معرفی فولاد داپلکس، بررسی ویژگی‌ ها، مزایا و کاربردها

در صنعت متالورژی و فولاد، برخی آلیاژها به دلیل خواص ویژه و عملکرد برجسته، جایگاه مهمی در کاربردهای مختلف صنعتی دارند. فولاد داپلکس یکی از این آلیاژهای کاربردی است که در سال های اخیر استفاده از آن در صنایع مختلف رواج بسیار پیدا کرده است.

این فولاد با ترکیب خواص دو نوع فولاد آستنیتی و فریتی، توانسته راهکاری مناسب برای محیط های سخت صنعتی شود. در ادامه نگاهی به فولاد داپلکس، خصوصیات، مزایا و کاربردهای گوناگون آن در صنایع مختلف خواهیم داشت.

فولاد داپلکس چیست؟

در ارتباط با این پرسش که داپلکس چیست؟ باید بگوییم که داپلکس نوعی فولاد زنگ نزن با ساختار دوفازی بوده که از ترکیب تقریباً مساوی دو فاز آستنیت و فریت تشکیل شده است. علت نامگذاری آن به “داپلکس” (به معنای دوگانه) همین ساختار دو فازی است. این فولاد در استاندارد DIN آلمان با کد 1.4462 و در استاندارد آمریکایی با نام 2205 شناخته می شود. ترکیب شیمیایی این فولاد عموماً شامل 21 تا 23 درصد کروم، 4.5 تا 6.5 درصد نیکل، 2.5 تا 3.5 درصد مولیبدن و درصدهای کمتری از عناصر دیگر مانند منگنز، سیلیکون و نیتروژن است.

ساختار میکروسکوپی فولاد داپلکس به صورت جزایر آستنیتی در زمینه فریتی نمایان می شود. این ساختار دوگانه باعث می شود خواص هر دو نوع فولاد در یک آلیاژ واحد جمع شوند. فرآیند تولید این فولاد با ذوب و سپس سرد کردن کنترل شده آغاز می شود که طی آن، ساختار کاملاً فریتی به تدریج به ساختار دوفازی تبدیل می شود.

تاریخچه تولید داپلکس به دهه 1930 میلادی برمی گردد، اما نسل جدید آن با افزودن نیتروژن در دهه 1980 معرفی شد که قابلیت جوشکاری و خواص ضد خوردگی بهتری داشت. اگر بخواهیم به طور ساده بگوییم که داپلکس چیست، باید بگوییم این فولاد ترکیبی از مزایای فولادهای آستنیتی و فریتی است که با ساختار دوفازی خاص خود، استحکام و مقاومت به خوردگی استثنایی ایجاد می کند.

مزایا و ویژگی های فولاد داپلکس

فولاد داپلکس به واسطه ساختار خاص خود، دارای مزایای بسیاری است. فولاد داپلکس از نظر استحکام مکانیکی حدود دو برابر قوی ‌تر از فولادهای زنگ ‌نزن رایجی مانند گریدهای 304 یا 316 عمل می ‌کند. این استحکام بالا امکان استفاده از ورق های نازک تر را فراهم کرده که نتیجه آن کاهش وزن و هزینه در پروژه های صنعتی است.

از سوی دیگر، درصد بالای کروم، مولیبدن و نیتروژن در این فولاد، مقاومت عالی در برابر انواع خوردگی از جمله خوردگی حفره ای، شیاری و تنشی را تضمین می کند. این مقاومت بالا در محیط های کلریدی و سولفیدی بسیار مشهود است. آزمایش های متعدد صنعتی نشان داده که داپلکس در محیط های حاوی آب دریا تا 40 درصد طول عمر بیشتری نسبت به فولادهای معمولی دارد.

چقرمگی و شکل پذیری مناسب، ویژگی دیگر فولاد داپلکس در مقایسه با فولادهای فریتی است. این مشخصه، داپلکس را برای فرآیندهای تولیدی مختلف مانند خمکاری، ماشین کاری، برش و نورد، بسیار کارآمد می سازد. یکی دیگر از ویژگی‌ های برجسته این فولاد، مقاومت بالای آن در برابر خستگی است؛ عاملی که در سازه ‌هایی با تنش‌ های مداوم مانند پل ‌ها و سکوهای دریایی نقش کلیدی ایفا می‌کند.

ضریب انبساط حرارتی پایین، نکته دیگری است که موجب کاهش تنش های پسماند در جوشکاری شده و احتمال ترک خوردگی و تغییر شکل را کاهش می دهد. آزمون های عملی نشان می دهد که داپلکس در دماهای کاری تا 300 درجه سانتیگراد عملکرد مطلوبی داشته و حتی در دماهای پایین تا منفی 50 درجه نیز خواص مکانیکی خود را حفظ می کند. با وجود تمام این مزایا، قیمت فولاد داپلکس نسبت به فولادهای زنگ نزن با مقاومت مشابه، مناسب تر است. دلیل این امر، محتوای کمتر نیکل و مولیبدن است که خصوصاً هنگام نوسانات قیمت آهن کیلویی اهمیت بیشتری پیدا می کند.

استفاده از این فولاد در مخازن تحت فشار می تواند هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد. همچنین در صنایع غذایی، به دلیل بهداشتی بودن و مقاومت در برابر خوردگی ناشی از شوینده های قوی، استفاده از داپلکس رو به افزایش است. محاسبات اقتصادی نشان می دهد علیرغم هزینه اولیه بالاتر، استفاده از فولاد داپلکس در دراز مدت تا 25 درصد به صرفه تر از فولادهای معمولی خواهد بود. نکته قابل توجه دیگر، مقاومت الکتروشیمیایی بالای این فولاد است که آن را برای محیط های حاوی جریان های گالوانیک مناسب می سازد.

