Nerezová oceľ 317L vs 316L: Keď extra molybdén robí rozdiel v odolnosti proti jamkovej korózii

Oceľ 316Lje najpoužívanejšou nehrdzavejúcou oceľou v korozívnej prevádzke, a to z dobrého dôvodu: ľahko sa zvára, odoláva všeobecnej korózii a stojí menej ako väčšina vyšších zliatin. Existuje však režim zlyhania, v ktorom 316L potichu pustí technikov do - jamkovej korózie v prostrediach bohatých na chloridy-. Morská voda, poloslaná chladiaca voda, cestná soľ, soľanka a dokonca aj pobrežná vlhkosť môžu spôsobiť, že sa na 316L vytvoria drobné, hlboké jamy, ktoré prechádzajú cez kovovú stenu a spôsobujú úniky - často bez viditeľného varovania.

317L existuje presne pre túto situáciu. Celý rozdiel medzi 316L a 317L spočíva v jedinom prvku: molybdén. 316L obsahuje 2-}3 % molybdénu; 317L obsahuje 3-4%. Toto extra 1 % molybdénu v kombinácii s o niečo väčším množstvom chrómu (18 – 20 % vs 16 – 18 %) zvyšuje odolnosť zliatiny proti jamkovej korózii približne o 25 % – dosť na to, aby to znamenalo rozdiel medzi výmenníkom tepla, ktorý vydrží 3 roky a výmenníkom, ktorý vydrží 15 rokov. „L“ v oboch stupňoch znamená „nízky obsah uhlíka“ (menej ako my alebo čisté %) (menej ako 00,3). senzibilizácia.

Ak váš komponent 316L bude vidieť chloridové ióny (Cl⁻) -, najmä teplé alebo kyslé chloridy - a bodovanie je režim zlyhania, ktorého sa obávate, upgradujte na 317L. Za 15-30 % nákladovú prémiu získate približne o 25 % vyššiu odolnosť proti jamkovej korózii, čo je lacné poistenie proti zlyhaniu proti jamkovej korózii. Ak prostredie neobsahuje chloridy, 316L je zvyčajne postačujúce a hospodárnejšie. Stručne povedané: 316L je predvolená hodnota, 317L je chloridová aktualizácia.

Chemické zloženie

316L a 317L zdieľajú rovnakú austenitickú bázu a rovnaký ultra-nízky uhlík (menej ako alebo rovný 0,03 %), ale líšia sa tromi legovacími prvkami: molybdén (2-}3 % vs. 3-4 %), chróm (16-18 % vs. 18-10 %) v. 5-1 % a nikel 1. Rozhodujúcim rozdielom je extra molybdén - je to prvok, ktorý odoláva jamkovej a štrbinovej korózii v chloridovom prostredí. Všetko ostatné o týchto dvoch ročníkoch je v podstate rovnaké.

Obe triedy patria do rodiny austenitických nehrdzavejúcich ocelí série 300{17}}a nesú príponu „L“, čo znamená „nízke uhlíkové“ (menej ako alebo rovné 0,03 %) pre maximálnu odolnosť voči senzibilizácii zvaru. Molybdén je definujúcim legujúcim prvkom, ktorý oddeľuje rodinu 316/317 od obyčajnej 304. V 316L sa molybdén pohybuje od 2 % do 3 %. V 317L sa pohybuje od 3 % do 4 %. Toto je zmysluplný skok: molybdén je drahý a výkonný a prechod z ~2,5% na ~3,5% molybdén je to, čo premieňa 316L na zliatinu "morskej kvality".

Prečo molybdén odoláva - vede v jednoduchom jazyku

Molybdén je odolný voči jamkovej korózii, pretože vďaka nemu je ochranný film oxidu chrómu na povrchu ocele pevnejší a lepšie sa opravuje. Keď chloridový ión napadne slabé miesto vo filme, molybdén v zliatine reaguje s vodou za vzniku molybdénanov, ktoré -napravia poškodený film. Viac molybdénu=rýchlejšie a úplnejšie sa samo{5}}opraví=menej jamiek, ktoré prerastajú do netesností. To je dôvod, prečo odolnosť nerezových šupín proti jamkovej korózii takmer priamo s obsahom molybdénu.

