Nerezová oceľ 304 vs 316: Kompletné porovnanie pre dizajnérov potrubných systémov

RÝCHLA ODPOVEĎ

Nerezová oceľ 304 a 316 má takmer identické mechanické vlastnosti, ale 316 pridáva 2–3 % molybdénu, čo výrazne zlepšuje odolnosť proti chloridovej jamkovej korózii a štrbinovej korózii.

Špecifikujte 316 pre potrubia vystavené morskej vode, chloridom, rozmrazovacím soliam alebo agresívnym chemickým procesom; špecifikujte 304 pre bežné priemyselné, architektonické, potravinárske- a sladkovodné potrubia, kde je efektívnosť nákladov dôležitejšia ako odolnosť voči chloridom.

316 zvyčajne stojí o 20 až 30 % viac ako 304 kvôli molybdénu a vyššiemu obsahu niklu -, čo je prémia, ktorá sa dá ľahko ospravedlniť, keď je alternatívou predčasné zlyhanie jamiek.

304 a 316 sú dve najčastejšie špecifikované triedy austenitickej nehrdzavejúcej ocele v priemyselných potrubiach. Vyzerajú identicky, sú zvárané a tvarované rovnakým spôsobom a ich publikované mechanické vlastnosti sa takmer nelíšia -, no výber medzi nimi určuje, či potrubný systém vydrží desaťročia alebo zlyhá v priebehu niekoľkých rokov prevádzky. Táto príručka porovnáva 304 a 316 naprieč zložením, odolnosťou proti korózii, mechanickými vlastnosťami, nákladmi, výrobou a vhodnosťou použitia, čo dáva konštruktérom potrubných systémov jasný základ-referencovaný podľa noriem pre výber triedy.

Aký je zásadný rozdiel medzi nehrdzavejúcou oceľou 304 a 316?

Hlavným rozdielom je molybdén: 316 obsahuje 2,0 – 3,0 % molybdénu a 304 neobsahuje žiadny a tento jediný legovací prídavok je tým, čo oddeľuje koróznu výkonnosť týchto dvoch tried.

Obidva druhy sú austenitické nehrdzavejúce ocele vyrobené na báze 18 % chrómu s dostatkom niklu na stabilizáciu austenitickej fázy, a preto sú obe v žíhanom stave ne-magnetické a zdieľajú v podstate rovnakú pevnosť, ťažnosť a zvárateľnosť. Charakteristickým znakom podľa ASTM A240 je, že 316 (UNS S31600) obsahuje určité množstvo chrómu a pridáva molybdén v porovnaní s 304 (UNS S30400). Molybdén posilňuje pasívny film oxidu chrómu- proti napadnutiu chloridovými iónmi, a preto sa 316 často nazýva nehrdzavejúca oceľ „námornej kvality“. Nízkouhlíkové{12}}varianty existujú pre obe triedy - 304L (S30403) a 316L (S31603) - a sú uvedené v ďalšej časti.

Ako sa porovnávajú 304 a 316 v chemickom zložení?

316 sa od 304 líši predovšetkým pridaním 2,0 – 3,0 % molybdénu a mierne vyšším rozsahom niklu (10,0 – 14,0 % vs . 8.0 – 10,5 %) so zodpovedajúcim nižším rozsahom chrómu.

V tabuľke nižšie sú uvedené limity zloženia ASTM A240 pre obe triedy. Všetky hodnoty sú maximálne hmotnostné percentá, pokiaľ nie je uvedený rozsah.

Zdroj: ASTM A240/A240M, štandardná špecifikácia pre chróm a chróm{2}}niklový plech, plech a pásik z nehrdzavejúcej ocele.

Ktorá trieda ponúka lepšiu odolnosť proti korózii?

oceľ 316ponúka podstatne lepšiu odolnosť proti korózii ako 304 v chloridovom -ložisku a redukujúcom-kyslom prostredí, zatiaľ čo oba stupne fungujú podobne v miernej atmosfére s nízkym-chloridom a v sladkej vode.

Odolnosť proti korózii v nehrdzavejúcich oceliach pochádza z pasívneho chrómového-oxidového filmu, ktorý sa pri poškriabaní alebo odieraní samočinne opravuje, ak je prítomný kyslík. Chloridové ióny lokálne rozkladajú tento film, čím iniciujú jamkovú a štrbinovú koróziu; molybdén pôsobí proti tomuto rozpadu stabilizáciou pasívnej vrstvy, a preto je výhoda odolnosti 316 voči korózii špecifická pre chloridy- skôr ako univerzálna. Bežným spôsobom hodnotenia austenitických tried pre odolnosť proti bodovej korózii je ekvivalentné číslo odolnosti proti bodovej korózii (PREN), vypočítané ako %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N.

Zdroj: PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N; typické stredné-hodnoty zloženia podľa ASTM A240.

