Duplex acélok nevüket speciális kétfázisú, kb. egyenlő arányú ferritet és ausztenitet tartalmazó szövetszerkezetükről kapták. Kedvező tulajdonságaik speciális mikroszerkezetüknek tulajdonítható. Akár azt is mondhatjuk, hogy egyesítik a két különböző típusú korrózióálló acélok előnyeit.
Az egyik oldalon ott állnak a ferrites és martenzites „krómacélok”, amelyek nagy – 18%-ot meghaladó – Cr-tartalma biztosítja a viszonylag nagy szívósságukat, illetve szövetszerkezetük miatti nagy szilárdságukat és ebből kifolyólag feszültségkorrózióval szembeni jó ellenállásukat klorid tartalmú közegekben. Ezzel szemben helyi korróziós ellenállásuk rosszabb és hegeszthetőségük korlátozott az ausztenites korrózióálló acélokéhoz képest. A hegesztés során az esetlegesen fellépő nagy hűlési sebesség miatt az ilyen acélok nagymértékben hajlamosak „beedződésre”, azaz a martenzites szövet keletkezése miatt felkeményedésre és elridegedésre.
A másik oldalon pedig az ausztenites szövetű korrózióálló acélok találhatók, amelyek jól hegeszthetők, jó szívóssági tulajdonságokkal rendelkeznek és nagyon jó ellenállást tanúsítanak a rés- és lyukkorrózióval szemben.
A duplex acélokban a Cr-tartalom 20-26% között, a Ni-tartalom 3-8% tartományban van, valamint általában ezek az anyagok 1.5-5.5% molibdént is tartalmaznak. Az ilyen ötvözés tovább növeli a lyukkorrózióval szembeni ellenállást, ahogy az a már bemutatott 1. ábrán is jól látható. A jelenleg leggyakrabban használatos duplex acélok megnevezését, besorolását és azok vegyi összetételét az 1. táblázat mutatja be [5].
1. táblázat: Különböző dulpex acélok vegyi összetétele, tulajdonságai és szabványjele.
Duplex acélok hegeszthetősége
Ideálisan a duplex acélok mikroszerkezete megközelítően 50% ausztenitet és 50% ferritet tartalmaz (2. ábra). Ilyen ideális mikroszerkezet úgy érhető el, ha az acélt 1020–1100 °C-on, megközelítően 5 percig lágyítjuk, majd ezt követően „szabályozott körülmények” között (vízben) lehűtjük. A korrózióálló anyagok szövetszerkezetét meghatározó, a szakmai körökben jól ismert Schaeffler-diagramban a duplex acélok az „ausztenit + delta ferrit” mező közepén helyezkednek el.
2. ábra. Duplex acélra jellemző szövetszerkezet az alapanyagban 50% ferrit aránnyal (bal oldali kép) és hegesztést követően a varratban (jobb oldali kép) [5].
Valójában hegesztést követően ideális szövetszerkezetet a helyi „szabályozatlan” felhevítést követően nem tudjuk elérni. A hegesztés során kialakuló hőmérsékletváltozások és hűlési sebességek hatására komplex mikroszerkezeti átalakulások történnek, amelynek eredményeképpen az alapanyagtól eltérő, a kötés különböző részein sem azonos szövetszerkezetet találhatunk (2. ábra). A hőhatásövezetben és a megolvadt zónában a gyors hőciklusok hatására az ausztenit-ferrit aránya nagymértékben különbözhet az alapanyagéhoz viszonyítva. Ez természetesen hatással lehet a varrat mechanikai és korróziós tulajdonságaira is. Jellemzően több a ferrit a hőhatásövezetben, míg a varrat „közepén” inkább az ausztenit van nagyobb mennyiségben jelen. Általában hegesztés után a kötés különböző részein 20-70% közötti ferrit mennyiség alakul ki.
Mivel az ömlesztést követően a primer kristályosodás ferrites, és a ferrit-ausztenit allotróp alakulás szilárd állapotban következik be, a túl nagy hűlési sebesség korlátozhatja az ausztenitképződést. A hőhatásövezetben ugyanakkor a magas hőmérsékletre hevült, nem megolvadt ausztenites szövet egy esetleges hosszabb hőntartásnak köszönhetően eldurvul, egy lassú lehűlés során ferrites átalakulásnak indulhat. A két folyamatnak köszönhetően a kötés ferrit tartalma mind a hőhatásövezetben, mind a megolvasztott részben jelentősen megnövekedhet.
Ahhoz, hogy a megfelelő szövetszerkezeti egyensúly legyen a varratban hegesztés után fontos az alapanyagnak megfelelő hegesztőanyag kiválasztása. Általános szabály, hogy a duplex acélok hegesztéséhez használt hegesztőanyag gyakorlatilag azonos típusú, mint az alapanyag. A hegesztőanyagok Ni-tartalma azonban jellemzően 2-4%-kal nagyobb mint az alapanyagé. Ez biztosítja – nikkel ausztenitképző hatása révén – a jól kiegyenlített ausztenit-ferrit arányt a varratban. A 2. táblázat mutatja az általánosan alkalmazott hegesztőanyagokat és azok összetételét [5].
Esetenként, különösen 22% Cr-tartalmú acélok gyökvarratának hegesztésénél, nagyobb króm-tartalmú hegesztőanyagokat használnak a lyukkorrózióval szembeni ellenállás növelése céljából. Gondolni kell azonban arra, hogy ezek a hegesztőanyagok – a megfelelő alapanyagokhoz hasonlóan – érzékenyebbek az ún. intermetallikus fázisok képződésére. Ennek következtében a szívósság csökkenhet, ezért a hegesztési paramétereket gondosan kell megválasztani, szigorúan be kell tartani. Amennyiben a duplex, vagy szuperduplex hegesztett kötéseknek a korrózióállósággal és a mechanikai tulajdonságokkal szembeni legmagasabb követelményeket kell kielégítenie, akkor túlötvözött hegesztőanyagok használata ajánlott. Ilyen esetben Ni-alapú ötvözet (amelynél PRE=55…60) biztosítja a legnagyobb ellenállást feszültség- és lyukkorrózióval szemben.