Nehrdzavejúca oceľ odoláva korózii vďaka neviditeľnému, samoliečiacemu sa filmu oxidu chrómu (Cr₂O₃), ktorý sa vytvára na jej povrchu v prítomnosti kyslíka. Tento film je hrubý len niekoľko nanometrov - tisíckrát tenší ako ľudský vlas -, no práve vďaka nemu je nehrdzavejúca oceľ „nehrdzavejúca“. Problém je v tom, že chloridové ióny sú agresívne-rozbíjače filmu. Chloridový ión môže preraziť oxidový film na mikroskopickom slabom mieste (inklúzia sulfidu, škrabanec, hranica zrna) a napadnúť holý kov pod ním.

Akonáhle sa jamka spustí, sama sa-zrýchľuje: vnútro jamy sa okyslí a-vyhladne na kyslík, čo zabraňuje pretvoreniu filmu-, zatiaľ čo okolitý kov zostáva pasívny. Vznikne tak malý galvanický článok - miniatúrna batéria -, kde vnútro jamky je anóda (rýchlo koroduje) a okolitý povrch je katóda (chránená). Výsledkom je úzka, hlboká diera, ktorá môže prechádzať celou hrúbkou steny, zatiaľ čo zvyšok povrchu vyzerá nedotknutý. Jamková jamka je nebezpečná práve preto, že je lokalizovaná: rúra môže stratiť 0,01 % svojej celkovej hmotnosti koróziou, no napriek tomu môže úplne zlyhať z jednej jamky cez-stenu.

Molybdén tento proces prerušuje. Molybdén v zliatine sa rozpúšťa v jamkovom roztoku a pomáha re-pasivovať kovový povrch, pričom vytvára zlúčeniny molybdénu, ktoré bránia útoku a umožňujú, aby sa oxidový film znovu vytvoril-. Vyšší obsah molybdénu znamená, že zliatina dokáže opraviť poškodenie filmu rýchlejšie, ako ho môžu rozbiť chloridy. To je dôvod, prečo 317L s ~3,5 % molybdénu odoláva jamkovej korózii výrazne lepšie ako 316L s ~2,5 %.

PREN - Číslo, ktoré kvantifikuje odolnosť proti prierazu

PREN (ekvivalentné číslo odolnosti voči bodovej korózii) je štandardný spôsob hodnotenia nehrdzavejúcich ocelí podľa odolnosti voči bodovej korózii: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L má PREN približne 24-26; 317L má PREN približne 29-31. Táto 5-bodová medzera predstavuje skutočné, merateľné zlepšenie odolnosti voči chloridovým jamkám – a je to takmer úplne spôsobené dodatočným 1 % molybdénu.

Vzorec PREN je rýchly skríningový nástroj, nie je zárukou. V jednom čísle vám povie, či je trieda vhodným kandidátom pre dané chloridové prostredie. Približné pravidlo: PREN pod 20 je nevhodný pre akúkoľvek zmysluplnú expozíciu chloridom; PREN 20-30 si poradí s miernymi až stredne silnými chloridmi (slaná voda, slabá morská voda); PREN 30-40 si poradí s agresívnymi chloridmi (ponorenie do morskej vody, teplý soľný roztok); PREN nad 40 sa vyžaduje pre náročnú prevádzku (horúca morská voda, bielidlo, kyslé chloridy). Všimnite si, kam klesajú 316L a 317L: 316L sa nachádza blízko spodnej časti „umierneného“ pásma, zatiaľ čo 317L dosahuje jeho vrchol – zmysluplný krok nahor, aj keď stále pod skutočnými zliatinami s morskou vodou.

Odolnosť proti korózii

V prostrediach-obsahujúcich chloridy je 317L rozhodne odolnejší voči jamkovej a štrbinovej korózii ako 316L. Kritická bodová teplota (CPT) 317L je približne 25-35 stupňov oproti 15-20 stupňov pre 316L – čo znamená, že 317L dokáže tolerovať chloridové roztoky o 10-15 stupňov teplejšie, než začne pitting. V prípade štrbinovej korózie je medzera podobná: 317L prežije v chloridových podmienkach, ktoré by rýchlo korodovali 316L, najmä pod tesneniami, usadeninami a spojovacími prvkami.