کاربردهای فولاد داپلکس در صنایع مختلف

فولاد داپلکس به دلیل خواص برجسته خود، در صنایع متنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. این فولاد در صنعت نفت و گاز برای ساخت لوله های انتقال، تجهیزات حفاری، مخازن تحت فشار و دیگر تجهیزات کاربرد دارد.

در صنایع دریایی نیز به دلیل مقاومت عالی در محیط های کلریدی، از فولاد داپلکس برای ساخت سازه های دریایی، بدنه کشتی ها و سکوهای دریایی استفاده می شود. طبق نتایج حاصل از مشاهدات میدانی، لوله‌ های تولید شده با فولاد داپلکس در خطوط انتقال نفت خام حاوی گاز H₂S تا سه برابر دوام بیشتری نسبت به لوله ‌های معمول از خود نشان می ‌دهند.

فولاد داپلکس در صنایع شیمیایی و پتروشیمی برای ساخت مخازن، لوله ها و مبدل های حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی و تحمل فشارهای بالا، این فولاد را برای این صنایع مناسب ساخته است.

در صنعت کاغذ و خمیر کاغذ نیز از فولاد داپلکس برای ساخت دستگاه های سفیدکننده و تجهیزات فرآوری استفاده می شود. همچنین در صنایع غذایی، مخازن ذخیره و حمل مواد غذایی از این فولاد ساخته می شوند. استفاده از فولاد داپلکس در ساخت پل ها و سازه های بتنی نیز رایج است، به ویژه در مناطق ساحلی که احتمال خوردگی بالا است.

گزارش های صنعتی نشان می دهد که استفاده از میلگردهای داپلکس در سازه های بتنی ساحلی، عمر مفید سازه را افزایش می دهد.

کاربرد دیگر فولاد داپلکس در تأسیسات نمک زدایی و تصفیه آب است. به دلیل تماس دائم با آب حاوی کلر و نمک، این تأسیسات به موادی با مقاومت بالا در برابر خوردگی نیاز دارند. تحقیقات نشان داده که استفاده از داپلکس در این تأسیسات، هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.

انواع فولاد داپلکس

فولاد داپلکس به انواع مختلفی تقسیم می شود که هر یک ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. معمول‌ ترین نوع فولاد داپلکس، نوع استاندارد آن است که گرید شناخته ‌شده‌ 2205 با شماره مشخصه 1.4462، نمونه ‌ای شاخص از این دسته به شمار می ‌رود. این گرید حدود 75 تا 80 درصد کل مصرف فولاد داپلکس در دنیا را تشکیل می دهد.

در ساختار این فولاد، 22 درصد کروم، 5 درصد نیکل و 3 درصد مولیبدن وجود دارد که مقاومت عالی در برابر خوردگی و استحکام بالا را تضمین می کند. این نوع فولاد داپلکس در محیط های متوسط تا شدیداً خورنده کاربرد دارد.

نتایج آزمایش ‌ها حاکی از آن است که این گرید در محیط ‌هایی با غلظت کلرید تا 2000 ppm و دمایی تا حدود 80 درجه سانتی‌ گراد، عملکرد بسیار مناسبی از نظر مقاومت خوردگی ارائه می‌ دهد.

نوع دیگر، فولاد سوپر داپلکس است که در ترکیب آن مقدار کروم تا 30 درصد، نیکل تا 8 درصد و مولیبدن تا 5 درصد افزایش یافته است. گرید معروف این نوع، 2507 (1.4410) است که مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به نوع استاندارد دارد. سوپر داپلکس برای محیط های بسیار خورنده مانند آب دریا و محلول های اسیدی حاوی کلرید مناسب است.

نوع سوم، فولاد داپلکسLean  است که در آن عنصر مولیبدن وجود ندارد. گرید معروف این دسته، 2304 است که مقاومت قابل توجهی در برابر خوردگی تنشی دارد. این نوع برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت متوسط در برابر خوردگی دارند، مناسب است. به تازگی، گرید جدیدی به نام هایپر داپلکس با کد 2707 نیز معرفی شده که حاوی 27 درصد کروم و 7 درصد نیکل است و برای شرایط حاد خوردگی طراحی شده است.

قیمت فولاد داپلکس

قیمت فولاد داپلکس تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد. ترکیب شیمیایی و میزان عناصر آلیاژی موجود در آن، مهم ترین عامل تعیین کننده قیمت است. فولادهای داپلکس با درصد بالاتر کروم، نیکل و مولیبدن، قیمت بالاتری دارند. به همین دلیل، سوپر داپلکس گران تر از داپلکس استاندارد و داپلکس Lean است.

عرضه و تقاضا در بازار جهانی، نوسانات قیمت مواد اولیه و نرخ ارز از دیگر عواملی هستند که بر قیمت فولاد داپلکس تأثیر می گذارند. با توجه به اینکه این نوع فولاد عمدتاً وارداتی است، تغییرات نرخ ارز تأثیر مستقیمی بر قیمت آن دارد. پاسخ به این سؤال که داپلکس چیست، می تواند به مصرف کنندگان در انتخاب گرید مناسب با توجه به بودجه و نیازهای کاربردی کمک کند.

با وجود قیمت بالاتر فولاد داپلکس نسبت به فولادهای معمولی، استفاده از آن در بسیاری از کاربردها مقرون به صرفه است. دلیل این امر، طول عمر بالاتر، هزینه های نگهداری کمتر و امکان استفاده از ضخامت های کمتر به دلیل استحکام بالا است. همچنین در محیط های خورنده که فولادهای معمولی دچار آسیب می شوند، استفاده از فولاد داپلکس می تواند هزینه های تعویض و تعمیر را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

سوالات متداول