Duplex-teräs

Duplex-teräs on korroosiota kestävä teräs, jolla on austeniittis-ferriittinen mikrorakenne. Pääainesosat ovat kromi (Cr) ja nikkeli (Ni), mutta teräkseen voidaan lisätä erilaisia seosaineita, jotka parantavat teräksen korroosionkestoa ja antavat rakenteellista kestävyyttä. Tällaisia seosaineita ovat muun muassa typpi (N), molybdeeni (Mo), kupari (Cu), pii (Si) ja volframi (W). Duplex-teräksillä on erittäin hyvä jännitys- ja väsymiskorroosion kesto. Tämä mahdollistaa kyseisten terästen käyttämisen monissa eri sovelluskohteissa, joilta edellytetään hyvää korroosionkestokykyä. Duplex-teräkset voidaan luokitella niiden sisältämien seosaineiden ja korroosionkeston mukaan. Ryhmiä ovat Lean duplex, standard duplex, super duplex ja hyper duplex. Duplex-teräksien ominaisuudet, kuten hyvä korroosionkesto, saavutetaan pienemmillä seosaineiden määrillä kuin vastaavien austeniittisten ruostumattomien terästen valmistaminen. Tämän takia duplex-teräkset ovat erittäin kustannustehokas vaihtoehto ruostumattomien teräksien käytölle.

Seosaineet

Duplex-teräksissä on pääasiallisesti kromia (Cr) ja nikkeliä (Ni). Näiden lisäksi voidaan käyttää tiettyjä seosaineita tarvittavien ominaisuuksien saavuttamiseksi.

Kromi

Kromia (Cr) on duplex-teräksissä pääasiallisesti noin 21-28%. Kromi muodostaa passiivisen kerroksen teräksen pinnalle, mikä tekee teräksestä ruostumattoman. Kromipitoisuuden on tällöin oltava vähintään 11%. Kromilla on myös ferriittifaasia stabiloiva vaikutus. Korkeissa lämpötiloissa lisätty kromi kasvattaa teräksen hapettumisenkestoa.

Nikkeli

Nikkeliä (Ni) on duplex-teräksissä noin 1,5-7%. Nikkelin käyttö teräksessä lisää sen muokattavuutta ja hidastaa mahdollisesti jo alkanutta korroosiota. Nikkelillä on kromin tavoin puolestaan vaikutusta austeniittifaasin stabiloimisessa. Lisätty nikkeli edesauttaa ruostumattoman teräksen kiderakenteen muuttumista tilakeskeisestä kuutiollisesta pintakeskeiseen kuutiolliseen. Kiderakenteen muutos korreloi suoraan duplex-teräksen kovuuteen.

Typpi

Typpi (N) lisää duplex-teräksen lujuutta ja hidastaa erityisesti pistekorroosion muodostumista. Typellä on myös austeniittifaasia stabiloivia ominaisuuksia. Hyvä hitsattavuus perustuu pääasiallisesti typen käyttöön seosaineena.

Molybdeeni

Molybdeeniä (Mo) on duplex-teräksissä noin 1,5-3,5%. Molybdeeni seosaineena parantaa teräksen korroosionkestoa erityisesti kloridi-pitoisessa ympäristössä.

Kupari

Kuparia (Cu) on duplex-teräksessä pääasiallisesti noin 0,5-2,0%. Kupari vähentää korroosiota erityisesti happopitoisessa ympäristössä esimerkiksi rikkihapon läsnä ollessa. Liian suuri kuparipitoisuus vaikeuttaa kuumamuokattavuutta teräksen kovettuvuutta.

Valmistaminen

Duplex-terästä valmistettaessa on tavoitteena valmistaa seos, jossa on n. 50% austeniittia ja 50% ferriittiä. Kaupallisten seosten suhde voi olla myös 40/60, eli 40% austeniittia ja 60% ferriittiä. Valmistusprosessi noudattaa yleistä ruostumattomien terästen valmistusta. Työstön vaiheita ovat mm. sulatus, valaminen, muotoilu, lämpökäsittely, leikkaus ja viimeistely. Lämpökäsittely on teräkselle välttämätön työstövaihe. Lämpökäsittelyssä (hehkutus) terästä kuumennetaan ja jäähdytetään valvotuissa olosuhteissa sisäisten jännitysten laukaisemiseksi. Lämpökäsittelyssä tulee ottaa huomioon haurautta aiheuttavan sigmafaasin muodostuminen. Sigmafaasi on kromin ja raudan välinen faasi, joka ilmenee työstölämpötilan ollessa 600-950 °C. Sigmafaasilla on tetragonaalinen kiderakenne, jonka syntyä edesauttavat ferriitin stabiloijat Si ja Mo. Käytetty lämpökäsittely riippuu käytetyn materiaalin mikrorakenteesta.

Valmistajat

Suomessa duplex-teräksiä valmistava yritys on Outokumpu Oyj.