Bodová korózia je lokalizovaný útok, ktorý vytvára malé, hlboké diery na inak hladkom povrchu. Štrbinová korózia je jej blízkym príbuzným: útok, ku ktorému dochádza v tesných medzerách - pod tesneniami, podložkami, hlavami skrutiek, rozstrekom zo zvarov, morským porastom alebo nahromadenými usadeninami -, kde prostredie stagnuje, dochádza k vyčerpaniu-kyslíka a okysleniu. Štrbinová korózia je vo všeobecnosti agresívnejšia ako jamková korózia, pretože geometria štrbiny zachytáva chloridy a kyseliny a zároveň vylučuje kyslík potrebný na opravu ochranného filmu.

Oba spôsoby porušenia sú charakterizované kritickou teplotou: pod CPT (kritická bodová teplota) alebo CCT (kritická štrbinová teplota) zliatina odoláva napadnutiu; nad ním sa iniciuje a šíri útok. Tieto teploty sa merajú štandardizovanými testami (ASTM G48) v roztoku chloridu železitého. CPT 316L je zvyčajne okolo 15-20 stupňov, zatiaľ čo 317L testuje okolo 25-35 stupňov. Tento rozdiel 10-15 stupňov je v praxi veľmi významný: je to rozdiel medzi výmenníkom tepla, ktorý prežije tropickú morskú vodu, a výmenníkom, ktorý sa rozpadne v priebehu niekoľkých mesiacov.

Kyselina sírová a fosforečná - Ďalšia výhoda 317L

Okrem bodovej korózie má 317L vyššiu výkonnosť ako 316L aj v redukujúcich kyselinách -, najmä v kyseline sírovej a fosforečnej -, pretože jej vyšší obsah molybdénu, chrómu a niklu zlepšuje odolnosť voči redukčným (-vyhladovaným kyslíkom) podmienkam, ktoré sa nachádzajú vo vnútri týchto kyselín. To je dôvod, prečo je 317L tradičným materiálom pre odparovače kyseliny fosforečnej, spracovanie mastných kyselín a manipuláciu s kyselinou sírovou v chemickom a potravinárskom priemysle.

Toto je dôležitý bod, ktorý mnohí inžinieri prehliadajú: 317L nie je len „odolnejší proti jamkám-316L“ -, ale je aj odolnejší voči určitým kyselinám. Kyselina sírová (H₂SO₄) a kyselina fosforečná (H₃PO₄) sú redukujúce kyseliny, čo znamená, že napádajú kov, kde je nedostatok kyslíka - vo vnútri samotnej kyseliny -, a nie na povrchu bohatom na kyslík-. Vyšší obsah chrómu (18-20%), molybdénu (3-4%) a niklu (11-15%) v 317L mu dáva lepšiu odolnosť voči týmto redukčným podmienkam ako 316L.

Klasickým príkladom je produkcia a odparovanie kyseliny fosforečnej. Kyselina fosforečná mokrým{1}}procesom obsahuje chloridy a fluoridy, ktoré by premenili 316L, takže 317L je štandardným materiálom pre rúrky výparníka, ohrievače a čerpadlá v tejto službe. Podobne pri spracovaní mastných kyselín (jedlé oleje, mydlá, čistiace prostriedky) 317L odoláva horúcim kyslým podmienkam lepšie ako 316L. Ak vaša aplikácia zahŕňa kyselinu sírovú alebo fosforečnú - aj v miernych koncentráciách, - 317L je bezpečnejšou voľbou.

Všeobecná korózia

Pre všeobecnú (rovnomernú) koróziu v ne-chloridových,{1}}nekyslých prostrediach - atmosférická expozícia, sladká voda, mierne organické kyseliny v potravinách - 316L a 317L fungujú v podstate identicky, pretože všeobecná odolnosť proti korózii sa riadi hlavne obsahom chrómu, ktorý je v oboch stupňoch blízky. Prémiová cena za 317L vám v týchto miernych prostrediach nič nekúpi, a preto 316L zostáva ekonomickým východiskom pre všeobecné-korozívne služby.

Toto je rozhodujúci protipól k výhode 317L: nie je všeobecne lepší. V prostrediach bez chloridov alebo redukčných kyselín sa nadbytočný molybdén v 317L míňa a vy platíte o 15-30 % viac za odolnosť proti korózii, ktorú nikdy nepoužijete. Pre spracovanie potravín bez soľanky, farmaceutického vybavenia, architektonických aplikácií a všeobecnej manipulácie s chemikáliami bez obsahu chloridov je 316L správnou a ekonomickou voľbou. Zručnosť vo výbere materiálu je vedieť, kedy je hrozba chloridov alebo kyselín dostatočne reálna na to, aby ospravedlnila modernizáciu 317L.

