듀플렉스 구조의 특성으로 인해, 화학 조성과 열처리 공정을 정확하게 제어함으로써 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트계 스테인리스강과 오스테나이트계 스테인리스강의 장점을 모두 갖습니다. 오스테나이트계 스테인리스강의 우수한 인성과 용접성과 페라이트계 스테인리스강의 고강도 및 염화물 응력 부식 저항성을 결합한 것입니다. 바로 이러한 우수한 특성 덕분에 듀플렉스 스테인리스강은 용접 가능한 구조재로서 빠르게 발전해 왔습니다. 1980년대 이후, 듀플렉스 스테인리스강은 마르텐사이트계, 오스테나이트계, 페라이트계 스테인리스강과 함께 강종으로 자리 잡았습니다. 듀플렉스 스테인리스강은 다음과 같은 성능 특성을 가지고 있습니다.
- 몰리브덴을 함유한 듀플렉스 스테인리스강은 낮은 응력 하에서 염화물 응력 부식에 대한 저항성이 우수합니다. 일반적으로 18-8형 오스테나이트계 스테인리스강은 60°C 이상의 중성 염화물 용액에서 응력 부식 파괴가 발생하기 쉽습니다. 이러한 스테인리스강으로 제작된 열교환기, 증발기 및 기타 장비는 미량의 염화물 및 황화수소가 포함된 산업 매체에서 응력 부식 파괴가 발생하는 경향이 있지만, 듀플렉스 스테인리스강은 저항성이 우수합니다.
- 몰리브덴을 함유하는 듀플렉스 스테인리스강은 공식 부식에 대한 저항성이 우수합니다. 동일한 공식 부식 저항성(PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%)을 가질 때, 듀플렉스 스테인리스강의 임계 공식 부식 가능성은 오스테나이트계 스테인리스강과 유사합니다. 듀플렉스 스테인리스강과 오스테나이트계 스테인리스강의 공식 부식 저항성은 AISI 316L과 동일합니다. 25% Cr, 특히 질소를 함유하는 고크롬 듀플렉스 스테인리스강의 공식 및 틈새 부식 저항성은 AISI 316L보다 우수합니다.
- 우수한 내식 피로성과 내마모성, 부식 방지 성능을 갖추고 있습니다. 특정 부식성 매체 조건에서 펌프 및 밸브와 같은 전력 장비를 제작하는 데 적합합니다.
- 우수한 종합적 기계적 성질을 지닙니다. 높은 강도와 피로 강도를 가지며, 항복 강도는 18-8 오스테나이트계 스테인리스강의 두 배입니다. 고용체 연신율은 25%에 달하며, 인성값 AK(V-노치)는 100J 이상입니다.
- 용접성이 우수하고 열간 균열 발생 가능성이 낮습니다. 일반적으로 용접 전 예열이 필요하지 않으며, 용접 후 열처리도 필요하지 않습니다. 18-8 오스테나이트계 스테인리스강이나 탄소강과 같은 이종 소재와도 용접이 가능합니다.
- 저크롬(18% Cr)을 함유한 듀플렉스 스테인리스강은 열간 가공 온도 범위가 18-8 오스테나이트계 스테인리스강보다 넓고 저항성이 낮습니다. 단조 없이 직접 압연하여 강판을 생산할 수 있습니다. 고크롬(25% Cr)을 함유한 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강보다 열간 가공이 약간 더 어려워 판, 튜브, 와이어 등의 제품을 생산할 수 있습니다.
- 냉간 가공 시 가공 경화 효과는 18-8형 오스테나이트계 스테인리스강보다 큽니다. 튜브와 판의 변형 초기 단계에서는 변형을 위해 상당한 응력이 가해져야 합니다.
- 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 열전도율이 높고 선팽창 계수가 낮아 장비 라이닝 및 복합판 생산에 적합합니다. 또한 열교환기용 튜브 코어 제작에도 적합하며, 오스테나이트계 스테인리스강보다 열교환 효율이 높습니다.
- 고크롬 페라이트계 스테인리스강은 여전히 다양한 취성 경향을 나타내며, 300℃ 이상의 작업 조건에서 사용하기에 적합하지 않습니다. 듀플렉스 스테인리스강의 크롬 함량이 낮을수록 등취성 상(equibrittle phase)의 유해성이 감소합니다.
이중상 스테인리스강은 오스테나이트와 페라이트의 이중상 구조로 인해 오스테나이트계 스테인리스강과 페라이트계 스테인리스강의 특성을 모두 가지며, 두 상의 함량은 기본적으로 동일합니다. 항복 강도는 일반 오스테나이트계 스테인리스강의 두 배인 400Mpa~550MPa에 도달할 수 있습니다. 페라이트계 스테인리스강과 비교하여 듀플렉스 스테인리스강은 인성이 더 높고, 취성 전이 온도가 더 낮으며, 입계 부식 저항성과 용접 성능이 크게 향상되었습니다. 동시에 475℃에서의 취성, 높은 열전도도, 낮은 선팽창 계수, 초소성 및 자성과 같은 페라이트계 스테인리스강의 일부 특성을 유지합니다. 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여 듀플렉스 스테인리스강은 강도가 더 높고, 특히 항복 강도가 크게 향상되었으며, 공식 부식 저항성, 응력 부식 저항성 및 부식 피로 저항성과 같은 성능이 크게 향상되었습니다.
듀플렉스 스테인리스강은 화학 조성에 따라 Cr18계, Cr23계(Mo 제외), Cr22계, Cr25계 등 네 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. Cr25계 듀플렉스 스테인리스강은 일반형과 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강으로 나눌 수 있으며, 이 중 Cr22계와 Cr25계가 더 많이 사용됩니다. 중국에서 사용되는 듀플렉스 스테인리스강의 대부분은 스웨덴에서 생산되며, 3RE60(Cr18계), SAF2304(Cr23계), SAF2205(Cr22계), SAF2507(Cr25계) 등의 특정 등급이 있습니다.
