Nerezová oceľ 316L vs 316H: Obsah uhlíka, pevnosť pri tečení a výber vysokej-teploty

Požiadajte ktoréhokoľvek materiálového inžiniera, aby vymenoval dve najbežnejšie austenitické nehrdzavejúce ocele, a on vám povie316La 316H - často bez toho, aby si uvedomovali, že títo dvaja „súrodenci“ boli navrhnutí pre úplne opačné úlohy. 316L je zvárateľný, korózii{3}}odolný ťahúň chemických závodov, námorných zariadení a spracovania potravín. 316H je odborník na vysoké-teploty, skonštruovaný tak, aby odolal tečeniu pri zvýšenej teplote {{6} rokov, pri ktorej kovy podstupujú pomalé a trvalé deformácie.

Celý rozdiel medzi týmito dvoma triedami spočíva v dvoch premenných: obsahu uhlíka a veľkosti zŕn. 316L obmedzuje uhlík na 0,03 %, aby sa predišlo senzibilizácii zvaru. 316H vyžaduje uhlík medzi 0,04 % a 0,10 % plus hrubú veľkosť zrna ASTM č. 7 alebo hrubšiu, pričom obe tieto triedy maximalizujú pevnosť pri tečení. Toto nie je porovnanie „lepšie alebo horšie“ -, je to „správny nástroj pre správnu teplotu“. Použitie 316L nad 425 stupňov (800 stupňov F) v tlakovej prevádzke riskuje zlyhanie tečenia; použitie 316H pre zváranú chemickú nádrž vyvoláva medzikryštalickú koróziu. Výber nesprávneho stupňa v oboch smeroch spôsobil odstavenie závodu, prasknutie nádoby a katastrofické poruchy.

Rozhodovacie pravidlo v jednej vete: pod 425 stupňov (800 stupňov F) a zváranie alebo korózia-kritické, vyberte 316L; nad 425 stupňov, kde záleží na pevnosti pri tečení a vysokoteplotných-hodnoteniach kódu ASME, vyberte 316H. Tieto dva stupne sa dopĺňajú, nie sú vzájomne zameniteľné - a ich zamieňanie je jednou z najčastejších chýb pri výbere materiálu- v procesnom a energetickom priemysle.

Chemické zloženie - Obsah uhlíka a požiadavka na veľkosť zŕn

316L a316Hzdieľajú rovnakú chemickú štruktúru jadra - 16-18% chrómu, 10-14% niklu a 2-3% molybdénu – a líšia sa obsahom uhlíka a veľkosťou zŕn. 316Uhlíkové čiapočky L pri 0,03 % (maximálna zvárateľnosť), zatiaľ čo 316H špecifikuje uhlík s veľkosťou 0,04 – 0,8 TM hrubého zrna plus bez zrnitosti 0,04 – 0,0,10 %{4}} hrubšie. Molybdén v oboch druhoch je to, čo oddeľuje celú rodinu 316 od 304: poskytuje odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii v chloridovom prostredí.

316L (UNS S31603) aj 316H (UNS S31609) sú austenitické nehrdzavejúce ocele s molybdénom{4}}série 300. „L“ v 316L znamená „Low Carbon“ (menej ako alebo rovné 0,03 %). „H“ v 316H znamená „High Carbon“ (0,04-0,10 %) a má ďalšiu požiadavku, ktorú nemá žiadna iná trieda radu 300: veľkosť hrubého zrna ASTM č. 7 alebo hrubšie. Táto požiadavka na veľkosť zrna je to, čo robí 316H zásadne odlišným od obyčajného 316 s iba zvýšeným uhlíkom - hrubé zrno je nevyhnutné pre odolnosť proti tečeniu a je overené mikroštrukturálnym testom v protokole o skúške mlyna.

Prečo obsah uhlíka ukazuje dva stupne v opačných smeroch?

Uhlík hrá v nehrdzavejúcej oceli série 316- dve protichodné úlohy. Pri vysokej teplote uhlík spevňuje kov vytváraním jemných precipitátov karbidu chrómu, ktoré pripevňujú hranice zŕn proti deformácii pri tečení -, preto 316H potrebuje minimálne 0,04 % uhlíka. Počas zvárania však ten istý uhlík migruje na hranice zŕn a vyčerpáva chróm, čo spôsobuje medzikryštalickú koróziu (senzibilizáciu) - preto 316L obmedzuje uhlík na 0,03 %. Stručne povedané: uhlík je u 316H zdrojom vysokej-teplotnej pevnosti a neprítomnosť uhlíka u 316L je zdrojom integrity zvaru. Nemôžete mať obe výhody v jednej chémii - preto existujú dva stupne.

