317L vs 316L nehrđajući čelik: kada dodatni molibden čini razliku u otpornosti na točenje

316L čelikje nerđajući čelik koji se najčešće koristi u korozivnoj upotrebi, i to sa dobrim razlogom: lako se zavari, otporan je na opštu koroziju i košta manje od većine viših legura. Ali postoji način rada kvara u kojem 316L tiho pušta inženjere da smanje - koroziju sa jamicom u okruženjima bogatim hloridima{3}}. Morska voda, boćata rashladna voda, so na putu, procesne slane vode, pa čak i obalna vlaga mogu uzrokovati da 316L razvije male, duboke jame koje prolaze kroz metalni zid i uzrokuju curenje - često bez vidljivog upozorenja.

317L postoji upravo za ovu situaciju. Cijela razlika između 316L i 317L se svodi na jedan element: molibden. 316L sadrži 2-3% molibdena; 317L sadrži 3-4%. Taj dodatni 1% molibdena, u kombinaciji sa nešto više hroma (18-20% naspram 16-18%), podiže otpornost legure na lomljenje za otprilike 25% - dovoljno da znači razliku između izmjenjivača topline koji traje 3 godine i onog koji traje 15. "L" u oba razreda znači "nisko ugljika od 0 ili jednako čistimo". bez senzibilizacije.

Ako će vaša 316L komponenta vidjeti jone klorida (Cl⁻) - posebno tople ili kisele kloride - i piting je način kvara zbog kojeg ste zabrinuti, nadogradite na 317L. Premija troškova od 15-30% kupuje vam otprilike 25% veću otpornost na udubljenje, što je jeftino osiguranje od kvara na kvaru klorida. Ako okolina nema hlorida, 316L je obično dovoljan i ekonomičniji. Ukratko: 316L je zadana vrijednost, 317L je nadogradnja klorida.

Hemijski sastav

316L i 317L dijele istu austenitnu bazu i isti ultra-niski ugljik (manje od ili jednako 0,03%), ali se razlikuju u tri legirajuća elementa: molibden (2-3% naspram 3-4%), hrom (16-18% naspram 0,18-20% vs 1%) 11-15%). Dodatni molibden je odlučujuća razlika - to je element koji je otporan na koroziju udubljenja i pukotina u hloridnim sredinama. Sve ostalo u vezi sa dva razreda je u suštini isto.

Oba razreda pripadaju porodici austenitnog nerđajućeg čelika serije 300- i nose sufiks "L", što znači "nisko ugljični" (manje ili jednako 0,03%) za maksimalnu otpornost na osjetljivost zavara. Molibden je osnovni legirajući element koji odvaja porodicu 316/317 od običnog 304. U 316L, molibden se kreće od 2% do 3%. U 317L se kreće od 3% do 4%. Ovo je značajan skok: molibden je skup i moćan, a prelaz sa ~2,5% na ~3,5% molibdena je ono što pretvara 316L u leguru "pomorskog kvaliteta".

Zašto se molibden opire probijanju - Nauka na jednostavnom jeziku

Molibden je otporan na udubljenje jer čini zaštitni film hrom oksida na površini čelika jačim i samopopravljivijim. Kada kloridni jon napadne slabu tačku u filmu, molibden u leguri reagira s vodom da formira molibdate, koji ponovo-zakrpe oštećeni film. Više molibdena=brže i potpunije samo-popravite=manje rupa koje prerastaju u curenja. Zbog toga se otpornost na pitting nehrđajućeg čelika smanjuje gotovo direktno sa sadržajem molibdena.

Nehrđajući čelik je otporan na koroziju zbog nevidljivog, samozacjeljujućeg filma krom-oksida (Cr₂O₃) koji se formira na njegovoj površini u prisustvu kisika. Ovaj film je debeo samo nekoliko nanometara - hiljadama puta tanji od ljudske kose -, ali to je ono što čini nerđajući čelik "nerđajućim". Problem je u tome što su hloridni joni agresivni{5}}razbijači filma. Jon klorida može probiti oksidni film na mikroskopskoj slaboj tački (uključak sulfida, ogrebotina, granica zrna) i napasti goli metal ispod.