Mechanické vlastnosti

317L je o niečo pevnejší ako 316L pri izbovej teplote: jeho minimálna pevnosť v ťahu je 515 MPa (75 ksi) oproti 485 MPa (70 ksi) pre 316L a jeho minimálna medza klzu je 205 MPa (30 ksi) oproti 170 MPa (25 ksi). Táto 6-20% výhoda pevnosti pochádza z vyššieho obsahu chrómu, molybdénu a dusíka – je to však malý faktor, nie dôvod na výber 317L. Rozhodnutie použiť 317L je riadené odolnosťou proti korózii, nie silou.

Tvarovateľnosť a spracovateľnosť

Oba druhy sú plne austenitické a vysoko tvarovateľné, zvárateľné a tvárne. 317L je o niečo náročnejšie na prácu za studena-než 316L kvôli vyššiemu obsahu zliatiny (pracuje-o niečo rýchlejšie), ale v praxi je rozdiel malý. Na obrábanie sú obe triedy podobné, aj keď vyšší obsah zliatiny 317L mierne znižuje obrobiteľnosť. Žiadna trieda nie je vytvrditeľná tepelným spracovaním -, vytvrdzujú sa iba prácou za studena.

Praktická poznámka pre výrobcov: pretože 317L obsahuje viac molybdénu, chrómu a niklu, vytvrdzuje-o niečo rýchlejšie ako 316L počas tvárnenia za studena a obrábania. To znamená o niečo častejšiu výmenu nástrojov a môže byť potrebný o niečo väčší polomer ohybu. Avšak pre drvivú väčšinu aplikácií - rúry, tvarovky, príruby, dosky a plechy - 317L sa vyrábajú v podstate rovnako ľahko ako 316L pomocou štandardných postupov z nehrdzavejúcej ocele.

[Zdroj] ASTM A240/A240M - Štandardná špecifikácia pre chróm a chróm-niklové dosky, plechy a pásy z nehrdzavejúcej ocele.

Zváranie - Oboje zvára čisto, ale zhoduje sa s prídavným materiálom

316L aj 317L sú triedy L-s obsahom uhlíka menším alebo rovným 0,03 %, takže sa zvárajú čisto bez tepelného spracovania po-zváraní a odolávajú senzibilizácii v-zvarenom stave. Kľúčovým pravidlom je výber prídavného kovu: pre spoj 317L použite výplň ER317L (AWS A5.9), aby sa zvarový kov zhodoval s vyšším obsahom molybdénu v základnom kove. Použitie plniva 316L v spoji 317L vytvára spodnú-zónu zvaru PREN -, čo je potenciálne slabé miesto v chloridovej prevádzke.

Výplňová kovová pasca

Pri zváraní 317L - alebo spájaní 316L s 317L - použite prídavný kov ER317L. Zvarový kov musí mať aspoň toľko molybdénu ako základný kov -odolnejší voči korózii. Ak zvaríte 317L s plnivom ER316L, zvarová húsenica sa stane slabým bodom korózie a pred okolitým 317L - prekoná celý účel špecifikácie 317L.

Toto je bežná a nákladná chyba v tejto oblasti. Výrobca zvyknutý na zváranie 316L môže automaticky siahnuť po plnive ER316L. Keď je spoj v skutočnosti 317L (alebo 316L-až-317L), nanesený zvarový kov skončí iba s ~2,5 % molybdénu, zatiaľ čo základný kov má ~3,5 %. V chloridovom prostredí sa zvarová húsenica - s nižším PREN - stáva prvým miestom na jamkovanie. Výsledkom je zvar, ktorý zlyhá preferenčnou koróziou presne v bode, kde mal dodatočný 317L poskytnúť ochranu. Vždy špecifikujte a overte plnič ER317L pre 317L prácu.

[Zdroj] AWS A5.9/A5.9M - Špecifikácia pre elektródy a tyče na zváranie z nehrdzavejúcej ocele.

Často kladené otázky

Otázka: Aký je rozdiel medzi 316L a 317L?

Odpoveď: Rozdiel je v obsahu molybdénu a chrómu. 316L má 2 – 3 % molybdénu a 16 – 18 % chrómu; 317L má 3-4% molybdénu a 18-20% chrómu. Obidva majú menej alebo rovné 0,03 % uhlíka. Extra molybdén v 317L mu dáva zhruba o 25% väčšiu odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii v chloridovom prostredí, plus lepšiu odolnosť voči redukčným kyselinám, ako je kyselina sírová a fosforečná.

