Duplex¶
Samenvatting¶
Duplex roestvast staal is een hoogwaardige materiaalsoort die de voordelen van twee verschillende staalstructuren combineert: austeniet en ferriet. Hieraan dankt het materiaal ook zijn naam: duplex, wat letterlijk "dubbel" betekent.
In vergelijking met de veelgebruikte RVS-soorten 304 en 316L is duplex sterker, beter bestand tegen corrosie en beter bestand tegen spanningscorrosie. Daardoor wordt het vaak toegepast in veeleisende omgevingen, zoals de chemische industrie, offshore, waterbehandeling en maritieme toepassingen.
Daar staat tegenover dat duplex lastiger te bewerken en te lassen is. Tijdens de productie moet zorgvuldig worden omgegaan met warmte-inbreng en lasprocedures om de gewenste materiaaleigenschappen te behouden.
Theorie¶
Wat is duplex?¶
Roestvast staal bestaat uit verschillende kristalstructuren. De meest voorkomende zijn:
- Austeniet
- Ferriet
- Martensiet
De meeste RVS-soorten bestaan voornamelijk uit één van deze structuren.
Duplex RVS is bijzonder omdat het ongeveer voor de helft uit austeniet en voor de helft uit ferriet bestaat. Deze combinatie levert een unieke balans op tussen sterkte, taaiheid en corrosiebestendigheid.
Waarom heet het duplex?¶
Het woord duplex betekent "dubbel".
De naam verwijst naar de twee verschillende kristalstructuren waaruit het materiaal bestaat:
- ongeveer 50% austeniet;
- ongeveer 50% ferriet.
Juist deze combinatie zorgt voor eigenschappen die geen van beide structuren afzonderlijk bezit.
Eigenschappen van duplex¶
Duplex onderscheidt zich op verschillende punten van standaard RVS.
Hoge mechanische sterkte¶
Een van de grootste voordelen is de hoge treksterkte.
Ter vergelijking:
| Materiaal | Relatieve sterkte |
|---|---|
| RVS 304 | Gemiddeld |
| RVS 316L | Gemiddeld |
| Duplex | Hoog |
| Super Duplex | Zeer hoog |
Door de hogere sterkte kunnen onderdelen soms dunner worden uitgevoerd, wat gewicht en materiaal kan besparen.
Uitstekende corrosiebestendigheid¶
Duplex is beter bestand tegen corrosie dan veel standaard RVS-soorten.
Vooral de weerstand tegen:
- putcorrosie;
- spleetcorrosie;
- spanningscorrosie;
is aanzienlijk beter.
Hierdoor is duplex geschikt voor toepassingen waarbij chloriden of agressieve chemicaliën aanwezig zijn.
Goede weerstand tegen spanningscorrosie¶
Spanningscorrosie ontstaat wanneer mechanische spanning en een corrosieve omgeving samen optreden.
Bij standaard austenitisch RVS kan dit leiden tot scheurvorming.
Duplex is hier veel beter tegen bestand.
Chemische samenstelling¶
Hoewel er verschillende typen duplex bestaan, bevatten ze meestal hogere hoeveelheden:
- chroom;
- molybdeen;
- stikstof.
Deze elementen verbeteren de corrosiebestendigheid en verhogen de mechanische sterkte.
Waar wordt duplex toegepast?¶
Door zijn eigenschappen wordt duplex gebruikt in onder andere:
- chemische industrie;
- offshore installaties;
- olie- en gasindustrie;
- ontziltingsinstallaties;
- waterbehandeling;
- papierindustrie;
- maritieme toepassingen;
- opslagtanks voor agressieve vloeistoffen.
In de voedingsmiddelenindustrie wordt vaker gekozen voor 316L, tenzij de procesomstandigheden extra hoge eisen stellen.
