Úvod
V náročnom svete-zliatín odolných voči korózii pre kované tlakové diely (príruby, fitingy, ventily) sú ASTM A182 F51 a SS316 (často označované ako kovania ASTM A182 F316). Aj keď oba ponúkajú vynikajúcu odolnosť v mnohých prostrediach, predstavujú zásadne odlišné rodiny materiálov s odlišnými vlastnosťami, výhodami a obmedzeniami.
Pochopenie kritických rozdielov medzi duplexnou nehrdzavejúcou oceľou F51 a austenitickou nehrdzavejúcou oceľou 316 je nevyhnutné pre inžinierov, špecifikátorov a odborníkov v oblasti obstarávania, aby zabezpečili optimálny výkon, bezpečnosť a-hospodárnosť.
Materiálová séria
ASTM A182 F51 (UNS S31803 / S32205):
- Séria: Duplex Stainless Steel (DSS).
- Mikroštruktúra: Charakterizovaná takmer 50/50 zmesou feritových ( ) a austenitových ( ) fáz v rozpúšťacom -žíhanom stave. Táto dvojfázová-štruktúra je kľúčom k jej jedinečným vlastnostiam.
- Kľúčové legujúce prvky: Vyšší chróm (Cr: 21-23 %), molybdén (Mo: 2,5-3,5 %) a dusík (N: 0,08-0,20 %) v porovnaní s 316. Nižší nikel (Ni: 4,5-6,5 %).
SS316 / ASTM A182 F316 (UNS S31600):
- Séria: Austenitická nehrdzavejúca oceľ.
- Mikroštruktúra: V prvom rade pozostáva z jedinej austenitickej ( ) fázy v rozpúšťacom-žíhaní. Táto štruktúra poskytuje vynikajúcu húževnatosť a tvarovateľnosť.
- Kľúčové legujúce prvky: chróm (Cr: 16-18 %), nikel (Ni: 10-14 %), molybdén (Mo: 2-3 %). Obsah dusíka je zvyčajne nižší (<0.10%).
Porovnanie vlastností: F51 vs SS316/F316
|
Nehnuteľnosť |
ASTM A182 F51 (Duplex) |
ASTM A182 F316 (austenitické) |
Výhoda |
|
Medza klzu (0,2 % offset) |
~65 ksi (450 MPa) min |
~30 ksi (205 MPa) min |
F51 (2x vyššia) |
|
Pevnosť v ťahu |
~90 ksi (620 MPa) min |
~75 ksi (515 MPa) min |
F51 |
|
Tvrdosť (typická HB) |
~290 HB |
~170 HB |
F51 |
|
Predĺženie (%) |
~25% min |
~30% min |
F316 |
|
Nárazová húževnatosť (kryogénna) |
Dobré až do ~-50 stupňov (-58 stupňov F) |
Vynikajúce až po veľmi nízke kryogénne teploty |
F316 |
|
Tepelná expanzia |
Nižšia (≈ 13 µm/m· stupeň) |
Vyššie (≈ 18 µm/m· stupeň) |
F51 |
|
Tepelná vodivosť |
Vyššie |
Nižšia |
F51 |
|
Magnetická odozva |
Feromagnetické (kvôli feritu) |
V podstate ne-magnetické (žíhané) |
F316 |
|
Výroba (zváranie) |
Zložitejšie: Vyžaduje si prísnu kontrolu vstupu tepla, ochranný plyn (často je potrebné pridať N2), úvahy o tepelnom spracovaní pred a po-zváraní. Vyžaduje sa vyššia úroveň zručností. |
Relatívne jednoduchšie: Dobre-zavedené postupy. Širšie okno parametrov. Menej náchylné na problémy so zvarovým kovom. |
F316 |
|
Cena (materiál) |
Vyššie: Vďaka vyššiemu obsahu Cr, Mo, N a zložitejšiemu spracovaniu. |
Nižšia |
F316 |
Porovnanie odolnosti proti korózii
|
Prostredie / Typ útoku |
ASTM A182 F51 (Duplex) |
ASTM A182 F316 (austenitické) |
Výhoda |
Poznámky |
|
Všeobecná korózia (kyseliny) |
Výborne |
Veľmi dobré |
Podobné |
Obidva odolávajú širokému spektru zriedených organických/anorganických kyselín. |
|
Bodová korózia (PREN) |
PREN ≈ 34-40 |
PREN ≈ 24-26 |
F51 (významné) |
PREN=%Cr + 3.3x%Mo + 16x%N. Vyššie PREN znamená lepšiu odolnosť proti pittingu. |
|
Štrbinová korózia |
Špičkový odpor |
Dobrý odpor |
F51 |
Duplexná štruktúra F51 a vyšší PREN vynikajú v tesných štrbinách. |
|
Chloridové stresové korózne praskanie (SCC) |
Vynikajúca odolnosť |
Náchylné |
F51 (hlavný) |
Duplexná štruktúra F51 prirodzene odoláva chloridovému SCC. F316 je zraniteľný nad ~60 stupňov (140 stupňov F), najmä pod napätím alebo s prítomnými chloridmi. |
|
Krakovanie sulfidového stresu (SSC) |
Dobré až vynikajúce (v súlade s NACE MR0175) |
Obmedzené |
F51 (hlavný) |
F51 je široko používaný v kyslých (H2S-obsahujúcich) ropných a plynových službách podľa NACE MR0175/ISO 15156. F316 má nízke prahové limity alebo nemusí byť prijateľné. |
|
Únava z korózie |
Vyššia pevnosť ponúka výhodu |
Dobre |
F51 |
Vyššia medza klzu F51 vo všeobecnosti poskytuje lepšiu odolnosť proti koróznej únave. |
|
Odolnosť proti oxidácii |
Veľmi dobré |
Veľmi dobré |
Podobné |
Obidva fungujú dobre pri zvýšených teplotách v oxidačných atmosférach. |
Súhrn kľúčových výhod
ASTM A182 F51 (Duplex):
- Výrazne vyššia pevnosť: Umožňuje úsporu hmotnosti (tenšie steny) alebo vyšší tlak v komponentoch.