Aby ste pochopili tento kompromis,{0}}predstavte si, že atómy uhlíka vykonávajú dve rôzne úlohy pri dvoch rôznych teplotách. V rozsahu senzibilizácie 425-870 stupňov (800{6}}1 600 stupňov F) - dosiahnutom v tepelne-ovplyvnenej zóne zvaru - uhlík reaguje s chrómom za vzniku karbidov chrómu na hraniciach zŕn, čím sa kradne chróm z okolitého kovu1}L2} {8}nízka uhlíková korózia a vzniká mikroskopická{8} korózia znamená, že nie je dostatok uhlíka, ktorý by spôsobil toto poškodenie, takže zváraný 316L zostáva odolný voči korózii bez tepelného spracovania po zváraní.

Ale pri trvalo vysokej teplote (približne 500-700 stupňov ) sa príbeh obracia. Creep - pomalé naťahovanie kovu pri zaťažení - sa deje predovšetkým posúvaním hraníc zŕn okolo seba a pohybom dislokácie. Jemná disperzia častíc karbidu chrómu na hraniciach zŕn pôsobí ako kolíky, ktoré uzamykajú hranice na mieste, čím sa dramaticky spomaľuje dotvarovanie. Toto je presne ten zosilňovací mechanizmus, ktorý poskytuje vyšší uhlík 316H. 316L, pričom takmer žiadny uhlík na vytvorenie týchto kolíkovitých karbidov sa pri vysokej teplote tečie rýchlejšie. Ďalšou výhodou je, že hrubá veľkosť zŕn 316H znamená menej hraníc zŕn na jednotku objemu - a keďže hranice zŕn sú slabým článkom pri tečení, menej hraníc znamená lepšiu odolnosť voči tečeniu.

Požiadavka na veľkosť zrna - Čo robí 316H skutočne "H"

Požiadavka na veľkosť zŕn ASTM č. 7 alebo hrubšia je definujúcou vlastnosťou, ktorá oddeľuje 316H od bežného -uhlíkového 316. Hrubé zrná zmenšujú celkovú oblasť hraníc zŕn, a keďže deformácia pri tečení je sústredená na hraniciach zŕn, hrubozrnný materiál odoláva -zrnitému materiálu s rovnakou chémiou{6} oveľa lepšie než tečenie.6} To je dôvod, prečo protokol o skúške materiálu pre 316H musí uvádzať veľkosť zrna - a 316 materiál so správnym uhlíkom, ale jemné zrno NIE JE 316H a nebude fungovať rovnako pri tečení.

Veľkosť zrna sa meria pomocou ASTM E112 a uvádza sa ako číslo; vyššie čísla znamenajú jemnejšie zrná. Typický žíhaný 316L má veľkosť zrna ASTM č Toto je jeden z mála prípadov v nehrdzavejúcej oceli, kde je „hrubšia“ mikroštruktúra „lepšia“ -, čo je neintuitívny bod, ktorý mätie inžinierov, ktorí zistili, že jemná veľkosť zrna zlepšuje pevnosť a húževnatosť pri izbovej{10}}teplote. Pravdou je, že jemné zrno pomáha pri izbovej teplote, ale hrubé zrno vyhráva pri plazivých teplotách.

[Zdroj] ASTM A240/A240M - Štandardná špecifikácia pre chróm a chróm-niklové dosky, plechy a pásy z nehrdzavejúcej ocele. Štandardné testovacie metódy ASTM E112 - na určenie priemernej veľkosti zŕn.

Mechanické vlastnosti

Pri izbovej teplote v žíhanom stave má 316H o niečo vyššiu minimálnu pevnosť v ťahu a medzu klzu ako 316L (515 MPa vs 485 MPa ťažnosť; 205 MPa vs 170 MPa), pretože vyšší obsah uhlíka poskytuje mierne spevnenie precipitáciou. Tento 6-15 % rozdiel je však malý a obe triedy sú tvárne a tvárne. Rozdiel pevnosti v{10}}izbovej teplote NIE JE dôvodom na výber jednej triedy pred druhou – skutočný diferenciátor sa objaví iba pri zvýšenej teplote.