V praxi to znamená, že 304 je vhodný pre suchú priemyselnú atmosféru, pitnú vodu a väčšinu aplikácií v kontakte s-potravinami, zatiaľ čo 316 je štandardnou voľbou pre vystavenie morskej vode, pobrežnú atmosféru, kontakt s rozmrazovacou soľou a procesné prúdy obsahujúce chloridy, sírany alebo zriedené kyseliny.

Dizajnéri, ktorí vyhodnocujú hraničné expozície - brakickej vode, chemickej striekajúcej oblasti alebo procesným kvapalinám s vysokým -chloridom -, by mali vykonať alebo špecifikovať test jamkovej a štrbinovej korózie podľa ASTM G48 a nemali by sa spoliehať len na PREN, pretože PREN je užitočný skríningový nástroj, ale nezohľadňuje povrchovú úpravu, stav zvaru ani skutočnú prevádzkovú teplotu.

Líšia sa 304 a 316 v mechanických vlastnostiach?

304 a 316 majú v podstate identické minimálne mechanické vlastnosti v žíhanom stave, takže mechanická pevnosť nie je rozdielom pre výber triedy.

Keďže oba druhy sú austenitické s podobným obsahom chróm{0}}niklu, ASTM A240 im priraďuje rovnakú minimálnu pevnosť v ťahu, medzu klzu a požiadavky na predĺženie. Jediným rutinne uvádzaným rozdielom je mierne vyššia maximálna povolená tvrdosť pre 316.

Zdroj: ASTM A240/A240M požiadavky na mechanické vlastnosti, žíhaný stav.

Pretože hodnoty minimálnej pevnosti sú rovnaké, výpočty hrúbky steny a prípustného napätia podľa ASME B31.3 vychádzajú v podstate rovnaké pre oba druhy pri miernych teplotách. Dizajnéri by nemali očakávať-dôvod založený na sile, aby si vybrali jednu triedu pred druhou. rozhodnutie by malo vychádzať z vystavenia korózii a nákladov, ktoré sú uvedené ďalej.

Existuje významný rozdiel v nákladoch medzi 304 a 316?

316 má zvyčajne 20 až 30% cenovú prirážku oproti 304, ktorá je spôsobená vyšším obsahom niklu a pridaným molybdénom, pričom obe ceny sú oceňované na nestálych globálnych komoditných trhoch.

Nikel a molybdén patria medzi najdrahšie legujúce prvky používané v nehrdzavejúcej oceli a obe podliehajú výrazným cenovým výkyvom spojeným s globálnou ťažobnou produkciou, dopytom po nerezových mlynoch a špekulatívnym obchodovaním. Pretože 316 obsahuje viac niklu a pridáva molybdén nad chémiu 304, jeho cena základného materiálu je stále vyššia a táto prémia má tendenciu sa ďalej rozširovať počas prudkých nárastov cien niklu alebo molybdénu.

Pre potrubné systémy sú relevantnejšie porovnanie celkové náklady životného cyklu než samotné materiálové náklady: špecifikácia 304 v aplikácii vystavenej chloridom-, aby sa ušetrili počiatočné náklady na materiál, často vedie k netesnostiam spôsobeným jamkami, neplánovaným odstávkam a predčasnej výmene potrubia, čo všetko stojí oveľa viac, ako by mala pôvodná prémia 316.

Existujú rozdiely v správaní pri zváraní a výrobe?

304 a 316 sa zvárajú a tvoria takmer identicky, ale musí sa použiť prídavný kov 316 (ER316/316L), aby sa zachovala odolnosť proti korózii naprieč zvarom, a všade tam, kde je tepelné spracovanie po zváraní nepraktické, sa odporúčajú nízko-uhlíkové alebo stabilizované triedy.

Oba druhy sa ľahko zvárajú pomocou procesov GTAW, GMAW a SMAW a reagujú na tvárnenie za studena rovnakým spôsobom, pretože správanie pri tvárnení sa riadi skôr zdieľanou austenitickou mikroštruktúrou než obsahom molybdénu. Kľúčovým výrobným hľadiskom pre oba druhy je senzibilizácia: predĺžená expozícia v rozsahu 425 – 870 stupňov (800 – 1 600 stupňov F), ako napríklad počas viac{5}}prechodového zvárania, môže vyzrážať karbidy chrómu na hraniciach zŕn a ochudobňovať okolitú matricu chrómu, čím zostáva zóna ovplyvnená teplom{6}} náchylná na medzikryštalickú koróziu. To je dôvod, prečo výrobcovia potrubí bežne špecifikujú pre zvárané potrubné systémy nízkouhlíkové -varianty - 304L a 316L - namiesto štandardných uhlíkových tried.

Mali by dizajnéri špecifikovať 304L/316L namiesto štandardu 304/316?