Duplex versus RVS 316L¶
| Eigenschap | RVS 316L | Duplex |
|---|---|---|
| Corrosiebestendigheid | Goed | Zeer goed |
| Sterkte | Goed | Veel hoger |
| Lasbaarheid | Uitstekend | Goed, maar kritischer |
| Spanningscorrosie | Gevoelig | Veel beter bestand |
| Kosten | Lager | Hoger |
Duplex is dus niet automatisch de beste keuze. Het materiaal wordt vooral toegepast wanneer de extra eigenschappen daadwerkelijk nodig zijn.
Lassen van duplex¶
Het lassen van duplex vraagt meer aandacht dan het lassen van standaard RVS.
Tijdens het lassen verandert de verhouding tussen ferriet en austeniet. Wanneer de warmte-inbreng te hoog of juist te laag is, kan de gewenste structuur verloren gaan.
Daarom worden vaak specifieke:
- lasprocedures (WPS);
- toevoegmaterialen;
- beschermgassen;
- warmte-inbreng;
voorgeschreven.
Een onjuiste lasprocedure kan leiden tot:
- lagere corrosiebestendigheid;
- verminderde taaiheid;
- ongewenste intermetallische fasen;
- scheurvorming.
Warmte-inbreng¶
Bij duplex is de warmte-inbreng een belangrijk aandachtspunt.
Te weinig warmte kan ervoor zorgen dat onvoldoende austeniet wordt gevormd.
Te veel warmte kan leiden tot ongewenste uitscheidingen die de corrosiebestendigheid verminderen.
Daarom wordt tijdens het lassen zorgvuldig gecontroleerd:
- de lassnelheid;
- de stroomsterkte;
- de interpass-temperatuur;
- de afkoelsnelheid.
Bewerken van duplex¶
Door de hogere sterkte is duplex lastiger te verspanen dan 304 of 316L.
Tijdens het bewerken moet rekening worden gehouden met:
- hogere snijkrachten;
- meer warmteontwikkeling;
- snellere gereedschapsslijtage.
Dit vraagt vaak aangepaste gereedschappen en snijparameters.
Super Duplex¶
Super Duplex is een verdere ontwikkeling van duplex.
Het biedt:
- nog hogere corrosiebestendigheid;
- hogere mechanische sterkte;
- betere prestaties in zeewater en sterk chloridehoudende omgevingen.
Daar staat tegenover dat de materiaalprijs hoger ligt en de verwerking nog kritischer is.
Praktijk bij Jongia¶
Hoewel veel installaties van Jongia worden vervaardigd uit RVS 316L, zijn er toepassingen waarbij duplex een betere keuze is.
Bijvoorbeeld wanneer een installatie:
- wordt blootgesteld aan agressieve chemicaliën;
- langdurig in een chloridehoudende omgeving staat;
- hoge mechanische belastingen moet opnemen;
- een lange levensduur moet hebben onder zware omstandigheden.
Voor engineers betekent dit dat niet alleen naar de aanschafprijs wordt gekeken, maar vooral naar de totale levensduur van de installatie.
Voor de productie brengt duplex extra aandachtspunten met zich mee. Lassen, verspanen en oppervlaktebehandeling vragen meer zorg dan bij standaard RVS. Daarom worden lasprocedures en kwaliteitscontroles strikt gevolgd om de materiaaleigenschappen te behouden.
Veelgemaakte fouten¶
- Denken dat duplex gewoon een betere versie van 316L is. Duplex heeft andere eigenschappen en wordt alleen toegepast wanneer die voordelen nodig zijn.
- Warmte-inbreng tijdens het lassen onderschatten. Een verkeerde lasprocedure kan de corrosiebestendigheid aanzienlijk verminderen.
- Aannemen dat hogere sterkte altijd een voordeel is. De hogere sterkte maakt het materiaal ook moeilijker te verspanen en te vormen.
- Vergeten dat duplex duurder is. De hogere materiaal- en bewerkingskosten moeten worden afgewogen tegen de voordelen in de toepassing.
- Duplex en Super Duplex door elkaar halen. Hoewel ze verwant zijn, verschillen ze in samenstelling, prestaties en toepassingsgebied.