Zvýšená{0}}teplotná sila a povolený stresový rozdiel ASME

Rozhodujúci mechanický rozdiel sa objavuje nad približne 425 stupňami (800 stupňov F). ASME kotol a tlaková nádoba Kód sekcia II, časť D uvádza prípustné hodnoty napätia pre 316L len do 800 stupňov F (427 stupňov) - nad rámec toho, 316L nemá žiadne prípustné napätie uvedené v kóde-, pretože jeho pevnosť pri tečení nie je spoľahlivo zaručená. 316H, naopak, 500 stupňov F86 až 1. Tento jediný fakt je praktickým pravidlom, ktorým sa riadi celé rozhodnutie o výbere 316L vs 316H v dizajne tlakových{16}nádob a potrubí.

Dôvodom stropu 800 stupňov F (427 stupňov) na 316L je dotvarovanie. Pri teplotách nad približne 0,4-násobkom teploty topenia (vyjadrenej v Kelvinoch) sa kovy začnú permanentne deformovať pri zaťažení hlboko pod ich medzou klzu pri izbovej teplote. V prípade austenitickej nehrdzavejúcej ocele tento režim tečenia začína okolo 500 stupňov (930 stupňov F) a pri 600 stupňoch (1 112 stupňov F) dominuje dizajnu. Pretože 316L nemá ani uhlík, ani hrubé zrno, ktoré by odolali tečeniu, ASME jednoducho nezverejňuje prípustné namáhanie nad 800 stupňov F - dizajnér doslova nemôže použiť 316L pre Code{17}}lisovaný tlakový komponent pri 600 stupňoch . 316H, navrhnutý špeciálne pre všetky spôsoby{20} zachovania Code{20} 1 500 stupňov F (816 stupňov).

[Zdroj] ASME kód kotla a tlakovej nádoby, oddiel II, časť D - Vlastnosti (metrické). Uvedené hodnoty sú reprezentatívne; dizajn nájdete v aktuálnom vydaní Code.

Sila dotvarovania

Dotvarovanie je pomalá, trvalá deformácia kovu, ktorý je pod napätím pri vysokej teplote - aj pri napätí hlboko pod jeho medzou klzu pri izbovej-teplote. Potrubie, ktoré ľahko udrží 100 barov pri 20 stupňoch, môže pri 600 stupňoch pomaly napučiavať, stenčovať a prasknúť v priebehu mesiacov alebo rokov pod rovnakým tlakom. Creep je dominantný mechanizmus zlyhania vo vysokoteplotných zariadeniach, ako sú rúrky kotlov, zberače prehrievačov, rúrky rafinérskych pecí a parné potrubia - a je to práve poruchový režim, ktorému je 316H skonštruovaný tak, aby odolal a 316L nie.

Aby ste creep pochopili intuitívne, spomeňte si na natiahnutie kúska teplého karamelu alebo mäkkého syra. Jemne potiahnite a pomaly a trvalo sa natiahne - nezacvakne. Kovy robia to isté pri vysokej teplote: atómy vo vnútri kovu získavajú dostatok tepelnej energie na pohyb a prestavbu pri zaťažení. V priebehu času sa tento atómový pohyb akumuluje ako trvalá deformácia. Pri izbovej teplote je tento pohyb taký pomalý, že je počas celého ľudského života irelevantný. Pri 600 stupňoch sa to deje dostatočne rýchlo na to, aby sa za niekoľko rokov roztrhla tlaková nádoba -, a preto pri vysokoteplotnom-konštrukcii rozhoduje tečenie, nie medza klzu.

Tečenie je typicky charakterizované medzou pevnosti pri tečení: napätie, ktoré spôsobuje lom po určitom čase pri špecifikovanej teplote, bežne uvádzané po 100 000 hodinách (asi 11,4 roka). Napríklad materiál môže mať 100 000-hodinovú pevnosť pri tečení 100 MPa pri 600 stupňoch, čo znamená, že komponent zaťažený na 100 MPa v priemere prežije 100 000 hodín pred roztrhnutím. Návrhové predpisy používajú tieto hodnoty prietrže pri tečení, delené bezpečnostným faktorom, na nastavenie prípustného napätia pri vysokej teplote – preto 316L nemá žiadne prípustné napätie nad 800 stupňov F.

