डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील: सूक्ष्मसंरचना, ग्रेड और अनुप्रयोग

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का अर्थ

फेरिटिक–ऑस्टेनिटिक परिभाषा

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील लौह-आधारित क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम मिश्रधातुएँ हैं, जिन्हें इस प्रकार बनाया जाता है कि उनमें लगभग समान आयतन अंशों में फेराइट और ऑस्टेनाइट उपस्थित हों। 2024 में World Stainless और International Stainless Steel Forum द्वारा रिपोर्ट किए गए अनुसार, सामान्य लक्ष्य लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट होता है। इसलिए डुप्लेक्स शब्द रासायनिक परिवार के साथ-साथ चरण-संरचना का भी वर्णन करता है। क्रोमियम संक्षारण-प्रतिरोध और फेराइट के निर्माण को बढ़ावा देता है; निकेल ऑस्टेनाइट के निर्माण को बढ़ावा देता है; मोलिब्डेनम स्थानीयकृत संक्षारण के प्रतिरोध में सुधार करता है और साथ ही चरण-स्थिरता को प्रभावित करता है। नाइट्रोजन प्रायः मिलाया जाता है, क्योंकि यह ऑस्टेनाइट को मजबूत करता है, पिटिंग-प्रतिरोध बढ़ाता है और उच्च-तापमान प्रसंस्करण के बाद ऑस्टेनाइट की पुनर्स्थापना में सहायता करता है।

दोनों चरण किसी यादृच्छिक मिश्रण के रूप में दिखाई नहीं देते। पॉलिश किए गए और अभिकर्मक से उकेरे गए अनुप्रस्थ भागों में फेराइट और ऑस्टेनाइट प्रायः गर्म रोलिंग तथा उसके बाद होने वाले रूपांतरण से निर्मित लंबवत, पट्टीनुमा या लैमेलर क्षेत्रों के रूप में दिखाई देते हैं। ऑस्टेनाइट फेरिटिक मैट्रिक्स के भीतर द्वीपों या लंबवत दानों के रूप में उपस्थित हो सकता है, जबकि इसकी सटीक आकृति-रचना संघटन, अनुप्रस्थ भाग की मोटाई, रोलिंग में कमी, विलयन-एनीलिंग और शीतलन-दर पर निर्भर करती है। दिखाई देने वाली संरचना केवल धातुवैज्ञानिक सजावट नहीं है। दानों का आकार, चरणों की निरंतरता और स्थानीय चरण-अंश दरार के प्रसार, संक्षारण-पथ, वेल्ड के व्यवहार और यांत्रिक विषमदिशता को प्रभावित करते हैं।

ग्रेड 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है, क्योंकि इसमें क्रोमियम की नाममात्र मात्रा लगभग 22% होती है। UNS S32205 इस ग्रेड से संबद्ध परिचित पदनाम है। ASTM A928/A928M फिलर मेटल के साथ विद्युत-संलयन-वेल्डित ऑस्टेनिटिक तथा फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील पाइप को कवर करता है और अपनी संदर्भित उत्पाद-विनिर्देशों में UNS S32205 की पहचान करता है। हालांकि, केवल ग्रेड का नाम यह स्थापित नहीं करता कि प्रत्येक घटक में वांछित फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन मौजूद है। उत्पाद का रूप, ताप-उपचार, वेल्डिंग प्रक्रिया और निरीक्षण आवश्यकताएँ भी महत्त्वपूर्ण होती हैं।

चरण-अंशों का पूर्वानुमान संघटन-आरेखों, परिकलित चरण-साम्य उपकरणों और वेल्ड-धातु मूल्यांकन विधियों से लगाया जाता है। मिश्रधातु के रासायनिक संघटन से फेराइट का अनुमान लगाने के लिए Schaeffler और DeLong आरेख उपयोगी ऐतिहासिक उपकरण हैं, जबकि WRC-1992 आरेख का प्रयोग प्रायः वेल्ड-धातु में फेराइट के पूर्वानुमान के लिए किया जाता है। तापगतिकीय परिकलन से तापमान के साथ चरण-स्थिरता का अध्ययन किया जा सकता है और उन परिस्थितियों की पहचान की जा सकती है जिनमें सिग्मा, ची, नाइट्राइड, कार्बाइड या द्वितीयक ऑस्टेनाइट बन सकते हैं। ये विधियाँ उत्पादन का मार्गदर्शन करती हैं; वे धातुवैज्ञानिक परीक्षण या संक्षारण-परीक्षण का स्थान नहीं लेतीं।

दोनों चरणों का जानबूझकर संतुलन क्यों किया जाता है

दोनों चरणों को लक्ष्य बनाने का कारण व्यावहारिक है। फेराइट अधिक उपज-शक्ति, क्लोराइड तनाव-संक्षारण दरार के प्रति उपयोगी प्रतिरोध और पूर्णतः ऑस्टेनिटिक मिश्रधातु की तुलना में निकेल पर कम निर्भरता प्रदान करता है। ऑस्टेनाइट तन्यता, दृढ़ता, वेल्डेबिलिटी और हाइड्रोजन-संबंधी कुछ प्रकार की क्षति के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है। इसलिए नियंत्रित मिश्रण ऐसा गुण-समुच्चय दे सकता है, जो साधारण फेरिटिक या साधारण ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील अकेले उसी प्रकार प्रदान नहीं कर पाते।

यह संतुलन एक समझौता है, केवल नारा नहीं। अत्यधिक फेराइट से दृढ़ता कम हो सकती है, विशेषकर निम्न तापमान पर, और कुछ वातावरणों में स्थानीयकृत संक्षारण या हाइड्रोजन-सहायित दरार के प्रति संवेदनशीलता बढ़ सकती है। अत्यधिक ऑस्टेनाइट उपज-शक्ति को कम कर सकता है और क्लोराइड तनाव-संक्षारण दरार के प्रति प्रतिरोध को बदल सकता है। स्वीकार्य सीमा उत्पाद-विनिर्देश और सेवा-स्थितियों पर निर्भर करती है; “50–50” एक डिजाइन-उद्देश्य है, न कि ऐसा सार्वभौमिक माप जिसे वेल्डित घटक के प्रत्येक स्थान पर बिल्कुल उसी रूप में दोहराया जाना आवश्यक हो।

तापीय इतिहास मिश्रधातु को इस उद्देश्य से दूर ले जा सकता है। विलयन-एनीलिंग के दौरान फेराइट सामान्यतः उच्च-तापमान चरण होता है, जबकि पदार्थ के ठंडा होने पर ऑस्टेनाइट बनता है। तीव्र शीतलन से फेराइट की मात्रा अत्यधिक रह सकती है, क्योंकि ऑस्टेनाइट बनने के लिए पर्याप्त समय नहीं मिलता। मध्यवर्ती तापमानों से धीरे-धीरे ठंडा करने पर अंतरधात्विक चरण बन सकते हैं, विशेषकर सिग्मा चरण, जो आसपास के मैट्रिक्स से क्रोमियम और मोलिब्डेनम का उपभोग करता है। अनुपयुक्त तापीय परिस्थितियों में ची चरण, क्रोमियम नाइट्राइड और कार्बाइड भी बन सकते हैं। ये घटक आघात-दृढ़ता तथा महत्त्वपूर्ण पिटिंग या दरार-संक्षारण प्रतिरोध को तीव्र रूप से कम कर सकते हैं, भले ही थोक क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम की मात्राएँ नाममात्र ग्रेड-सीमाओं के भीतर हों।

ISO 17781 पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों में द्वैध स्टेनलेस-स्टील सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। Strong evidence

वेल्डिंग से नियंत्रण और कठिन हो जाता है। संलयन क्षेत्र और ताप-प्रभावित क्षेत्र अलग-अलग तापीय चक्रों, तनुकरण और शीतलन-दरों का अनुभव करते हैं। अत्यधिक फेराइट वाली वेल्ड-धातु मजबूत हो सकती है, लेकिन उसकी दृढ़ता और स्थानीयकृत आक्रमण के प्रति प्रतिरोध कम हो सकता है; अत्यधिक द्वितीयक ऑस्टेनाइट में मूल ऑस्टेनाइट की तुलना में मिश्रधातु-तत्वों की मात्रा कम हो सकती है और वह अधिमान्य संक्षारण-स्थल बन सकता है। फिलर-मेटल का चयन, इंटरपास तापमान, ऊष्मा-इनपुट, शील्डिंग और वेल्ड के बाद का शीतलन—इन सभी को मिश्रधातु-डिजाइन का भाग माना जाना चाहिए। इसी कारण ISO 17781, जिसे ISO Technical Committee 67 के माध्यम से जारी किया गया है, पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण-विधियाँ निर्दिष्ट करता है।

निचली पीआरईएन सीमा

पीआरईएनपीआरईएन पिटिंग-प्रतिरोध समतुल्य संख्या: संघटन-आधारित सूचकांक, जिसका उपयोग स्टेनलेस-स्टील मिश्रधातुओं की क्लोराइड-प्रेरित स्थानीयकृत संक्षारण के प्रतिरोध की अनुमानित प्रवृत्ति की तुलना करने के लिए किया जाता है।

दर्शाई गई ऊपरी पीआरईएन सीमा

संक्षारण-सूचकांकों की व्याख्या में भी संयम आवश्यक है। पिटिंग-प्रतिरोध समतुल्य संख्या, जिसे सामान्यतः PREN लिखा जाता है, मुख्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन पर आधारित मिश्रधातु-संघटन सूचकांक है। 2024 के World Stainless वर्गीकरण में ली़न डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 45 से अधिक की श्रेणी में रखा गया है। ये सीमाएँ मिश्रधातु-परिवारों की तुलना में सहायक होती हैं, लेकिन PREN पूर्ण प्रदर्शन-गारंटी नहीं है। सतह की स्थिति, वेल्डिंग, चरण-संतुलन, समावेशन, तापमान, क्लोराइड सांद्रता, अम्लता, दरार की ज्यामिति और गैल्वेनिक युग्मन वास्तविक महत्त्वपूर्ण पिटिंग तथा दरार-संक्षारण व्यवहार निर्धारित कर सकते हैं।

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील बनाम साधारण फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक परिवार

साधारण फेरिटिक स्टेनलेस स्टील सेवा-तापमान पर मुख्यतः बॉडी-केंद्रित घनाकार फेराइट होते हैं। इनमें सामान्यतः बहुत कम या बिल्कुल भी निकेल नहीं होता, क्लोराइड तनाव-संक्षारण दरार के प्रति अच्छा प्रतिरोध होता है और ऑक्सीकरण तथा वायुमंडलीय संक्षारण के प्रति उपयोगी प्रतिरोध मिलता है। इनकी सीमाओं में निम्न-तापमान पर कम दृढ़ता, कुछ ग्रेडों में आकार देने संबंधी बाधाएँ और वेल्डिंग के दौरान दानों के मोटे होने के प्रति संवेदनशीलता शामिल हो सकती हैं। डुप्लेक्स मिश्रधातुओं में फेरिटिक घटक बना रहता है, लेकिन पर्याप्त निकेल और नाइट्रोजन मिलाए जाते हैं ताकि पर्याप्त ऑस्टेनिटिक अंश विकसित हो सके, जिससे शक्ति और फ्रैक्चर-व्यवहार दोनों बदल जाते हैं।

300-सीरीज़ ग्रेडों जैसे साधारण ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील मुख्यतः फेस-केंद्रित घनाकार ऑस्टेनाइट होते हैं। वे सामान्यतः उच्च तन्यता, उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और विस्तृत तापमान-सीमा में अच्छी दृढ़ता प्रदान करते हैं। विलयन-एनीलित अवस्था में उनकी उपज-शक्ति प्रायः डुप्लेक्स ग्रेडों से कम होती है और संवेदनशील संघटन क्लोराइड तनाव-संक्षारण दरार का अनुभव कर सकते हैं। डुप्लेक्स ग्रेड केवल अधिक मजबूत ऑस्टेनिटिक स्टील नहीं हैं: उनका फेराइट अलग-अलग चुंबकीय, यांत्रिक, वेल्डिंग और संक्षारण प्रतिक्रियाएँ उत्पन्न करता है।

[1][1] Stainless steel families and grades. Outokumpu. Outokumpu technical reference, 2020.

इस परिवार में साधारण या मानक डुप्लेक्स ग्रेड, कम निकेल और/या मोलिब्डेनम वाले ली़न डुप्लेक्स ग्रेड, अधिक क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन वाले सुपर डुप्लेक्स ग्रेड तथा इससे भी अधिक संक्षारण-प्रतिरोध सूचकांकों वाले हाइपर डुप्लेक्स ग्रेड शामिल हैं। “25Cr” सुपरडुप्लेक्स संघटनों के लिए एक सामान्य वर्गीकरण है; Outokumpu ने 2020 में ग्रेड 2507 और 4501 को 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड के रूप में पहचाना था। वर्गीकरण-सीमाएँ प्रत्येक उत्पादक, मानक या तकनीकी स्रोत में समान नहीं होतीं, इसलिए ग्रेड-पदनाम और लागू विनिर्देश को संघटन तथा परीक्षण-आवश्यकताओं के साथ पढ़ा जाना चाहिए।

इन संयुक्त गुणों से अनुप्रयोग निर्धारित होते हैं। डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का उपयोग प्रक्रिया-पाइपिंग, दाब-उपकरण, समुद्री जल और विलवणीकरण प्रणालियों, रासायनिक टैंकों, लुगदी और कागज के उपकरणों, अपतटीय संरचनाओं, हीट एक्सचेंजरों तथा तेल और गैस प्रतिष्ठानों में किया जाता है। उनकी अपेक्षाकृत उच्च शक्ति कुछ डिजाइनों में अनुप्रस्थ भाग की मोटाई कम कर सकती है, जबकि क्लोराइड आक्रमण के प्रति प्रतिरोध कठिन जलीय वातावरणों में सेवा में सहायक हो सकता है। थकान-प्रदर्शन अभी भी वेल्ड की ज्यामिति, सतह की स्थिति, अवशिष्ट तनाव, चरण-स्थिरता और चक्रीय वातावरण पर निर्भर करता है। ताप-उपचार, निर्माण-प्रक्रिया और निरीक्षण निर्णायक बने रहते हैं। क्रोमियम की मात्रा पदार्थ के केवल एक भाग की पहचान करती है; फेराइट–ऑस्टेनाइट संरचना यह निर्धारित करती है कि मिश्रधातु का इच्छित संतुलन वास्तव में प्राप्त हुआ है या नहीं।

धातुकर्मीय पैमाने पर डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचना

[2][2] Duplex stainless steel: grades, properties and applications. World Stainless, International Stainless Steel Forum. World Stainless technical overview, 2024.

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील, क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लौह मिश्रधातुएँ होती हैं, जिन्हें इस प्रकार अभिकल्पित किया जाता है कि उनमें फेराइट और ऑस्टेनाइट लगभग समान आयतन-अंशों में उपस्थित हों। ये दोनों प्रावस्थाएँ केवल लौह मैट्रिक्स में समान रूप से मिश्रित नहीं होतीं। उनकी आकृति-विन्यास, क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास, परस्पर संबद्धता और रासायनिक विभाजन यह निर्धारित करते हैं कि स्टील तनाव, ऊष्मा, वेल्डिंग और क्लोराइड-युक्त वातावरणों के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देगा। World Stainless और International Stainless Steel Forum ने 2024 में लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट को विशिष्ट डुप्लेक्स संतुलन के रूप में रिपोर्ट किया, लेकिन यह आँकड़ा प्रत्येक स्थान पर पूर्ण एकरूपता का नहीं, बल्कि अभिकल्पित लक्ष्य या मापे गए औसत का वर्णन करता है।

इस मिश्रधातु परिवार में साधारण डुप्लेक्स, लीन डुप्लेक्स, मानक डुप्लेक्स, सुपरडुप्लेक्स, हाइपरडुप्लेक्स और 25Cr समूह शामिल हैं। वर्गीकरण प्रणालियों के बीच सीमाएँ अलग-अलग होती हैं, फिर भी World Stainless द्वारा प्रदान किया गया PREN परिपाटी लीन डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 28–38, सुपरडुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 39–45 और हाइपरडुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 45 से अधिक निर्धारित करता है। PREN, जिसकी गणना सामान्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन की मात्रा से की जाती है, संक्षारण-प्रतिरोध का एक सूचकांक है। यह अपने-आप किसी विशिष्ट क्रांतिक पिटिंग तापमान, दरार-संक्षारण प्रतिरोध, वेल्ड प्रदर्शन या सेवा-आयु की गारंटी नहीं देता।

फेराइट और ऑस्टेनाइट की आकृति-विन्यास

फेराइट और ऑस्टेनाइटफेराइट और ऑस्टेनाइट फेराइट द्वैध स्टेनलेस स्टील की काय-केंद्रित घनीय अवस्था है; ऑस्टेनाइट पृष्ठ-केंद्रित घनीय अवस्था है। उनका अनुपात, आकारिकी और परस्पर-संबद्धता अनेक यांत्रिक तथा संक्षारण गुणों को नियंत्रित करते हैं।

फेराइट शरीर-केंद्रित घनीय प्रावस्था है, जिसे सामान्यतः α से दर्शाया जाता है, जबकि ऑस्टेनाइट फलक-केंद्रित घनीय प्रावस्था है, जिसे सामान्यतः γ से दर्शाया जाता है। जमने और उसके बाद की ऊष्म-प्रसंस्करण प्रक्रियाओं के दौरान मिश्रधातु तत्व दोनों प्रावस्थाओं के बीच विभाजित होते हैं। क्रोमियम और मोलिब्डेनम फेराइट को, जबकि निकेल और नाइट्रोजन ऑस्टेनाइट को बढ़ावा देते हैं। मैंगनीज, सिलिकॉन, कार्बन, शीतलन दर और स्थिरीकरण करने वाले तत्वों का सटीक संतुलन भी प्रावस्था-निर्माण को प्रभावित करता है। परिणामस्वरूप, समान नाममात्र क्रोमियम और निकेल मान वाली दो हीट रोलिंग, विलयन-एनीलिंग या वेल्डिंग के बाद अलग-अलग स्थानीय संरचनाएँ विकसित कर सकती हैं।

Outokumpu द्वारा उकेरे गए डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के वर्णन में धातुवैज्ञानिक परीक्षण में दिखाई देने वाला रूप स्पष्ट होता है: फेरिटिक क्षेत्र अधिक गहरे या अधिक उकेरे हुए दिखाई देते हैं, जबकि ऑस्टेनिटिक क्षेत्र अधिक चमकीले बने रहते हैं। पॉलिश किए गए और उकेरे गए व्रॉट खंड में यह विरोधाभास सामान्यतः लम्बी फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक पट्टियों को प्रकट करता है। ग्रेड 2205 को प्रायः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है; ग्रेड 2507 और 4501, 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड हैं। ये नाम व्यापक मिश्रधातु परिवारों की पहचान करते हैं, किसी एक सार्वभौमिक सूक्ष्मसंरचना की नहीं।

यह विरोधाभास प्रावस्था-रसायन और उकेरने की प्रतिक्रिया—दोनों को दर्शाता है। फेराइट के भीतर ऑस्टेनाइट प्रायः द्वीपों, पट्टिकाओं या परस्पर जुड़ी फिल्मों के रूप में दिखाई देता है, जबकि फेराइट एक अभिविन्यास में सतत मैट्रिक्स और दूसरे में असतत घटक बना सकता है। प्रत्यक्ष मैट्रिक्स खंड की दिशा, अपचयन अनुसूची, दाने के आकार और उकेरक के अनुसार बदल सकता है। अनुप्रस्थ खंड में ऑस्टेनाइट के गोल या चपटे द्वीप दिखाई दे सकते हैं; अनुदैर्ध्य खंड रोलिंग दिशा में संरेखित लम्बी पट्टियों को उजागर कर सकता है।

यह वास्तुकला प्रत्येक घटक से संबद्ध गुणों का संयोजन करती है। फेराइट उच्च उपज-शक्ति, क्लोराइड-प्रेरित तनाव-संक्षारण दरार के प्रति प्रतिरोध और कुछ वातावरणों में हाइड्रोजन-सहायित दरार के प्रति अपेक्षाकृत अच्छा प्रतिरोध प्रदान करता है। ऑस्टेनाइट अपनी निकेल और नाइट्रोजन मात्रा के माध्यम से दृढ़ता, तन्यता, वेल्ड धातु की दरार-प्रतिरोधिता और कुछ स्थानीयकृत संक्षारण तंत्रों के प्रति प्रतिरोध में सुधार करता है। वांछित सभी गुणों की पूर्ति अकेली कोई भी प्रावस्था नहीं करती। अपर्याप्त नियंत्रण से अत्यधिक फेराइट, अत्यधिक ऑस्टेनाइट या रासायनिक रूप से कमजोर अंतरापृष्ठीय क्षेत्र रह सकता है।

लम्बी लैमेलर संरचना

विशिष्ट लम्बा या लैमेलर रूप इसलिए विकसित होता है क्योंकि ऊष्म-रोलिंग और फोर्जिंग मूल ढली हुई संरचना को खींचकर लम्बा कर देते हैं। ऑस्टेनाइट और फेराइट अलग-अलग ढंग से विकृत होते हैं और दोनों प्रावस्थाएँ कार्य-दिशा का अनुसरण करने वाली पट्टियों में व्यवस्थित रहती हैं। परिणाम पूर्णतः आवर्तित लैमिनेट नहीं होता: पट्टियों की मोटाई बदलती रहती है, प्रावस्था-सीमाएँ लहरदार होती हैं और पुनःक्रिस्टलीकरण संरचना के कुछ भागों को खंडित कर सकता है। फिर भी दिशात्मक प्रतिरूप महत्वपूर्ण रहता है।

लम्बा प्रावस्था-नेटवर्क विषमदैशिकता उत्पन्न करता है। रोलिंग दिशा के समानांतर मापे गए यांत्रिक गुण, उसके अनुप्रस्थ मापे गए गुणों से भिन्न हो सकते हैं, विशेषकर तब जब समावेशन, पट्टी की निरंतरता या दाने का आकार भी दिशात्मक हो। बारी-बारी से आने वाली फेराइट और ऑस्टेनाइट प्रावस्थाओं का सामना करने पर दरार मुड़ सकती है, कुंठित हो सकती है या अपने प्रसार-पथ को बदल सकती है। इससे दृढ़ता और थकान-प्रतिरोध में सहायता मिल सकती है, लेकिन कोई सतत कमजोर पथ, तीखी प्रावस्था-सीमा या स्थानीय रूप से भंगुर अवक्षेप इस प्रभाव को उलट सकता है।

सिग्मा अवस्थासिग्मा अवस्था एक कठोर, भंगुर, क्रोमियम और मोलिब्डेनम-समृद्ध अंतरधात्विक अवस्था, जो अनुपयुक्त तापीय संपर्क के दौरान बन सकती है और आसपास के मैट्रिक्स को संक्षारण-रोधी तत्वों से वंचित कर सकती है।

ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों और वेल्ड धातु में संरचना में पर्याप्त परिवर्तन आता है। वेल्डिंग एक संकीर्ण क्षेत्र को पिघलाकर पुनः ठोस बनाती है और इसके बाद आसन्न पदार्थ को तीव्र ऊष्मीय चक्र से गुजारती है। तीव्र शीतलन से अत्यधिक फेराइट रह सकता है, क्योंकि ऑस्टेनाइट बनने के लिए पर्याप्त समय नहीं मिलता। लगभग 600–1000 °C की सीमा में धीमा शीतलन या लंबे समय तक संपर्क, संघटन और ऊष्मीय इतिहास के आधार पर, क्रोमियम नाइट्राइड, सिग्मा प्रावस्था, ची प्रावस्था या अन्य अंतरधात्विक घटकों के निर्माण की अनुमति दे सकता है। सिग्मा प्रावस्था विशेष रूप से हानिकारक है, क्योंकि यह निकटवर्ती क्षेत्रों से क्रोमियम और मोलिब्डेनम का उपभोग करती है तथा दृढ़ता और स्थानीयकृत-संक्षारण प्रतिरोध को घटाती है।

प्रावस्था-पूर्वानुमान उपकरणों में साम्यावस्था गणनाएँ, समय–तापमान–परिवर्तन आँकड़े, ऊष्मागतिकीय सॉफ्टवेयर, फेराइट संख्या मापन, छवि विश्लेषण और प्रत्यक्ष धातुवैज्ञानिक परीक्षण शामिल हैं। साम्यावस्था-आधारित पूर्वानुमान उपयोगी होते हैं, लेकिन वे प्रत्येक वेल्डिंग चक्र या शीतलन दशा को पुनरुत्पादित नहीं करते। वास्तविक रूप से क्या दिखाई देगा, इसे गतिकी नियंत्रित करती है। हानिकारक अवक्षेपों को दबाने और फेराइट–ऑस्टेनाइट संरचना को पुनर्स्थापित करने के लिए विलयन ऊष्मा-उपचार के बाद पर्याप्त रूप से तीव्र शीतलन किया जाता है, लेकिन अत्यधिक तापन, बार-बार होने वाले ऊष्मीय चक्र या अपर्याप्त इंटरपास नियंत्रण अब भी स्थानीय विचलन उत्पन्न कर सकते हैं।