Jednom kada se jama pokrene, ona se-ubrzava sama: unutrašnjost jame postaje kisela i nedostaje kiseonik-, što sprečava da se film ponovo-formira, dok okolni metal ostaje pasivan. Ovo stvara sićušnu galvansku ćeliju - minijaturnu bateriju - gdje je unutrašnjost jame anoda (brzo korodira), a okolna površina je katoda (zaštićena). Rezultat je uska, duboka rupa koja može tunelirati kroz cijelu debljinu zida, dok ostatak površine izgleda netaknut. Udubljenje je opasno upravo zato što je lokalizirano: cijev može izgubiti 0,01% svoje ukupne težine zbog korozije, ali u potpunosti propasti iz jedne rupe kroz -zid.

Molibden prekida ovaj proces. Molibden u leguri se otapa u jamskom rastvoru i pomaže ponovno-pasiviranju metalne površine, formirajući molibdatna jedinjenja koja blokiraju napad i omogućavaju da se oksidni film ponovo-formira. Više molibdena znači da legura može popraviti oštećenje filma brže nego što ga hloridi mogu razbiti. Zbog toga je 317L, sa ~3,5% molibdena, otporan na piting znatno bolje od 316L sa ~2,5%.

PREN - Broj koji kvantificira otpornost na pitting

PREN (Ekvivalentni broj otpornosti na pitting) je standardni način rangiranja nehrđajućih čelika prema otpornosti na pitting: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L ima PREN od približno 24-26; 317L ima PREN od približno 29-31. Taj razmak od 5 tačaka predstavlja stvarno, mjerljivo poboljšanje otpornosti na hloridne rupice – i gotovo u potpunosti je rezultat dodatnog 1% molibdena.

PREN formula je alat za brzi pregled, a ne garancija. To vam govori, u jednom broju, da li je klasa razuman kandidat za dato okruženje hlorida. Kao pravilo: PREN ispod 20 je neprikladan za bilo kakvu značajnu izloženost hloridima; PREN 20-30 obrađuje blage do umjerene hloride (bočata voda, lagano prskanje morske vode); PREN 30-40 rukuje agresivnim hloridima (uranjanje u morsku vodu, tople slane vode); PREN iznad 40 je potreban za tešku upotrebu (vruća morska voda, izbjeljivač, kiseli hloridi). Primijetite gdje padaju 316L i 317L: 316L se nalazi blizu dna "umjerenog" pojasa, dok 317L doseže njegov vrh - značajan korak prema gore, iako još uvijek ispod pravih legura za morsku vodu.

Otpornost na koroziju

U sredinama koje sadrže hlorid{0}}, 317L je znatno otporniji na koroziju udubljenja i pukotina od 316L. Kritična temperatura udubljenja (CPT) za 317L je otprilike 25-35 stepeni, u odnosu na 15-20 stepeni za 316L - što znači da 317L može tolerisati rastvore hlorida 10-15 stepeni toplije pre nego što počne piting. Za koroziju u pukotinama, jaz je sličan: 317L preživljava u uvjetima klorida koji bi brzo korodirali 316L, posebno ispod zaptivki, naslaga i zatvarača.

Pitting korozija je lokalizirani napad koji proizvodi male, duboke rupe na inače glatkoj površini. Korozija pukotina je njen bliski rođak: napad koji se javlja u uskim prazninama - ispod zaptivki, podloški, glava vijaka, prskanja zavara, morskog rasta ili akumuliranih naslaga - gdje okolina postaje stagnira, kiseonik-osiromašena i zakiseljena. Korozija pukotina je općenito agresivnija od udubljenja jer geometrija pukotina zadržava kloride i kiselinu dok isključuje kisik potreban za popravak zaštitnog filma.