Prečo 316H odoláva tečeniu lepšie ako 316L

316H odoláva tečeniu prostredníctvom dvoch výstužných mechanizmov, ktoré 316L chýbajú: (1) vyšší uhlík (0,04-0,10 %) vytvára jemné precipitáty karbidu chrómu na hraniciach zŕn, ktoré vymedzujú hranice a bránia ich posúvaniu; (2) hrubá veľkosť zŕn (ASTM č.. 7 alebo hrubšia) znamená menej hraníc zŕn na jednotku objemu, a keďže hranice zŕn sú slabým článkom tečenia, menej hraníc rovná sa menšie tečenie. 316L nemá ani jeden mechanizmus, takže tečenie sa výrazne rýchlejšie pri vysokej teplote.

Mechanizmus 1 - karbidové kolíky. V 316H uhlík vytvára na hraniciach zŕn disperziu karbidov M23C₆ bohatých na chróm. Tieto karbidy sa správajú ako kolíky vháňané cez hranice zŕn, uzamykajú susedné zrná dohromady a odolávajú posúvaniu hraníc, ktoré poháňa creepovú deformáciu. 316L, takmer bez uhlíka, tvorí oveľa menej týchto kolíkovitých karbidov, takže hranice zŕn sa pri zaťažení pri vysokej teplote voľnejšie posúvajú.

Mechanizmus 2 - hrubé zrno. Creepová deformácia sa sústreďuje na hraniciach zŕn, pretože hranice sú miesta, kde je atómová štruktúra neusporiadaná. Jemnozrnný-materiál má veľa hraníc (viac slabých článkov); hrubozrnný-materiál ich má málo. Požadovaním veľkosti zrna ASTM č . 7 alebo hrubšej, 316H minimalizuje počet slabých článkov, čím priamo znižuje rýchlosť tečenia. Toto je zriedkavý prípad v metalurgii, kde hrubšie je lepšie - presný opak preferencie jemných zŕn pre pevnosť a húževnatosť pri izbovej teplote-.

Kombinovaný efekt je podstatný. Pri 600 stupňoch (1 112 stupňoch F) je medza pevnosti pri tečení 316H za 100 000{13}}hodín zhruba o 30 – 60 % vyššia ako pri 316L ekvivalentnej základnej chémie. Prakticky povedané, rúrka kotla 316H môže niesť rovnaké zaťaženie parou pri 600 stupňoch dvakrát až trikrát dlhšie ako rúrka 316L - alebo preniesť vyššie zaťaženie pri rovnakej konštrukčnej životnosti. Pre zariadenia s konštrukčnou životnosťou 20-30 rokov je tento rozdiel rozdielom medzi úspechom a predčasným zlyhaním.

Aplikácie Creep - Kde si 316H zarába

316H je štandardný materiál pre služby pri zvýšených-teplotách v rozsahu 500-700 stupňov (930-1 290 stupňov F), najmä pri výrobe a rafinácii energie: rúrky prehrievača a medziohrievača kotlov, zberače pary a parné potrubia, nádoby rafinérskych pecí a rúrky reformátora tepla a rúrky}vysokoteplotného reaktora{{8}. Vyberá sa konkrétne tam, kde je rozhodujúcim kritériom návrhu dlhodobá-pevnosť pri tečení - nielen krátkodobá pevnosť za tepla.

Voľba vysokej-teploty

Jediné najdôležitejšie číslo v rozhodnutí 316L vs 316H je 425 stupňov (800 stupňov F). Pod touto teplotou je 316L plne prijateľný a je zvyčajne lepšou voľbou kvôli svojej vynikajúcej zvárateľnosti a odolnosti voči medzikryštalickej korózii. Nad touto teplotou je pri akejkoľvek aplikácii tlaku riadenej Kódom- zakázaná 316L a 316H (alebo iná zliatina s tečením{10}}) sa stáva povinným. Zapamätajte si túto hranicu: rieši veľkú väčšinu otázok 316L vs 316H.

Limit 800 stupňov F pre triedy L-nie je ľubovoľný - je zapísaný v časti D ASME BPVC sekcia II, časť D, ktorá jednoducho neuvádza prípustné namáhanie pre 316L nad 800 stupňov F. Pretože ASME sekcia VIII (tlakové nádoby) a ASME B31.3 (procesné potrubie) nemôžu od konštruktérov používať tieto {}zákonné{} kódex namáhané použitie 316L nad 800 stupňov F. Platí to aj vtedy, keď vám dodávateľ povie, že 316L „by mal vydržať“ pri 600 stupňoch - materiál môže nejaký čas fyzicky prežiť, ale nemá žiadny kódex{14}}schválený základ na namáhanie a jeho životnosť pri tečení nie je zaručená.

