, incluindo o projeto assistido por computador de liga, o processo de liga ajustável à atmosfera, a atomização de gás personalizada orientada por dados e outras tecnologias de controle integrado.
A Truer desenvolveu e produziu uma série de produtos em pó de alta qualidade, como a superliga à base de níquel Inconel 738LC, CMSX-4, Haynes 230, Hastelloy B, Monel 400, BNi-7, NiCrAlY, Nitinol NiTi50, Invar 36, a superliga à base de Co Triballoy T800, Haynes 188 e a liga de alta entropia FeCoCrNiMn, AlCoCrFeNi, FeCoNiCrTi, WMoTaNbZr, FeCoNiCrV, CoCrNi e assim por diante.