Oba načina kvara karakterizira kritična temperatura: ispod CPT (kritična temperatura udubljenja) ili CCT (kritična temperatura pukotina), legura je otporna na napad; iznad nje, napad se pokreće i širi. Ove temperature se mjere standardiziranim testovima (ASTM G48) u otopini željeznog hlorida. CPT za 316L je tipično oko 15-20 stepeni, dok 317L testira oko 25-35 stepeni. Ta razlika od 10-15 stepeni je veoma značajna u praksi: to je razlika između izmenjivača toplote koji preživi tropsku morsku vodu i onog koji propada u roku od nekoliko meseci.

Sumporna i fosforna kiselina - Druga prednost 317L

Osim udubljenja, 317L također nadmašuje 316L u redukciji kiselina - posebno sumporne i fosforne kiseline - jer njegov veći sadržaj molibdena, hroma i nikla poboljšava otpornost na reducirajuće (kiseoničke-uvjete) koji se nalaze unutar ovih kiselina. Zbog toga je 317L tradicionalni materijal za isparivače fosforne kiseline, obradu masnih kiselina i rukovanje sumpornom kiselinom u hemijskoj i prehrambenoj industriji.

Ovo je važna tačka koju mnogi inženjeri zanemaruju: 317L nije samo "316L otporniji-otporniji na udarce -, već je i otporniji na određene kiseline. Sumporna kiselina (H₂SO₄) i fosforna kiselina (H₃PO₄) su redukcijske kiseline, što znači da napadaju metal gdje je kisik oskudan - unutar same kiseline - umjesto na površini bogatoj kisikom-. Više hroma (18-20%), molibdena (3-4%) i nikla (11-15%) u 317L daju mu bolju otpornost na ove redukcione uslove od 316L.

Klasičan primjer je proizvodnja i isparavanje fosforne kiseline. Fosforna kiselina-mokrim procesom sadrži kloride i fluoride koji bi mogli da ispune 316L, tako da je 317L standardni materijal za cijevi isparivača, grijače i pumpe u ovoj službi. Slično, u preradi masnih kiselina (jestiva ulja, sapuni, deterdženti), 317L bolje podnosi vruće kisele uvjete od 316L. Ako vaša primjena uključuje sumpornu ili fosfornu kiselinu - čak iu umjerenim koncentracijama - 317L je sigurniji izbor.

Opća korozija

Za opću (ujednačenu) koroziju u ne-hloridnim, ne-kiselim sredinama - izloženosti atmosferi, slatkoj vodi, blagim organskim kiselinama u hrani - 316L i 317L djeluju u suštini identično, jer opća otpornost na koroziju zavisi uglavnom od sadržaja hroma, koji je blizak sadržaju hroma. Premijum za 317L vam ništa ne kupuje u ovim blagim okruženjima, zbog čega 316L ostaje ekonomičan standard za opću{8}}korozivnu uslugu.

Ovo je ključni kontrapunkt prednosti 317L: nije univerzalno bolji. U okruženjima bez hlorida ili redukujućih kiselina, dodatni molibden u 317L se gubi, a vi plaćate 15-30% više za otpornost na koroziju koju nikada nećete koristiti. Za preradu hrane bez slane vode, farmaceutsku opremu, arhitektonske aplikacije i općenito rukovanje kemikalijama koje ne sadrže hlorid, 316L je ispravan, ekonomičan izbor. Vještina odabira materijala je znati kada je prijetnja kloridom ili kiselinom dovoljno stvarna da opravda nadogradnju 317L.

Mehanička svojstva

317L je nešto jači od 316L na sobnoj temperaturi: njegova minimalna vlačna čvrstoća je 515 MPa (75 ksi) naspram 485 MPa (70 ksi) za 316L, a minimalna granica popuštanja je 205 MPa (30 ksi) naspram 170 MPa (25 ksi). Ova prednost od 6-20% snage dolazi od većeg sadržaja hroma, molibdena i azota - ali to je manji faktor, a ne razlog da odaberete 317L. Odluka da se koristi 317L je vođena otpornošću na koroziju, a ne čvrstoćom.