Rebrík na výber teploty

Oxidácia - Druhý horný-limit teploty

Dokonca aj 316H má hornú prevádzkovú teplotu. Pri teplote asi 870 stupňov (1 600 stupňov F) na vzduchu sa ochranný povlak oxidu chrómu na 316H začína rozpadať a nepretržitá prevádzka spôsobuje progresívnu oxidáciu (tvorbu vodného kameňa) a stratu prierezu. Ak chcete nepretržite pracovať nad teplotou približne 870 stupňov , prejdite na tepelne-odolnú triedu (napríklad 310S alebo 253MA) alebo zliatinu niklu (napríklad Inconel 625 alebo 601). Medzi 816 stupňami a 870 stupňami sa môže 316H používať prerušovane alebo pri slabom zaťažení, ale životnosť oxidácie sa musí hodnotiť prípad od prípadu.

Vysokoteplotná{0} korózia sa zásadne líši od vodnej korózie, ktorá prevláda pri nízkej teplote. Pri nízkej teplote je korózia elektrochemická -, potrebuje tekutý elektrolyt. Pri vysokej teplote je korózia oxidáciou - kov priamo reaguje s kyslíkom, sírou alebo uhlíkom v plyne. Chróm v 316H tvorí ochranný povlak Cr2O3, ktorý odoláva oxidácii až do približne 870 stupňov. Nad tým sa vodný kameň stáva menej ochranným a podkladový kov sa postupne spotrebúva.

To je dôvod, prečo má výber materiálu pri "vysokej teplote" dve nezávislé otázky: "Je pevnosť pri tečení dostatočná?" a "Bude kov oxidovať?" - a obe musia byť zodpovedané pred výberom známky.

Zváranie a senzibilizácia

Tu je hlavná irónia rodiny 316: práve uhlík, ktorý dodáva 316H jeho pevnosť pri tečení pri vysokej teplote, je rovnaký uhlík, ktorý robí 316H náchylným na senzibilizáciu zvaru. Keď sa zvára 316H a tepelne-ovplyvnená zóna prechádza cez 425-870 stupňov, jeho uhlík sa vyzráža ako karbidy chrómu na hraniciach zŕn, čím sa chróm ochudobňuje a vytvára náchylnosť na medzikryštalickú koróziu, ak je komponent neskôr vystavený korozívnemu vodnému prostrediu bez tohto rizika, . 3161}L, bez takmer žiadneho čistého zvaru 316L je štandardná voľba pre zvárané, nízkoteplotné, korozívne služby.

Tento kompromis-je dôvod, prečo sa tieto dva stupne skôr dopĺňajú, než si konkurujú. 316komponenty H (kotlové rúry, zberače pary) fungujú pri teplote vyššej ako 500 stupňov v prostredí pary alebo spaľovacieho plynu -, kde sa nevyskytuje vodná medzikryštalická korózia, takže senzibilizácia nie je praktickým problémom. 316súčiastky L (chemické nádrže, námorné potrubie s vodnou hladinou 425 stupňov v prostredí s nízkou teplotou v potravinárskom zariadení) korózia je skutočnou hrozbou, preto je nízka-výhoda uhlíka nevyhnutná. Výber nesprávnej známky obracia túto logiku a vedie k zlyhaniu.

Zváracia prax pre 316L vs 316H

Dokážete zvárať 316L až 316H?

Áno - 316L a 316H sú metalurgicky kompatibilné a možno ich spolu zvárať, ale prídavný kov a prevádzková teplota sa musia brať do úvahy spoločne. Pre nízkoteplotný spoj použite plnivo ER316L, aby zvarový kov odolal senzibilizácii. V prípade vysokoteplotného-tečenia spoja musí mať zvarový kov zodpovedajúci uhlík a rovnakú pevnosť pri tečení ako základný kov 316H -. Použitie nízkouhlíkového plniva v tečúcom spoji vytvára slabý článok, ktorý{10}}prvý zlyhá. Špecifické požiadavky na výplňový kov pre vysokoteplotné spoje 316H nájdete v príslušnom kóde (ASME B31.3, oddiel VIII).