प्रावस्था-अंश, निरंतरता और स्थानीय विषमता

नाममात्र 1:1 प्रावस्था अनुपात का अर्थ यह नहीं है कि प्रत्येक दाने, वेल्ड बीड, पाइप-दीवार या ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में 50% फेराइट हो। कोई व्रॉट प्लेट औसत प्रावस्था-अंश की आवश्यकता पूरी कर सकती है, जबकि उसकी एक सतह के निकट फेराइट-समृद्ध पट्टियाँ या दूसरी सतह के निकट ऑस्टेनाइट-समृद्ध क्षेत्र मौजूद हों। ढलाई से विरासत में मिली पृथक्करण, केंद्ररेखा पर रासायनिक परिवर्तन, असमान विकृति और मोटाई के आर-पार शीतलन में अंतर—ये सभी योगदान करते हैं। मापन का स्थान और विधि भी महत्वपूर्ण हैं: यदि आकृति-विन्यास अत्यधिक दिशात्मक हो, तो बिंदु-गणना, छवि विश्लेषण, चुंबकीय विधियाँ और क्रिस्टलोग्राफिक तकनीकें अलग-अलग प्रत्यक्ष मान दे सकती हैं।

निरंतरता प्रतिशत जितनी ही महत्वपूर्ण है। सतत फेराइट दरार-वृद्धि या अधिमान्य संक्षारण का मार्ग प्रदान कर सकता है, जबकि सतत ऑस्टेनाइट हाइड्रोजन परिवहन और विकृति-वितरण को बदल सकता है। प्रावस्था-सीमाओं पर क्रोमियम और मोलिब्डेनम का क्षय, नाइट्रोजन का पुनर्वितरण, समावेशन और अवशिष्ट तनाव ऐसे स्थल बना सकते हैं जहाँ पिटिंग या दरार-संक्षारण आरंभ होता है। सुपरडुप्लेक्स और हाइपरडुप्लेक्स मिश्रधातुओं में क्रोमियम और मोलिब्डेनम की उच्च मात्रा संभावित संक्षारण-प्रतिरोध बढ़ाती है, लेकिन अनुपयुक्त ऊष्मीय संपर्क के दौरान यह अंतरधात्विक अवक्षेपण के प्रति संवेदनशीलता भी बढ़ाती है।

यही स्थानीय संरचना शक्ति, तन्यता, आघात-दृढ़ता, थकान और वेल्ड की अखंडता को नियंत्रित करती है। फेराइट सामान्यतः शक्ति बढ़ाता है, जबकि ऑस्टेनाइट तन्यता और निम्न-तापमान दृढ़ता को सहारा देता है। अत्यधिक फेराइट ऊष्मीय संपर्क के बाद आघात-दृढ़ता घटा सकता है और भंगुरीकरण की संवेदनशीलता बढ़ा सकता है; अत्यधिक ऑस्टेनाइट शक्ति कम कर सकता है और क्लोराइड-प्रेरित तनाव-संक्षारण दरार के प्रति प्रतिरोध को बदल सकता है। थकान-दरारें समावेशों, प्रावस्था-सीमाओं, संक्षारण-पिटों या वेल्ड-दोषों पर आरंभ हो सकती हैं, इसलिए सतह की स्थिति और चक्रीय तनाव पर विचार किए बिना थोक प्रावस्था-प्रतिशत से थकान-व्यवहार का अनुमान नहीं लगाया जा सकता।

इसी कारण उत्पाद विनिर्देश और गुणवत्ता-नियंत्रण मानक महत्वपूर्ण हैं। ASTM A928/A928M फिलर धातु से निर्मित विद्युत-संलयन-वेल्डेड डुप्लेक्स पाइप की पहचान करता है और अपने उत्पाद विनिर्देशों में UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के रूप में संदर्भित करता है। ISO 17781 पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस उद्योगों में प्रयुक्त फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक, अर्थात् डुप्लेक्स, स्टेनलेस-स्टील सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। ये नियंत्रण केवल मिश्रधातु पदनाम की जाँच नहीं करते: वे प्रावस्था-संतुलन तथा हानिकारक प्रावस्थाओं की अनुपस्थिति या सीमित मात्रा का भी आकलन करते हैं। इसलिए वेल्डेड पाइप, दाब उपकरण, रासायनिक-प्रसंस्करण घटकों, विलवणीकरण प्रणालियों, अपतटीय संरचनाओं और ऐसे अन्य अनुप्रयोगों के मूल्यांकन में धातुवैज्ञानिक परीक्षण केंद्रीय भूमिका निभाता है, जहाँ स्थानीयकृत संक्षारण और यांत्रिक क्षति किसी छोटे, गैर-प्रतिनिधि क्षेत्र से विकसित हो सकती है।

मिश्रधातु रसायन और चरण स्थिरता

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लौह मिश्रधातुएँ हैं, जिन्हें फेराइट और ऑस्टेनाइट की लगभग समान मात्रा रखने के लिए अभिकल्पित किया जाता है। 2024 के World Stainless/International Stainless Steel Forum के विवरण में लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट का सामान्य लक्ष्य दिया गया है। यह लक्ष्य केवल ग्रेड के नाम से सुनिश्चित नहीं होता। संघटन, सेक्शन की मोटाई, सॉल्यूशन-एनीलिंग तापमान, शीतलन दर, निर्माण का इतिहास और वेल्डिंग—ये सभी अंतिम सूक्ष्मसंरचना को बदल सकते हैं।

दोनों चरण अलग-अलग गुण प्रदान करते हैं। फेराइट उच्च उपज-शक्ति, क्लोराइड तनाव-क्षरण दरारों के प्रति प्रतिरोध और हाइड्रोजन-सहायित क्षति के प्रति अपेक्षाकृत अच्छा प्रतिरोध प्रदान करता है। ऑस्टेनाइट दृढ़ता, तन्यता, वेल्डेबिलिटी और कुछ स्थानीयकृत-क्षरण तंत्रों के प्रति प्रतिरोध को बेहतर बनाता है। इनके अंतरापृष्ठ और अलग-अलग विद्युत-रासायनिक प्रतिक्रियाएँ पिटिंग तथा क्रेविस क्षरण को भी प्रभावित करती हैं। इसलिए, असंतुलन का अपर्याप्त नियंत्रण एक ही समय में एक से अधिक गुणों को कम कर सकता है: अत्यधिक फेराइट प्रभाव- दृढ़ता और वेल्ड के ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों में क्षरण-प्रतिरोध को घटा सकता है, जबकि अत्यधिक ऑस्टेनाइट शक्ति और क्लोराइड तनाव-क्षरण दरारों के प्रति प्रतिरोध को कम कर सकता है।

क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन और लौह की भूमिकाएँ

क्रोमियम प्रमुख फेराइट-निर्माता तत्व है। स्टेनलेस व्यवहार के लिए कम-से-कम लगभग 10.5 द्रव्यमान% क्रोमियम आवश्यक होता है, लेकिन डुप्लेक्स ग्रेड में इसकी मात्रा काफी अधिक होती है। क्रोमियम निष्क्रिय क्रोमियम-ऑक्साइड फिल्म बनाता और बनाए रखता है तथा सामान्य क्षरण, पिटिंग और क्रेविस आक्रमण के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है। यह ठोसकरण के दौरान फेराइट बनने की प्रवृत्ति भी बढ़ाता है। इसका धातुकर्मीय प्रतिफल यह है कि अत्यधिक क्रोमियम, विशेषकर मोलिब्डेनम और सिलिकॉन के साथ, लगभग 600–1,000 °C की सीमा में लंबे समय तक संपर्क के दौरान सिग्मा चरण और अन्य क्रोमियम-समृद्ध अंतरधात्विक यौगिकों के निर्माण को बढ़ावा दे सकता है।

निकेल ऑस्टेनाइट-निर्माता तत्व है। यह क्रोमियम के फेराइट-प्रोत्साहक प्रभाव को संतुलित करता है और शीतलन के दौरान फेरिटिक ठोसीकरण-संरचना के एक भाग को ऑस्टेनाइट में परिवर्तित करने में सहायता करता है। निकेल निम्न-तापमान दृढ़ता को भी बेहतर बनाता और ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है, हालांकि डुप्लेक्स ग्रेड में सामान्यतः पूर्णतः ऑस्टेनिटिक ग्रेड की तुलना में निकेल कम होता है। लीन डुप्लेक्स स्टील निकेल की मात्रा घटाते हैं और प्रायः इसके ऑस्टेनाइट-स्थिरीकरण कार्य के एक भाग को नाइट्रोजन तथा मैंगनीज से पूरा करते हैं। निकेल की कम मात्रा का यह अर्थ नहीं है कि चरण-संतुलन का अनुमान केवल निकेल के आधार पर लगाया जा सकता है; क्रोमियम, नाइट्रोजन, मोलिब्डेनम, तापीय इतिहास और वेल्ड तनुकरण अब भी प्रभावशाली रहते हैं।

मोलिब्डेनम निष्क्रिय फिल्म को मजबूत करता और क्लोराइड पिटिंग तथा क्रेविस क्षरण के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है। यह फेराइट-निर्माता तत्व भी है और यदि मिश्रधातु मध्यवर्ती तापमानों पर बहुत लंबे समय तक रहे, तो सिग्मा तथा ची चरणों के निर्माण की प्रवृत्ति बढ़ाता है। ये अवक्षेप निकटवर्ती क्षेत्रों से क्रोमियम और मोलिब्डेनम का उपभोग कर लेते हैं, जिससे ऐसे क्षीण क्षेत्र बनते हैं जहाँ स्थानीयकृत क्षरण आरंभ हो सकता है। इसलिए ऊष्मा-उपचार और शीतलन का उद्देश्य केवल मोलिब्डेनम की मात्रा अधिकतम करना नहीं, बल्कि अवक्षेपण को रोकना भी होना चाहिए।

द्वितीय-पीढ़ी के डुप्लेक्स ग्रेड में नाइट्रोजन की भूमिका विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। यह एक शक्तिशाली ऑस्टेनाइट-निर्माता है, अंतरास्थिक सुदृढ़ीकरण के माध्यम से उपज-शक्ति बढ़ाता है और ठोस विलयन में बने रहने पर पिटिंग-प्रतिरोध को बेहतर करता है। नाइट्रोजन आवश्यक ऑस्टेनाइट अंश बनाए रखते हुए निकेल की कम मात्रा की अनुमति देता है। वेल्डिंग के दौरान, परिरक्षण गैस, फिलर संघटन, ऊष्मा-इनपुट और शीतलन दर नियंत्रित होने पर यह वेल्ड धातु तथा ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में ऑस्टेनाइट को पुनर्स्थापित करने में भी सहायता कर सकता है। हालांकि, मिश्रधातु और प्रक्रिया के लिए नाइट्रोजन की अत्यधिक मात्रा रंध्रता या नाइट्राइड उत्पन्न कर सकती है, विशेषकर तेजी से ठंडे होने वाले या स्थानीय रूप से फेरिटिक क्षेत्रों में। इसलिए नाइट्रोजन के योग को गलन-प्रक्रिया और निर्माण-स्थितियों के अनुरूप रखना आवश्यक है।

लौह संतुलनकारी तत्व और सतत मैट्रिक्स है, जिससे दोनों चरण विकसित होते हैं। अभिकल्पना की दृष्टि से यह रासायनिक रूप से निष्क्रिय नहीं है; इसका अनुपात क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन के योग के लिए आधार निर्धारित करता है। इसके बाद मैंगनीज, सिलिकॉन, तांबा, कार्बन और टंग्स्टन जैसे अल्पांश तत्व डीऑक्सीडेशन, ठोसीकरण, चरण-संतुलन, शक्ति और क्षरण-व्यवहार को संशोधित करते हैं। कार्बन को सामान्यतः सीमित रखा जाता है, क्योंकि क्रोमियम कार्बाइड ग्रेन सीमाओं को संवेदी बना सकते हैं; हालांकि आधुनिक डुप्लेक्स ग्रेड नियंत्रित स्टील-निर्माण के माध्यम से सामान्यतः कम कार्बन प्राप्त करते हैं।

संघटन को अक्सर क्षरण-प्रतिरोध सूचकांक के आधार पर समूहित किया जाता है। 2024 के World Stainless/International Stainless Steel Forum वर्गीकरण में लीन डुप्लेक्स ग्रेड को PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेड को PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेड को PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेड को PREN 45 से अधिक श्रेणी में रखा गया है। PREN मुख्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन पर आधारित एक सूचकांक-पद्धति है; यह क्रांतिक पिटिंग तापमान, क्रेविस-क्षरण प्रतिरोध, वेल्ड-प्रदर्शन या सेवा-आयु की पूर्ण गारंटी नहीं है। स्थानीय रासायनिक संघटन, सतह की स्थिति, समावेशन, चरण-संतुलन और संपर्क-स्थितियाँ समान नाममात्र सूचकांक पर भी अलग-अलग परिणाम दे सकती हैं।

Outokumpu के 2020 के स्टेनलेस-स्टील परिवार संदर्भ के अनुसार, ग्रेड 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है, जबकि 2507 और 4501, 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड हैं। उत्पाद-समूहों में साधारण डुप्लेक्स, लीन डुप्लेक्स, मानक डुप्लेक्स, सुपरडुप्लेक्स, हाइपरडुप्लेक्स और 25Cr परिवार भी शामिल हैं, लेकिन प्रकाशित सीमाएँ हर वर्गीकरण-पद्धति में समान नहीं होतीं।

ठोसीकरण के दौरान फेराइट और ऑस्टेनाइट का संतुलन

अधिकांश डुप्लेक्स मिश्रधातुएँ मुख्यतः फेराइट के रूप में ठोस होती हैं, क्योंकि क्रोमियम, मोलिब्डेनम और लौह शरीर-केंद्रित घन संरचना वाले चरण को बढ़ावा देते हैं। ठोस-अवस्था रूपांतरण-सीमा से तापमान नीचे गिरने पर निकेल और नाइट्रोजन फेरिटिक संरचना के भीतर या उसके साथ-साथ ऑस्टेनाइट, अर्थात् फलक-केंद्रित घन संरचना वाले चरण, के नाभिकन और वृद्धि को बढ़ावा देते हैं। अंतिम सूक्ष्मसंरचना सामान्यतः नक़्क़ाशी के बाद दिखाई देने वाले फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्रों की लम्बी, परतदार व्यवस्था होती है, विशेषकर रोलिंग या फोर्जिंग के बाद।

यह रूपांतरण समय और तापमान पर निर्भर करता है। मोटा सेक्शन पतले सेक्शन की तुलना में अधिक धीरे ठंडा होता है, जिससे ऑस्टेनाइट बनने के लिए अधिक समय मिलता है; तीव्र क्वेंचिंग अत्यधिक फेराइट को बनाए रख सकती है। सिग्मा चरण, ची चरण, क्रोमियम नाइट्राइड और क्रोमियम कार्बाइड से बचने के लिए सॉल्यूशन एनीलिंग के बाद तीव्र शीतलन किया जाता है, लेकिन शीतलन को पर्याप्त ऑस्टेनाइट बनने की अनुमति भी देनी चाहिए। आवश्यक स्थिति एक नियंत्रित समझौता है, न कि हर परिस्थिति में संभव सबसे तेज क्वेंचिंग।

वेल्डिंग इस संतुलन को और कठिन बना देती है। फ्यूज़न-वेल्डेड धातु पहले फेराइट के रूप में ठोस होती है और फिर ठंडी होने पर आंशिक रूप से ऑस्टेनाइट में परिवर्तित होती है। ऑटोजेनस वेल्ड या कम-निकेल वाले फिलर अत्यधिक फेराइट छोड़ सकते हैं, जबकि ऑस्टेनिटिक फिलर अत्यधिक ऑस्टेनाइट और मूल धातु से भिन्न सूक्ष्मसंरचना उत्पन्न कर सकते हैं। ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों में तीव्र तापीय चक्र होते हैं और बार-बार किए गए वेल्ड पास पहले के क्षेत्रों को अवक्षेपण-तापमानों के संपर्क में ला सकते हैं। फिलर धातु वाले इलेक्ट्रिक-फ्यूज़न-वेल्डेड डुप्लेक्स पाइप के लिए ASTM A928/A928M, संदर्भित उत्पाद विनिर्देशों में UNS S32205 की पहचान करता है; फिर भी योग्यता-निर्धारण के लिए फिलर के रासायनिक संघटन, इंटरपास तापमान, ऊष्मा-इनपुट, परिरक्षण और वेल्ड-पश्चात् परीक्षण का नियंत्रण आवश्यक है।

चरण-संतुलन स्थैतिक शक्ति के साथ-साथ थकान और भंग पर भी प्रभाव डालता है। फेराइट सामान्यतः शक्ति बढ़ाता है, जबकि ऑस्टेनाइट तन्यता और प्रभाव-दृढ़ता को सहारा देता है। मोटे दाने, फेराइट-समृद्ध वेल्ड क्षेत्र या अंतरधात्विक अवक्षेप दरार आरंभ होने के स्थल बनाकर थकान-प्रतिरोध को घटा सकते हैं। इसलिए ऑफशोर पाइपिंग, रासायनिक प्रसंस्करण, विलवणीकरण, लुगदी और कागज उपकरण तथा पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस प्रणालियों में सेवा-उपयोग नाममात्र ग्रेड और संसाधित सूक्ष्मसंरचना—दोनों पर निर्भर करता है।

चरण-पूर्वानुमान विधियाँ और संघटन नियंत्रण

धातुकर्मी गलाने या वेल्डिंग से पहले क्रोमियम-समतुल्य और निकेल-समतुल्य अवधारणाओं के माध्यम से चरण-संतुलन का अनुमान लगाते हैं। क्रोमियम-समतुल्य में क्रोमियम, मोलिब्डेनम और कभी-कभी सिलिकॉन या नायोबियम जैसे फेराइट-प्रोत्साहक तत्वों को समूहित किया जाता है; निकेल-समतुल्य में निकेल, नाइट्रोजन, कार्बन और मैंगनीज जैसे ऑस्टेनाइट-प्रोत्साहक तत्वों को समूहित किया जाता है। Schaeffler, DeLong, WRC और संबंधित आरेख अलग-अलग गुणांकों का उपयोग करते हैं तथा विशिष्ट मिश्रधातु-सीमाओं और वेल्डिंग-स्थितियों के लिए विकसित किए गए हैं। कोई एक सार्वभौमिक समीकरण हर डुप्लेक्स मिश्रधातु, वेल्ड तनुकरण-स्तर, शीतलन दर या नाइट्रोजन सक्रियता का सटीक पूर्वानुमान नहीं लगा सकता।

आधुनिक संघटन-नियंत्रण में ऊष्मागतिक गणना, चरण-आरेख का आकलन और अनुभवजन्य धातुवैज्ञानिक परीक्षण का संयोजन किया जाता है। CALPHAD-प्रकार के डेटाबेस पर आधारित सॉफ्टवेयर तापमान बदलने पर फेराइट, ऑस्टेनाइट, सिग्मा, ची, नाइट्राइड और कार्बाइड की स्थिरता का अनुमान लगा सकते हैं, लेकिन डेटाबेस की गुणवत्ता और प्रसंस्करण संबंधी मान्यताएँ महत्वपूर्ण होती हैं। पूर्वानुमानों की जाँच फेराइट-अंश मापन, रासायनिक विश्लेषण, ऊष्मा-उपचार अभिलेखों तथा क्षरण या दृढ़ता परीक्षणों के विरुद्ध की जानी चाहिए।

ISO 17781 पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ प्रदान करता है। प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शिकी, फेराइट मापन, कठोरता परीक्षण, प्रभाव-परीक्षण और अंतरधात्विक चरणों की जाँच से पता चल सकता है कि कोई हीट या वेल्ड अपने निर्दिष्ट मानकों को पूरा करता है या नहीं। ASTM International के उत्पाद मानक विशिष्ट उत्पादों के लिए रासायनिक संघटन और प्रसंस्करण संबंधी आवश्यकताएँ निर्धारित करते हैं, जबकि ASM International, Outokumpu, Wiley संदर्भ, EurekaSelect डेटा और ScienceDirect के माध्यम से अनुक्रमित सहकर्मी-समीक्षित अध्ययन पूरक मार्गदर्शन प्रदान करते हैं। व्यावहारिक नियम सीधा है: पहले संघटन को नियंत्रित करें, फिर निर्माण के बाद चरण-संरचना का सत्यापन करें।

पीआरईएन व्यंजक में गुणांक

डुप्लेक्स ग्रेड परिवार और PREN वर्गीकरण

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लौह मिश्रधातुओं का एक परिवार है, जिसकी अभिप्रेत संरचना में फेराइट और ऑस्टेनाइट के लगभग समान आयतन-अंश होते हैं। 2024 World Stainless/International Stainless Steel Forum वर्गीकरण में ग्रेडों को Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) के आधार पर परिवारों में रखा जाता है: lean duplex के लिए PREN 22–27, standard duplex के लिए PREN 28–38, super duplex के लिए PREN 39–45 और hyper duplex के लिए PREN 45 से अधिक। ये सीमाएँ तुलनात्मक सूचकांक पर आधारित प्रचलन हैं, सार्वभौमिक धातुकर्मीय नियम नहीं। अन्य संदर्भ किसी ग्रेड को सीमा के निकट अलग श्रेणी में रख सकते हैं, विशेषकर तब जब नाइट्रोजन, टंग्स्टन, तांबा या प्रयुक्त PREN समीकरण से गणना किया गया मान बदल जाता है।

PREN का सामान्य अनुमान क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन की मात्रा से लगाया जाता है। इसके लिए प्रायः PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) जैसे संबंध का उपयोग किया जाता है। कुछ विनिर्देशों और तकनीकी संदर्भों में टंग्स्टन को शामिल किया जाता है या अलग गुणांक का उपयोग किया जाता है। इसलिए यह संख्या क्लोराइड-प्रेरित पिटिंग और क्रेविस जंग के प्रति नाममात्र प्रतिरोध की तुलना करने में सहायक है, लेकिन यह जंग-परीक्षण, सेवा-पर्यावरण के विश्लेषण या उत्पाद-विनिर्देश की आवश्यकताओं का स्थान नहीं लेती। तापमान, क्लोराइड की सांद्रता, अम्लता, निक्षेप, ऑक्सीजन की उपलब्धता, सतह की स्थिति, वेल्ड की स्थिति और गैल्वेनिक संपर्क—ये सभी सेवा-प्रदर्शन को बदल सकते हैं।

डुप्लेक्स धातुकर्म फेज़ संतुलन पर भी निर्भर करता है। मिश्रधातु की रासायनिक संरचना फेराइट बनाने और ऑस्टेनाइट बनाने की प्रवृत्ति निर्धारित करती है, जबकि सॉल्यूशन एनीलिंग, वेल्डिंग और शीतलन यह तय करते हैं कि प्रत्येक फेज़ की कितनी मात्रा बनी रहती है और अवांछित यौगिक बनते हैं या नहीं। ASM International और ScienceDirect के माध्यम से उपलब्ध सहकर्मी-समीक्षित अध्ययनों में डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचनाओं को उत्कीर्ण, लम्बे या लैमेलर फेराइट और ऑस्टेनाइट क्षेत्रों के रूप में वर्णित किया गया है। यह रूप केवल वर्णनात्मक नहीं है: फेज़ का आकार-विज्ञान, निरंतरता, अंतराल और स्थानीय रासायनिक संरचना दरार के प्रसार, जंग के आरंभ, थकान और वेल्ड के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

Lean duplex: PREN 22–27

Lean duplex ग्रेड World Stainless द्वारा दिए गए PREN 22–27 के दायरे में आते हैं। मानक डुप्लेक्स संरचनाओं की तुलना में इनमें निकेल और मोलिब्डेनम के कुछ संयोजन को कम किया जाता है, जबकि द्विफेज़ संरचना को बनाए रखने के लिए पर्याप्त क्रोमियम और नाइट्रोजन रखा जाता है। इस प्रकार की मिश्रधातु-रचना अनेक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलों की तुलना में अधिक उच्च यील्ड स्ट्रेंथ और सामान्य 300-सीरीज़ ग्रेडों की तुलना में क्लोराइड स्ट्रेस-जंग क्रैकिंग के प्रति बेहतर प्रतिरोध दे सकती है, हालांकि सटीक परिणाम उत्पाद के रूप और प्रसंस्करण पर निर्भर करता है।

“Lean” शब्द किसी एक ग्रेड पदनाम के बजाय मिश्रधातु-परिवार में उसकी स्थिति को दर्शाता है। किसी lean duplex ग्रेड में मोलिब्डेनम बहुत कम या बिल्कुल नहीं हो सकता है, अथवा लागत और फेज़ स्थिरता को नियंत्रित करने के लिए नाइट्रोजन तथा मैंगनीज़ में समायोजन किया जा सकता है; उसकी रासायनिक संरचना और गुणों के लिए लागू मानक ही प्रामाणिक होता है। इसकी PREN सीमा को प्रत्यक्ष सेवा-तापमान सीमा या क्रेविस आक्रमण से प्रतिरक्षा के प्रमाण के रूप में नहीं पढ़ना चाहिए। संकीर्ण क्रेविस, स्थिर समुद्री जल, हीट टिंट और संदूषित सतहें उस समय भी स्थानीयकृत जंग उत्पन्न कर सकती हैं जब गणना किया गया PREN पर्याप्त प्रतीत हो।

“Ordinary duplex” का उपयोग एकरूपता से नहीं किया जाता। कुछ तकनीकी लेखन में इसका अर्थ सामान्य रूप से डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील होता है, जिसमें lean और standard दोनों ग्रेड शामिल होते हैं। अन्य लेखन में यह पारंपरिक, non-super duplex समूह को दर्शाता है। इसलिए यह किसी ग्रेड पदनाम, UNS संख्या, उत्पाद मानक और घोषित रासायनिक सीमाओं की तुलना में कम सटीक है। किसी विनिर्देश में सामग्री की पहचान केवल “ordinary duplex” के रूप में नहीं की जानी चाहिए।

