317L naspram 316L nehrđajućeg čelika: kada dodatni molibden čini razliku u otpornosti na udarce

316L čelikje najrašireniji nehrđajući čelik u korozivnoj uporabi, i to s dobrim razlogom: lako se zavaruje, otporan je na opću koroziju i košta manje od većine viših legura. Ali postoji način kvara gdje 316L tiho iznevjerava inženjere - rupičastom korozijom u okruženjima bogatim-kloridima. Morska voda, bočata voda za hlađenje, sol za ceste, procesne slane otopine, pa čak i obalna vlaga mogu uzrokovati da 316L razvije sićušne, duboke jame koje prolaze kroz metalnu stijenku i uzrokuju curenje - često bez vidljivog upozorenja.

317L postoji upravo za ovu situaciju. Čitava razlika između 316L i 317L svodi se na jedan jedini element: molibden. 316L sadrži 2-3% molibdena; 317L sadrži 3-4%. Taj dodatni 1% molibdena, u kombinaciji s nešto više kroma (18-20% u odnosu na 16-18%), povećava otpornost legure na rupičastu točku 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 ugljik" (Manje od ili jednako 0,03%), tako da oba zavaruju čisto bez senzibilizacija.

Ako vaša komponenta 316L vidi kloridne ione (Cl⁻) - posebno tople ili kisele kloride -, a rupičasta je pojava način kvara zbog kojeg ste zabrinuti, nadogradite na 317L. Troškovna premija od 15-30% kupuje vam otprilike 25% veću otpornost na piting, što je jeftino osiguranje od kvara na kloridno piting. Ako okolina nema kloride, 316L je obično dovoljan i ekonomičniji. Ukratko: 316L je zadana vrijednost, 317L je kloridna nadogradnja.

Kemijski sastav

316L i 317L dijele istu austenitnu bazu i isti ultra{2}}niski sadržaj ugljika (Manje od ili jednako 0,03%), ali se razlikuju u tri legirajuća elementa: molibden (2-3% u odnosu na 3-4%), krom (16-18% u odnosu na 18-20%) i nikal (10-14% u odnosu na 11-15%). Dodatni molibden je odlučujuća razlika - to je element koji je otporan na jamičastu i pukotinsku koroziju u kloridnim sredinama. Sve ostalo u vezi s dvije ocjene je u biti isto.

Oba stupnja pripadaju obitelji austenitnog nehrđajućeg čelika serije 300- i nose sufiks "L", što znači "nisko ugljik" (manje ili jednako 0,03%) za maksimalnu otpornost na osjetljivost zavara. Molibden je definirajući legirajući element koji odvaja obitelj 316/317 od običnog 304. U 316L, molibden se kreće od 2% do 3%. U 317L, kreće se od 3% do 4%. Ovo je značajan skok: molibden je skup i moćan, a prelazak s ~2,5% na ~3,5% molibdena ono je što pretvara 316L u leguru "pomorske kvalitete".

Zašto je molibden otporan na piting - Znanost jednostavnim jezikom

Molibden je otporan na udubljenje jer čini zaštitni film krom oksida na čeličnoj površini jačim i sam{0}}popravljajućim. Kada kloridni ion napadne slabu točku u filmu, molibden u leguri reagira s vodom stvarajući molibdate, koji ponovno -krpaju oštećeni film. Više molibdena=brži i potpuniji samo-popravak=manje rupa koje prerastaju u curenje. To je razlog zašto se otpornost na piting kod nehrđajućeg čelika ljušti gotovo izravno s sadržajem molibdena.

Nehrđajući čelik otporan je na koroziju zbog nevidljivog, samo{0}}zacjeljujućeg filma krom oksida (Cr₂O₃) koji se stvara na njegovoj površini u prisutnosti kisika. Ovaj je film debeo samo nekoliko nanometara - tisuće puta tanji od ljudske dlake - no ipak je to ono što nehrđajući čelik čini "nehrđajućim". Problem je u tome što su kloridni ioni agresivni razbijači-filma. Kloridni ion može probiti oksidni film na mikroskopskoj slaboj točki (uključak sulfida, ogrebotina, granica zrna) i napasti goli metal ispod.

Jednom kad se jama pojavi, ona se samo-ubrzava: unutrašnjost jame postaje kisela i{1}}postaje bez kisika, što sprječava ponovno-oblikovanje filma, dok okolni metal ostaje pasivan. Ovo stvara sićušnu galvansku ćeliju - minijaturnu bateriju - gdje je unutrašnjost jamice anoda (korodira brzo), a okolna površina je katoda (zaštićena). Rezultat je uska, duboka rupa koja može prolaziti kroz cijelu debljinu stijenke dok ostatak površine izgleda netaknuto. Rupičasta rupa je opasna upravo zato što je lokalizirana: cijev može izgubiti 0,01% svoje ukupne težine zbog korozije, a ipak potpuno pokvariti od jednog proboja kroz -zid.