Formabilnost i obradivost

Obje vrste su potpuno austenitne i visoko oblikovane, zavarljive i duktilne. 317L je malo teže obrađivati-hladno-od 316L zbog većeg sadržaja legure (radi-stvrdnjava se malo brže), ali je razlika u praksi manja. Za mašinsku obradu, obe vrste su slične, iako veći sadržaj legure 317L malo smanjuje obradivost. Niti jedan tip nije otvrdnut termičkom obradom - već se očvršćava samo hladnim radom.

Praktična napomena za proizvođače: budući da 317L sadrži više molibdena, hroma i nikla, radi-očvršćuje se nešto brže od 316L tokom hladnog oblikovanja i obrade. To znači da će možda biti potrebne nešto češće izmjene alata i nešto veći radijusi savijanja. Međutim, za ogromnu većinu primjena - cijevi, fitinzi, prirubnice, ploče i limovi - 317L proizvodi s u suštini istom lakoćom kao 316L koristeći standardne postupke od nehrđajućeg čelika.

[Izvor] ASTM A240/A240M - Standardna specifikacija za hrom i hrom-Nikalne ploče, limove i trake od nerđajućeg čelika.

Zavarivanje - Oba zavaruju čisto, ali odgovaraju metalu za punjenje

I 316L i 317L su L-klase sa manje od ili jednako 0,03% ugljika, tako da oba zavaruju čisto bez termičke obrade nakon{4}}zavarivanja i otporna su na preosjetljivost u -zavarenom stanju. Ključno pravilo je odabir dodatnog metala: za spoj od 317L koristite punilo ER317L (AWS A5.9) tako da metal šava odgovara većem sadržaju molibdena u osnovnom metalu. Korištenje punila 316L u spoju 317L stvara donju-PREN zonu zavarivanja - potencijalnu slabu tačku u hloridnom servisu.

Zamka za metal za punjenje

Prilikom zavarivanja 317L - ili spajanja 316L na 317L - koristite ER317L dodatni metal. Metal šava mora imati najmanje toliko molibdena koliko i osnovni metal-otporniji na koroziju. Ako zavarite 317L sa ER316L punilom, zrna zavarivanja postaju slaba tačka korozije i ispucat će se prije okolnog 317L - poništavajući cijelu svrhu specificiranja 317L.

Ovo je česta i skupa greška na terenu. Proizvođač naviknut na zavarivanje 316L može automatski posegnuti za ER316L punilom. Kada je spoj zapravo 317L (ili 316L-do-317L), deponovani metal šava završava sa samo ~2,5% molibdena, dok osnovni metal ima ~3,5%. U okruženju hlorida, zrna zavarivanja - sa svojim donjim PREN-om - postaje prvo mjesto za udubljenje. Rezultat je zavar koji se pokvari zbog preferencijalne korozije na točno onom mjestu gdje je dodatni trošak 317L trebao pružiti zaštitu. Uvijek specificirajte i provjerite ER317L punilo za 317L rad.

[Izvor] AWS A5.9/A5.9M - Specifikacija za gole elektrode i šipke za zavarivanje nehrđajućeg čelika.

Često postavljana pitanja

P: Koja je razlika između 316L i 317L?

O: Razlika je u sadržaju molibdena i hroma. 316L ima 2-3% molibdena i 16-18% hroma; 317L ima 3-4% molibdena i 18-20% hroma. Oba imaju manje ili jednako 0,03% ugljika. Dodatak molibdena u 317L daje mu otprilike 25% veću otpornost na koroziju udubljenja i pukotina u hloridnim sredinama, plus bolju otpornost na reducirajuće kiseline poput sumporne i fosforne kiseline.