Standard duplex: PREN 28–38

2024 World Stainless/International Stainless Steel Forum योजना के अंतर्गत standard duplex ग्रेड PREN 28–38 के दायरे में आते हैं। Grade 2205 को सामान्यतः 22Cr duplex कहा जाता है; UNS S32205 इस ग्रेड से संबद्ध व्यापक रूप से प्रयुक्त पदनाम है। ASTM A928/A928M फिलर मेटल वाले इलेक्ट्रिक-फ्यूज़न-वेल्डेड डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील पाइप से संबंधित है और संदर्भित उत्पाद विनिर्देशों में UNS S32205 की पहचान करता है। फिर भी स्वीकृति के लिए संबंधित संस्करण, उत्पाद का रूप, पूरक आवश्यकताएँ और क्रेता की आवश्यकताएँ ही निर्णायक होती हैं।

Grade 2205 यह स्पष्ट करता है कि परिवार का लेबल प्रक्रिया नियंत्रण का विकल्प नहीं हो सकता। इसकी लगभग 22% क्रोमियम वाली रासायनिक संरचना फेरिटिक–ऑस्टेनिटिक संरचना का समर्थन करती है, लेकिन जब वेल्ड बहुत तेज़ी से ठंडा होता है, सॉल्यूशन-एनीलिंग उपचार अपर्याप्त होता है, या ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र अनुपयुक्त तापीय चक्र से गुजरता है, तब अंतिम संतुलन बदल सकता है। अत्यधिक फेराइट कठोरता कम कर सकता है और स्थानीयकृत जंग के प्रतिरोध को प्रभावित कर सकता है; अत्यधिक ऑस्टेनाइट स्ट्रेंथ में परिवर्तन कर सकता है और यह संकेत दे सकता है कि अभिप्रेत फेज़ संतुलन प्राप्त नहीं हुआ है। इसलिए वेल्डिंग प्रक्रियाएँ केवल नाममात्र रासायनिक संरचना पर निर्भर रहने के बजाय ऊष्मा इनपुट, इंटरपास तापमान, फिलर का चयन, शील्डिंग और वेल्डोत्तर परीक्षण को नियंत्रित करती हैं।

यांत्रिक प्रदर्शन उन कारणों में से एक है जिनके चलते standard duplex ग्रेड व्यापक रूप से निर्दिष्ट किए जाते हैं। फेराइट उच्च यील्ड स्ट्रेंथ प्रदान करता है, जबकि ऑस्टेनाइट तन्यता और कठोरता का समर्थन करता है। दोनों फेज़ उपयोगी थकान-व्यवहार भी दे सकते हैं, लेकिन थकान-प्रतिरोध वेल्ड की ज्यामिति, सतह की फिनिश, अवशिष्ट तनाव, दोषों और संक्षारक संपर्क पर बहुत अधिक निर्भर करता है। डिज़ाइन मान संबंधित कोड या परीक्षण-आँकड़ों से लिए जाने चाहिए, PREN से नहीं।

मुख्य चिंता केवल फेराइट-से-ऑस्टेनाइट अनुपात नहीं है। अनुपयुक्त तापमानों पर डुप्लेक्स स्टील क्रोमियम नाइट्राइड, सिग्मा फेज़, ची फेज़, सेकेंडरी ऑस्टेनाइट या अन्य अवक्षेप बना सकते हैं। सिग्मा और ची फेज़ निकटवर्ती क्षेत्रों से क्रोमियम और मोलिब्डेनम का उपभोग करते हैं, जिससे ऐसे अपक्षीण क्षेत्र बनते हैं जो प्रभाव-कठोरता और पिटिंग प्रतिरोध को कम कर सकते हैं। ऊष्मा उपचार का उद्देश्य सामान्यतः इन फेज़ों को घोलना और अभिप्रेत संरचना को पुनर्स्थापित करना होता है, जिसके बाद पर्याप्त रूप से तीव्र शीतलन किया जाता है। ISO 17781, जिसकी पहचान ISO Technical Committee 67 द्वारा की गई है, पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। यह गुणवत्ता-नियंत्रण संदर्भ है, परियोजना सामग्री-विनिर्देश का विकल्प नहीं।

Super duplex और hyper duplex: PREN 39–45 और 45 से अधिक

प्रदत्त World Stainless सीमाओं के अनुसार super duplex ग्रेड PREN 39–45 पर वर्गीकृत किए जाते हैं। इनमें सामान्यतः standard duplex ग्रेडों की तुलना में अधिक क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन होता है, जिससे सतह और सूक्ष्मसंरचना का उचित नियंत्रण होने पर क्लोराइड पिटिंग और क्रेविस जंग के प्रति अधिक प्रतिरोध मिलता है। Outokumpu द्वारा Grade 2507 और 4501 को 25Cr superduplex ग्रेड के रूप में पहचाना गया है। “25Cr” समूह मुख्यतः क्रोमियम स्तर को दर्शाता है; इसका अर्थ यह नहीं है कि प्रत्येक 25Cr मिश्रधातु में निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, तांबा, टंग्स्टन या फेज़-स्थिरता का व्यवहार समान होता है।

Hyper duplex ग्रेड PREN 45 से अधिक पर वर्गीकृत किए जाते हैं। इस श्रेणी में गंभीर क्लोराइड वातावरणों और स्ट्रेंथ तथा जंग-प्रतिरोध के चुनौतीपूर्ण संयोजनों के लिए विकसित अत्यधिक मिश्रधातुकृत डुप्लेक्स संरचनाएँ आती हैं। इनकी अधिक मिश्रधातु-सामग्री प्रसंस्करण की स्वीकार्य सीमा को संकीर्ण कर सकती है। वेल्डिंग, हॉट फॉर्मिंग, सॉल्यूशन एनीलिंग और शीतलन के दौरान हानिकारक इंटरमेटैलिक अवक्षेपण को रोकना तथा स्वीकार्य फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन बनाए रखना आवश्यक है। यदि निर्माण प्रक्रिया में हीट टिंट, संदूषण, न हटाया गया ऑक्साइड या अवक्षेपों से समृद्ध ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र रह जाए, तो उच्च PREN के साथ भी स्थानीय प्रदर्शन खराब हो सकता है।

25Cr, superduplex और hyperduplex लेबल उपयोगी संक्षिप्त संकेत हैं, लेकिन वे पूर्ण योग्यता स्थापित नहीं करते। क्रिटिकल पिटिंग तापमान, क्रिटिकल क्रेविस-जंग तापमान, विद्युत-रासायनिक परीक्षण परिणाम, प्रभाव-कठोरता, तन्य गुण, कठोरता, फेराइट मापन और इंटरमेटैलिक फेज़ों की जाँच—ये सभी प्रासंगिक हो सकते हैं। PREN संरचना-आधारित प्रवृत्ति का अनुमान लगाता है; यह प्रत्येक पर्यावरणीय या विनिर्माण चर का लेखा नहीं रखता।

इसी कारण ग्रेड का चयन परिवार-वर्गीकरण को वास्तविक सेवा-स्थितियों से जोड़कर किया जाना चाहिए: समुद्री जल में ऑक्सीजन की उपलब्धता, क्लोराइड स्तर, तापमान, दाब, अम्लता, प्रवाह, क्रेविस की ज्यामिति, कैथोडिक संरक्षण, अपरदन और चक्रीय लोडिंग। Schaeffler-, DeLong- या WRC-प्रकार के आरेख जैसे फेज़-पूर्वानुमान उपकरण वेल्ड मेटल के आकलन में सहायक हो सकते हैं, लेकिन वे प्रक्रिया-योग्यता और धातुवैज्ञानिक सत्यापन के विकल्प नहीं हैं। डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील नियंत्रित द्विफेज़ सामग्री है, एक ऐसा एकल जंग-प्रतिरोधी ग्रेड नहीं जिसका व्यवहार हर स्थिति में स्थिर और समान हो।

मान्यता प्राप्त ग्रेड और पदनाम

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के नाम मिश्रधातु परिवारों का वर्णन करते हैं, किसी एक सार्वभौमिक विनिर्देशन का नहीं। पदनाम लगभग क्रोमियम स्तर, किसी वाणिज्यिक ग्रेड की पहचान, या यूनिफाइड नंबरिंग सिस्टम (UNS) जैसी संख्यात्मक प्रणाली का संकेत दे सकता है। यह अपने-आप यह निर्धारित नहीं करता कि सामग्री प्लेट, पाइप, बार, ट्यूब, फोर्जिंग या वेल्डेड घटक है। न ही यह वेल्डिंग प्रक्रिया, निरीक्षण की आवृत्ति, ऊष्मा उपचार, फेराइट की स्वीकृत सीमा या संक्षारण-परीक्षण की आवश्यकता स्थापित करता है। ये विवरण लागू उत्पाद मानक, खरीद विनिर्देशन, ड्रॉइंग और गुणवत्ता-नियंत्रण दस्तावेज़ों से प्राप्त होते हैं।

इन सामग्रियों का आधार क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–आयरन मिश्रधातुएँ हैं, जिन्हें लगभग समान फेराइट और ऑस्टेनाइट आयतन-अंश बनाने के लिए विकसित किया गया है। World Stainless और International Stainless Steel Forum ने 2024 में डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के लिए लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट की सूचना दी। यह अनुपात एक धातुकर्मीय अवस्था है, न कि किसी ग्रेड के नाम से स्वतः जुड़ा हुआ अर्थ। मिश्रधातु की रासायनिक संरचना, सॉल्यूशन-एनीलिंग तापमान, शीतलन दर, फॉर्मिंग, वेल्डिंग की ऊष्मा-आपूर्ति और वेल्ड के बाद का उपचार चरण-संतुलन को बदल सकते हैं। ये क्रोमियम नाइट्राइड, सिग्मा फेज़, ची फेज़ या अन्य इंटरमेटैलिक यौगिकों जैसे अवांछित अवक्षेपों को भी बढ़ावा दे सकते हैं।

एच्च किए गए डुप्लेक्स पदार्थ में सामान्यतः लंबे, लैमेलर फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्र दिखाई देते हैं। यह संरूपण हॉट वर्किंग तथा ठोसकरण या पुनःक्रिस्टलीकरण के इतिहास को दर्शाता है। नाममात्र रूप से सही रासायनिक विश्लेषण यह प्रमाणित नहीं कर सकता कि तैयार उत्पाद में अपेक्षित सूक्ष्मसंरचना मौजूद है। इसी कारण डुप्लेक्स विनिर्देशों में अक्सर मेटालोग्राफिक परीक्षण, फेराइट मापन, यांत्रिक परीक्षण, संक्षारण परीक्षण, या सॉल्यूशन एनीलिंग और शीतलन पर नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

2205, 22Cr डुप्लेक्स और UNS S32205

ग्रेड 2205 सबसे अधिक मान्यता प्राप्त मानक डुप्लेक्स पदनाम है। Outokumpu द्वारा 2020 में दिए गए स्टेनलेस-स्टील परिवार के विवरण में 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा गया है। “22Cr” लगभग 22% क्रोमियम वाली मिश्रधातु के परिवार का संक्षिप्त रूप है; यह पूर्ण रासायनिक विनिर्देशन नहीं है। निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, कार्बन, मैंगनीज़, सिलिकॉन और अल्प मात्रा वाले तत्वों की सीमाएँ भी चरण-स्थिरता, पिटिंग प्रतिरोध, वेल्डेबिलिटी और यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती हैं।

UNS S32205 2205 डुप्लेक्स संरचना से संबद्ध एक औपचारिक संख्यात्मक पदनाम है। ASTM A928/A928M, जो फिलर मेटल से निर्मित इलेक्ट्रिक-फ्यूज़न-वेल्डेड ऑस्टेनिटिक और फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस-स्टील पाइप को कवर करता है, अपने संदर्भित उत्पाद विनिर्देशों में UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप बताता है। यह संबंध महत्वपूर्ण है, क्योंकि उत्पाद मानक बताए बिना “2205 पाइप” कहना अधूरा है। ASTM A928/A928M किसी विशिष्ट उत्पाद-रूप और विनिर्माण प्रक्रिया के लिए अतिरिक्त आवश्यकताएँ निर्धारित करता है; UNS संख्या मिश्रधातु की रासायनिक संरचना की पहचान करती है, लेकिन इन आवश्यकताओं का स्थान नहीं लेती।

2205 को सामान्यतः मानक डुप्लेक्स समूह में रखा जाता है। 2024 के World Stainless/International Stainless Steel Forum वर्गीकरण में मानक डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN सीमा 28–38 दी गई है। PREN, जिसकी गणना सामान्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन की मात्रा से की जाती है, स्थानीयकृत आक्रमण के प्रति प्रतिरोध की तुलना करने के लिए प्रयुक्त एक संक्षारण-प्रतिरोध सूचकांक है। यह पूर्ण प्रदर्शन-गारंटी नहीं है। सतह की स्थिति, वेल्डिंग, समावेशन, तापमान, क्लोराइड सांद्रता, क्रेविस, अवशिष्ट तनाव और संपर्क-अवधि क्रिटिकल पिटिंग तथा क्रेविस-संक्षारण के व्यवहार को बदल सकते हैं।

लगभग संतुलित फेराइट–ऑस्टेनाइट संरचना 2205 को मजबूती, क्लोराइड-संक्षारण प्रतिरोध और फ्रैक्चर-व्यवहार का ऐसा संयोजन देती है, जो पारंपरिक फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक दोनों ग्रेडों से भिन्न है। इससे निर्माण प्रक्रिया में कम सहनशीलता भी आती है। मध्यवर्ती तापमान सीमाओं में अत्यधिक समय रहने पर इंटरमेटैलिक फेज़ बन सकते हैं, जबकि वेल्डिंग के बाद तेज़ या खराब ढंग से नियंत्रित शीतलन से अत्यधिक फेराइट या नाइट्रोजन-समृद्ध दोष रह सकते हैं। इसलिए वेल्डिंग प्रक्रियाएँ केवल “2205” नाम पर निर्भर रहने के बजाय ऊष्मा-आपूर्ति, इंटरपास तापमान, फिलर का चयन, शील्डिंग और शीतलन परिस्थितियों को नियंत्रित करती हैं।

25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड के रूप में 2507 और 4501

Outokumpu 2507 और 4501 ग्रेडों को 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड के रूप में पहचानता है। “25Cr” लेबल लगभग 25% क्रोमियम वाली मिश्रधातु के परिवार का संकेत देता है, जबकि “सुपरडुप्लेक्स” मानक डुप्लेक्स ग्रेडों की तुलना में अधिक मिश्रधातु-स्तर और स्थानीयकृत-संक्षारण के प्रति अधिक प्रतिरोध को दर्शाता है। फिर भी यह पदनाम उत्पाद-रूप या पूर्ण स्वीकृति मानदंड निर्दिष्ट नहीं करता।

World Stainless और International Stainless Steel Forum ने 2024 में सुपरडुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 के रूप में वर्गीकृत किया। यह उच्च सूचकांक सामान्यतः क्रोमियम के साथ मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन के मिश्रण को दर्शाता है, हालांकि वास्तविक रासायनिक सूत्र और सीमाएँ संबंधित मानक से ही ली जानी चाहिए। नाइट्रोजन ऑस्टेनाइट के निर्माण में सहायक होता है और पिटिंग प्रतिरोध में योगदान देता है; मोलिब्डेनम स्थानीयकृत क्लोराइड आक्रमण के प्रतिरोध में सुधार करता है; क्रोमियम निष्क्रिय परत की स्थिरता में सहायक होता है। ये तत्व ठोसकरण, वेल्ड-मेटल के चरण-संतुलन और नाइट्राइड या इंटरमेटैलिक बनने के जोखिम को भी प्रभावित करते हैं।

इसलिए 2507 और 4501 नामों को परस्पर विनिमेय प्रमाणपत्रों के रूप में नहीं, बल्कि परिवार या ग्रेड पहचानकर्ताओं के रूप में पढ़ा जाना चाहिए। किसी निर्दिष्ट उत्पाद के लिए सॉल्यूशन एनीलिंग, तीव्र शीतलन, चरण-संतुलन सीमाएँ, इम्पैक्ट परीक्षण, कठोरता सीमाएँ या संक्षारण परीक्षण आवश्यक हो सकते हैं। ये आवश्यकताएँ प्लेट, सीमलेस पाइप, वेल्डेड पाइप, फोर्जिंग, फिटिंग तथा कास्ट या निर्मित घटकों के बीच भिन्न हो सकती हैं। किसी एक उत्पाद मानक और मोटाई-सीमा के लिए योग्य ठहराई गई वेल्ड प्रक्रिया को केवल इस कारण दूसरे मानक के अनुरूप नहीं माना जा सकता कि दोनों सामग्रियों का वर्णन 25Cr सुपरडुप्लेक्स के रूप में किया गया है।

सुपरडुप्लेक्स मिश्रधातुओं का उपयोग उन परिस्थितियों में किया जाता है जहाँ स्थानीयकृत संक्षारण और यांत्रिक भार कठिन आवश्यकताएँ उत्पन्न करते हैं। इनमें अपतटीय उपकरण, समुद्री-जल प्रणालियाँ, रासायनिक प्रसंस्करण, विलवणीकरण तथा तेल और गैस के घटक शामिल हैं। फिर भी थकान-प्रतिरोध वेल्ड ज्यामिति, सतह की स्थिति, दोषों, अवशिष्ट तनाव और चक्रीय पर्यावरण पर अत्यधिक निर्भर रहता है। अधिक PREN होने से वेल्ड टो, क्रेविस, समावेशन या ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों की जाँच की आवश्यकता समाप्त नहीं होती।

मिश्रधातु के नाम, UNS संख्याएँ और उत्पाद मानकों का संबंध

अक्सर तीन प्रकार के पदनामों को एक-दूसरे के साथ मिला दिया जाता है:[3][3] Petroleum and natural gas industries — Test methods for quality control of microstructure of ferritic/austenitic stainless steels. ISO Technical Committee 67. ISO 17781, 2024.

• 2205 या 2507 जैसा सामान्य या वाणिज्यिक नाम।
• 22Cr या 25Cr जैसा संरचना-संबंधी संक्षिप्त रूप।
• UNS S32205 जैसा औपचारिक पदनाम।

ये अलग-अलग प्रश्नों के उत्तर देते हैं। सामान्य नाम किसी मान्यता प्राप्त ग्रेड परिवार की पहचान करता है। क्रोमियम-संबंधी संक्षिप्त रूप लगभग मिश्रधातु-स्तर की सूचना देता है। UNS पदनाम मानकीकृत रासायनिक संरचना की पहचान प्रदान करता है। इनमें से कोई भी अकेले यह नहीं बताता कि सामग्री कैसे बनाई गई, उसका परीक्षण और चिह्नीकरण कैसे हुआ, उसका निरीक्षण कैसे किया गया या उसे कैसे स्वीकृत किया गया।

उत्पाद मानक इस अतिरिक्त संदर्भ को प्रदान करता है। ASTM, EN, ISO और अन्य मानक रासायनिक सीमाएँ, आयाम, सहनशीलताएँ, विनिर्माण विधि, सॉल्यूशन एनीलिंग, तनन गुण, इम्पैक्ट आवश्यकताएँ, गैर-विनाशकारी परीक्षण, हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण तथा पूरक संक्षारण या सूक्ष्मसंरचना परीक्षण निर्दिष्ट कर सकते हैं। ASTM A928/A928M इसका एक उदाहरण है: यह फिलर मेटल से निर्मित इलेक्ट्रिक-फ्यूज़न-वेल्डेड डुप्लेक्स पाइप से संबंधित है, न कि केवल किसी मिश्रधातु का नाम बताता है। ISO Technical Committee 67 द्वारा 2024 में पहचाना गया ISO 17781 पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। यह गुणवत्ता-नियंत्रण संदर्भ है, सामग्री ग्रेड या उत्पाद मानक का विकल्प नहीं।

यही नामकरण संबंधी समस्या व्यापक श्रेणियों पर भी लागू होती है। World Stainless/International Stainless Steel Forum लीन डुप्लेक्स के लिए PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स के लिए 28–38, सुपरडुप्लेक्स के लिए 39–45 और हाइपरडुप्लेक्स के लिए 45 से अधिक की सीमा देता है। ये सीमाएँ उपयोगी वर्गीकरण परंपराएँ हैं, लेकिन प्रत्येक संगठन समान सीमाएँ लागू नहीं करता। सामान्य डुप्लेक्स, लीन डुप्लेक्स, मानक डुप्लेक्स, सुपरडुप्लेक्स, हाइपरडुप्लेक्स और 25Cr समूह वाणिज्यिक उपयोग में एक-दूसरे से ओवरलैप कर सकते हैं। निर्णायक दस्तावेज़ वही उद्धृत ग्रेड विनिर्देशन और उसमें बताए गए परीक्षण होते हैं, केवल श्रेणी-लेबल नहीं।

यांत्रिक और भौतिक गुण

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लौह मिश्रधातुएँ हैं, जिनकी यांत्रिक प्रतिक्रिया किसी एक समान मैट्रिक्स से नहीं, बल्कि फेरिटिक–ऑस्टेनिटिक संरचना से उत्पन्न होती है। अभिप्रेत अवस्था आयतन के आधार पर लगभग समान मात्रा में फेराइट और ऑस्टेनाइट की होती है, जैसा कि 2024 में World Stainless और International Stainless Steel Forum द्वारा रिपोर्ट किया गया है। यह अनुपात एक धातुकर्मीय लक्ष्य है, न कि किसी नाममात्र ग्रेड-निर्देशन से सुनिश्चित होने वाला परिणाम। मिश्रधातु की रासायनिक संरचना, सॉल्यूशन-एनीलिंग तापमान, होल्डिंग समय, शीतलन दर, फॉर्मिंग और वेल्डिंग—ये सभी चरणों के संतुलन को बदल सकते हैं या उनकी आकृति-विज्ञान को प्रभावित कर सकते हैं।

ASM Handbook और डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील पर Wiley के अध्याय एक उपयोगी रूपरेखा प्रदान करते हैं: गुणों का मूल्यांकन चरण-संरचना, चरण-आकृति-विज्ञान, दोषों और प्रसंस्करण इतिहास के संयुक्त परिणाम के रूप में किया जाना चाहिए। इसलिए कोई मिल प्रमाणपत्र या ग्रेड-नाम उत्पाद-विशिष्ट यांत्रिक आँकड़ों, ऊष्मा-उपचार आवश्यकताओं और निरीक्षण अभिलेखों का विकल्प नहीं हो सकता।

द्वि-चरणीय संरचना से प्राप्त शक्ति और तन्यता

फेराइट, जो शरीर-केंद्रित घनीय चरण है, उच्च यील्ड शक्ति और प्लास्टिक विकृति के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है। ऑस्टेनाइट, जो फलक-केंद्रित घनीय चरण है, अधिक कार्य-कठोरीकरण क्षमता और सामान्यतः अधिक तन्यता प्रदान करता है। जब दोनों चरण एक सतत और अच्छी तरह बंधी हुई संरचना बनाते हैं, तब डुप्लेक्स स्टील उपयोगी दीर्घीकरण और फॉर्मिंग क्षमता के साथ सामान्य ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की तुलना में अधिक शक्ति-स्तर का संयोजन कर सकता है। यह परिणाम दोनों घटकों का सरल औसत नहीं होता। फेराइट ऑस्टेनाइट को सीमित करता है, ऑस्टेनाइट फेराइट के विकृति-पथों को बाधित करता है, और चरण-सीमाएँ स्लिप, विकृति-विभाजन तथा दरार आरंभ होने को प्रभावित करती हैं।

एच्च की गई सूक्ष्मसंरचना सामान्यतः लम्बे, परतदार फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्रों के रूप में दिखाई देती है, विशेषकर रोल्ड प्लेट में। यह आकृति-विज्ञान दिशा-निर्भर व्यवहार उत्पन्न करती है। रोलिंग दिशा के अनुप्रस्थ मापे गए तनन गुण, अनुदैर्ध्य दिशा में मापे गए गुणों से भिन्न हो सकते हैं, जबकि मोटाई-दिशा की तन्यता समावेशन, बैंडिंग, पृथक्करण और वेल्डिंग से प्रभावित हो सकती है। इसलिए केवल अनुदैर्ध्य तनन आँकड़ों के आधार पर डिज़ाइन किया गया कोई घटक, यदि उस पर प्रमुख भार प्लेट के आर-पार या वेल्डेड जोड़ के माध्यम से कार्य करते हों, तो उसका वास्तविक प्रतिनिधित्व ठीक से नहीं कर सकता।

लगभग समान-चरण अवस्था शक्ति और तन्यता के बीच उपयोगी संतुलन में भी सहायक होती है। अतिरिक्त फेराइट शक्ति बढ़ा सकता है, लेकिन तन्यता और आघात-कठोरता को घटा सकता है, विशेषकर तब जब फेराइट सतत या मोटे दाने वाला हो। अतिरिक्त ऑस्टेनाइट तन्यता सुधार सकता है, जबकि सही रूप से संतुलित डुप्लेक्स संरचना से अपेक्षित शक्ति को कम कर सकता है। इनमें से किसी भी विचलन का आकलन केवल दृश्य रूप से नहीं किया जा सकता। मात्रात्मक धातुविज्ञान, चरण-पूर्वानुमान विधियाँ और लागू उत्पाद विनिर्देशन के अनुसार निरीक्षण आवश्यक हैं।

ग्रेड परिवार रासायनिक संरचना और संक्षारण-प्रतिरोध की रूपरेखा प्रदान करते हैं, प्रत्यक्ष यांत्रिक-गुणों की गारंटी नहीं। 2024 के World Stainless वर्गीकरण में लीन डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 45 से अधिक श्रेणी में रखा गया है। PREN संक्षारण-प्रतिरोध का सूचकांक है, जो सामान्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन पर आधारित होता है; यह अकेले शक्ति, कठोरता, वेल्ड गुणवत्ता या सेवा-आयु का पूर्वानुमान नहीं करता। साधारण डुप्लेक्स, लीन डुप्लेक्स, मानक डुप्लेक्स, सुपरडुप्लेक्स, हाइपरडुप्लेक्स और 25Cr समूह भी विभिन्न वर्गीकरण प्रणालियों में कुछ हद तक अलग-अलग हो सकते हैं।