Toto je jemný, ale dôležitý bod, ktorý inžinierom často uniká. V zvarovom spoji pri izbovej teplote je zvarový kov zvyčajne pevnejší ako základný kov, takže o niečo slabší zvar je stále prijateľný. Ale pri tečení môže byť zvarový kov a oblasť ovplyvnená teplom-tepelnými-najslabšími časťami spoja. Výplň 316L nanesená do creepového spoja 316H má nižší obsah uhlíka a jemnejšiu zrnitosť ako základný kov 316H, takže najskôr dôjde k tečeniu a prasknutiu - jav známy ako „zníženie životnosti zvarov“. Pri kriticky vysokoteplotných{10}}teplotných zvaroch musí byť chémia plniva, štruktúra zŕn a dokonca aj tepelné spracovanie zvaru starostlivo prispôsobené, aby sa zachovala životnosť.

Odolnosť proti korózii - Vodná vs. vysoká-teplota

Pre všeobecnú odolnosť proti korózii, jamkovej a štrbinovej korózii vo vodnom prostredí sú 316L a 316H v podstate ekvivalentné, pretože tieto vlastnosti sú riadené chrómom, niklom a molybdénom -, ktoré sú identické v týchto dvoch triedach. Obidva majú PREN (ekvivalentné číslo odolnosti proti pittingu) približne 24-25, vďaka čomu sú oba vhodné na mierne vystavenie chloridom, ale nie na ťažkú ​​prevádzku s morskou vodou. Korózny rozdiel medzi triedami sa objavuje až po zváraní (senzibilizácia) a pri vysokej teplote (oxidácia).

Obsah molybdénu (2-3 %) je to, čo dáva celej rodine 316 výhodu oproti 304. Molybdén dramaticky zlepšuje odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii v chloridovom prostredí. To je dôvod, prečo sú 316/316L/316H štandardnou „námornou-kvalitnou“ a „chemickou-kvalitnou“ nehrdzavejúcou oceľou, kým 304 je štandardnou „všeobecnou{14}}triedou“. Keďže 316L a 316H majú rovnaký obsah molybdénu, ich odolnosť voči chloridovej jamke je identická – označenie „L“ alebo „H“ nemá na túto vlastnosť žiaden vplyv.

Medzikryštalická korózia -, kde sa stupne po zváraní rozchádzajú

Po zváraní sa korózne správanie 316L a 316H prudko líši. 316L odoláva medzikryštalickej korózii v-zvarenom stave, pretože jeho nízky obsah uhlíka zabraňuje zrážaniu karbidu chrómu v tepelne-ovplyvnenej zóne. 316H, s 0,04-exponovanou zložkou 0,10 % a16H počas zvárania ľahko snímateľným do korozívneho vodného prostredia pod asi 400 stupňov bude trpieť medzikryštálovým napadnutím v oblasti ovplyvnenej teplom zvaru{12}}. To je dôvod, prečo je zváraný 316H vyhradený pre vysokoteplotné{13}}nevodné použitie.

Medzikryštálová korózia (IGC) je spôsob zlyhania, ktorému boli triedy „L“ vytvorené, aby zabránili. Vyskytuje sa vtedy, keď sa na hraniciach zŕn počas zvárania vytvoria karbidy chrómu, čím sa priľahlý kov zbaví chrómu pod ~12 % pasívneho- prahu filmu. Vyčerpané hranice potom prednostne korodujú, čo spôsobí, že kov stratí pevnosť a nakoniec zlyhá pozdĺž hraníc zŕn. 316H má zámerne vysoký obsah uhlíka, takže je zo svojej podstaty náchylný na-senzibilizáciu. Pre akýkoľvek zváraný komponent, ktorý pri nízkej teplote uvidí vodu, technologické chemikálie alebo dokonca vlhký vzduch, je správnou voľbou 316L - nie 316H -. Naopak, pre rúrku kotla pri 600 stupňoch v suchej pare je senzibilizácia irelevantná a 316H je správne.