Molibden prekida ovaj proces. Molibden u leguri se otapa u otopini jame i pomaže ponovno -pasivirati metalnu površinu, stvarajući spojeve molibdata koji blokiraju napad i omogućuju ponovno-formiranje oksidnog filma. Veći udio molibdena znači da legura može popraviti oštećenje filma brže nego što ga kloridi mogu slomiti. Zbog toga je 317L, s ~3,5% molibdena, otporan na piting znatno bolje od 316L s ~2,5%.

PREN - Broj koji kvantificira otpornost na udarce

PREN (Ekvivalentni broj otpornosti na udubljenje) standardni je način rangiranja nehrđajućih čelika prema otpornosti na udubljenje: 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 točaka predstavlja stvarno, mjerljivo poboljšanje u otpornosti na kloridno piting - i to je gotovo u potpunosti zbog dodatnih 1% molibdena.

PREN formula je alat za brzi pregled, a ne jamstvo. Govori vam, u jednom broju, je li stupanj razuman kandidat za dano kloridno okruženje. Općenito pravilo: PREN ispod 20 nije prikladan za bilo kakvo značajno izlaganje kloridima; PREN 20-30 radi s blagim do umjerenim kloridima (slana voda, lagano prskanje morskom vodom); PREN 30-40 nosi s agresivnim kloridima (uranjanje u morsku vodu, tople slane vode); PREN iznad 40 potreban je za teške uvjete rada (vruća morska voda, izbjeljivač, kiseli kloridi). Obratite pažnju na to gdje 316L i 317L padaju: 316L nalazi se 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 klorid, 317L je odlučno otporniji na rupičastu i pukotinsku koroziju od 316L. Kritična temperatura pitinga (CPT) 317L je otprilike 25-35 stupnjeva, naspram 15-20 stupnjeva za 316L - što znači da 317L može tolerirati otopine klorida 10-15 stupnjeva toplije prije nego što počne piting. Za koroziju u pukotinama, praznina je slična: 317L preživljava u uvjetima klorida koji bi brzo korodirali 316L, posebno ispod brtvila, naslaga i spojnih elemenata.

Jamičasta korozija je lokalizirani napad koji stvara male, duboke rupe na inače glatkoj površini. Korozija u pukotinama je njezina bliska rođakinja: napad koji se događa u tijesnim otvorima - ispod brtvila, podložaka, glava vijaka, prskanja zavara, morskog rasta ili akumuliranih naslaga - gdje okoliš stagnira,-osiromaši kisik i zakiseli se. Pukotina korozije općenito je agresivnija od rupičaste jer geometrija pukotine zadržava kloride i kiselinu dok isključuje kisik potreban za popravak zaštitnog filma.

Oba načina kvara karakterizira kritična temperatura: ispod CPT (kritična temperatura rupa) ili CCT (kritična temperatura pukotine), legura je otporna na napade; iznad njega počinje i širi se napad. Te se temperature mjere standardiziranim testovima (ASTM G48) u otopini željezovog klorida. CPT za 316L obično je oko 15-20 stupnjeva, dok 317L testira oko 25-35 stupnjeva. Ta razlika od 10-15 stupnjeva vrlo je značajna u praksi: to je razlika između izmjenjivača topline koji preživi tropsku morsku vodu i onog koji propadne unutar nekoliko mjeseci.

Sumporna i fosforna kiselina - Druga prednost 317L

Osim pitinga, 317L također nadmašuje 316L u redukcijskim kiselinama - posebno sumpornoj i fosfornoj kiselini - jer njegov viši sadržaj molibdena, kroma i nikla poboljšava otpornost na redukcijske (-nedovoljne kisika) 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 kemijskoj i prehrambenoj industriji.

Ovo je važna točka koju mnogi inženjeri zanemaruju: 317L nije samo "316L-otporniji na rupičasto lomljenje" - nego je i otporniji na određene kiseline. Sumporna kiselina (H₂SO₄) i fosforna kiselina (H₃PO₄) su reducirajuće kiseline, što znači da napadaju metal tamo gdje je kisika malo - unutar same kiseline -, a ne na površini-bogatoj kisikom. Veći udio kroma (18-20%), molibdena (3-4%) i nikla (11-15%) u 317L daje bolju otpornost na ove redukcijske uvjete od 316L.