- Vynikajúca odolnosť proti jamkovej a štrbinovej korózii: Mimoriadne dôležitá v prostrediach- obsahujúcich chloridy (morská voda, bielidlá, chemické spracovanie).
- Vynikajúca odolnosť proti koróznemu praskaniu chloridom (SCC): Hlavné obmedzenie štandardných austenitík, ako je 316.
- Dobrá odolnosť proti praskaniu sulfidovým stresom (SSC): Kvalifikácia pre aplikácie kyslých služieb (NACE MR0175/ISO 15156).
- Nižšia tepelná rozťažnosť: Znižuje tepelné namáhanie v systémoch s kolísaním teploty.
- Vyššia tepelná vodivosť: Môže byť prospešná pri aplikáciách prenosu tepla.
ASTM A182 F316 (austenitické):
- Nižšie náklady: Ekonomickejší základný materiál.
- Jednoduchšia výroba a zváranie: Zhovievavejšie procesy, širšia dostupnosť zváracej expertízy a spotrebného materiálu.
- Vynikajúca ťažnosť a húževnatosť: Najmä pri kryogénnych teplotách.
- Vynikajúca tvarovateľnosť: Vhodnejšie pre zložité tvary vyžadujúce značné spracovanie za studena.
- Ne{0}}magnetické: Nevyhnutné pre určité elektrické aplikácie alebo aplikácie MRI.
- Osvedčený rekord: Rozsiahla história a znalosť v nespočetných odvetviach.
Kritické úvahy pri výbere
1.Korozívne prostredie: Je chloridový SCC hlavným rizikom? Sú prítomné vysoké hladiny chloridov, H2S alebo iných špecifických žieravín? F51 tu exceluje.
2. Mechanické zaťaženie: Vyžaduje aplikácia vysokú pevnosť na zníženie hmotnosti/hrúbky steny alebo na zvládnutie vysokých tlakov? F51 ponúka významné výhody.
3. Teplota:
- Kryogénne: F316 je lepší pod -50 stupňov (-58 stupňov F).
- Zvýšené: Obidve sú použiteľné, ale F51 má nižší maximálny limit nepretržitej prevádzkovej teploty (zvyčajne ~300 stupňov / 572 stupňov F) v porovnaní s F316 (~425 stupňov / 797 stupňov F v prerušovanej prevádzke) kvôli riziku skrehnutia v dôsledku zrážania sekundárnej fázy. F316 ponúka lepšiu odolnosť proti tečeniu pri trvalo vysokých teplotách.
- Výroba a zváranie: Dokáže výrobný závod spoľahlivo zvládnuť prísnejšie požiadavky na zváranie a tepelné spracovanie F51? Sú náklady hlavným hnacím motorom uprednostňujúcim jednoduchšiu výrobu F316?
4. Magnetické požiadavky: Ak sú nevyhnutné nemagnetické vlastnosti, F316 je tou správnou voľbou.
5. Kódexy a normy: Zabezpečte súlad s príslušnými priemyselnými predpismi (ASME B31.3, ASME BPVC, NACE MR0175). F51 je výslovne uvedené v NACE MR0175 pre kyslé služby; F316 má vážne obmedzenia.
Záver
Výber medziASTM A182 F51 a SS316 (A182 F316)nie je o hľadaní univerzálneho „lepšieho“ materiálu, ale o výbere optimálnej zliatiny pre špecifické požiadavky aplikácie.
- Špecifikujte ASTM A182 F51 (Duplex), keď je najvyššou prioritou odolnosť voči agresívnej korózii (najmä chloridová jamková korózia, štrbinová korózia a SCC), manipulácia s kyslou prevádzkou (H2S), dosiahnutie výrazných úspor hmotnosti vďaka vysokej pevnosti alebo riadenie tepelnej rozťažnosti je rozhodujúce. Buďte pripravení na vyššie náklady na materiál a zložitejšie požiadavky na výrobu.
- Špecifikujte ASTM A182 F316 (Austenitic), keď sú hlavnými faktormi nákladová-efektívnosť, jednoduchosť výroby a zvárania, osvedčený výkon v menej náročných prostrediach, vynikajúca kryogénna húževnatosť, ne-magnetické vlastnosti alebo pevnosť pri tečení pri vyšších teplotách. Potvrďte jeho náchylnosť na chloridový SCC nad miernymi teplotami/napätím.