Vysokoteplotná oxidácia a karburizácia-

Pri vysokej teplote sa príslušné korózne mechanizmy presúvajú z vodného napadnutia na oxidáciu, sulfidáciu a nauhličovanie. Tu 316H funguje rovnako dobre (alebo o niečo lepšie ako) 316L, pretože odolnosť voči oxidácii je riadená chrómom - identickým v oboch stupňoch - a vyšší uhlík 316H môže dokonca zlepšiť odolnosť voči nauhličeniu predbežným-nasýtením povrchu uhlíkom. Oba druhy tvoria ochrannú stupnicu Cr₂O₃ až do približne 870 stupňov, nad ktorou je potrebná tepelne -odolná zliatina alebo zliatina na báze niklu{10}}.

V peciach a reformeroch je bežným degradačným mechanizmom, ktorý krehne zliatinu, karburizácia - absorpcia uhlíka z procesného plynu do kovu -. Pretože 316H už obsahuje viac uhlíka, má vyššiu uhlíkovú „kapacitu“ predtým, ako sa nauhličovanie stane škodlivým, čo mu dáva miernu výhodu oproti 316L v nauhličovacej atmosfére. To je ďalší dôvod, prečo je 316H preferovanou triedou v rafinérskych a petrochemických peciach. Pre sulfidizačné (vysoké-H2S) atmosféry pri vysokej teplote však nie je ideálny ani jeden stupeň, a preto by sa mala zvážiť vyššia-zliatina niklu, ako napríklad Incoloy 825 alebo Inconel 625.

Cena a dostupnosť

316L a 316H sú cenovo v podstate identické -, rozdiel v nákladoch je zanedbateľný (zvyčajne v rozmedzí 2-5 % a často nula), pretože oba druhy sa vyrábajú rovnakým spôsobom rafinácie AOD a rozdiel je len v miernej úprave uhlíka plus kroku kontroly veľkosti zrna. To znamená, že náklady by nikdy nemali viesť k rozhodnutiu 316L vs 316H; výber by sa mal robiť výlučne na základe prevádzkovej teploty, zvárania a požiadaviek na koróziu.

Na rozdiel od 304L vs Obidva druhy majú rovnakú cenu základnej zliatiny (poháňanú 2-3 % obsahom molybdénu, čo je drahá zložka) a prírastkové náklady na dosiahnutie uhlíkového rozsahu a hrubého zrna 316H sú malé. To je šťastie, pretože to úplne odstraňuje cenu z rovnice: inžinieri si môžu vyberať čisto na základe technických kvalít, čo je presne to, ako by sa malo urobiť rozhodnutie kritické z hľadiska bezpečnosti.

Dostupnosť

316L je najrozšírenejšia a najdostupnejšia nehrdzavejúca oceľ na svete, ktorá je k dispozícii v každej forme produktu (plech, platňa, tyč, rúrka, rúrka, armatúry, príruby) v podstate z každého rozvádzača a mlyna z nehrdzavejúcej ocele. 316H je menej bežná, ale stále je ľahko dostupná, najmä v rúrkových formách výrobkov (ASTM A213/A312 TP316H){5} používanej v rafinačnej platni (ASTM A213/A312 TP316H){5}. Pre aplikácie s vysokým-tlakom je dostupnosť 316H dobre zavedená prostredníctvom závodov slúžiacich kotolňam a petrochemickému priemyslu.

Praktická poznámka: pretože 316L je na trhu taký dominantný, mnohí distribútori a výrobcovia ho predvolia - aj pre aplikácie, ktoré by mali používať 316H. Pri objednávaní vysokoteplotného-servisu výslovne uveďte „316H“ a v protokole o skúške materiálu overte, že (1) uhlík je 0,04-0,10 % a (2) veľkosť zrna je ASTM č. 7 alebo hrubšia. Materiál, ktorý spĺňa iba chémiu 316 (s maximálnym obsahom uhlíka 0,08 %), ale nemá požiadavku na veľkosť zrna, NIE JE 316H a nebude poskytovať požadovaný výkon pri tečení.

Často kladené otázky

Otázka: Čo znamená „H“ v 316H?

Odpoveď: „H“ znamená „High Carbon“. 316H špecifikuje obsah uhlíka 0,04-0,10 % (vyšší ako 0,03 % max. 316L) plus veľkosť hrubého zrna ASTM č. . 7 alebo hrubšie. Tieto dve funkcie spolu maximalizujú pevnosť pri tečení pre-vysokoteplotné služby. Označenie „H“ bolo zavedené na rozlíšenie creep-hodnoty 316 od bežného 316 a od nízkouhlíkového 316L.

Otázka: Je 316H silnejší ako 316L?