P: Kada trebam koristiti 317L umjesto 316L?

O: Koristite 317L kada okolina sadrži kloride (morska voda, slana voda, slane vode, izbjeljivač) ili redukcijske kiseline (sumporne, fosforne, masne kiseline) koje bi uzrokovale rupice ili korodiju 316L. Tipične primjene: čistači za odsumporavanje dimnih plinova, isparivači fosforne kiseline, prerada masnih kiselina, izbjeljivanje celuloze i papira i izmjenjivači topline morske vode/bočate. Ako okolina nema kloride ili redukcijske kiseline, 316L je dovoljan i jeftiniji.

P: Da li je 317L skuplji od 316L?

O: Da, 317L obično košta 15-30% više od 316L jer sadrži više molibdena, hroma i nikla - sve skupe legirne elemente. Premija je opravdana kada se spriječi kvar od korozije u obliku pitinga, što bi koštalo mnogo više od nadogradnje materijala. U okruženjima bez hlorida, premium se gubi, a 316L je bolja vrijednost.

P: Šta je PREN?

O: PREN (Ekvivalentni broj otpornosti na pitting) je formula koja procjenjuje otpornost na piting: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Više je bolje. 316L ima PREN od ~24-26; 317L ima ~29-31. Kao grubi vodič, PREN iznad 32 je potreban za korištenje morske vode, a iznad 40 za tešku upotrebu klorida. 317L, na ~30, je značajan korak iznad 316L, ali još uvijek ispod pravih legura za morsku vodu kao što su 904L i super duplex.

P: Može li se 317L zavariti?

O: Da, 317L se lako zavari i, kao 316L, ne zahtijeva termičku obradu nakon-zavarivanja jer sadrži manje od ili jednako 0,03% ugljika. Ključno pravilo je da se koristi dodatni metal ER317L (AWS A5.9) tako da metal šava odgovara većem sadržaju molibdena u osnovnom metalu. Korištenje punila 316L u spoju od 317L stvara donju-PREN zrno zavarivanja koja će se izdubiti prije okolnog metala u hloridnoj uporabi.

P: Da li je 317L dobar za morsku vodu?

A: 317L is better than 316L in seawater, but it is not the ultimate seawater material. For continuous seawater immersion at ambient temperature, 317L performs reasonably well. For warm seawater (>30 stepeni), visokog-protoka morske vode ili uvjeta s pukotinama, uzmite u obzir više legure: 904L, 254 SMO (S31254), super duplex 2507 ili 6Mo super austenitski. 316L se općenito ne preporučuje za uranjanje u morsku vodu jer će se udubiti.

P: 316L vs 317L vs 904L - kako da izaberem?

O: Koristite 316L za opću korozivnu upotrebu bez hlorida ili redukujućih kiselina (prehrambeni, farmaceutski, arhitektonski). Koristite 317L za umjerenu upotrebu klorida ili redukcijske-kiseline (bočata voda, FGD, fosforna kiselina). Koristite 904L za agresivne hloridne usluge (uranjanje u morsku vodu, vrući hloridi) gdje 317L nije sasvim dovoljno. Svaki korak naviše dodaje molibden i otpornost na koroziju, ali i košta - odaberite najniži razred koji zadovoljava vaše zahtjeve za koroziju.

P: Kako da potvrdim da primam 317L, a ne 316L?

O: Provjerite izvještaj o ispitivanju materijala (MTR): 317L mora pokazati molibden 3,00-4,00%, hrom 18,0-20,0% i nikl 11,0-15,0%. Ručni XRF (PMI) može razlikovati 317L od 316L jer detektuje veći sadržaj molibdena - za razliku od ugljenika, molibden se može detektovati XRF. Ovo čini terensku verifikaciju 317L relativno jednostavnom. Zatražite EN 10204 certifikat tipa 3.1 da potvrdite hemiju.