Outokumpu ग्रेड 2205 को 22Cr डुप्लेक्स तथा ग्रेड 2507 और 4501 को 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड के रूप में पहचानता है। उत्पाद-डिज़ाइन के लिए UNS नामांकन और प्रचलित मानक किसी पारिवारिक लेबल की तुलना में अधिक सटीक रहते हैं। उदाहरण के लिए, ASTM A928/A928M फिलर मेटल वाले इलेक्ट्रिक-फ्यूज़न-वेल्डेड डुप्लेक्स पाइप से संबंधित है और संदर्भित उत्पाद विनिर्देशों में UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप पहचानता है। आवश्यक तनन, यील्ड, दीर्घीकरण, कठोरता और वेल्ड-गुणवत्ता मान उस मानक तथा संबंधित उत्पाद-रूप से प्राप्त किए जाने चाहिए।

कठोरता और तापमान के प्रभाव

ऑस्टेनाइट विस्तृत तापमान-सीमा में फलक-केंद्रित घनीय विकृति-तंत्रों को बनाए रखता है और तन्यता तथा दरार-शीर्ष के कुंदन को सुरक्षित रखने में सहायता करता है। फेराइट तापमान के प्रति अधिक संवेदनशील होता है, क्योंकि इसकी शरीर-केंद्रित घनीय संरचना तन्य से भंगुर संक्रमण से गुजर सकती है। परिणामस्वरूप, डुप्लेक्स स्टील की कठोरता फेराइट की मात्रा, फेराइट के दाने के आकार, चरण-आकृति-विज्ञान, समावेशन, वेल्ड की ऊष्मीय चक्रों और परीक्षण-दिशा पर बहुत अधिक निर्भर करती है। ऑस्टेनाइट की उपस्थिति समग्र प्रतिक्रिया में सुधार करती है, लेकिन फेराइट से संबंधित निम्न-तापमान जोखिम को समाप्त नहीं करती।

निम्न-तापमान आघात व्यवहार मोटे फेराइट, असंतुलित चरण-अंशों और इंटरमेटैलिक अवक्षेपों के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील होता है। सिग्मा चरण, ची चरण, क्रोमियम नाइट्राइड और अन्य द्वितीयक चरण स्थानीय रूप से क्रोमियम या मोलिब्डेनम का उपभोग कर सकते हैं, तन्यता घटा सकते हैं और दरार आरंभ होने के स्थल प्रदान कर सकते हैं। इसलिए उन तापमान-सीमाओं में अत्यधिक संपर्क, जहाँ अवक्षेपण संभव हो, अंतिम सतह स्वीकार्य दिखाई देने पर भी हानिकारक होता है। जहाँ विनिर्दिष्ट हो, वहाँ उपयुक्त चरण-संरचना पुनर्स्थापित करने तथा अवांछित चरणों को घोलने या सीमित करने के लिए सॉल्यूशन एनीलिंग और तीव्र शीतलन का उपयोग किया जाता है; अनुमत उपचार ग्रेड और उत्पाद मानक पर निर्भर करता है।

उच्च तापमान एक अलग समस्या उत्पन्न करता है। लंबे समय तक संपर्क के दौरान फेराइट रूपांतरित हो सकता है या द्वितीयक चरण अवक्षेपित कर सकता है, जबकि वेल्डिंग अथवा ऊष्मा-उपचार के दौरान ऑस्टेनाइट–फेराइट संतुलन बदल सकता है। कम अवधि वाले निर्माण चक्र और नियंत्रित शीतलन स्वीकार्य संरचना उत्पन्न कर सकते हैं, लेकिन पुनःतापन, मरम्मत-वेल्डिंग और बार-बार होने वाले तापीय उतार-चढ़ाव के लिए विशिष्ट प्रक्रियाएँ आवश्यक होती हैं। तीव्र शीतलन के तुरंत बाद ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों में फेराइट की मात्रा अत्यधिक हो सकती है, या अनुपयुक्त तापीय संपर्क के बाद उनमें नाइट्राइड और इंटरमेटैलिक चरण विकसित हो सकते हैं।

ये प्रभाव थकान को भी प्रभावित करते हैं। अपनी शक्ति और संक्षारण-प्रतिरोध के कारण डुप्लेक्स स्टील अनुकूल थकान-शक्ति प्रदर्शित कर सकता है, फिर भी थकान-प्रदर्शन सतह की स्थिति, वेल्ड ज्यामिति, अवशिष्ट तनाव, समावेशन, संक्षारण-गर्तों और चरण-संवेदनशील दोषों द्वारा नियंत्रित होता है। संक्षारण-प्रतिरोधी ग्रेड का होना स्वतः ही बेहतर वेल्डेड थकान-आयु सुनिश्चित नहीं करता। डिज़ाइन वक्र और वेल्ड वर्गीकरण उत्पाद, जोड़-श्रेणी, पर्यावरण और लागू कोड के अनुरूप होने चाहिए।

ISO 17781 पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों के लिए एक प्रासंगिक गुणवत्ता-नियंत्रण संदर्भ है। ISO Technical Committee 67 के अनुसार, यह फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक अथवा डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। ऐसी जाँच अत्यधिक फेराइट, असामान्य चरण-आकृति-विज्ञान और हानिकारक अवक्षेपों की पहचान कर सकती है, जिन्हें केवल तनन परीक्षण से पहचाना नहीं जा सकता।

भौतिक गुण और डिज़ाइन संबंधी प्रभाव

डुप्लेक्स स्टील के भौतिक गुण फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के गुणों के बीच स्थित होते हैं, लेकिन वे उनके सरल समान नहीं होते। फेराइट चुंबकीय प्रतिक्रिया और सामान्यतः ऑस्टेनाइट की तुलना में कम तापीय प्रसार में योगदान देता है। ऑस्टेनाइट अचुंबकीय व्यवहार और अधिक तापीय प्रसार प्रदान करता है। इसलिए किसी द्वि-चरणीय घटक में मापने योग्य चुंबकीय पारगम्यता हो सकती है और उसका तापीय-प्रसार व्यवहार पूर्णतः ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से भिन्न हो सकता है। चुंबकीय सेंसरों के निकट, आयामी-नियंत्रण गणनाओं में और उन स्थितियों में यह महत्वपूर्ण है जहाँ तापीय चक्र अवरोधित तनाव उत्पन्न करते हैं।

तापीय चालकता फेराइट–ऑस्टेनाइट अनुपात, मिश्रधातु-तत्वों, तापमान और उत्पाद की अवस्था से प्रभावित होती है। डुप्लेक्स स्टील सामान्य ऑस्टेनिटिक ग्रेडों की तुलना में ऊष्मा का स्थानांतरण अलग ढंग से करते हैं, जबकि उनका कम तापीय प्रसार कुछ ऊष्मीय प्रक्रियाओं के दौरान विकृति को घटा सकता है। यह लाभ सशर्त है: वेल्डिंग के दौरान स्थानीय प्रसार, संकुचन, अवशिष्ट तनाव और चरण-परिवर्तन फिर भी होते हैं। जोड़ का अवरोधन और ऊष्मा-इनपुट अंतिम विकृति पर निर्णायक प्रभाव डाल सकते हैं।

लोचीय व्यवहार भी द्वि-चरणीय समुच्चय को प्रतिबिंबित करता है। फेराइट और ऑस्टेनाइट की क्रिस्टलोग्राफिक लोचीय प्रतिक्रियाएँ भिन्न होती हैं और रोलिंग से टेक्सचर उत्पन्न होता है; इसलिए मापा गया मॉड्यूलस और पॉइसन प्रतिक्रिया दिशा तथा परीक्षण विधि के अनुसार बदल सकती है। सामान्य संरचनात्मक गणनाओं के लिए मानक प्रायः किसी चरण-दर-चरण लोचीय मॉडल की माँग करने के बजाय एक डिज़ाइन मान प्रदान करते हैं। तापीय प्रवणताओं, चक्रीय भारण या वेल्डेड असेंबली से संबंधित परिमित-तत्व विश्लेषण में वास्तविक उत्पाद-अवस्था से प्राप्त तापमान-निर्भर और दिशा-निर्भर आँकड़ों की आवश्यकता हो सकती है।

प्रसंस्करण इतिहास अभी भी केंद्रीय महत्व रखता है। हॉट रोलिंग, कोल्ड रिडक्शन, सॉल्यूशन एनीलिंग, जल-शीतलन, मशीनिंग और वेल्डिंग अवशिष्ट तनाव और टेक्सचर के साथ-साथ चरण-संतुलन को भी बदलते हैं। चरण-पूर्वानुमान आरेख और कम्प्यूटेशनल उपकरण फेराइट-निर्माण तथा अवक्षेपण का अनुमान लगा सकते हैं, लेकिन वे धातुविज्ञान और योग्यता-परीक्षण के विकल्प नहीं हैं। इसलिए डिज़ाइन आँकड़े निर्दिष्ट ग्रेड, उत्पाद-रूप, मोटाई, ऊष्मा-उपचार, दिशा और मानक से लिए जाने चाहिए—इस सामान्य कथन से नहीं कि डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील मजबूत, कठोर या आयामी रूप से स्थिर होता है।

संक्षारण तंत्र और प्रतिरोध

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील संक्षारण-प्रतिरोधी एकल ग्रेड नहीं है। इसका प्रदर्शन फेराइट और ऑस्टेनाइट के नियंत्रित मिश्रण से प्राप्त होता है, जिसमें सामान्यतः आयतन के आधार पर प्रत्येक फेज़ लगभग 50% होता है। World Stainless और International Stainless Steel Forum ने 2024 में इस लगभग संतुलित अनुपात की सूचना दी। दोनों फेज़ अलग-अलग विद्युत-रासायनिक और यांत्रिक प्रतिक्रियाएँ प्रदान करते हैं: क्रोमियम-समृद्ध फेराइट क्लोराइड-प्रेरित स्थानीयकृत आक्रमण के प्रति प्रतिरोध और उच्च सामर्थ्य प्रदान करता है, जबकि निकेल-स्थिरित ऑस्टेनाइट कठोरता, तन्यता और कुछ सामान्य तथा तनाव-सहायित संक्षारण रूपों के प्रति प्रतिरोध में सुधार करता है।

यह संतुलन प्रसंस्करण का परिणाम है, नाममात्र ग्रेड-निर्देशन से प्राप्त कोई गारंटी नहीं। मिश्रधातु की रासायनिक संरचना, सॉल्यूशन-एनीलिंग तापमान, वेल्डिंग की ऊष्मा-आपूर्ति, धारण समय और शीतलन दर—सभी अंतिम फेराइट–ऑस्टेनाइट अनुपात को प्रभावित करते हैं। अत्यधिक फेराइट कठोरता को कम कर सकता है और स्थानीयकृत संक्षारण के व्यवहार को बदल सकता है; अत्यधिक ऑस्टेनाइट सामर्थ्य को कम कर सकता है और निर्दिष्ट डुप्लेक्स संरचना के लिए आवश्यक फेराइट की मात्रा से मिश्रधातु को कम कर सकता है। एच किए गए पदार्थ में, विशेषकर रोलिंग के बाद, सामान्यतः लम्बे, परतदार फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्र दिखाई देते हैं। Schaeffler, DeLong, WRC-1992 और संविधान-आरेख जैसे फेज़-पूर्वानुमान उपकरण वेल्डिंग और ठोसकरण के आकलन में मार्गदर्शन दे सकते हैं, लेकिन धातुवैज्ञानिक परीक्षण और संक्षारण परीक्षण अभी भी आवश्यक नियंत्रण बने रहते हैं।

क्रोमियम निष्क्रिय क्रोमियम-ऑक्साइड फिल्म बनाता है। मोलिब्डेनम क्लोराइड-युक्त विलयनों में इस फिल्म को सुदृढ़ करता है और पिट के आरंभ तथा प्रसार के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है। नाइट्रोजन एक शक्तिशाली ऑस्टेनाइट-निर्माता है और स्थानीयकृत संक्षारण-प्रतिरोध बढ़ाता है; यह ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण के माध्यम से उपज सामर्थ्य भी बढ़ाता है। निकेल मुख्यतः ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है और फेज़-संतुलन बनाए रखने में सहायक होता है, हालांकि पिटिंग-प्रतिरोध की गणना में इसे मोलिब्डेनम या नाइट्रोजन का विकल्प नहीं माना जा सकता। खराब सतह स्थिति, अंतःस्थापित लौह, आर्क-स्ट्राइक, हीट टिंट, घिसाई से हुई क्षति या वेल्ड ऑक्साइड स्थानीय रूप से निष्क्रिय फिल्म को नष्ट कर सकते हैं, भले ही थोक मिश्रधातु की रासायनिक संरचना उपयुक्त हो।

पिटिंग और दरार-संक्षारण

महत्त्वपूर्ण पिटिंग तापमानमहत्त्वपूर्ण पिटिंग तापमान वह तापमान जिस पर निर्दिष्ट परीक्षण-विलयन और प्रक्रिया के अंतर्गत स्थिर पिटिंग की संभावना बढ़ जाती है; यह एक तुलनात्मक परीक्षण-परिणाम है, सार्वभौमिक संचालन-सीमा नहीं।

पिटिंग तब आरंभ होती है जब किसी छोटे स्थान पर निष्क्रिय सतह टूट जाती है। ऐसा प्रायः उन स्थानों पर होता है जहाँ समावेशन, खुरदरापन के उभरे हुए बिंदुओं, ऑक्साइड अवशेषों या यांत्रिक रूप से क्षतिग्रस्त क्षेत्रों में क्लोराइड आयन संकेंद्रित होते हैं। पिट आसपास की सतह के सापेक्ष एनोडिक बन जाता है। हाइड्रोलिसिस स्थानीय pH को कम करती है, क्लोराइड गुहा के भीतर चला जाता है और मूल प्रेरक कारण समाप्त हो जाने के बाद भी पिट बढ़ता रह सकता है। यह स्व-उत्प्रेरित प्रक्रिया बताती है कि सतह का छोटा-सा निशान गहरी पैठ वाली क्षति क्यों उत्पन्न कर सकता है।

दरार-संक्षारण भी इसी प्रकार के क्रम का अनुसरण करता है, लेकिन इसे सीमित द्रव्यमान-परिवहन नियंत्रित करता है। गैस्केट, लैप-जोड़, थ्रेडेड कनेक्शन, निक्षेप, फ्लैंज सतह और ढकी हुई वेल्ड ज्यामितियाँ दरार के भीतर ऑक्सीजन का उपभोग कर सकती हैं। इसके परिणामस्वरूप बनने वाला विभेदित-वातन सेल बंद क्षेत्र को अम्लीय बनाता है और क्लोराइड को संकेंद्रित करता है। कोई डुप्लेक्स ग्रेड खुली सतह पर पिटिंग का प्रतिरोध कर सकता है, लेकिन संकीर्ण दरार में आक्रमण का शिकार हो सकता है, क्योंकि दरार के भीतर की स्थानीय रासायनिक दशाएँ आसपास के जल की तुलना में कहीं अधिक गंभीर होती हैं।

इसलिए क्रांतिक पिटिंग तापमान (CPT) और क्रांतिक दरार-संक्षारण तापमान (CCT) उपयोगी तुलनात्मक माप हैं। CPT उस तापमान की पहचान करता है जिस पर निर्दिष्ट परीक्षण-विलयन और प्रक्रिया के अंतर्गत स्थिर पिटिंग की संभावना बढ़ जाती है; CCT कृत्रिम दरार के अंतर्गत इसी प्रवृत्ति को मापता है। इनमें से कोई भी मान सार्वभौमिक परिचालन सीमा नहीं है। सतह की फिनिश, परीक्षण विधि, ऑक्सीजन की मात्रा, क्लोराइड सांद्रता, निक्षेप, प्रवाह और वेल्ड हीट टिंट की उपस्थिति परिणाम को बदल सकते हैं।

फेराइट और ऑस्टेनाइट में भी संगत प्रतिरोध होना आवश्यक है। यदि किसी एक फेज़ का स्थानीयकृत संक्षारण-प्रतिरोध दूसरे से कम हो, तो पिट फेज़ सीमाओं पर या कमजोर फेज़ के भीतर प्राथमिकता से आरंभ हो सकते हैं। क्रोमियम और मोलिब्डेनम का विभाजन, नाइट्रोजन की मात्रा और शीतलन का इतिहास इस अंतर को प्रभावित करते हैं। अंतरधात्विक अवक्षेप समस्या को और गंभीर बना देते हैं। सिग्मा फेज़, ची फेज़, क्रोमियम नाइट्राइड और अन्य द्वितीयक घटक निकटवर्ती धातु से क्रोमियम या मोलिब्डेनम का उपभोग कर सकते हैं और अपक्षीण क्षेत्र बना सकते हैं। संरचना और समय पर निर्भर करते हुए, लगभग 600–1000 °C की सीमा में संपर्क से ऐसे फेज़ बन सकते हैं। इच्छित संरचना को पुनर्स्थापित करने के लिए सॉल्यूशन एनीलिंग के बाद तीव्र शीतलन किया जाता है, लेकिन अत्यधिक ऊष्मा-उपचार से विकृति या निर्माण-संबंधी अन्य समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं।

वेल्ड की गई सतहों पर विशेष ध्यान आवश्यक है। हीट टिंट में दिखाई देने वाले रंग-परिवर्तन के नीचे क्रोमियम-अपक्षीण ऑक्साइड होता है, और वेल्ड-रूट ऑक्सीकरण CPT तथा CCT को काफी कम कर सकता है। पिकलिंग, उपयुक्त यांत्रिक सफाई तथा शील्डिंग और पर्ज गैसों का नियंत्रण इन कमजोर स्थलों को हटा या सीमित कर सकता है। फिलर-मेटल का चयन भी वांछित फेज़-संतुलन का समर्थन करना चाहिए, न कि केवल बेस-मेटल की नाममात्र संरचना को दोहराना।

क्लोराइड वातावरण और PREN की व्याख्या

डुप्लेक्स के चयन में क्लोराइड का संपर्क केंद्रीय महत्व रखता है, क्योंकि क्लोराइड निष्क्रिय फिल्मों को अस्थिर बनाते हैं और पिट तथा दरार बनने की संभावना बढ़ाते हैं। समुद्री जल, नमकीन विलयन, शीतलन-जल प्रणालियाँ, प्रक्रिया-विलयन, वाष्पीकरणीय निक्षेप और दूषित धुलाई-जल—सभी ऐसी स्थानीय दशाएँ उत्पन्न कर सकते हैं जो मापी गई थोक सांद्रता से भिन्न हों। तापमान, अम्लता, ऑक्सीजन की उपलब्धता, प्रवाह, निक्षेप और दरार की ज्यामिति का महत्व नाममात्र क्लोराइड मान जितना ही होता है।

पिटिंग-प्रतिरोध समतुल्य संख्या को सामान्यतः इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

पीआरईएन संबंधित मिश्रधातु परिवारों की तुलना में सहायता कर सकता है, लेकिन यह सेवा-वातावरण का पूर्वानुमान नहीं है। Limited evidence

PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N)

गुणांक यह दर्शाते हैं कि सूचकांक में मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन का प्रभाव असंगत रूप से अधिक क्यों होता है। World Stainless और International Stainless Steel Forum लीन डुप्लेक्स ग्रेडों को व्यापक रूप से PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 45 से अधिक के रूप में वर्गीकृत करते हैं। ये सीमाएँ वर्गीकरण की प्रथाएँ हैं; प्रत्येक संगठन द्वारा समान सीमाओं का उपयोग नहीं किया जाता। ये किसी एक निश्चित संरचना के बजाय एक मिश्रधातु-परिवार की सीमा का भी वर्णन करती हैं।

ग्रेड 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है। ASTM A928/A928M संदर्भित विद्युत-संलयन-वेल्डेड पाइप विनिर्देशों में, जहाँ फिलर मेटल का उपयोग किया जाता है, UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप बताता है। ग्रेड 2507 और 4501 को सामान्यतः 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेडों के समूह में रखा जाता है। इसलिए साधारण डुप्लेक्स, लीन डुप्लेक्स, मानक डुप्लेक्स, सुपरडुप्लेक्स, हाइपरडुप्लेक्स और 25Cr समूहों को संरचना तथा PREN परंपराओं से जुड़े मिश्रधातु-परिवार के वर्णन के रूप में समझना चाहिए, न कि परस्पर विनिमेय सेवा-वर्गीकरण के रूप में।

PREN मिश्रधातुओं की तुलना में सहायक है। यह सेवा-वातावरण का पूर्वानुमान नहीं है। समान PREN वाली दो मिश्रधातुएँ फेज़-संतुलन, समावेशन, सतह फिनिश, वेल्ड की स्थिति, ऊष्मा-उपचार या मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन के वितरण में अंतर के कारण अलग-अलग प्रतिक्रिया दे सकती हैं। इसके विपरीत, उच्च PREN दरार-संक्षारण, अपरदन-संक्षारण, गैल्वेनिक आक्रमण, सूक्ष्मजीव-प्रभावित संक्षारण, हाइड्रोजन प्रभावों या अम्लीय वातावरण के प्रति सार्वभौमिक प्रतिरोध प्रदान नहीं करता। यह सूचकांक समान परीक्षण दशाओं में संबंधित मेल्ट या ग्रेडों की तुलना करते समय सबसे अधिक उपयोगी होता है।

तनाव-संक्षारण और संक्षारण-थकान संबंधी विचार

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील सामान्यतः पारंपरिक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलों की तुलना में क्लोराइड तनाव-संक्षारण क्रैकिंग के प्रति अधिक प्रतिरोध दिखाते हैं, विशेषकर उन वातावरणों में जहाँ तन्य तनाव, ऊँचा तापमान और क्लोराइड सांद्रता एक साथ कार्य करते हैं। यह लाभ दो-फेज़ संरचना और अनेक डुप्लेक्स ग्रेडों में कम निकेल मात्रा से संबंधित है, लेकिन यह पूर्ण नहीं है। गर्म क्लोराइड विलयन, वाष्पीकरणीय निक्षेप, संकेंद्रित कास्टिक विलयन, हाइड्रोजन-युक्त वातावरण और गंभीर अवशिष्ट तनाव अभी भी क्रैकिंग उत्पन्न कर सकते हैं।

क्रैक का आरंभ पिट, दरार, वेल्ड दोष, फेज़ सीमाओं या निर्माण से परिवर्तित क्षेत्रों पर हो सकता है। बनाने, वेल्डिंग, मशीनिंग या कोल्ड वर्क से उत्पन्न अवशिष्ट तन्य तनाव बाहरी भार न लगाए जाने पर भी पर्याप्त हो सकता है। ऑस्टेनाइट और फेराइट हाइड्रोजन अवशोषण तथा क्रैक-टिप विरूपण के प्रति अलग-अलग प्रतिक्रिया दे सकते हैं; इसलिए फेराइट–ऑस्टेनाइट अनुपात और स्थानीय फेज़ आकृति-विज्ञान क्रैकिंग के व्यवहार को प्रभावित करते हैं। वेल्डिंग प्रक्रियाओं में हानिकारक अवक्षेपों को सीमित करना, फेराइट या ऑस्टेनाइट के अत्यधिक असंतुलन से बचना तथा इंटरपास तापमान और शीतलन को नियंत्रित करना आवश्यक है।

संक्षारण-थकान चक्रीय तनाव को संक्षारक वातावरण के साथ जोड़ती है। पिट एक तीक्ष्ण नॉच की तरह कार्य करता है; इसके बाद बार-बार होने वाला भार वायु में अपेक्षित स्तरों से कम तनाव पर भी क्रैक को आगे बढ़ा सकता है। डुप्लेक्स स्टील प्रायः उपयोगी थकान-सामर्थ्य प्रदान करते हैं, लेकिन संक्षारण-थकान सतह की स्थिति, वेल्ड ज्यामिति, अवशिष्ट तनाव, समावेशन, कैथोडिक संरक्षण और चक्र आवृत्ति पर अत्यधिक निर्भर करती है। वेल्ड टो और दरारों का विशेष निरीक्षण किया जाना चाहिए, क्योंकि इनमें ज्यामितीय तनाव-सांद्रण और सीमित संक्षारण वातावरण दोनों सम्मिलित होते हैं।

फलतः, डिज़ाइन में स्थानीयकृत संक्षारण-प्रतिरोध और प्रत्येक संक्षारण तंत्र के प्रति प्रतिरोध के बीच अंतर किया जाना चाहिए। ASTM उत्पाद आवश्यकताएँ विशेष उत्पादों के लिए संरचना, आयाम और परीक्षण निर्धारित करती हैं, जबकि ISO 17781 पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण की विधियाँ निर्दिष्ट करता है। ये नियंत्रण महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि नाममात्र ग्रेड, PREN मान और संक्षारण-प्रतिरोधी प्रतिष्ठा सत्यापित फेज़-संतुलन, स्वच्छ निर्माण, उपयुक्त वेल्ड-प्रक्रिया योग्यता और वास्तविक सेवा-वातावरण में परीक्षण का विकल्प नहीं हो सकते।