Odpoveď: Pri izbovej teplote má 316H mierne vyššiu minimálnu pevnosť (515 MPa oproti 485 MPa v ťahu; 205 MPa oproti 170 MPa výťažnosť). Významný rozdiel je však pri vysokej teplote: nad 425 stupňov (800 stupňov F), 316H si zachováva oveľa vyššiu pevnosť pri tečení ako 316L a 316H je jediným z dvoch s povolenými hodnotami napätia nad 800 stupňov F uvedenými v kóde. Pre aplikácie pri izbovej teplote{14}} je rozdiel v pevnosti príliš malý.

Otázka: Môžem použiť 316L namiesto 316H pri vysokej teplote?

Odpoveď: Nie je určené pre tlakovú prevádzku podľa ASME Code nad 425 stupňov (800 stupňov F). 316L nemá žiadne prípustné napätie nad touto teplotou uvedené v kóde-, pretože jeho nízky obsah uhlíka a jemné zrno nemôžu zaručiť odolnosť proti tečeniu. Pre teploty nad 425 stupňov v tlakových aplikáciách použite 316H. Pre aplikácie bez-tlaku alebo aplikácie s nízkou záťažou sa 316L niekedy používa až do približne 450 stupňov , ale to je mimo kódexu a malo by sa to robiť s technickou opatrnosťou.

Otázka: Je 316H zvárateľný?

Odpoveď: Áno, 316H je zvárateľný, ale jeho vyšší obsah uhlíka spôsobuje, že tepelne-ovplyvnená zóna je citlivá na senzibilizáciu (vyzrážanie karbidu chrómu) počas zvárania. To je prijateľné pre vysokoteplotné, ne-vodné použitie, kde sa nevyskytuje vodná medzikryštalická korózia. Nepoužívajte zváraný 316H v nízkoteplotnom korozívnom vodnom prostredí - použite namiesto neho 316L.

Otázka: Aká je maximálna prevádzková teplota 316H?

A: 316H má podľa ASME Code povolené napätie uvedené až do 816 stupňov (1 500 stupňov F). Pri nepretržitej prevádzke na vzduchu sa však oxidácia stáva limitujúcou nad asi 870 stupňov (1 600 stupňov F). V praxi sa 316H najčastejšie používa v rozsahu tečenia 500-700 stupňov (930-1290 stupňov F). Nad približne 870 stupňov nepretržite prejdite na tepelne odolnú triedu alebo zliatinu niklu.

Otázka: Aká je maximálna prevádzková teplota 316 l?

Odpoveď: Pre tlakovú službu ASME Code je 316L obmedzený na 425 stupňov (800 stupňov F). Toto nie je limit korózie, ale limit pevnosti pri tečení: nad 800 stupňov F nie je spoľahlivo zaručená odolnosť 316L voči tečeniu, takže nie je zverejnené žiadne prípustné napätie. Pre akýkoľvek komponent-udržujúci tlak nad 800 stupňov F použite 316H.

Otázka: 316L vs 316H vs 316 - ako si mám vybrať?

Odpoveď: Použite 316L na zvárané, pre koróziu-kritické, nízko{2}}teplotné (pod 425 stupňov) servisné - nádrže na chemikálie, námorné potrubia, potravinové zariadenia. Použite 316H pre vysokoteplotné (425-816 stupňov) - kotlové rúry, parné potrubia, pece. Používajte obyčajnú triedu 316 (0,08% max uhlíka) hlavne ako univerzálnu triedu, keď neplatí ani jeden extrém, hoci v praxi 316L vo veľkej miere nahradil 316 pre zvárané aplikácie.

Otázka: Ako overím, že prijímam 316H a nie 316 alebo 316L?

Odpoveď: Skontrolujte správu o skúške materiálu (MTR). Pre 316H musí MTR ukazovať: (1) uhlík 0,04 – 0,10 % a (2) veľkosť zrna ASTM č. . 7 alebo hrubšie. Ručný XRF (PMI) nedokáže rozlíšiť 316/316L/316H, pretože nedokáže merať uhlík alebo veľkosť zŕn. Uhlík musí byť overený OES alebo laboratórnou chemickou analýzou a veľkosť zrna metalografickou skúškou podľa ASTM E112. Požiadajte o certifikát EN 10204 Typ 3.1, aby ste potvrdili, že materiál je skutočný 316H.