Áno - pre akýkoľvek zváraný potrubný systém sú predvolenou voľbou nízko-uhlíkové L-triedy (304L, 316L), pretože ich znížený obsah uhlíka odoláva senzibilizácii bez potreby tepelného spracovania po-zváraní.

304L (UNS S30403) a 316L (UNS S31603) karbónový uzáver s 0,030 % namiesto 0,08 %, čo spomaľuje precipitáciu karbidu chrómu natoľko, že väčšina zvarov potrubí sa vyhne škodlivej senzibilizácii aj bez post-zváracieho žíhania. Kompromisom-je mierne zníženie pevnosti pri izbovej teplote-v porovnaní so štandardnými triedami, ktoré už zohľadňujú tabuľky prípustnej záťaže ASME B31.3.

Pretože rozdiel v nákladoch medzi štandardným potrubím a potrubím L-je malý v porovnaní s výrobnými nákladmi a nákladmi na kontrolu, väčšina špecifikácií potrubí pre procesné a námorné služby jednoducho predvolí hodnotu 316L, pričom štandard 316 je vyhradený pre komponenty, ktoré budú po zváraní-žíhané alebo ktoré vykazujú zanedbateľný vstup tepla pri zváraní.

Ktoré aplikácie sú najvhodnejšie pre potrubia 304 vs 316?

oceľ 304hodí sa pre bežné priemyselné, architektonické, vzduchotechnické a potravinárske/nápojové potrubia v sladkovodnom alebo suchom prostredí, zatiaľ čo 316 je predvolená hodnota pre námorné, pobrežné, chemické spracovateľské, farmaceutické a chloridové-prostredia alebo prostredia vystavené{2}}námrazovej-soli.

Ako by si mali dizajnéri potrubných systémov vybrať medzi 304 a 316?

Zvoľte 316 vždy, keď sa potrubný systém dostane do kontaktu s chloridmi, morskou vodou, rozmrazovacími soľami alebo agresívnymi chemikáliami; vyberte si 304, keď je prostredie suché, sladkovodné alebo mierne korozívne a prioritou je efektívnosť nákladov.

Praktický kontrolný zoznam výberu pre projektantov potrubných systémov:

Identifikujte tekutinu a akýkoľvek obsah chloridov vrátane občasného vystavenia, ako je čistenie-na-chemikáliách alebo pobrežnej atmosféry.

Potvrďte rozsah prevádzkových teplôt -, že odolnosť proti korózii oboch tried klesá pri zvýšenej teplote a vyššie-triedy zliatin môžu byť zaručené nad približne 60 stupňov (140 stupňov F) v prevádzke s chloridmi.

Predvolená je trieda L- (304L/316L) pre každé potrubie vyžadujúce zváranie v teréne.

Porovnajte cenu 316 s nákladmi na neplánované prestoje, opravu netesností a výmenu potrubia, ak dôjde k tvorbe jamiek.

Pred dokončením špecifikácií nákupu overte výber triedy podľa platného kódu potrubia (ASME B31.3) a akejkoľvek špecifikácie materiálu- konkrétneho projektu.

Často kladené otázky

Otázka: Môže sa použiť potrubie 316 všade tam, kde je špecifikované potrubie 304?

Odpoveď: Áno - 316 spĺňa alebo prekračuje mechanickú a všeobecnú odolnosť voči korózii 304, takže môže nahradiť 304 prakticky v akejkoľvek aplikácii. Opak nie je pravdou: 304 by sa nemalo nahradiť 316 v službe vystavenej chloridom-.

Otázka: Je nehrdzavejúca oceľ 316 magnetická?

Odpoveď: 304 aj 316 sú austenitické a v podstate nemagnetické v žíhanom stave, hoci opracovanie za studena môže vyvolať mierny magnetizmus v oboch triedach.

Otázka: Aký je rozdiel medzi 316 a 316L?

Odpoveď: 316L má nižší maximálny obsah uhlíka (0,030 % vs odolnosť proti korózii voči chloridom je medzi nimi v podstate rovnaká.

Otázka: Nehrdzavie nehrdzavejúca oceľ 316?

Odpoveď: 316 môže stále korodovať za dostatočne agresívnych podmienok - vysokej koncentrácie chloridov, zvýšenej teploty, nízkeho obsahu kyslíka (štrbiny) alebo poškodeného pasívneho filmu -, ale týmto podmienkam odoláva podstatne dlhšie ako 304 kvôli obsahu molybdénu.

Otázka: O koľko viac stojí potrubie 316 ako potrubie 304?

Odpoveď: 316 má zvyčajne 20–30% cenovú prirážku oproti 304, ktorá je spôsobená vyšším obsahom niklu a pridaného molybdénu, hoci presné rozpätie kolíše s trhovými cenami niklu a molybdénu.