अवक्षेप, भंगुरता और तापीय संपर्क

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील केवल अपनी रासायनिक संरचना से सुरक्षित नहीं होता। इसका प्रदर्शन नियंत्रित फेराइट–ऑस्टेनाइट संरचना बनाए रखने तथा द्वितीयक चरणों को क्रोमियम, मोलिब्डेनम या निकेल-समृद्ध क्षेत्रों का उपभोग करने से रोकने पर निर्भर करता है। World Stainless और International Stainless Steel Forum के अनुसार, डुप्लेक्स ग्रेडों में लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट होता है, हालांकि अनुमत संतुलन ग्रेड, उत्पाद के रूप, लागू विनिर्देशन और परीक्षण-विधि पर निर्भर करता है। एच किए गए पदार्थ में सामान्यतः लंबे, परतदार फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्र दिखाई देते हैं। यह संरचना डुप्लेक्स स्टील को मजबूती, क्लोराइड-क्षरण प्रतिरोध और कठोरता का संयोजन देती है, लेकिन इससे दो अलग-अलग रासायनिक वातावरण भी बनते हैं, जिनमें अवक्षेपण और भंगुरता विकसित हो सकती है।

इसलिए समस्या केवल “अत्यधिक ऊष्मा” की नहीं है। कोई तापीय चक्र चरण-संतुलन को बदल सकता है, भंगुर अंतरधात्विक यौगिक उत्पन्न कर सकता है, किसी अवक्षेप के समीप स्थित मैट्रिक्स को अवक्षेपित कर सकता है, या समग्र रासायनिक संरचना में स्पष्ट परिवर्तन किए बिना फेराइट के विघटन को तेज कर सकता है। इन परिवर्तनों से पिटिंग या दरार-क्षरण की संवेदनशीलता बढ़ने के साथ-साथ आघात-कठोरता और थकान-प्रतिरोध कम हो सकते हैं। प्रतिक्रिया का आकलन ग्रेड, अनुभाग की मोटाई, पूर्व प्रसंस्करण, वेल्डिंग प्रक्रिया, सेवा-तापमान तथा लागू उत्पाद या गुणवत्ता-नियंत्रण मानक के आधार पर किया जाना चाहिए।

अवांछित अवक्षेपित चरण

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के अत्यधिक तापीय संपर्क के बाद मुख्य चिंता क्रोमियम- और मोलिब्डेनम-समृद्ध अंतरधात्विक चरणों का बनना है, विशेष रूप से सिग्मा (σ) और ची (χ)। सिग्मा कठोर और भंगुर होता है। यह फेराइट–ऑस्टेनाइट अंतरापृष्ठों पर प्राथमिकता से बन सकता है, जहाँ विसरण-दूरियाँ कम होती हैं और स्थानीय रासायनिक संरचना अवक्षेपण के अनुकूल होती है। कुछ मिश्रधातु-स्थितियों में ची पहले दिखाई दे सकता है और बाद में सिग्मा में रूपांतरित हो सकता है या उसके निर्माण में योगदान दे सकता है। दोनों में से कोई भी चरण आसपास के फेराइट में क्रोमियम और मोलिब्डेनम की मात्रा कम कर देता है। इसलिए, अवक्षेप का आयतन-अंश छोटा होने पर भी, क्षरण-क्षति अवक्षयित क्षेत्र में आरंभ हो सकती है।

क्रोमियम नाइट्राइड, जिन्हें सामान्यतः Cr₂N के रूप में वर्णित किया जाता है, फेराइट में एक अन्य चिंता का विषय हैं। अनेक डुप्लेक्स ग्रेडों में ऑस्टेनाइट को स्थिर करने और स्थानीयकृत-क्षरण प्रतिरोध सुधारने के लिए नाइट्रोजन मिलाया जाता है, लेकिन तीव्र शीतलन या अनुपयुक्त वेल्ड-धातु ठोसकरण के कारण फेराइट में नाइट्रोजन अतिसंतृप्त रह सकता है। इसके बाद नाइट्राइड फेराइट की सीमाओं पर या फेरिटिक कणों के भीतर अवक्षेपित हो सकते हैं। जहाँ कार्बन उपलब्ध हो, वहाँ क्रोमियम कार्बाइड बन सकते हैं, हालांकि आधुनिक निम्न-कार्बन ग्रेड और नियंत्रित निर्माण इस जोखिम को कम करते हैं। प्रभाव केवल दिखाई देने वाले कणों तक सीमित नहीं है: क्रोमियम और मोलिब्डेनम का स्थानीय अवक्षय क्रांतिक पिटिंग तथा दरार-क्षरण प्रतिरोध को कम कर सकता है।

ग्रेड-परिवार अवक्षेपण की प्रवृत्ति को बदलता है। World Stainless/International Stainless Steel Forum का वर्गीकरण लीन डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 45 से अधिक निर्धारित करता है। PREN क्षरण-प्रतिरोध का सूचकांक है, पूर्ण प्रदर्शन-गारंटी नहीं। मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, क्रोमियम और फेराइट–ऑस्टेनाइट वितरण प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं, जबकि अवक्षेपण नाममात्र PREN पर आधारित धारणाओं को अमान्य कर सकता है। Outokumpu द्वारा 2020 में रिपोर्ट किए गए अनुसार, ग्रेड 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है; ग्रेड 2507 और 4501, 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड हैं। उनकी मिश्रधातु-संरचना में अंतर चरण-स्थिरता और उन तापमानों, दोनों को प्रभावित करता है जिन पर अवांछित चरण बन सकते हैं।

संतुलन-आधारित गणनाओं और गतिज मॉडलों सहित चरण-पूर्वानुमान उपकरण, संभावित फेराइट, ऑस्टेनाइट, सिग्मा, ची, नाइट्राइड और कार्बाइड क्षेत्रों की पहचान करने में सहायता करते हैं। वे धातुवैज्ञानिक परीक्षण या क्षरण-परीक्षण का स्थान नहीं लेते। वास्तविक पदार्थ में पृथक्करण, समावेशन, वेल्ड तनुकरण, अवशिष्ट तनाव और स्थानीय तापीय प्रवणताएँ मौजूद होती हैं। इसलिए नाममात्र संरचना पर आधारित गणना स्थिर चरण-संयोजन का पूर्वानुमान लगा सकती है, जबकि वेल्ड के ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में थोड़ी मात्रा में भी हानिकारक अवक्षेप मौजूद हो सकते हैं। धातुवैज्ञानिक परीक्षण, फेराइट मापन, कठोरता-परीक्षण, आघात-परीक्षण और स्थानीयकृत-क्षरण परीक्षणों का चयन विनिर्देशन तथा सेवा-जोखिम के अनुसार किया जाना चाहिए।

पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस उद्योगों में प्रयुक्त फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक, अर्थात डुप्लेक्स, स्टेनलेस स्टील के लिए ISO 17781 एक प्रासंगिक गुणवत्ता-नियंत्रण संदर्भ है। यह ग्रेड-नामांकन को स्वीकार्य चरण-स्थिति का प्रमाण मानने के बजाय सूक्ष्मसंरचना के मूल्यांकन की परीक्षण-विधियाँ निर्धारित करता है। उत्पाद मानक भी महत्वपूर्ण हैं। ASTM A928/A928M, संदर्भित विद्युत-संलयन-वेल्डेड पाइप विनिर्देशन में, जब भराव धातु का उपयोग किया जाता है, UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप बताता है। ऐसा नामांकन उत्पाद की आवश्यकताओं को नियंत्रित करता है; यह वेल्ड के तापीय इतिहास या निर्माणोत्तर स्थिति की जाँच की आवश्यकता समाप्त नहीं करता।

475 °C भंगुरता और चरण-अस्थिरता

लगभग 300–500 °C की सीमा में संपर्क के दौरान फेराइट भंगुर हो सकता है; इसे सामान्यतः 475 °C भंगुरता कहा जाता है। यह तंत्र क्रोमियम-समृद्ध फेराइट के एक क्रोमियम-संवर्धित चरण और लौह-समृद्ध, क्रोमियम-अवक्षयित चरण में विघटन से संबंधित है, जिसे प्रायः अल्फा-प्राइम (α′) कहा जाता है। इसी समय, नैनो-स्तरीय क्रमण और कठोरीकरण मजबूती बढ़ा सकते हैं, जबकि आघात-कठोरता को तीव्रता से घटा सकते हैं। तनन-परीक्षण में पदार्थ ठीक दिखाई दे सकता है, फिर भी उसमें नॉच-कठोरता की गंभीर हानि हो सकती है।

यह घटना सिग्मा-चरण अवक्षेपण से भिन्न है, हालांकि दोनों तापीय संपर्क से उत्पन्न होते हैं और एक-दूसरे से आच्छादित प्रसंस्करण-इतिहास में हो सकते हैं। सिग्मा अपेक्षाकृत मोटा अंतरधात्विक चरण है, जो उच्चतर तापमान के संपर्क से संबंधित है; अल्फा-प्राइम विघटन फेराइट-अस्थिरता की एक प्रक्रिया है, जिसमें बहुत अधिक सूक्ष्म रासायनिक पृथक्करण होता है। यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि सूक्ष्मदर्शिकी, कठोरता, आघात-व्यवहार और ताप-उपचार की प्रतिक्रिया एक ही क्षति की पहचान एक ही प्रकार से नहीं कर सकते।

अधिक फेराइट वाले डुप्लेक्स घटक में इस तंत्र के लिए उपलब्ध आयतन अधिक होता है, लेकिन नाममात्र 50:50 लक्ष्य अपने-आप में सेवा-आयु का पूर्वानुमान नहीं लगाता। फेराइट की रासायनिक संरचना, नाइट्रोजन की मात्रा, पूर्व विलयन-तापन, शीत-कार्य और सटीक संपर्क-तापमान, सभी दर को प्रभावित करते हैं। अधिकतम अभिक्रिया-दर के निकट तापमान पर कम अवधि का संपर्क, निम्नतर या उच्चतर तापमान पर बहुत लंबी अवधि के संपर्क की तुलना में अधिक भंगुरता उत्पन्न कर सकता है। प्रत्येक डुप्लेक्स ग्रेड, मोटाई या उत्पाद-विनिर्देशन पर एक ही समय-तापमान सीमा लागू नहीं होती।

तापीय वृद्धावस्था से ढले हुए पदार्थ, वेल्ड-धातु और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों के बीच के अंतर भी स्पष्ट हो सकते हैं। मूल प्लेट की तुलना में वेल्ड-धातु में फेराइट की आकृति-विज्ञान और मिश्रधातु-वितरण भिन्न हो सकता है। ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में निर्माण के दौरान किए जाने वाले पूर्ण विलयन-उपचार के बजाय आंशिक रूपांतरण हो सकता है। ये स्थानीय क्षेत्र फ्रैक्चर या क्षरण-प्रदर्शन को नियंत्रित कर सकते हैं, भले ही घटक का अधिकांश भाग स्वीकार्य चरण-संतुलन बनाए रखे। इसी कारण, वृद्ध उपकरणों के आकलन में सामान्यतः धातुवैज्ञानिक परीक्षण के साथ कठोरता और आघात-परीक्षण तथा, जहाँ प्रासंगिक हो, फ्रैक्चर-कठोरता या क्षरण-परीक्षण शामिल किए जाते हैं।

समय, तापमान और शीतलन-दर के प्रभाव

तापन और शीतलन के दौरान डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील बदलते हुए चरण-क्षेत्रों से गुजरता है। उच्च-तापमान वाली फेरिटिक अवस्था से शीतलन के दौरान ऑस्टेनाइट का नियंत्रित ढंग से पुनर्गठन आवश्यक है। यदि अनुभाग और मिश्रधातु के लिए शीतलन बहुत तीव्र हो, तो अपर्याप्त ऑस्टेनाइट बन सकता है और फेराइट में क्रोमियम नाइट्राइड अवक्षेपित हो सकते हैं। यदि अवक्षेपण-संवेदनशील अंतराल से गुजरते समय शीतलन धीमा हो, तो सिग्मा, ची या अन्य द्वितीयक चरणों के केंद्रक बनने और बढ़ने के अधिक अवसर होते हैं। इसलिए समान नाममात्र अधिकतम तापमान पतले वेल्ड बीड, भारी प्लेट और प्रतिबंधित फिटिंग में अलग-अलग परिणाम दे सकता है।

वेल्डिंग इन प्रतिस्पर्धी प्रभावों को स्पष्ट करती है। उच्च ऊष्मा-इनपुट और धीमा शीतलन अंतरधात्विक अवक्षेपण को बढ़ावा दे सकते हैं, जबकि अत्यंत तीव्र शीतलन से अत्यधिक फेराइट बचा रह सकता है और नाइट्राइड-निर्माण को बढ़ावा मिल सकता है। इंटरपास तापमान, बीड क्रम, परिरक्षण-गैस की संरचना, जोड़ का प्रतिबंध, भराव-धातु की रासायनिक संरचना और अनुभाग की मोटाई, सभी तापीय चक्र को बदलते हैं। भराव धातु का चयन केवल नेमप्लेट ग्रेड से मिलान करने के लिए नहीं, बल्कि तनुकरण और ठोसकरण के बाद स्वीकार्य फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन तथा क्षरण-प्रतिक्रिया बहाल करने के लिए किया जाता है।

विलयन-ताप उपचार भी इसी प्रकार शर्त-आधारित है। इसका सामान्य उद्देश्य हानिकारक अवक्षेपों को घोलना और इच्छित द्विचरणीय संरचना बहाल करना होता है, जिसके बाद पुनःअवक्षेपण सीमित करने के लिए पर्याप्त तीव्र शीतलन किया जाता है। आवश्यक तापमान-सीमा, धारण-अवधि, शीतलन-विधि और स्वीकृति-मापदंड ग्रेड तथा उत्पाद के रूप पर निर्भर करते हैं। UNS S32205 पाइप के लिए उपयुक्त उपचार को 25Cr सुपरडुप्लेक्स फोर्जिंग या मोटे वेल्डेड संयोजन पर स्वतः लागू नहीं किया जा सकता। ASTM की आवश्यकताएँ, क्रेता-विनिर्देशन, ISO 17781 परीक्षण और निर्माण-संहिताएँ अलग-अलग परीक्षाएँ निर्धारित कर सकती हैं।

सेवा-आकलन में केवल दर्ज किए गए अधिकतम तापमान को नहीं, बल्कि संचयी संपर्क को भी ध्यान में रखना चाहिए। बार-बार होने वाले तापीय चक्र प्रत्येक चक्र के संक्षिप्त होने पर भी अवक्षेपण के अनेक अवसर प्रदान कर सकते हैं। इसके विपरीत, यदि पदार्थ संवेदनशील सीमा से तेजी से गुजरता है और उसमें संवेदनशील स्थानीय रासायनिक संरचना नहीं है, तो अल्पकालिक तापमान-विचलन का प्रभाव बहुत कम हो सकता है। वेल्ड टो, मोटे अनुभागों के केंद्र और संलग्नक-जोड़ों पर शीतलन-दर विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है, क्योंकि वहाँ ऊष्मा-निष्कर्षण खुले हुए पृष्ठों की तुलना में भिन्न होता है।

इसलिए व्यावहारिक प्रश्न यह है कि क्या वास्तविक पदार्थ अपने प्रलेखित तापीय इतिहास के बाद स्वीकार्य चरण-संतुलन, कठोरता और स्थानीयकृत-क्षरण प्रतिरोध बनाए रखता है। इसका उत्तर किसी सार्वभौमिक तापमान-नियम के बजाय ग्रेड-विशिष्ट प्रमाण पर निर्भर करता है। अवक्षेपों की पहचान, फेराइट–ऑस्टेनाइट मापन, आघात या कठोरता संबंधी आँकड़े तथा क्षरण-परीक्षणों का चयन लागू विनिर्देशन और सेवा में विश्वसनीय रूप से संभव विफलता-प्रकारों के अनुरूप किया जाना चाहिए।

वेल्डिंग और ऊष्मा उपचार

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील को लगभग समान फेराइट–ऑस्टेनाइट संरचना के आधार पर तैयार किया जाता है, लेकिन वेल्डिंग इस संरचना को गतिशील और अत्यधिक असमान ऊष्मीय चक्र के अधीन कर देती है। वेल्ड पूल पिघलता और पुनः ठोस होता है; इसके समीपवर्ती धातु को फेराइट, फेराइट–ऑस्टेनाइट या ऑस्टेनाइट प्रावस्था-क्षेत्रों तक गर्म किया जाता है; और अंतिम प्रावस्था-अनुपात मिश्रधातु की रासायनिक संरचना, ऊष्मा इनपुट, बंधन, इंटरपास तापमान तथा शीतलन दर पर निर्भर करता है। 2024 के World Stainless/International Stainless Steel Forum के डुप्लेक्स स्टील संबंधी विवरण में लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट को लक्ष्य बताया गया है, न कि ऐसा परिणाम जो रासायनिक संरचना से स्वतंत्र हो।

यह अंतर विभिन्न मिश्रधातु-परिवारों में महत्वपूर्ण है। लीन डुप्लेक्स स्टीलों को सामान्यतः PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 45 से अधिक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। PREN संक्षारण-प्रतिरोध का एक सूचकांक-आधारित प्रचलन है, जिसकी गणना सामान्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन की मात्रा से की जाती है; यह सुनिश्चित नहीं करता कि कोई वेल्ड पिटिंग या क्रेविस-संक्षारण के प्रति अपना प्रतिरोध बनाए रखेगा। Outokumpu द्वारा 2020 में वर्णित वर्गीकरण के अनुसार, ग्रेड 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है, जबकि ग्रेड 2507 और 4501, 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड हैं। इसलिए वेल्डिंग की प्रक्रिया किसी सामान्य “डुप्लेक्स” प्रक्रिया के बजाय निर्दिष्ट ग्रेड और उत्पाद-मानक के अनुरूप होनी चाहिए।

वेल्ड-धातु का प्रावस्था-संतुलन

अधिकांश डुप्लेक्स वेल्ड मुख्यतः फेराइट के रूप में ठोस होते हैं, क्योंकि द्रव से ठोस में रूपांतरण घन-केंद्रित संरचना वाली प्रावस्था के पक्ष में होता है। इसके बाद शीतलन के दौरान फेराइट की दाना-सीमाओं पर और फेराइटिक मैट्रिक्स के भीतर रूपांतरण द्वारा ऑस्टेनाइट बनता है। यदि शीतलन बहुत तेज हो, तो इस रूपांतरण के लिए पर्याप्त समय नहीं मिलता और वेल्ड-धातु में फेराइट की मात्रा अधिक रह जाती है। यदि शीतलन अत्यधिक धीमा हो, तो ऑस्टेनाइट बड़ा घटक बन सकता है, जबकि हानिकारक तापमान-सीमाओं में लंबे समय तक रहने से इंटरमेटैलिक अवक्षेपण का जोखिम बढ़ जाता है।

इसलिए फिलर-धातु का चयन केवल जोड़ को भरने का उपाय नहीं, बल्कि धातुकर्मीय नियंत्रण का साधन है। वेल्डिंग के दौरान ऑस्टेनाइट बनने को बढ़ावा देने के लिए डुप्लेक्स उपभोज्य पदार्थों में आधार-धातु की तुलना में प्रायः अधिक निकेल रखा जाता है। अतिरिक्त निकेल तेज ऊष्मा-निकासी के कारण होने वाले फेराइट-प्रवर्धक प्रभाव की भरपाई करता है और वेल्ड-धातु में निर्दिष्ट सीमा के अधिक निकट संतुलन उत्पन्न करता है। हालांकि, उपभोज्य पदार्थ का सटीक वर्गीकरण मूल ग्रेड, वेल्डिंग प्रक्रिया, सेवा-पर्यावरण और लागू योग्यता-कोड पर निर्भर करता है। विद्युत-संलयन-वेल्डित डुप्लेक्स पाइप के लिए ASTM A928/A928M, 2205 डुप्लेक्स पाइप से संबंधित संदर्भित उत्पाद-विनिर्देशों में UNS S32205 की पहचान करता है और फिलर-धातु की आवश्यकता निर्धारित करता है।

ऑटोजेनस वेल्डिंग में संतुलन स्थापित करना अधिक कठिन हो सकता है, क्योंकि इसमें निकेल-युक्त फिलर द्वारा उपलब्ध कराई जाने वाली रासायनिक समायोजन-सुविधा नहीं होती। गैस टंग्स्टन आर्क, गैस मेटल आर्क, शील्डेड मेटल आर्क, सबमर्ज्ड आर्क और अन्य प्रक्रियाएँ अलग-अलग तनुकरण तथा शीतलन स्थितियाँ उत्पन्न करती हैं। शील्डिंग गैस भी महत्वपूर्ण होती है। नाइट्रोजन-युक्त शील्डिंग या बैकिंग गैसें वेल्ड-धातु में नाइट्रोजन के बने रहने को प्रभावित कर सकती हैं, जबकि खराब शील्डिंग से ऑक्सीकरण, नाइट्रोजन-हानि और कम पूर्वानुमेय प्रावस्था-संरचना हो सकती है। ASM Handbook में स्टेनलेस-स्टील वेल्डिंग संबंधी विवेचन और Outokumpu के तकनीकी मार्गदर्शन, दोनों फिलर-चयन, शील्डिंग, ऊष्मा इनपुट और जोड़ की तैयारी को परस्पर संबद्ध चर के रूप में प्रस्तुत करते हैं।

जिस वेल्ड में क्रोमियम और मोलिब्डेनम की नाममात्र मात्रा मौजूद हो, वह भी संक्षारण या यांत्रिक आवश्यकताओं में विफल हो सकता है, यदि फेराइट–ऑस्टेनाइट वितरण अनुपयुक्त हो। जब ऑस्टेनाइट का अंश अपर्याप्त हो, तो फेराइट-समृद्ध क्षेत्रों में आघात-सहनशीलता कम तथा स्थानीयकृत संक्षारण के प्रति प्रतिरोध घट सकता है। ऑस्टेनाइट-समृद्ध क्षेत्र भी स्वतः हानिरहित नहीं होते: रासायनिक पृथक्करण, समावेशन और ऊष्मीय संपर्क पिटिंग या क्रेविस-संक्षारण के व्यवहार में स्थानीय अंतर उत्पन्न कर सकते हैं। वेल्ड-धातु की जाँच में प्रतिशत के साथ-साथ आकृति-विज्ञान का भी आकलन होना चाहिए। अम्ल-प्रसंस्कृत डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचनाओं में सामान्यतः फेराइटिक मैट्रिक्स के भीतर लम्बे, परतदार ऑस्टेनाइटिक क्षेत्र दिखाई देते हैं, हालांकि वेल्ड के ठोसकरण से गढ़ी हुई प्लेट की तुलना में कम नियमित आकृतियाँ बन सकती हैं।

ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र और शीतलन नियंत्रण

ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र (HAZ) पिघलता नहीं है, फिर भी इसमें वेल्ड-धातु की तुलना में अधिक गंभीर प्रावस्था-परिवर्तन हो सकता है। संलयन-सीमा के निकट आधार-धातु को मुख्यतः फेराइटिक क्षेत्र तक गर्म किया जा सकता है। ऑस्टेनाइट घुल जाता है या बहुत दूर-दूर स्थित हो जाता है, और बाद के शीतलन के दौरान नए ऑस्टेनाइट का निर्माण आवश्यक होता है। उच्च शीतलन दर इस रूपांतरण के लिए उपलब्ध समय को कम कर देती है, जिससे फेराइट-समृद्ध HAZ बनता है। यह स्थिति विशेष रूप से मोटे अनुभागों या उच्च-मिश्रधातु वाले ग्रेडों में दृढ़ता को घटा सकती है और स्थानीयकृत-संक्षारण प्रतिरोध को प्रभावित कर सकती है।

ऊष्मा इनपुट इस ऊष्मीय चक्र को नियंत्रित करने के लिए प्रयुक्त मुख्य प्रक्रिया-चर है, लेकिन यह कोई पृथक संख्या नहीं है। आर्क ऊर्जा, गतिशीलता, प्लेट की मोटाई, जोड़ की ज्यामिति, ऊष्मा-निकासी और इंटरपास तापमान मिलकर यह निर्धारित करते हैं कि सामग्री रूपांतरण तथा अवक्षेपण तापमानों पर कितने समय तक रहेगी। बहुत कम ऊष्मा इनपुट से तीव्र शीतलन और अत्यधिक फेराइट उत्पन्न हो सकता है। बहुत अधिक ऊष्मा इनपुट, अत्यधिक बीड आकार या उच्च इंटरपास तापमान शीतलन को धीमा कर सकते हैं और जोड़ को सिग्मा (σ), ची (χ), क्रोमियम नाइट्राइड या अन्य हानिकारक अवक्षेपों के संपर्क में ला सकते हैं। सिग्मा और ची प्रावस्थाएँ क्रोमियम तथा मोलिब्डेनम से समृद्ध इंटरमेटैलिक पदार्थ हैं; इनके बनने से समीपवर्ती फेराइट में संक्षारण-प्रतिरोधी तत्वों की कमी हो जाती है और दृढ़ता में तीव्र कमी आ सकती है।

व्यावहारिक उद्देश्य एक नियंत्रित ऊष्मीय विंडो प्राप्त करना है। वेल्डिंग प्रक्रियाएँ सामान्यतः ऊष्मा इनपुट और इंटरपास तापमान को सीमित करती हैं, अनावश्यक रूप से चौड़ी वीविंग के बजाय स्ट्रिंगर बीड का उपयोग करती हैं और पासों का ऐसा क्रम निर्धारित करती हैं जिससे संचयी ऊष्मीकरण रोका जा सके। पतले अनुभाग इतनी तेजी से ठंडे हो सकते हैं कि उनमें अधिक अनुमत ऊष्मा इनपुट की आवश्यकता हो, जबकि भारी अनुभाग ऊष्मा बनाए रख सकते हैं और अधिक कठोर नियंत्रण की माँग कर सकते हैं। प्रीहीटिंग सार्वभौमिक समाधान नहीं है और इसे सीमित किया जा सकता है, क्योंकि इससे शीतलन धीमा होता है तथा अवक्षेपण के संपर्क में रहने की अवधि बढ़ती है। ऊष्मा इनपुट की सटीक सीमाएँ, इंटरपास सीमा, शील्डिंग आवश्यकताएँ और पास तापमान ग्रेड-विशिष्ट वेल्डिंग प्रक्रिया तथा लागू उत्पाद या निर्माण-मानक से लिए जाने चाहिए।