Otázka: Kedy by som mal použiť 317L namiesto 316L?

Odpoveď: Používajte 317L, keď prostredie obsahuje chloridy (morská voda, poloslaná voda, soľanka, bielidlo) alebo redukujúce kyseliny (sírová, fosforečná, mastné kyseliny), ktoré by mohli spôsobiť jamky alebo koróziu 316L. Typické aplikácie: práčky na odsírenie spalín, odparky kyseliny fosforečnej, spracovanie mastných kyselín, bielenie buničiny a papiera a výmenníky tepla morská voda/brakické produkty. Ak prostredie nemá chloridy ani redukčné kyseliny, stačí 316L a je lacnejší.

Otázka: Je 317L drahší ako 316L?

Odpoveď: Áno, 317L zvyčajne stojí o 15-30 % viac ako 316L, pretože obsahuje viac molybdénu, chrómu a niklu - všetkých drahých legujúcich prvkov. Príplatok je opodstatnený, keď zabraňuje zlyhaniu jamkovej korózie, čo by stálo oveľa viac ako modernizácia materiálu. V prostrediach bez chloridov sa prémia míňa a 316 l je lepšia hodnota.

Otázka: Čo je PREN?

Odpoveď: PREN (ekvivalentné číslo odolnosti voči bodovej korózii) je vzorec, ktorý odhaduje odolnosť voči bodovej korózii: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Čím vyššie, tým lepšie. 316L má PREN ~24-26; 317L má ~29-31. Ako približný návod, PREN nad 32 je potrebný pre morskú vodu a nad 40 pre ťažkú ​​chloridovú prevádzku. 317L pri ~30 je zmysluplný krok nad 316 l, ale stále pod skutočnými zliatinami s morskou vodou, ako sú 904L a super duplex.

Otázka: Dá sa zvárať 317L?

Odpoveď: Áno, 317L sa ľahko zvára a podobne ako 316L nevyžaduje žiadne tepelné spracovanie po zváraní, pretože obsahuje menej alebo 0,03 % uhlíka. Kľúčovým pravidlom je použitie prídavného kovu ER317L (AWS A5.9), aby sa zvarový kov zhodoval s vyšším obsahom molybdénu v základnom kove. Použitím plniva 316L v spoji 317L sa vytvorí spodná zvarová húska{10}PREN, ktorá sa v chloridovej prevádzke prehĺbi pred okolitým kovom.

Otázka: Je 317L dobré pre morskú 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 stupňov ), morská voda s vysokým-prietokom alebo štrbinové podmienky, zvážte vyššie zliatiny: 904L, 254 SMO (S31254), super duplex 2507 alebo 6Mo super austenitické. 316L sa vo všeobecnosti neodporúča na ponorenie do morskej vody, pretože sa vytvorí jamka.

Otázka: 316L vs 317L vs 904L - ako si mám vybrať?

Odpoveď: Použite 316L na všeobecnú korozívnu službu bez chloridov alebo redukčných kyselín (potraviny, farmácia, architektúra). Použite 317L pre stredne chloridové alebo redukujúce-kyseliny (brakická voda, FGD, kyselina fosforečná). Použite 904L pre agresívnu chloridovú prevádzku (ponorenie do morskej vody, horúce chloridy), kde 317L nestačí. Každý krok nahor zvyšuje odolnosť proti molybdénu a korózii, ale tiež stojí -, vyberte si najnižšiu triedu, ktorá spĺňa vaše požiadavky na koróziu.

Otázka: Ako overím, že dostávam 317L a nie 316L?

Odpoveď: Skontrolujte protokol o skúške materiálu (MTR): 317L musí vykazovať molybdén 3,00-4,00 %, chróm 18,0 – 20,0 % a nikel 11,0 – 15,0 %. Ručné XRF (PMI) dokáže rozlíšiť 317L od 316L, pretože deteguje vyšší obsah molybdénu – na rozdiel od uhlíka je molybdén detekovateľný pomocou XRF. Vďaka tomu je overenie 317L v teréne relatívne jednoduché. Požiadajte o certifikát EN 10204 Typ 3.1 na potvrdenie chémie.