Klasičan primjer je proizvodnja i isparavanje fosforne kiseline. Mokri{1}}proces fosforne kiseline sadrži kloride i fluoride koji bi uklonili 316L, tako da je 317L standardni materijal za cijevi isparivača, grijače i pumpe u ovoj usluzi. Slično tome, u obradi masnih kiselina (jestiva ulja, sapuni, deterdženti), 317L otporniji je na vruće kisele uvjete bolje od 316L. Ako vaša primjena uključuje sumpornu ili fosfornu kiselinu - čak i u skromnim koncentracijama - 317L je sigurniji izbor.

Opća korozija

Za opću (ujednačenu) koroziju u ne-kloridnim, ne{1}}kiselim sredinama - izloženost atmosferi, slatka voda, blage organske kiseline u hrani - 316L i 317L djeluju uglavnom identično, jer je opća otpornost na koroziju uglavnom određena sadržajem kroma, koji je sličan u oba stupnja. Premijom za 317L ne možete ništa kupiti u ovim blagim okruženjima, zbog čega 316L ostaje ekonomična zadana za-korozivnu uslugu opće namjene.

Ovo je ključni kontrapunkt prednosti 317L: nije univerzalno bolji. U okruženjima bez klorida ili redukcijskih kiselina, dodatni molibden u 317L se rasipa, a vi plaćate 15-30% više za otpornost na koroziju koju nikada nećete koristiti. Za preradu hrane bez slanih otopina, farmaceutsku opremu, arhitektonske primjene i općenito rukovanje kemikalijama bez klorida, 316L je ispravan, ekonomičan izbor. Vještina u odabiru materijala je znati kada je prijetnja kloridom ili kiselinom dovoljno stvarna da opravda nadogradnju 317L.

Mehanička svojstva

317L je malo jači od 316L na sobnoj temperaturi: njegova minimalna vlačna čvrstoća je 515 MPa (75 ksi) naspram 485 MPa (70 ksi) za 316L, a njegova minimalna granica razvlačenja je 205 MPa (30 ksi) naspram 170 MPa (25 ksi). Ovih 6-20% prednosti snage dolazi od većeg sadržaja kroma, molibdena i dušika - ali to je manji faktor, a ne razlog za odabir 317L. Odluka o korištenju 317L vođena je otpornošću na koroziju, a ne čvrstoćom.

Mogućnost oblikovanja i obradivost

Oba stupnja su u potpunosti austenitna i visoko oblikovana, zavarljiva i duktilna. 317L je malo teži za hladnu-obradu od 316L zbog većeg sadržaja legure (obrada-stvrdnjava malo brže), ali razlika je mala u praksi. Za strojnu obradu, oba stupnja su slična, iako viši sadržaj legure 317L malo smanjuje obradivost. Nijedna vrsta ne može se kaliti toplinskom obradom - oni se kale samo hladnom obradom.

Praktična napomena za proizvođače: budući da 317L sadrži više molibdena, kroma i nikla, on radi-stvrdnjava nešto brže od 316L tijekom hladnog oblikovanja i strojne obrade. To znači da će možda biti potrebne nešto češće izmjene alata i malo veći radijus savijanja. Međutim, za ogromnu većinu primjena - cijevi, fitinzi, prirubnice, ploče i limovi - 317L se izrađuju u biti jednakom lakoćom kao i 316L korištenjem standardnih postupaka za nehrđajući čelik.

[Izvor] ASTM A240/A240M - Standardna specifikacija za krom i krom{3}}nikl ploče, limove i trake od nehrđajućeg čelika.

Zavarivanje - Oba zavaruju čisto, ali odgovaraju dodanom metalu

I 316L i 317L su klase L-s manje od ili jednako 0,03% ugljika, tako da oba zavaruju čisto bez toplinske obrade nakon -zavarivanja i otporna su na osjetljivost u -zavarenom stanju. Ključno pravilo je odabir metala za punjenje: za spoj od 317L koristite punilo ER317L (AWS A5.9) tako da metal za zavarivanje odgovara većem sadržaju molibdena u osnovnom metalu. Korištenje 316L punila u 317L spoju stvara nižu-PREN zonu zavarivanja - potencijalnu slabu točku rupičaste točke u radu s kloridom.

Metalna zamka za punjenje

Prilikom zavarivanja 317L - ili spajanja 316L na 317L - koristite dodatni metal ER317L. Metal za zavarivanje mora sadržavati najmanje onoliko molibdena koliko i osnovni metal otporniji-na koroziju. Ako zavarite 317L s ER316L punilom, zavareni spoj postaje slaba točka korozije i izlupat će se prije okolnog 317L - čime se poništava svrha specificiranja 317L.