शीतलन दर नाइट्रोजन के साथ भी परस्पर क्रिया करती है। नाइट्रोजन ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है और अनेक आधुनिक डुप्लेक्स संरचनाओं में महत्वपूर्ण है, लेकिन वेल्ड-धातु तथा HAZ में नाइट्रोजन का व्यवहार शील्डिंग, प्लेट की मोटाई और प्रक्रिया-स्थितियों पर निर्भर करता है। मूलतः समान फिलर रूट पास, कैप पास और मरम्मत किए गए क्षेत्र में अलग-अलग प्रावस्था-संतुलन उत्पन्न कर सकता है, क्योंकि तनुकरण और ऊष्मा-अपव्यय भिन्न होते हैं। Schaeffler-, WRC- और constitution-diagram आधारित विधियों सहित प्रावस्था-पूर्वानुमान उपकरण संभावित फेराइट-प्रवृत्ति का संकेत दे सकते हैं, लेकिन वे धातु-संरचनात्मक योग्यता-जाँच का स्थान नहीं लेते। ऊष्मागतिकीय गणनाएँ साम्यावस्था की प्रावस्थाओं और अवक्षेपण-सीमाओं का पूर्वानुमान कर सकती हैं; वे बहुपास वेल्ड के क्षणिक ऊष्मीय इतिहास को पूरी तरह पुनरुत्पादित नहीं कर सकतीं।

विलयन एनीलिंग, क्वेंचिंग और वेल्डोत्तर मूल्यांकन

विलयन एनीलिंग का उपयोग तब किया जाता है जब निर्माण-मार्ग या ऊष्मीय संपर्क के कारण प्रावस्था-संतुलन या अवक्षेप की स्थिति अस्वीकार्य हो गई हो। पर्याप्त समय तक उपचार किए जाने पर, निर्दिष्ट ग्रेड की विलयन-उपचार सीमा तक गर्म करने से क्रोमियम नाइट्राइड और इंटरमेटैलिक प्रावस्थाएँ घुल जाती हैं तथा मिश्रधातु के तत्व मैट्रिक्स में पुनः स्थापित हो जाते हैं। इसके बाद घटक को तेजी से ठंडा किया जाता है, सामान्यतः जल-क्वेंचिंग द्वारा, ताकि मध्यवर्ती तापमानों से गुजरते समय हानिकारक प्रावस्थाएँ दोबारा न बनें। यह एक अवधारणा है, कोई सार्वभौमिक विधि नहीं: सटीक तापमान, धारण-अवधि, अनुभाग-मोटाई संबंधी नियम, क्वेंच माध्यम और अनुमत शीतलन-प्रक्रिया ग्रेड-पदनाम तथा उत्पाद-मानक से प्राप्त किए जाने चाहिए।

किसी बड़े निर्मित पात्र, पाइपलाइन असेंबली या स्थल-पर मरम्मत के लिए वेल्डोत्तर विलयन-उपचार हमेशा व्यावहारिक नहीं होता। इससे विकृति और अवशिष्ट तनाव भी उत्पन्न हो सकते हैं। इसलिए प्रक्रिया-योग्यता निर्धारण में यह मानकर नहीं चलना चाहिए कि बाद का ऊष्मा उपचार अवक्षेपण को ठीक कर देगा; इसके बजाय अवक्षेपण को पहले ही रोकना चाहिए। जहाँ विलयन एनीलिंग निर्दिष्ट हो, वहाँ सभी संबंधित वेल्ड-धातु और HAZ क्षेत्रों को उपचार प्राप्त होना चाहिए; सतही या अपूर्ण ऊष्मीय चक्र स्थानीय सिग्मा, ची या नाइट्राइड अवक्षेपण को यथावत छोड़ सकता है।

मूल्यांकन में सामान्यतः दृश्य निरीक्षण और अविनाशी परीक्षण के साथ सेवा-परिस्थितियों के अनुरूप धातु-संरचनात्मक तथा संक्षारण-संबंधी जाँचें शामिल होती हैं। फेराइट की मात्रा को कैलिब्रेट किए गए चुंबकीय उपकरणों या छवि-विश्लेषण द्वारा मापा जा सकता है, लेकिन मापन-विधि, नमूना-स्थान और स्वीकृति-सीमा लागू विनिर्देश में परिभाषित होनी चाहिए। एकल सतही रीडिंग बहुपास जोड़ का वर्णन नहीं कर सकती। फेराइट-समृद्ध क्षेत्रों, ऑस्टेनाइट की आकृति-विज्ञान, रंध्रता, दरारों और अवक्षेपों की पहचान के लिए रूट, संलयन-सीमा, कैप और HAZ से होकर अनुप्रस्थ काट लिए जा सकते हैं।

ISO 17781, जिसे 2024 में ISO Technical Committee 67 द्वारा पहचाना गया, पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। अनुबंध और ग्रेड के आधार पर मूल्यांकन में आघात-परीक्षण, कठोरता, तन्य-परीक्षण, क्रांतिक पिटिंग-तापमान परीक्षण और इंटरमेटैलिक प्रावस्थाओं की जाँच भी शामिल हो सकती है। ये जाँचें सूक्ष्मसंरचना को सेवा-आवश्यकताओं से जोड़ती हैं: फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन दृढ़ता और थकान-प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है, जबकि क्रोमियम-, मोलिब्डेनम- और नाइट्रोजन-समृद्ध रासायनिक संरचना तभी प्रभावी होती है जब वेल्डिंग ने स्थानीय रूप से तत्व-रहित या अवक्षेप-दूषित क्षेत्र उत्पन्न न किए हों। ASM Handbook, ASTM International के उत्पाद-मानकों और लागू निर्माण-कोड को एक साथ पढ़ा जाना चाहिए, क्योंकि वेल्डनीयता सामग्री-विनिर्देश, योग्य प्रक्रिया और वेल्डोत्तर साक्ष्य के संयुक्त आधार पर स्थापित होती है।

निर्माण, आकार-निर्माण और निरीक्षण

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का निर्माण इस प्रकार नहीं किया जाता मानो वह साधारण फेरिटिक या ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील हो। इसकी क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लौह रासायनिक संरचना लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट उत्पन्न करने के लिए संतुलित की जाती है, जैसा कि 2024 में World Stainless और International Stainless Steel Forum द्वारा रिपोर्ट किया गया है। यह संतुलन मजबूती, क्लोराइड-क्षरण प्रतिरोध, दृढ़ता और थकान-प्रदर्शन का उपयोगी संयोजन प्रदान करता है, लेकिन आकार-निर्माण, तापन, वेल्डिंग और शीतलन के दौरान इसमें परिवर्तन हो सकता है। इसलिए निर्माण-नियंत्रण में आयामों के साथ-साथ चरण-संरचना पर भी ध्यान देना आवश्यक है।

ऊष्म और शीत कार्य

ऊष्म कार्य सामान्यतः ऐसे तापमान-परास में किया जाता है जिसमें फेराइट और ऑस्टेनाइट अत्यधिक अवक्षेपण के बिना साथ-साथ विकृत हो सकें। बहुत कम तापमान पर फेराइट अधिक विकृति वहन कर सकता है, जबकि ऑस्टेनाइट की अनुकूलन-क्षमता कम हो जाती है; बहुत अधिक तापमान पर दाना-वृद्धि और अवांछनीय अंतरधात्विक अभिक्रियाओं की संभावना बढ़ जाती है। सटीक सीमाएँ ग्रेड, सेक्शन के आकार, प्रारंभिक सूक्ष्मसंरचना और मिल-प्रक्रिया पर निर्भर करती हैं। अधिक समान चरण-वितरण पुनर्स्थापित करने और हानिकारक अवक्षेपों को घोलने के लिए बाद में विलयन-तापन उपचार आवश्यक हो सकता है।

ऊष्म आकार-निर्माण के बाद शीतलन महत्वपूर्ण होता है। सिग्मा चरण, ची चरण, क्रोमियम नाइट्राइड या अन्य द्वितीयक घटकों के अनुकूल तापमान-परास से होकर धीमा शीतलन दृढ़ता और स्थानीयकृत-क्षरण प्रतिरोध को कम कर सकता है। उपयुक्त उत्पाद-रूपों के लिए विलयन-तापन के बाद अक्सर जल-शीतलन निर्दिष्ट किया जाता है, लेकिन निर्धारित उपचार किसी सामान्य डुप्लेक्स विधि के बजाय उत्पाद मानक और ग्रेड की आवश्यकताओं के अनुरूप होना चाहिए। मोटे सेक्शन अपने केंद्र और सतहों से अलग-अलग दरों पर ठंडे होते हैं; इसलिए केवल सतह की जाँच से पूरे घटक की स्थिति निर्धारित नहीं की जा सकती।

शीत कार्य से अलग प्रकार की समस्याएँ उत्पन्न होती हैं। सामान्य ऑस्टेनिटिक ग्रेडों की तुलना में डुप्लेक्स ग्रेडों की यील्ड स्ट्रेंथ सामान्यतः अधिक होती है, और दोनों चरण पर्याप्त कार्य-कठोरीकरण में योगदान देते हैं। इसके परिणामस्वरूप अधिक आकार-निर्माण बल, अधिक स्प्रिंगबैक और औजारों पर अधिक भार उत्पन्न हो सकता है। आकार-निर्मित घटक में पर्याप्त अवशिष्ट तनाव भी रह सकता है, विशेष रूप से असममित बंकन, शीत आकार-निर्धारण या स्थानीय सीधा करने के बाद। स्प्रिंगबैक रोलिंग दिशा, मोटाई, तापमान और पूर्ववर्ती अपचयन के साथ बदलता है; इसलिए औजार की ज्यामिति से अनुमान लगाने के बजाय अनलोडिंग के बाद आयामों की जाँच की जानी चाहिए।

शीत अपचयन से क्रिस्टलोग्राफिक टेक्सचर भी बदलता है और दिशात्मक यांत्रिक व्यवहार उत्पन्न हो सकता है। फेराइट और ऑस्टेनाइट में समान टेक्सचर या विकृति-प्रतिक्रिया विकसित नहीं होती। तीव्र आकार-निर्माण के दौरान स्थानीय चरण-विकृति, स्लिप-स्थानांतरण और अवशिष्ट-तनाव प्रवणताएँ बाद की वेल्डिंग के दौरान थकान-आरंभ या विरूपण को प्रभावित कर सकती हैं। मध्यवर्ती एनीलिंग संचित विकृति को कम कर सकती है, हालांकि प्रत्येक अतिरिक्त ऊष्मीय चक्र दाना-वृद्धि या चरण-रूपांतरण का एक और अवसर पैदा करता है। मशीनिंग-अलाउंस, बंकन-त्रिज्या और आकार-निर्माण अनुक्रम विशेष उत्पाद-रूप के लिए योग्य परीक्षणों के आधार पर निर्धारित किए जाने चाहिए।

सामान्य ग्रेड-वर्गीकरण समस्या को समझने में सहायक होते हैं, लेकिन वे किसी विनिर्देश का स्थान नहीं लेते। 2024 में World Stainless ने लीन डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 45 से अधिक के रूप में वर्गीकृत किया। PREN क्षरण-प्रतिरोध का सूचकांक है; यह पिटिंग, क्रेविस-क्षरण, वेल्ड-प्रदर्शन या सेवा-आयु का पूर्ण पूर्वानुमान नहीं है। Outokumpu के 2020 के स्टेनलेस-स्टील परिवार-वर्गीकरण के अनुसार, Grade 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है, जबकि 2507 और 4501, 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड हैं। विभिन्न वर्गीकरण प्रणालियाँ ग्रेडों को अलग-अलग सीमाओं में रख सकती हैं।

मशीनिंग और निर्माण संबंधी चर

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की मशीनिंग में कार्य-कठोरीकरण पर विशेष ध्यान देना आवश्यक है। ऐसा औजार जो घिसटता है, कुछ समय के लिए रुका रहता है या उथली रुक-रुककर कटाई करता है, कठोर परत छोड़ सकता है, जिसे अगले पास में हटाना अधिक कठिन होगा। अत्यधिक ऊष्मा से विरूपण बढ़ सकता है और औजार का जीवन घट सकता है। व्यावहारिक उपाय बिना आधार वाले सार्वभौमिक कटाई-वेग लागू करना नहीं, बल्कि स्थिर और पर्याप्त रूप से संलग्न कट बनाए रखना, कठोर फिक्स्चरिंग का उपयोग करना, ऊष्मा को नियंत्रित करना तथा योग्य मशीनिंग परीक्षणों के माध्यम से औजार और शीतलक की स्थितियों का चयन करना है। तेज औजार, पर्याप्त चिप-निकासी और कार्य-कठोरित सतह पर बार-बार पास करने से बचना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

सामग्री की मजबूती ड्रिलिंग, टैपिंग, आरी से कटाई और आकार-निर्माण उपकरणों को प्रभावित करती है। क्लैम्पिंग ऐसी होनी चाहिए कि कंपन रोका जा सके, लेकिन स्थानीय दबाव-चिह्न या अत्यधिक अवशिष्ट तनाव उत्पन्न न हो। किनारे की तैयारी में ऐसे फैले हुए, अत्यधिक शीत-कर्मित स्तरों से बचना चाहिए जो वेल्डिंग या सतह-परीक्षण को जटिल बना सकते हैं। कार्बन-स्टील औजारों से होने वाला अपघर्षक संदूषण जंग के धब्बे आरंभ कर सकता है या अपेक्षित स्टेनलेस सतह को प्रभावित कर सकता है; इसलिए समर्पित औजार और नियंत्रित कार्यशाला-प्रथाएँ आवश्यक हैं।

वेल्डिंग का चरण-संतुलन पर प्रत्यक्ष प्रभाव पड़ता है। संलयन क्षेत्र और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र अलग-अलग ऊष्मीय चक्रों से गुजरते हैं, और वेल्ड-धातु की रासायनिक संरचना मूल धातु से मेल नहीं खा सकती। अत्यधिक ऊष्मा-इनपुट या अधिक इंटरपास तापमान फेराइट-समृद्ध क्षेत्रों, दाना-मोटे होने या अंतरधात्विक अवक्षेपण को बढ़ावा दे सकता है; अत्यधिक तीव्र शीतलन से फेराइट की मात्रा अधिक रह सकती है और ऑस्टेनाइट का निर्माण कम हो सकता है। फिलर का चयन, शील्डिंग, जोड़ का बंधन, इंटरपास नियंत्रण और वेल्ड के बाद की सफाई—सभी महत्वपूर्ण हैं। वेल्ड प्रक्रिया को ग्रेड, मोटाई, जोड़ की डिजाइन और सेवा-पर्यावरण के लिए योग्य ठहराया जाना चाहिए।

फिलर धातु के साथ विद्युत-संलयन-वेल्डित डुप्लेक्स पाइप ASTM A928/A928M के अंतर्गत आता है; ASTM International संदर्भित उत्पाद-विनिर्देशों में UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप बताता है। यह पदनाम अपने आप में स्वीकार्य वेल्ड सूक्ष्मसंरचना का प्रमाण नहीं है। ऊष्मा-उपचार, फेराइट-सामग्री, क्षरण-परीक्षण, तन्य गुण और अविनाशी परीक्षण अभी भी लागू खरीद और उत्पाद आवश्यकताओं के अधीन रहते हैं।

सूक्ष्मसंरचनात्मक परीक्षण और स्वीकृति नियंत्रण

धातुवैज्ञानिक परीक्षण प्रतिनिधिक नमूना-चयन से शुरू होता है। किसी सेक्शन को माउंट, घिसकर, पॉलिश और एच किया जाता है, ताकि फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्रों को अलग-अलग पहचाना जा सके। रोलिंग के बाद डुप्लेक्स संरचनाओं में सामान्यतः लंबित, पट्टीदार या लैमेलर फेराइट और ऑस्टेनाइट दिखाई देते हैं, हालांकि एनीलिंग, सेक्शन की दिशा और एचेंट के साथ उनका स्वरूप बदलता है। जहाँ अलगाव, वेल्ड के प्रभाव या सतह से केंद्र तक शीतलन की भिन्नता संभव हो, वहाँ परीक्षण में संबंधित अनुदैर्ध्य, अनुप्रस्थ और मोटाई-दिशा वाले स्थान शामिल होने चाहिए।

चरण-संतुलन का आकलन कैलिब्रेटेड इमेज विश्लेषण, फेरिटस्कोप माप, चुंबकीय विधियों या मात्रात्मक धातुविज्ञान द्वारा किया जा सकता है। प्रत्येक विधि की सीमाएँ हैं। चुंबकीय माप मुख्यतः फेराइट के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं और ज्यामिति, सतह की स्थिति, कैलिब्रेशन तथा स्थानीय संरचना से प्रभावित हो सकते हैं; इमेज विश्लेषण नमूना-तैयारी, एचिंग, थ्रेशोल्ड चयन और नमूना-चयन पर निर्भर करता है। रिपोर्ट किया गया फेराइट प्रतिशत तभी अर्थपूर्ण होता है जब विधि, स्थान, आवर्धन और स्वीकृति-परास परिभाषित हों।

निरीक्षण में सिग्मा चरण, ची चरण, क्रोमियम नाइट्राइड, ऑक्साइड, रिक्तियाँ और अन्य असंततियों की भी जाँच की जानी चाहिए। ये घटक आसपास के मैट्रिक्स से क्रोमियम या मोलिब्डेनम का उपभोग कर सकते हैं और इस प्रकार क्रिटिकल पिटिंग तथा क्रेविस-क्षरण प्रतिरोध को कम कर सकते हैं, भले ही थोक रासायनिक विश्लेषण ग्रेड की आवश्यकता पूरी करता हो। धातुविज्ञान के साथ यांत्रिक परीक्षण, जहाँ निर्दिष्ट हो वहाँ प्रभाव-परीक्षण, क्षरण-परीक्षण, कठोरता-जाँच, आयामी निरीक्षण तथा रेडियोग्राफिक या अल्ट्रासोनिक परीक्षणों को संयोजित किया जा सकता है। थकान-संवेदी घटकों में वेल्ड-टो, सतह-दोष, अवशिष्ट तनाव और स्थानीय चरण-असंतुलन पर विशेष ध्यान देना आवश्यक है।

ASTM A928/A928M भराव धातु से निर्मित विद्युत-संलयन-वेल्डित द्वैध स्टेनलेस-स्टील पाइप पर लागू होता है। Strong evidence

ISO 17781 पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स सूक्ष्मसंरचना के लिए प्रमुख गुणवत्ता-नियंत्रण संदर्भ है। ISO Technical Committee 67 के अनुसार, यह फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक, अर्थात डुप्लेक्स, स्टेनलेस-स्टील सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। यह सामग्री-ग्रेड, वेल्डिंग प्रक्रिया या परियोजना की स्वीकृति-मानदंडों का विकल्प नहीं है। इसका महत्व यह है कि यह विभिन्न उत्पादों और आपूर्तिकर्ताओं में परीक्षण तथा मूल्यांकन को अधिक सुसंगत बनाता है। डुप्लेक्स निर्माण में नाममात्र रासायनिक संरचना का प्रमाणपत्र नियंत्रण का केवल एक भाग है; तैयार घटक को यह भी प्रदर्शित करना चाहिए कि ऊष्मीय इतिहास और प्रसंस्करण से आवश्यक संरचना उत्पन्न हुई है।

उत्पाद मानक और ASTM A928/A928M

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील कोई एकल सामग्री पदनाम नहीं है। यह क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लोहा मिश्रधातुओं के एक परिवार का वर्णन करता है, जिनकी अभिप्रेत संरचना में लगभग समान फेराइट और ऑस्टेनाइट आयतन अंश होते हैं। World Stainless/International Stainless Steel Forum ने अपने 2024 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील अवलोकन में सामान्यतः लक्षित अनुपात लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट बताया है। हालांकि, यह अनुपात रासायनिक संघटन और प्रसंस्करण पर निर्भर करता है। नाइट्रोजन, निकेल, क्रोमियम, मोलिब्डेनम, सॉल्यूशन-एनीलिंग तापमान, वेल्ड तापीय चक्र और शीतलन दर—सभी अंतिम चरण-संतुलन को प्रभावित करते हैं।

ASTM A928/A928M एक विशिष्ट उत्पाद रूप और विनिर्माण विधि को संबोधित करता है: फिलर धातु मिलाकर विद्युत संलयन वेल्डिंग द्वारा निर्मित फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक, अर्थात् डुप्लेक्स, स्टेनलेस-स्टील पाइप। इसलिए यह प्रत्येक डुप्लेक्स उत्पाद के लिए सामान्य विनिर्देशन नहीं है। सीमलेस पाइप, बिना अतिरिक्त फिलर के निर्मित वेल्डेड पाइप, प्लेट, फोर्जिंग, फिटिंग और बार अन्य उत्पाद विनिर्देशों के अंतर्गत आते हैं; प्रत्येक का अपना पदनाम, ऊष्मा-उपचार प्रावधान, परीक्षण और स्वीकृति मानदंड होते हैं।

यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि केवल ग्रेड का नाम संपूर्ण निरीक्षण आवश्यकता को निर्दिष्ट नहीं करता। UNS S32205, Unified Numbering System के अंतर्गत एक मिश्रधातु संघटन की पहचान करता है। “2205” उसी सामान्य डुप्लेक्स परिवार के लिए व्यापक रूप से प्रयुक्त ग्रेड नाम है, और ASTM A928/A928M संदर्भित उत्पाद विनिर्देशों में UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के समतुल्य बताता है, जैसा कि ASTM International द्वारा 2009 संस्करण में दर्ज किया गया है। फिर भी, क्रय या निर्माण संबंधी आवश्यकता में लागू उत्पाद मानक, आयामी मानक, संस्करण, वेल्डिंग प्रक्रिया, ऊष्मा-उपचार, परीक्षाएँ, परीक्षण आवृत्ति और स्वीकृति मानदंड स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट किए जाने चाहिए।

विद्युत-संलयन-वेल्डेड डुप्लेक्स पाइप

विद्युत संलयन वेल्डिंग में पाइप को स्ट्रिप या प्लेट से बनाया जाता है और अनुदैर्ध्य सीम को संलयन प्रक्रिया द्वारा जोड़ा जाता है। केवल मूल धातु के किनारों को पिघलाने पर निर्भर रहने के बजाय जोड़ में फिलर धातु डाली जाती है। ASTM A928/A928M इस डुप्लेक्स पाइप श्रेणी के लिए आवश्यकताएँ निर्धारित करता है, जिनमें निर्दिष्ट ग्रेड, आयाम, विनिर्माण अवस्था, वेल्ड गुणवत्ता और परीक्षण से संबंधित प्रावधान शामिल हैं। ASTM पदनाम “A928/A928M” यह भी दर्शाता है कि विनिर्देशन इंच-पाउंड और SI इकाइयों में जारी किया गया है; जहाँ मानक अलग-अलग मान देता है, वहाँ चयनित इकाई प्रणाली का निरंतर रूप से प्रयोग किया जाना चाहिए।

पाइप की फेराइट–ऑस्टेनाइट अवस्था का अनुमान केवल नाममात्र क्रोमियम या निकेल मात्रा से नहीं लगाया जा सकता। वेल्ड धातु निक्षेप फेराइट-समृद्ध संरचना के साथ ठोस हो सकता है और शीतलन के दौरान ऑस्टेनाइट बना सकता है, जबकि ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र का तापीय इतिहास अलग होता है। अत्यधिक फेराइट दृढ़ता को कम कर सकता है और स्थानीयकृत संक्षारण के प्रति प्रतिरोध को प्रभावित कर सकता है। अत्यधिक ऑस्टेनाइट डुप्लेक्स संरचना से संबंधित सामर्थ्य को कम कर सकता है और यह अभिप्रेत नियंत्रण सीमा से बाहर के मिश्रधातु संघटन या तापीय चक्र का संकेत हो सकता है।

इसी कारण अनेक डुप्लेक्स पाइप उत्पादों के लिए सॉल्यूशन एनीलिंग और तीव्र शीतलन प्रमुख नियंत्रण होते हैं। पाइप के परीक्षण से पहले यह उपचार अवांछित इंटरमेटैलिक चरणों को घोलता है और उपयुक्त द्वि-चरणीय संरचना पुनर्स्थापित करता है। वेल्डिंग प्रक्रियाओं में ऊष्मा इनपुट, इंटरपास तापमान, शील्डिंग, पर्ज गुणवत्ता और फिलर चयन को नियंत्रित करना आवश्यक है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के लिए योग्य की गई प्रक्रिया से स्वीकार्य डुप्लेक्स वेल्ड प्राप्त होगा, ऐसा स्वतः नहीं माना जा सकता।

एच्च्ड सूक्ष्मसंरचना सामान्यतः कार्यित सामग्री या वेल्ड-संबंधी ठोसकरण पैटर्न के अनुरूप संरेखित, लंबी या लैमेलर फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्रों के रूप में दिखाई देती है। केवल दृश्य स्वरूप अनुपालन का पर्याप्त प्रमाण नहीं है। मेटालोग्राफिक परीक्षण, फेराइट मापन, संक्षारण परीक्षण, यांत्रिक परीक्षण और अविनाशी परीक्षण अलग-अलग प्रश्नों का उत्तर देते हैं और एक-दूसरे के विकल्प नहीं हैं।

फिलर धातु और उत्पाद संबंधी आवश्यकताएँ

जोड़ी गई फिलर धातु निर्दिष्ट डुप्लेक्स ग्रेड और वेल्डिंग प्रक्रिया के साथ संगत होनी चाहिए। इसका क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन संतुलन वेल्ड-धातु चरण निर्माण, पिटिंग प्रतिरोध, सामर्थ्य और तन्यता को प्रभावित करता है। यदि डाइल्यूशन, शील्डिंग गैस, ऊष्मा इनपुट या वेल्डोत्तर उपचार निक्षेप के संघटन या संरचना को बदलते हैं, तो केवल नाममात्र मिश्रधातु लेबल के आधार पर चुना गया फिलर अनुपयुक्त हो सकता है।

ASTM A928/A928M को वेल्ड-उपभोज्य पदार्थों की सूची के बजाय उत्पाद विनिर्देशन के रूप में पढ़ा जाना चाहिए। यह निर्दिष्ट प्रक्रिया द्वारा निर्मित पाइप के लिए आवश्यकताएँ स्थापित करता है, जबकि वेल्डिंग प्रक्रिया और फिलर वर्गीकरण अतिरिक्त नियंत्रण प्रदान करते हैं। संपूर्ण तकनीकी आवश्यकता में रासायनिक विश्लेषण, तन्य गुण, जहाँ निर्दिष्ट हो वहाँ कठोरता सीमाएँ, हाइड्रोस्टैटिक या वैकल्पिक अविनाशी परीक्षण, दृश्य और आयामी परीक्षण, वेल्ड परीक्षण तथा ऊष्मा-उपचार अवस्था शामिल हो सकती है। सटीक आवश्यकताएँ संस्करण और निर्दिष्ट ग्रेड पर निर्भर करती हैं; पुराने संस्करण को बाद के संस्करण के साथ परस्पर विनिमेय नहीं माना जाना चाहिए।

डुप्लेक्स ग्रेडों को अक्सर पिटिंग प्रतिरोध समतुल्य संख्या, अर्थात् PREN, के आधार पर समूहित किया जाता है। 2024 World Stainless/International Stainless Steel Forum वर्गीकरण में लीन डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों के लिए 45 से अधिक PREN निर्धारित किया गया है। PREN मुख्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन पर आधारित एक सूचकांक-पद्धति है। यह मिश्रधातु परिवारों की तुलना के लिए उपयोगी है, लेकिन प्रदर्शन की पूर्ण गारंटी नहीं है। क्रिटिकल पिटिंग तापमान, दरार-संक्षारण प्रतिरोध, सतह की अवस्था, क्लोराइड सांद्रता, तापमान, निर्माण के दौरान संदूषण और वेल्ड सूक्ष्मसंरचना समान गणना किए गए PREN वाले मिश्रधातुओं के लिए अलग-अलग परिणाम उत्पन्न कर सकते हैं।

परिचित 2205 ग्रेड को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है। Outokumpu के 2020 स्टेनलेस-स्टील परिवार विवरण में ग्रेड 2507 और 4501 को 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेडों के रूप में पहचाना गया है। ऐसे परिवार-लेबल मिश्रधातु रसायन को समझाने में सहायक होते हैं, लेकिन वे UNS पदनाम या उत्पाद मानक का स्थान नहीं लेते। “2205 पाइप” तब तक अपूर्ण है जब तक आवश्यकता में यह न बताया जाए कि कौन-सा 2205 संघटन, उत्पाद रूप, विनिर्माण विधि, आयाम, परीक्षण और स्वीकृति मानक लागू होगा।

गुणवत्ता नियंत्रण फेराइट प्रतिशत से आगे तक विस्तृत होता है। ISO 17781, जिसे 2024 में ISO Technical Committee 67 द्वारा पहचाना गया, पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस उद्योगों में प्रयुक्त फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। इसकी प्रासंगिकता प्रत्यक्ष है: अनुपयुक्त तापीय संपर्क के बाद डुप्लेक्स घटकों में सिग्मा चरण, ची चरण, क्रोमियम नाइट्राइड या अन्य अवक्षेप उपस्थित हो सकते हैं। ये चरण दृढ़ता को कम कर सकते हैं या कण-सीमाओं के निकट क्रोमियम और मोलिब्डेनम को कम कर सकते हैं, जिससे पिटिंग और दरार-संक्षारण के प्रति प्रतिरोध घट जाता है।

संदर्भित विनिर्देशों में UNS S32205

UNS S32205 एक मिश्रधातु पदनाम है, संपूर्ण ऑर्डर विवरण नहीं। यह 2205 से सामान्यतः संबद्ध डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की अभिप्रेत रासायनिक पहचान बताता है, लेकिन यह निर्दिष्ट नहीं करता कि वस्तु पाइप, प्लेट, फिटिंग या फोर्जिंग है। न ही यह बताता है कि पाइप विद्युत-संलयन-वेल्डेड है या नहीं, फिलर धातु जोड़ी गई थी या नहीं, कौन-सा ऊष्मा-उपचार किया गया, अथवा कौन-सी परीक्षाएँ अनिवार्य हैं।

ASTM A928/A928M के अंतर्गत UNS S32205 को संदर्भित उत्पाद विनिर्देशों में 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के संबंध में सूचीबद्ध किया गया है। इस संबंध को सटीक रूप से व्यक्त किया जाना चाहिए: S32205 सामग्री ग्रेड की पहचान करता है, जबकि A928/A928M विशिष्ट विद्युत-संलयन-वेल्डेड पाइप उत्पाद को नियंत्रित करता है। इसलिए, दोनों तत्वों को सम्मिलित करने वाला विनिर्देशन उल्लेख किसी एक शब्द की तुलना में अधिक जानकारीपूर्ण होता है।

यही अनुशासन लीन डुप्लेक्स, मानक डुप्लेक्स, सुपर डुप्लेक्स और हाइपर डुप्लेक्स जैसे पदनामों पर भी लागू होता है। ये श्रेणियाँ अनुमानित मिश्रधातु समूहों और संक्षारण-प्रतिरोध सीमाओं को दर्शाती हैं, न कि प्रत्येक वर्गीकरण प्रणाली में समान सीमाओं को। क्रोमियम और निकेल समतुल्य तथा संगणकीय चरण आरेख सहित चरण-पूर्वानुमान उपकरण मिश्रधातु और वेल्डिंग नियंत्रण का मार्गदर्शन कर सकते हैं, लेकिन अंतिम स्वीकृति लागू मानक में निर्दिष्ट परीक्षणों और आवश्यकताओं पर निर्भर करती है। ASTM A928/A928M, निर्दिष्ट संस्करण और संदर्भित गुणवत्ता-नियंत्रण मानक—इन सभी को साथ पढ़ा जाना चाहिए।

पर्यावरण और विफलता-प्रकार के आधार पर अनुप्रयोग

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का चयन केवल “डुप्लेक्स” शब्द के आधार पर नहीं, बल्कि पर्यावरण और विफलता-प्रकार से शुरू होता है। प्रासंगिक प्रश्न यह हैं कि डिजाइन को क्लोराइड पिटिंग, क्रेविस जंग, सल्फाइड स्ट्रेस क्रैकिंग, अपरदन, थकान, वेल्ड क्षरण या तापीय भंगुरता में से कौन-सा कारक नियंत्रित करता है। जिस ग्रेड का प्रदर्शन वायुरहित प्रक्रिया-प्रवाह में अच्छा हो, वह गर्म, ऑक्सीजनयुक्त क्लोराइड क्रेविस में अनुपयुक्त हो सकता है। इसी प्रकार, उच्च PREN होने से फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन, सतह की स्थिति, वेल्डिंग प्रक्रिया और ऊष्मा उपचार को नियंत्रित करने की आवश्यकता समाप्त नहीं होती।

सामान्यतः दोनों चरणों का लक्ष्य लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट रखा जाता है, जैसा कि 2024 में World Stainless और International Stainless Steel Forum द्वारा रिपोर्ट किया गया है। यह संतुलन फेरिटिक स्टेनलेस स्टील से संबद्ध मजबूती और क्लोराइड-प्रेरित क्रैकिंग के प्रति प्रतिरोध को ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से संबद्ध दृढ़ता और सामान्य जंग-व्यवहार के साथ जोड़ता है। यह संतुलन केवल नाममात्र ग्रेड-निर्देशन से निर्धारित नहीं होता। मिश्रधातु की रासायनिक संरचना, सॉल्यूशन एनीलिंग, शीतलन दर, प्लेट की मोटाई, फॉर्मिंग और वेल्डिंग चरणों के अनुपात को बदल सकते हैं या सिग्मा फेज, काई फेज, क्रोमियम नाइट्राइड और द्वितीयक ऑस्टेनाइट जैसे हानिकारक अवक्षेपों को बढ़ावा दे सकते हैं।

PREN, पिटिंग प्रतिरोध के आधार पर मिश्रधातु-परिवारों को व्यवस्थित करने में उपयोगी है, लेकिन यह पूर्ण सेवा-प्रदर्शन की गारंटी नहीं, बल्कि एक सूचकांक-आधारित परंपरा है। 2024 के World Stainless वर्गीकरण में लीन डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 28–38, सुपरडुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 और हाइपरडुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 45 से अधिक पर रखा गया है। विभिन्न वर्गीकरण प्रणालियाँ हमेशा समान सीमाओं का उपयोग नहीं करतीं। Outokumpu के 2020 के स्टेनलेस-परिवार संबंधी अवलोकन के अनुसार, ग्रेड 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है; ग्रेड 2507 और 4501, 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड हैं।

तेल, गैस और पेट्रोकेमिकल सेवा

पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस के उपकरण स्टेनलेस स्टील को साधारण समुद्री जल परीक्षण की तुलना में अधिक कठिन संयोजनों के संपर्क में लाते हैं: क्लोराइड, कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोजन सल्फाइड, घुलित ऑक्सीजन, कार्बनिक अम्ल, उच्च दाब, बढ़ा हुआ तापमान और रुक-रुककर होने वाला गीलापन एक ही प्रणाली में उपस्थित हो सकते हैं। इसलिए डुप्लेक्स ग्रेडों का उपयोग फ्लोलाइनों, सेपरेटरों, पाइपिंग, वाल्वों, हीट-एक्सचेंजर घटकों, अम्बिलिकल हार्डवेयर, स्क्रबरों और प्रक्रिया-पात्रों में किया जाता है, जहाँ मजबूती, क्लोराइड प्रतिरोध और सल्फाइड-संबंधी क्रैकिंग के प्रति प्रतिरोध पर एक साथ विचार करना आवश्यक होता है।

लीन डुप्लेक्स मिश्रधातुएँ द्वि-चरणीय संरचना बनाए रखते हुए निकेल और मोलिब्डेनम की मात्रा कम कर सकती हैं, लेकिन उनका निम्न PREN परास उन्हें मानक डुप्लेक्स ग्रेडों का समकक्ष नहीं बनाता। ये कम आक्रामक प्रक्रिया-प्रवाहों, संरचनात्मक पाइपिंग या ऐसे उपकरणों के लिए उपयुक्त हो सकती हैं जहाँ क्लोराइड सांद्रता और तापमान नियंत्रित हों। मानक डुप्लेक्स, विशेष रूप से UNS S32205 जैसी 22Cr सामग्री, का सामान्य प्रक्रिया पाइपिंग और दाब-धारण करने वाले घटकों के लिए अक्सर मूल्यांकन किया जाता है। ASTM A928/A928M, संदर्भित उत्पाद-विनिर्देशों में UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप बताता है और फिलर मेटल के साथ इलेक्ट्रिक-फ्यूजन-वेल्डेड डुप्लेक्स पाइप को शामिल करता है। फिलर मेटल महत्वपूर्ण है: अनुचित रूप से चुना गया या पतला हुआ वेल्ड निक्षेप प्रतिकूल चरण-संतुलन छोड़ सकता है या स्थानीय जंग-प्रतिरोध को कम कर सकता है।

2507 और 4501 जैसे सुपरडुप्लेक्स ग्रेडों पर तब विचार किया जाता है जब गर्म क्लोराइड संपर्क, सॉर सेवा या उच्च यांत्रिक भार के कारण पिटिंग, क्रेविस जंग और स्ट्रेस कोरोशन क्रैकिंग के विरुद्ध अधिक सुरक्षा-मार्जिन आवश्यक हो। हाइपरडुप्लेक्स ग्रेड मिश्रधातुकरण को और बढ़ाते हैं, सामान्यतः अधिक क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन के माध्यम से; लेकिन यह वृद्धि निर्माण-नियंत्रण की सीमा को भी संकीर्ण करती है। अधिक मिश्रधातु, योग्य वेल्डिंग और ऊष्मा-उपचार प्रक्रिया का विकल्प नहीं है।

पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस क्षेत्र में गुणवत्ता-नियंत्रण का एक विशिष्ट सूक्ष्मसंरचनात्मक पक्ष भी है। ISO 17781, जिसे ISO Technical Committee 67 के माध्यम से जारी किया गया है, पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस उद्योगों में प्रयुक्त फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक या डुप्लेक्स स्टेनलेस-स्टील सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता-नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट करता है। इसमें चरण-संतुलन और हानिकारक इंटरमेटैलिक चरणों की जाँच शामिल है; उत्पाद के नाम को उपयुक्तता का प्रमाण नहीं माना जाता। वेल्डिंग, मरम्मत-वेल्डिंग, सॉल्यूशन एनीलिंग या ऐसे तापमान-परास के संपर्क के बाद यह अंतर महत्वपूर्ण हो जाता है, जिसमें सिग्मा या काई फेज बन सकता है।

हाइड्रोजन सल्फाइड एक अन्य विफलता-पथ प्रस्तुत करता है। कठोर और भंगुर क्षेत्र, अत्यधिक फेराइट, स्थानीय क्रोमियम-क्षय और वेल्ड दोष सल्फाइड स्ट्रेस क्रैकिंग या हाइड्रोजन-सहायित क्रैकिंग की संवेदनशीलता बढ़ा सकते हैं। इसलिए डिजाइन समीक्षा में सामग्री-योग्यता के साथ कठोरता-नियंत्रण, सॉर-सेवा आवश्यकताएँ, वेल्ड प्रक्रिया-योग्यता, गैर-विनाशकारी परीक्षण और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों का निरीक्षण शामिल किया जाता है। थकान एक अलग मुद्दा बनी रहती है। डुप्लेक्स की मजबूती दाब-चक्रण, कंपन, वेल्ड टो या जंग-गड्ढों से होने वाली थकान-क्षति को समाप्त नहीं करती; नाममात्र PREN की तुलना में सतह की फिनिश और वेल्ड की ज्यामिति सेवा-आयु को अधिक दृढ़ता से नियंत्रित कर सकती हैं।

समुद्री, अलवणीकरण और क्लोराइड-युक्त पर्यावरण

समुद्री जल और नमकीन जल सामग्री-चयन में पिटिंग और क्रेविस जंग को केंद्रीय मुद्दा बना देते हैं। गैसकेट, निक्षेप, क्लैंप, फ्लैंज सतहों और स्थिर द्रव-फिल्मों के नीचे क्लोराइड आयन सघन हो जाते हैं। तापमान, ऑक्सीजन की मात्रा, प्रवाह वेग, निक्षेप और अन्य मिश्रधातुओं के साथ कैथोडिक युग्मन स्थानीय विद्युत-रासायनिक स्थितियों को काफी बदल सकते हैं। PREN की तुलना से संभावित ग्रेडों की प्रारंभिक छँटाई में सहायता मिलती है, लेकिन इससे हर क्रेविस ज्यामिति का पूर्वानुमान नहीं लगाया जा सकता और न ही वेल्ड की स्थिति तथा सतह के संदूषण का पूर्ण लेखा लिया जा सकता है।

लीन डुप्लेक्स ग्रेड वहाँ उपयुक्त हो सकते हैं जहाँ क्लोराइड सांद्रता, तापमान और स्थिरता सीमित हों; इनमें कुछ टैंक, संरचनात्मक सदस्य और उपयोगिता प्रणालियाँ शामिल हैं। मानक डुप्लेक्स ग्रेडों का उपयोग अनेक समुद्री संरचनाओं, समुद्री जल पाइपिंग, शीतलन-जल प्रणालियों और अलवणीकरण उपकरणों में किया जाता है, लेकिन डिजाइन में निरंतर बहते जल और स्थिर नमकीन जल के बीच अंतर करना आवश्यक है। गंभीर समुद्री जल सेवा, उच्च-दाब रिवर्स-ऑस्मोसिस घटकों, पंप और वाल्व भागों या सघन क्लोराइड-प्रवाहों के लिए सुपरडुप्लेक्स और हाइपरडुप्लेक्स ग्रेड चुने जा सकते हैं। ग्रेड और अनुप्रयोग के बीच कोई सार्वभौमिक मेल नहीं है: एक ही समुद्री जल प्रणाली में वायुरहित क्रेविस, वेल्डेड स्पूल, दाब-सीमा और घूर्णनशील घटक के लिए अलग-अलग मिश्रधातुओं की आवश्यकता हो सकती है।

अलवणीकरण संयंत्र अपरदन, घर्षण और तापीय चक्रण भी उत्पन्न करते हैं। उच्च वेग सुरक्षात्मक फिल्मों को हटा सकता है, जबकि निलंबित ठोस पदार्थ सतहों को क्षतिग्रस्त कर ताजा धातु को उजागर कर सकते हैं। वेल्ड ऑक्सीकरण, हीट टिंट और लौह-संदूषण उच्च क्रोमियम और मोलिब्डेनम वाली आधार-मिश्रधातु में भी आरंभिक स्थलों का निर्माण कर सकते हैं। इसलिए पिकलिंग, यांत्रिक सफाई, धुलाई और वेल्ड शील्डिंग का नियंत्रण केवल सौंदर्यपरक फिनिश नहीं, बल्कि जंग-निवारण का हिस्सा हैं।

ऑस्टेनाइट निम्न-तापमान दृढ़ता और तन्यता के लिए महत्वपूर्ण है, जबकि फेराइट मजबूती और क्लोराइड-प्रेरित क्रैकिंग के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है। अत्यधिक फेराइट दृढ़ता और जंग-प्रतिरोध को कम कर सकता है; अत्यधिक ऑस्टेनाइट मजबूती को घटा सकता है और नाइट्रोजन के वितरण को बदल सकता है। मध्यवर्ती तापमानों से बहुत धीमी गति से गुजरने वाला शीतलन सिग्मा और काई अवक्षेपण को बढ़ावा देता है। इसके विपरीत, कुछ निर्माण-प्रक्रियाओं के बाद बहुत तेज शीतलन अत्यधिक फेराइट या नाइट्रोजन-संबंधी दोष छोड़ सकता है। सॉल्यूशन ऊष्मा-उपचार और तीव्र शीतलन को सेक्शन की मोटाई तथा ग्रेड की रासायनिक संरचना के अनुरूप रखना आवश्यक है।

संरचनात्मक, प्रक्रिया और ऊर्जा अनुप्रयोग

संरचनात्मक अनुप्रयोगों में डुप्लेक्स स्टील का चयन तब किया जाता है जब कम सेक्शन-मोटाई, उच्च यील्ड स्ट्रेंथ, जंग का संपर्क या जीवन-चक्र निरीक्षण की आवश्यकताएँ एक साथ महत्वपूर्ण हों। पुल, अपतटीय सहायक संरचनाएँ, भंडारण टैंक, वास्तुशिल्प सदस्य और फास्टनर फेरिटिक–ऑस्टेनिटिक संयोजन से लाभ प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन बकलिंग, कनेक्शन डिजाइन, वेल्ड थकान, अग्नि-संपर्क और विभेदक तापीय प्रसार अभी भी इंजीनियरिंग गणनाओं को नियंत्रित करते हैं। जहाँ थकान या स्थानीय अस्थिरता निर्णायक हो, वहाँ अधिक यील्ड स्ट्रेंथ अपने-आप पतली संरचना की अनुमति नहीं देती।

प्रक्रिया और ऊर्जा उपकरण अतिरिक्त तापीय तथा यांत्रिक सीमाएँ जोड़ते हैं। डुप्लेक्स ग्रेडों का उपयोग हीट एक्सचेंजरों, दाब-पात्रों, फ्ल्यू-गैस उपकरणों, बायोमास संयंत्रों, जलविद्युत घटकों, कंडेंसरों और नाभिकीय या जीवाश्म-ईंधन आधारित सहायक प्रणालियों में किया जाता है। सेवा-परास में उन तापमानों को शामिल नहीं किया जाना चाहिए जो संचालन के दौरान भंगुरता या अवक्षेपण उत्पन्न करते हैं। बार-बार होने वाला तापीय चक्रण वेल्ड अवशिष्ट तनाव और दाब-उतार-चढ़ाव के साथ मिलकर नोज़ल, सपोर्ट और अटैचमेंट वेल्डों पर थकान-क्रैक उत्पन्न कर सकता है।

निर्माण का इतिहास अक्सर निर्णायक चर होता है। ठंडी फॉर्मिंग मजबूती बढ़ाती है, लेकिन अवशिष्ट तनाव को बदल सकती है; गर्म फॉर्मिंग और मरम्मत के दौरान किया गया ताप चरण-संतुलन को बाधित कर सकता है; वेल्डिंग वेल्ड धातु और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में फेराइट–ऑस्टेनाइट अनुपात को बदल देती है। चरण-पूर्वानुमान आरेख और ऊष्मागतिकीय गणनाएँ मिश्रधातु की रासायनिक संरचना तथा शीतलन-लक्ष्य निर्धारित करने में सहायता करती हैं, जबकि मेटालोग्राफी और जंग-परीक्षण परिणाम की पुष्टि करते हैं। ASTM उत्पाद आवश्यकताएँ विशेष उत्पाद-रूपों के लिए संरचना, आयाम और यांत्रिक परीक्षण निर्धारित करती हैं, लेकिन परियोजना-विनिर्देशों में फेराइट सीमाएँ, इंटरमेटैलिक-चरण परीक्षण, प्रभाव-परीक्षण, वेल्ड योग्यता या जंग-परीक्षण जैसी अतिरिक्त आवश्यकताएँ शामिल हो सकती हैं।

व्यावहारिक नियम सीधा है: नियंत्रक विफलता-प्रकार के आधार पर परिवार का चयन करें, फिर वास्तविक उत्पाद और निर्माण-पथ की योग्यता प्रमाणित करें। लीन, मानक, सुपरडुप्लेक्स और हाइपरडुप्लेक्स ग्रेड अलग-अलग संरचना और PREN परासों में आते हैं, फिर भी इनमें से कोई भी क्लोराइड जंग, थकान, सॉर सेवा या बढ़े हुए तापमान पर संचालन के लिए सार्वभौमिक समाधान नहीं है। चरण-नियंत्रण सामग्री-विनिर्देशन का हिस्सा है, बाद में जोड़ा जाने वाला विचार नहीं।

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का चयन और विनिर्देशन कैसे करें

पर्यावरण और विफलता के परिणामों को परिभाषित करें

चयन की शुरुआत सेवा-पर्यावरण से होनी चाहिए, न कि सामग्री-सारणी में “डुप्लेक्स” शब्द से। तापमान और तापमान-चक्रण, क्लोराइड सांद्रता, अम्लता, ऑक्सीकारी प्रजातियाँ, घुलित ऑक्सीजन, दाब, प्रवाह वेग, ठोस कण, तथा समुद्री जल या प्रक्रिया-रसायनों के संपर्क का अभिलेखन करें। यह भी पहचानें कि घटक पर तन्य प्रतिबल, तापीय प्रतिबल, चक्रीय भारण, कंपन, अपरदन, या निक्षेपों, गैस्केटों, क्लैम्पों और वेल्ड-संलग्नकों के नीचे दरार-जैसी स्थितियाँ आएँगी या नहीं।

ये इनपुट निर्धारित करते हैं कि किन क्षरण-तंत्रों के लिए योग्यता-निर्धारण आवश्यक है। क्लोराइडयुक्त जल गड्ढा-क्षरण और दरार-क्षरण उत्पन्न कर सकता है; अम्लीय, अपचायक विलयन सामान्य क्षरण या सल्फाइड-संबंधी क्षति पैदा कर सकते हैं; ऑक्सीकारी अम्ल क्षरण-प्रतिक्रिया को अलग दिशा में बदल सकते हैं। हाइड्रोजनयुक्त सेवा में पर्यावरणीय दरार के लिए अलग से विचार करना आवश्यक है। दाब-पात्र, समुद्र-तल के नीचे का मैनिफोल्ड, ऊष्मा-विनिमायक ट्यूब, पंप-आवरण और स्थापत्य हैंडरेल—इन सबकी विफलता के परिणाम समान नहीं होते, भले ही उनका नाममात्र क्षरण-पर्यावरण समान दिखाई दे।

ग्रेड चुनने से पहले विफलता के परिणामों की श्रेणी निर्धारित करें। कम-दाब वाली उपयोगिता-लाइन में रिसाव से संयंत्र बंद करना और सफाई करना पड़ सकता है, जबकि उच्च-दाब वाले हाइड्रोकार्बन या अम्लीय-सेवा तंत्र में अवरोध-नियंत्रण खोने से तत्काल सुरक्षा-जोखिम उत्पन्न हो सकते हैं। इसलिए विनिर्देशन में अनुमत क्षरण-दर, निरीक्षण-अंतराल, जहाँ लागू हो वहाँ “टूटने से पहले रिसाव” की धारणाएँ, थकान-डिजाइन आयु, और यह स्पष्ट होना चाहिए कि स्थानीयकृत क्षरण किसी भी सीमा तक स्वीकार्य है या नहीं। “क्षरण-प्रतिरोधी” कोई मापनीय स्वीकृति-मापदंड नहीं है।