Ovo je uobičajena i skupa greška na terenu. Proizvođač koji je navikao na zavarivanje 316L može automatski posegnuti za ER316L punilom. Kada je spoj zapravo 317L (ili 316L-do-317L), taloženi metal zavara završi sa samo ~2,5% molibdena, dok osnovni metal ima ~3,5%. U okruženju klorida, rub zavara - sa svojim nižim PREN - postaje prvo mjesto gdje dolazi do udubljenja. Rezultat je zavar koji otkazuje prvenstveno zbog korozije točno na mjestu gdje je skuplji 317L trebao pružiti zaštitu. Uvijek navedite i provjerite ER317L punilo za 317L rad.

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

Često postavljana pitanja

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

O: Razlika je u sadržaju molibdena i kroma. 316L ima 2-3% molibdena i 16-18% kroma; 317L ima 3-4% molibdena i 18-20% kroma. Oba imaju manje od ili jednako 0,03% ugljika. Dodatni molibden u 317L daje mu otprilike 25% veću otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju u kloridnim okruženjima, plus bolju otpornost na redukcijske 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 otopine, izbjeljivač) ili redukcijske kiseline (sumporna, fosforna, masne kiseline) koje bi uzrokovale stvaranje jamica ili koroziju 316L. Tipične primjene: pročišćivači dimnih plinova za odsumporavanje, isparivači fosforne kiseline, obrada masnih kiselina, izbjeljivanje celuloze i papira i izmjenjivači topline morska voda/slana voda. Ako okolina nema klorida ili redukcijskih kiselina, 316L je dovoljan i jeftiniji.

P: Je li 317L skuplji od 316L?

O: Da, 317L obično košta 15-30% više od 316L jer sadrži više molibdena, kroma i nikla - sve skupe legirajuće elemente. Premija je opravdana kada sprječava rupičastu koroziju, što bi koštalo mnogo više od nadogradnje materijala. U okruženjima bez klorida, premija je izgubljena, a 316L je bolja vrijednost.

P: Što je PREN?

O: PREN (Ekvivalentni broj otpornosti na piting) je formula koja procjenjuje otpornost na piting: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Što je više to bolje. 316L ima PREN ~24-26; 317L ima ~29-31. Kao grubi vodič, PREN iznad 32 potreban je za rad s morskom vodom, a iznad 40 za teške kloride. 317L, na ~30, značajan je korak iznad 316L, ali još uvijek ispod pravih legura za morsku vodu kao što su 904L i super duplex.

P: Može li se 317L zavarivati?

O: Da, 317L se lako zavaruje i, kao i 316L, ne zahtijeva toplinsku obradu nakon -zavarivanja jer ima manje od ili jednako 0,03% ugljika. Ključno pravilo je da se koristi dodatni metal ER317L (AWS A5.9) tako da metal za zavarivanje odgovara većem sadržaju molibdena u osnovnom metalu. Korištenje 316L punila u 317L spoju stvara niži-PREN zavar koji će se udubiti prije okolnog metala u kloridnoj službi.

P: Je li 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 stupnjeva ), morska voda s visokim-protokom ili uvjeti s pukotinama, razmotrite više legure: 904L, 254 SMO (S31254), super duplex 2507 ili 6Mo super austenitiku. 316L općenito se ne preporučuje za uranjanje u morsku vodu jer će doći do jama.

P: 316L nasuprot 317L nasuprot 904L - kako da odaberem?

O: Koristite 316L za opću korozivnu uslugu bez klorida ili redukcijskih kiselina (prehrambena, farmaceutska, arhitektonska). Upotrijebite 317L za umjerenu kloridnu ili reducirajuću-kiselinu (slana voda, FGD, fosforna kiselina). Koristite 904L za agresivnu upotrebu klorida (uronjenje u morsku vodu, vrući kloridi) gdje 317L nije dovoljno. Svaki korak naviše povećava otpornost na molibden i koroziju, ali također i troškove - odaberite najniži stupanj koji ispunjava vaše zahtjeve za koroziju.

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

O: Provjerite izvješće o ispitivanju materijala (MTR): 317L mora pokazivati ​​molibden 3,00-4,00%, krom 18,0-20,0% i nikal 11,0-15,0%. Ručni XRF (PMI) može razlikovati 317L od 316L jer detektira viši sadržaj molibdena - za razliku od ugljika, molibden se može otkriti XRF-om. To čini terensku provjeru 317L relativno jednostavnom. Zatražite certifikat EN 10204 tipa 3.1 za potvrdu kemije.