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लौह मिश्रधातुएँ हैं, जिन्हें लगभग समान फेराइट और ऑस्टेनाइट आयतन-अंशों के लिए अभिकल्पित किया जाता है। World Stainless और International Stainless Steel Forum ने 2024 में लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट की सूचना दी। यह संरचना फेरिटिक स्टेनलेस स्टील से संबद्ध अधिक यील्ड स्ट्रेंथ और क्लोराइड-तनाव-क्षरण प्रतिरोध को ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से संबद्ध अधिकांश दृढ़ता और क्षरण-व्यवहार के साथ जोड़ती है। केवल ग्रेड-नामकरण से यह संतुलन सुनिश्चित नहीं होता। रासायनिक संघटन, प्लेट या ट्यूब की मोटाई, सॉल्यूशन एनीलिंग, वेल्डिंग की ऊष्मा-इनपुट, इंटरपास तापमान और शीतलन-दर—सभी इसे बदल सकते हैं।

स्थानीयकृत क्षरण-प्रतिरोध की प्रारंभिक तुलना के लिए PREN उपयोगी है। सामान्यतः प्रयुक्त समीकरण है: PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N), हालांकि प्रकाशित समीकरण और मिश्रधातु-विशिष्ट व्याख्याएँ अलग-अलग होती हैं। 2024 के World Stainless वर्गीकरण में लीन डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों को PREN 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों को 45 से अधिक रखा गया है। ये सूचकांक-आधारित परंपराएँ हैं, पूर्ण प्रदर्शन-गारंटी नहीं। PREN सतह की दशा, समावेशन, वेल्ड क्षेत्रों, दरारों, तापमान, pH, क्लोराइड सक्रियता या निर्माण-दोषों को पूरी तरह ध्यान में नहीं रखता।

ग्रेड, उत्पाद-रूप और निर्माण-विधि का मिलान करें

ग्रेड-परिवार निर्धारित करने के लिए पर्यावरणीय क्रमांकन का उपयोग करें, फिर पुष्टि करें कि चयनित ग्रेड संबंधित उत्पाद-रूप और सेवा-कोड के लिए अनुमत है। साधारण डुप्लेक्स और लीन डुप्लेक्स ग्रेड सामान्यतः कम चुनौतीपूर्ण क्लोराइड वातावरणों या उन परिस्थितियों के लिए उपयुक्त होते हैं जहाँ कम निकेल और मोलिब्डेनम मात्रा स्वीकार्य हो। मानक डुप्लेक्स ग्रेडों में व्यापक रूप से निर्दिष्ट 22Cr परिवार शामिल है। ग्रेड 2205 को सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स कहा जाता है; ASTM A928/A928M अपने संदर्भित उत्पाद-संदर्भ में UNS S32205 को 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप बताता है। सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों में सामान्यतः 2507 और 4501 जैसे 25Cr मिश्रधातु शामिल होते हैं। हाइपर डुप्लेक्स मिश्रधातुएँ क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन के अभिकल्प को आगे बढ़ाती हैं, लेकिन उनकी योग्यता-आवश्यकताएँ अनुप्रयोग-विशिष्ट रहती हैं। वर्गीकरण-सीमाएँ प्रत्येक तकनीकी प्रणाली में समान नहीं होतीं, इसलिए पारिभाषिक शब्दावली के लिए लागू मानक को ही निर्णायक माना जाना चाहिए।

किसी प्लेट के विनिर्देशन को संबंधित दस्तावेज़ की जाँच किए बिना सीधे वेल्डेड पाइप, फोर्जिंग, कास्टिंग, बार या ट्यूब पर लागू न करें। उत्पाद-रूप से अनुभाग-मोटाई, सतह की दशा, ऊष्मा-उपचार की प्रतिक्रिया, आयामी सहनशीलताएँ तथा आवश्यक परीक्षणों की संख्या और प्रकार बदल जाते हैं। फिलर मेटल वाले इलेक्ट्रिक-फ्यूजन-वेल्डेड डुप्लेक्स पाइप के लिए ASTM A928/A928M निर्दिष्ट करें और जहाँ यह ग्रेड आवश्यक हो वहाँ UNS S32205 की पहचान दें। क्रय या निर्माण दस्तावेज़ में वेल्ड-फिलर वर्गीकरण, सॉल्यूशन ट्रीटमेंट, अविनाशी परीक्षण, हाइड्रोस्टैटिक या रिसाव परीक्षण और स्वीकृति-मापदंड भी स्पष्ट होने चाहिए।

निर्माण-विधि पर समान ध्यान देना आवश्यक है। इच्छित फेराइट–ऑस्टेनाइट संरचना बनाए रखने के लिए डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील को सामान्यतः सॉल्यूशन एनीलिंग के बाद तेजी से ठंडा किया जाता है। मध्यवर्ती तापमान-सीमाओं में अत्यधिक समय रहने से सिग्मा फेज़, ची फेज़, क्रोमियम नाइट्राइड या अन्य अवक्षेप बन सकते हैं। सिग्मा और ची फेज़ आसपास के मैट्रिक्स से क्रोमियम और मोलिब्डेनम का उपभोग करते हैं तथा दृढ़ता और स्थानीयकृत क्षरण-प्रतिरोध को तीव्रता से घटा सकते हैं। फेराइट-समृद्ध क्षेत्रों और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों में नाइट्राइड का निर्माण विशेष रूप से प्रासंगिक है।

वेल्डिंग प्रक्रिया में ऊष्मा-इनपुट, आर्क ऊर्जा, इंटरपास तापमान, शील्डिंग, पर्ज की गुणवत्ता, जोड़ की तैयारी और फिलर के चयन को नियंत्रित करना आवश्यक है। अत्यधिक तेज शीतलन से फेराइट की मात्रा अत्यधिक रह सकती है और ऑस्टेनाइट का निर्माण कम हो सकता है; अत्यधिक धीमा शीतलन या बार-बार तापीय संपर्क हानिकारक अवक्षेपण को बढ़ावा दे सकता है। इसलिए वेल्ड प्रक्रिया-योग्यता परीक्षण में उत्पादन-मोटाई, जोड़ का अभिकल्प, वेल्डिंग प्रक्रिया, स्थिति, उपभोज्य सामग्री, शील्डिंग गैस और मरम्मत-विधि का प्रतिनिधित्व होना चाहिए। वेल्ड के बाद का ऊष्मा-उपचार सार्वभौमिक समाधान नहीं है: निर्दिष्ट सॉल्यूशन ट्रीटमेंट, तापमान-सीमा, होल्डिंग समय और क्वेंच मिश्रधातु तथा घटक की ज्यामिति के अनुरूप होने चाहिए। कुछ निर्मित असेंबली में विकृति या आयामी क्षति के बिना ऐसा उपचार संभव नहीं होता।

यांत्रिक विनिर्देशन भी अनुप्रयोग पर निर्भर करता है। सामान्य ऑस्टेनिटिक ग्रेडों की तुलना में डुप्लेक्स ग्रेड अक्सर अधिक यील्ड स्ट्रेंथ प्रदान करते हैं, जिससे कुछ अभिकल्पों में अनुभाग-मोटाई कम की जा सकती है; हालांकि मजबूती उत्पाद-रूप और परीक्षण-दिशा के अनुसार बदलती है। यदि फेराइट की मात्रा अत्यधिक हो या इंटरमेटेलिक फेज़ बनें, तो दृढ़ता घट सकती है। थकान-प्रदर्शन वेल्ड-ज्यामिति, सतह की फिनिश, अवशिष्ट प्रतिबल, औसत प्रतिबल, क्षरण-एक्सपोज़र और निरीक्षण-गुणवत्ता पर बहुत अधिक निर्भर करता है। चिकनी मूल-धातु का थकान-परीक्षण परिणाम वेल्ड के बाद के नोज़ल या संलग्नक की योग्यता सिद्ध नहीं कर सकता।

फेज़ संतुलन, क्षरण-परीक्षण और मानकों की पुष्टि करें

अंतिम विनिर्देशन में रासायनिक संघटन से सूक्ष्मसंरचना का अनुमान लगाने के बजाय प्रमाण की माँग होनी चाहिए। फेज़-पूर्वानुमान उपकरण, Schaeffler या DeLong प्रकार के आरेख, ऊष्मागतिकीय गणनाएँ और मिश्रधातु-विशिष्ट वेल्डिंग मॉडल फेराइट की मात्रा का पूर्वानुमान लगाने में सहायक हो सकते हैं, लेकिन वे मापन का स्थान नहीं लेते। उत्कीर्ण डुप्लेक्स सामग्री में सामान्यतः लम्बे, परतदार फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्र दिखाई देते हैं। सहमत धातुवैज्ञानिक या छवि-विश्लेषण विधि से फेज़-अंशों का परिमाणीकरण करें, मापन-स्थान परिभाषित करें और अनुमत सीमा स्पष्ट करें। नमूना-ग्रहण में आधार-धातु, जहाँ प्रासंगिक हो वहाँ वेल्ड-धातु और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र शामिल होने चाहिए।

पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस उद्योगों में प्रयुक्त फेरिटिक/ऑस्टेनिटिक, अर्थात् डुप्लेक्स, स्टेनलेस स्टील की सूक्ष्मसंरचना के परीक्षण के लिए ISO 17781 गुणवत्ता-नियंत्रण संदर्भ है। जब संबंधित क्षेत्र या परियोजना-मानक इसे लागू करता हो, तब इसके उपयोग को निरीक्षण-योजना में लिखित रूप से शामिल किया जाना चाहिए। योजना में नमूने की दिशा, पॉलिशिंग और एचिंग की विधि, आवर्धन, फेज़-मापन पद्धति तथा इंटरमेटेलिक फेज़ या नाइट्राइड के उपचार का उल्लेख होना चाहिए।

क्षरण-योग्यता परीक्षण सेवा-रसायन से मेल खाना चाहिए। क्रिटिकल पिटिंग टेम्परेचर परीक्षण, क्रिटिकल क्रेविस-करोजन टेम्परेचर परीक्षण, फेरिक क्लोराइड स्क्रीनिंग, चक्रीय पोटेंशियोडायनेमिक ध्रुवीकरण या इमर्शन परीक्षण प्रासंगिक हो सकते हैं, लेकिन प्रत्येक परीक्षण अलग प्रश्न का उत्तर देता है। उच्च PREN मान सेवा में अपेक्षित वास्तविक क्लोराइड, तापमान, अम्लता और सतह-दशा में किए गए परीक्षण का विकल्प नहीं है। जब जोखिम का निर्धारण वेल्ड से होता हो, तब वेल्डेड नमूनों का भी परीक्षण किया जाना चाहिए।

अंत में, प्रत्येक आवश्यकता को एक नियंत्रक दस्तावेज़ से जोड़ें: उत्पाद-विनिर्देशन, डिजाइन-कोड, वेल्डिंग-योग्यता मानक, अविनाशी-परीक्षण प्रक्रिया, ऊष्मा-उपचार अभिलेख और स्वीकृति-मानक। ASM International, Outokumpu, ASTM International, ISO Technical Committee 67, World Stainless/International Stainless Steel Forum तथा सहकर्मी-समीक्षित ScienceDirect साहित्य जैसे स्रोत उपयोगी तकनीकी संदर्भ प्रदान करते हैं, लेकिन स्वीकृति का निर्धारण संविदा-मानक और सेवा-विशिष्ट कोड करते हैं। नाममात्र ग्रेड का चयन केवल प्रारंभिक निर्णय है। रासायनिक संघटन, उत्पाद-रूप, निर्माण-इतिहास, फेज़ संतुलन, क्षरण-आँकड़े, यांत्रिक गुण, थकान-अभिकल्प और निरीक्षण-अभिलेख मिलकर यह स्थापित करते हैं कि डुप्लेक्स घटक अपने वास्तविक कार्य के लिए योग्य है या नहीं।

सामान्य गलत व्याख्याएँ और तकनीकी सीमाएँ

50:50 एक डिजाइन लक्ष्य क्यों है, सार्वभौमिक सूक्ष्मदर्शी स्थिरांक क्यों नहीं

“डुप्लेक्स” फेरिटिक–ऑस्टेनिटिक सूक्ष्मसंरचना का वर्णन करता है; यह इस बात की गारंटी नहीं है कि किसी अवयव के प्रत्येक बिंदु में दोनों प्रावस्थाएँ बिल्कुल समान मात्रा में होंगी। इस परिवार की क्रोमियम–निकेल–मोलिब्डेनम–लौह मिश्रधातुओं का विकास इस उद्देश्य से किया जाता है कि निर्दिष्ट प्रसंस्करण मार्ग के बाद लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट प्राप्त हो। World Stainless और International Stainless Steel Forum ने 2024 में इस लगभग संतुलित अनुपात की सूचना दी थी, लेकिन यह आँकड़ा संबंधित उत्पाद-अवस्था में एक डिजाइन उद्देश्य है, सूक्ष्मदर्शी स्थिरांक नहीं।

यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि प्रावस्था-संतुलन रासायनिक संघटन और तापीय इतिहास के साथ बदलता है। क्रोमियम, मोलिब्डेनम, सिलिकॉन और नाइट्रोजन सामान्यतः फेराइट का समर्थन करते हैं या फेराइट की स्थिरता को बदलते हैं, जबकि निकेल, कार्बन, मैंगनीज और नाइट्रोजन संघटन तथा तापमान के आधार पर अलग-अलग तरीकों से ऑस्टेनाइट के निर्माण को प्रभावित करते हैं। ठोसकरण के दौरान पहले फेरिटिक मैट्रिक्स बन सकता है; इसके बाद शीतलन के दौरान फेराइट की सीमाओं पर और फेरिटिक क्षेत्रों के भीतर रूपांतरण द्वारा ऑस्टेनाइट बनता है। अंतिम परिणाम खंड की मोटाई, विलयन-एनीलिंग तापमान, होल्डिंग समय और शीतलन दर पर निर्भर करता है।

पॉलिश किए गए और एच किए गए अनुप्रस्थ काट में सामान्यतः लम्बे या परतदार फेरिटिक और ऑस्टेनिटिक क्षेत्र दिखाई देते हैं। यह चित्र इस बात का प्रमाण नहीं है कि पूरे अवयव में 1:1 अनुपात है। वेल्ड धातु, ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र, फोर्ज की गई सतह और मोटी प्लेट का केंद्र—इनमें से प्रत्येक में स्थानीय प्रावस्थाओं के अंश अलग-अलग हो सकते हैं। तीव्र शीतलन के कारण अतिरिक्त फेराइट रह सकता है, क्योंकि ऑस्टेनाइट बनने के लिए पर्याप्त समय नहीं मिलता। मध्यवर्ती तापमान सीमा में धीमा या अनुपयुक्त तापीय संपर्क द्वितीयक ऑस्टेनाइट, सिग्मा प्रावस्था, ची प्रावस्था, क्रोमियम नाइट्राइड या अन्य अवक्षेपों के निर्माण को बढ़ावा दे सकता है। ये प्रावस्थाएँ आस-पास के क्षेत्रों से क्रोमियम और मोलिब्डेनम का उपभोग कर सकती हैं, जिससे स्थानीय संक्षारण-प्रतिरोध घट जाता है, भले ही समग्र प्रावस्था-प्रतिशत स्वीकार्य दिखाई दे।

Schaeffler-, Delong- और WRC-प्रकार के आरेखों सहित प्रावस्था-पूर्वानुमान उपकरण, संघटन के आधार पर वेल्ड-धातु के ठोसकरण-व्यवहार का अनुमान लगा सकते हैं। ऊष्मागतिकीय गणनाएँ साम्य या मेटास्टेबल प्रावस्था-क्षेत्रों का भी पूर्वानुमान कर सकती हैं। इनमें से कोई भी दृष्टिकोण मेटालोग्राफी और प्रक्रिया-योग्यता के स्थान पर पर्याप्त नहीं है। प्रासंगिक प्रश्न केवल यह नहीं है कि किसी नाममात्र रासायनिक संघटन को डुप्लेक्स कहा जाता है या नहीं, बल्कि यह है कि तैयार उत्पाद में महत्वपूर्ण स्थानों और अभिविन्यासों पर, हानिकारक अवक्षेपों से मुक्त, स्वीकार्य फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन मौजूद है या नहीं।

लक्षित संतुलन का यह अर्थ भी नहीं है कि प्रत्येक दिशा में यांत्रिक व्यवहार समान होगा। फेराइट उच्च यील्ड शक्ति और क्लोराइड तनाव-संक्षारण क्रैकिंग के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है, जबकि ऑस्टेनाइट तन्यता, दृढ़ता और नाइट्रोजन-युक्त संक्षारण-प्रतिरोध प्रदान करता है। उनका वितरण, निरंतरता, कणिकीय आकृति और अंतरापृष्ठ की स्थिति तनन गुणों, आघात-दृढ़ता, थकान-क्रैक वृद्धि और वेल्ड-प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। कोई अवयव नाममात्र प्रावस्था-अंश की आवश्यकता पूरी करने के बावजूद दृढ़ता या संक्षारण परीक्षण में विफल हो सकता है, यदि तापीय संपर्क के कारण स्थानीय रासायनिक संघटन या अवक्षेप अनुपयुक्त हो गए हों।

PREN एक पूर्ण संक्षारण मॉडल क्यों नहीं है

पिटिंग-प्रतिरोध समतुल्य संख्या, या PREN, मुख्यतः क्रोमियम, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन पर आधारित मिश्रधातु-तुलना सूचकांक है। सूत्र के आधार पर इसमें टंग्स्टन भी शामिल किया जा सकता है। 2024 के World Stainless/International Stainless Steel Forum आँकड़ों के अनुसार, सामान्यतः प्रयुक्त डुप्लेक्स वर्गीकरण में लीन डुप्लेक्स ग्रेडों का PREN 22–27, मानक डुप्लेक्स ग्रेडों का 28–38, सुपर डुप्लेक्स ग्रेडों का 39–45 और हाइपर डुप्लेक्स ग्रेडों का 45 से अधिक होता है। ये सीमाएँ साधारण, लीन, मानक, सुपरडुप्लेक्स और हाइपरडुप्लेक्स समूहों के बीच अंतर करने में सहायक हैं, लेकिन प्रत्येक प्रणाली में वर्गीकरण-सीमाएँ समान नहीं होतीं।

PREN सेवा-आयु का समीकरण नहीं है। यह क्रांतिक पिटिंग तापमान, क्रांतिक दरार-संक्षारण तापमान, निक्षेपों के नीचे होने वाले स्थानीय आक्रमण या वेल्ड के ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र के व्यवहार का पूर्ण पूर्वानुमान नहीं करता। सतह की फिनिश, समावेशन, सल्फाइड की आकृति, अवशिष्ट तनाव, क्लोराइड सांद्रता, अम्लता, तापमान, ऑक्सीकरणकारी प्रजातियाँ, प्रवाह की स्थितियाँ, दरार की ज्यामिति और गैल्वेनिक युग्मन—ये सभी वास्तविक विफलता को प्रभावित करते हैं। समान गणना किए गए PREN वाली दो हीट अलग-अलग पिटिंग परिणाम दिखा सकती हैं, क्योंकि उनके समावेशन, ताप-उपचार और सतही स्थितियाँ भिन्न हो सकती हैं।

प्रावस्था-संतुलन एक और सीमा जोड़ता है। किसी डुप्लेक्स मिश्रधातु का समग्र PREN अनुकूल हो सकता है, जबकि किसी एक प्रावस्था, प्रावस्था-सीमा या क्रोमियम-क्षीण क्षेत्र का स्थानीय प्रतिरोध कम हो। सिग्मा प्रावस्था विशेष रूप से हानिकारक है, क्योंकि यह आसपास के मैट्रिक्स से क्रोमियम और मोलिब्डेनम हटा देती है और दृढ़ता को तीव्र रूप से घटा सकती है। फेराइट में नाइट्राइड का अवक्षेपण भी ऐसा ही स्थानीय प्रभाव डाल सकता है। इसलिए वेल्डिंग में नियंत्रित ऊष्मा-इनपुट, इंटरपास तापमान, शील्डिंग, फिलर का चयन और शीतलन स्थितियाँ आवश्यक हैं; संक्षारण-प्रतिरोधी बेस-मेटल का पदनाम अपने-आप प्रत्येक वेल्ड को समान प्रतिरोध प्रदान नहीं करता।

PREN यांत्रिक विफलता के बारे में भी बहुत कम बताता है। यह यील्ड शक्ति, निर्दिष्ट तापमान पर आघात-दृढ़ता, थकान-स्थायित्व, हाइड्रोजन-सहायित क्रैकिंग या चक्रीय भार के तहत विकृति का पूर्वानुमान नहीं कर सकता। इसी प्रकार, अधिक PREN किसी ऐसे वातावरण में प्रतिरक्षा की गारंटी नहीं देता जो मिश्रधातु की योग्य सीमाओं से बाहर हो। क्रांतिक पिटिंग और दरार-संक्षारण परीक्षण, वेल्डेड भागों का संक्षारण परीक्षण, तनन और आघात परीक्षण, मेटालोग्राफिक परीक्षण तथा सेवा-विशिष्ट योग्यता—इन सभी की आवश्यकता हो सकती है। ASM International, Outokumpu, Wiley के तकनीकी प्रकाशन और ScienceDirect के माध्यम से अनुक्रमित सहकर्मी-समीक्षित पत्रिकाएँ PREN को पूर्ण संक्षारण मॉडल के बजाय एक सूचकांक-पद्धति मानती हैं।

ग्रेड के नाम मानकों का स्थान क्यों नहीं ले सकते

कोई परिचित पदनाम जानकारी को संक्षिप्त करता है; वह पूरी विनिर्देशिका प्रदान नहीं करता। Outokumpu द्वारा 2020 में संक्षेपित जानकारी के अनुसार, “2205” का उपयोग सामान्यतः 22Cr डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के लिए किया जाता है, जबकि 2507 और 4501 को सामान्यतः 25Cr सुपरडुप्लेक्स ग्रेड के रूप में पहचाना जाता है। ये नाम अपने-आप उत्पाद का रूप, रासायनिक सीमाएँ, विलयन-एनीलिंग की स्थिति, आयाम, यांत्रिक आवश्यकताएँ, गैर-विनाशी परीक्षण, वेल्ड प्रक्रिया या स्वीकृति मानदंड निर्धारित नहीं करते।

यह अंतर ASTM A928/A928M में स्पष्ट है, जो फिलर धातु वाले इलेक्ट्रिक-फ्यूजन-वेल्डेड डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील पाइप को कवर करता है। इस उत्पाद-संदर्भ में, ASTM International द्वारा दर्ज संदर्भित विनिर्देश के अनुसार UNS S32205, 2205 डुप्लेक्स ग्रेड के अनुरूप है। प्लेट, सीमलेस ट्यूब, वेल्डेड पाइप, फोर्जिंग, कास्टिंग या निर्मित दाब-अवयव अलग-अलग मानकों के अधीन हो सकते हैं, भले ही उनकी मिश्रधातु को अनौपचारिक रूप से 2205 कहा जाए। पदनाम लागू ASTM, ASME, EN, ISO या क्रेता की आवश्यकता का स्थान नहीं ले सकता।

गुणवत्ता नियंत्रण में विनिर्माण मार्ग को भी संबोधित किया जाना चाहिए। रासायनिक संघटन दर्शाने वाला प्रमाणपत्र वेल्डिंग के बाद सही प्रावस्था-संतुलन का प्रमाण नहीं देता। निरीक्षण में फेराइट मापन, मेटालोग्राफिक परीक्षण, तनन परीक्षण, आघात परीक्षण, संक्षारण परीक्षण, रेडियोग्राफी, अल्ट्रासोनिक परीक्षण या ताप-उपचार का सत्यापन आवश्यक हो सकता है। 2024 में ISO Technical Committee 67 द्वारा पहचाने गए ISO 17781 में पेट्रोलियम और प्राकृतिक-गैस उद्योगों में प्रयुक्त डुप्लेक्स स्टेनलेस-स्टील सूक्ष्मसंरचना के गुणवत्ता नियंत्रण के लिए परीक्षण विधियाँ निर्दिष्ट हैं। इसका अस्तित्व मुख्य बिंदु को स्पष्ट करता है: सूक्ष्मसंरचना के लिए एक परिभाषित विधि और स्वीकृति-आवश्यकता आवश्यक होती है।

परिवार-स्तरीय सिद्धांतों को अन्य मामलों में लागू किया जा सकता है: डुप्लेक्स स्टील नियंत्रित फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन, नाइट्रोजन और मिश्रधातु-रसायन, तापीय इतिहास, वेल्डिंग प्रक्रिया और अवक्षेप-निर्माण के प्रतिरोध पर निर्भर करते हैं। ग्रेड-विशिष्ट आँकड़ों को बिना पुष्टि के अन्य ग्रेडों पर लागू नहीं किया जा सकता। रासायनिक प्रसंस्करण, अलवणीकरण, अपतटीय सेवा, दाब-धारण या तेल और गैस उत्पादन के लिए नियोजित किसी अवयव के संबंध में लागू उत्पाद मानक, ASTM या ISO सामग्री-पदनाम, वेल्डिंग और ताप-उपचार योग्यता, निरीक्षण योजना तथा सेवा-विशिष्ट संक्षारण आवश्यकताओं से परामर्श करें। ग्रेड का नाम केवल प्रारंभिक बिंदु की पहचान करता है; नियंत्रक दस्तावेज यह निर्धारित करते हैं कि वास्तव में क्या बनाया गया और उसके उपयोग का समर्थन करने वाला प्रमाण क्या है।

संदर्भ

1. [1]Outokumpu. Stainless steel families and grades. Outokumpu technical reference, 2020. https://www.outokumpu.com/
2. [2]World Stainless, International Stainless Steel Forum. Duplex stainless steel: grades, properties and applications. World Stainless technical overview, 2024. https://www.worldstainless.org/
3. [3]ISO Technical Committee 67. Petroleum and natural gas industries — Test methods for quality control of microstructure of ferritic/austenitic stainless steels. ISO 17781, 2024. https://www.iso.org/standard/