Oțel inoxidabil 317L vs 316L: când molibdenul suplimentar face diferența în ceea ce privește rezistența la sâmburi

otel 316Leste cel mai utilizat oțel inoxidabil în serviciul coroziv și din motive întemeiate: se sudează ușor, rezistă la coroziune generală și costă mai puțin decât majoritatea aliajelor superioare. Dar există un mod de defecțiune în care 316L îi permite inginerilor să reducă - coroziunea în mediu cu clorură-. Apa de mare, apa de răcire salmatră, sarea rutieră, saramură de proces și chiar umiditatea de coastă pot face ca 316L să dezvolte gropi mici și adânci care traversează peretele metalic și provoacă scurgeri - adesea fără avertisment vizibil.

317L exista exact pentru aceasta situatie. Întreaga diferență dintre 316L și 317L se rezumă la un singur element: molibden. 316L conține 2-3% molibden; 317L conține 3-4%. Acel 1% molibden în plus, combinat cu puțin mai mult crom (18-20% față de 16-18%), crește rezistența la pitting a aliajului cu aproximativ 25% - suficient pentru a însemna diferența dintre un schimbător de căldură care durează 3 ani și unul care durează 15. "L" în ambele grade înseamnă "mai puțin carbon decât 0,03" sau egal cu "mai puțin carbon decât 0,03" curat, fără sensibilizare.

Dacă componenta dvs. 316L va vedea ioni de clorură (Cl⁻) - în special cloruri calde sau acide - și pitting este modul de defecțiune pentru care vă faceți griji, treceți la 317L. Prima de cost de 15-30% vă asigură cu aproximativ 25% mai multă rezistență la pitting, ceea ce reprezintă o asigurare ieftină împotriva unei defecțiuni de clorură. Dacă mediul nu are cloruri, 316L este de obicei suficient și mai economic. Pe scurt: 316L este implicit, 317L este upgrade-ul de clorură.

Compoziție chimică

316L și 317L au aceeași bază austenitică și aceeași carbon ultra-(mai puțin sau egal cu 0,03%), dar diferă în trei elemente de aliere: molibden (2-3% vs 3-4%), crom (16-18% vs 18-20% vs 18-20% (%) și 0-1-14% nichel (%) Molibdenul suplimentar este diferența decisivă - este elementul care rezistă la coroziune cu sâmburi și fisuri în medii cu clorură. Orice altceva despre cele două clase este în esență același.

Ambele clase aparțin familiei de oțel inoxidabil austenitic din seria 300-și poartă sufixul „L”, adică „Low Carbon” (mai puțin sau egal cu 0,03%) pentru rezistență maximă la sensibilizarea sudurii. Molibdenul este elementul de aliere definitoriu care separă familia 316/317 de simplu 304. În 316L, molibdenul variază de la 2% la 3%. În 317L, variază de la 3% la 4%. Acesta este un salt semnificativ: molibdenul este scump și puternic, iar trecerea de la ~2,5% la ~3,5% molibden este ceea ce transformă 316L într-un aliaj "de calitate marină".

De ce molibdenul rezistă la pitting - Știința în limbaj simplu

Molibdenul rezistă la sâmburi deoarece face filmul protector de oxid de crom de pe suprafața oțelului mai puternic și mai auto{0}}reparabil. Când un ion de clorură atacă un punct slab al peliculei, molibdenul din aliaj reacţionează cu apa pentru a forma molibdaţi, care re-peticizează filmul deteriorat. Mai mult molibden=mai rapid și mai complet auto-reparare=mai puține gropi care se transformă în scurgeri. Acesta este motivul pentru care rezistența la stropire a oțelului inoxidabil crește aproape direct cu conținutul de molibden.

Oțelul inoxidabil rezistă la coroziune datorită unei pelicule invizibile de oxid de crom (Cr₂O₃), care se formează pe suprafața sa în prezența oxigenului. Acest film are o grosime de doar câțiva nanometri - de mii de ori mai subțire decât un păr uman -, dar este ceea ce face ca oțelul inoxidabil să fie „inoxidabil”. Problema este că ionii de clorură sunt-spărgătoare agresive de peliculă. Un ion de clorură poate străpunge pelicula de oxid la un punct slab microscopic (o incluziune de sulfură, o zgârietură, o limită de granule) și poate ataca metalul gol de dedesubt.

Odată ce pornește o groapă, aceasta se-acceleră automată: interiorul gropii devine acid și-fometat de oxigen, ceea ce împiedică re-formarea peliculei, în timp ce metalul din jur rămâne pasiv. Aceasta creează o celulă galvanică minusculă - o baterie în miniatură - în care interiorul gropii este anodul (corodează rapid), iar suprafața înconjurătoare este catodul (protejat). Rezultatul este o gaură îngustă și adâncă, care poate traversa întreaga grosime a peretelui, în timp ce restul suprafeței pare neatinsă. Sâmbiturile sunt periculoase tocmai pentru că sunt localizate: o țeavă poate pierde 0,01% din greutatea sa totală din cauza coroziunii, dar se poate defecta complet dintr-o singură groapă de perete-.

Molibdenul întrerupe acest proces. Molibdenul din aliaj se dizolvă în soluția de groapă și ajută la re-pasivizarea suprafeței metalice, formând compuși de molibdat care blochează atacul și permit re-formarea peliculei de oxid. Molibdenul mai mare înseamnă că aliajul poate repara deteriorarea filmului mai repede decât o pot rupe clorurile. Acesta este motivul pentru care 317L, cu ~3,5% molibden, rezistă semnificativ mai bine la pitting decât 316L cu ~2,5%.

PREN - Numărul care cuantifică rezistența la pitting

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) este modalitatea standard de clasificare a oțelurilor inoxidabile pentru rezistența la picking: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L are un PREN de aproximativ 24-26; 317L are un PREN de aproximativ 29-31. Acel decalaj de 5 puncte reprezintă o îmbunătățire reală, măsurabilă a rezistenței la pitting clorură - și se datorează aproape în totalitate molibdenului suplimentar de 1%.

Formula PREN este un instrument de screening rapid, nu o garanție. Vă spune, într-un singur număr, dacă o notă este un candidat rezonabil pentru un anumit mediu de clorură. Ca regulă generală: PREN sub 20 este nepotrivit pentru orice expunere semnificativă la clorură; PREN 20-30 se ocupă de cloruri ușoare până la moderate (apă salmară, stropire ușoară de apă de mare); PREN 30-40 tratează clorurile agresive (imersie în apă de mare, saramură caldă); PREN peste 40 este necesar pentru servicii severe (apă de mare fierbinte, înălbitor, cloruri acide). Observați unde cad 316L și 317L: 316L se află lângă partea de jos a benzii „moderate”, în timp ce 317L ajunge în partea de sus a acesteia - un pas semnificativ în sus, deși încă sub aliajele adevărate de calitate pentru apă de mare.

Rezistenta la coroziune

În mediile care conțin-clorură, 317L este decisiv mai rezistent la coroziune cu sâmburi și fisuri decât 316L. Temperatura critică de pitting (CPT) de 317L este de aproximativ 25-35 grade , față de 15-20 de grade pentru 316L - ceea ce înseamnă că 317L poate tolera soluțiile de clorură cu 10-15 grade mai calde înainte de începerea pisării. Pentru coroziunea în crăpături, decalajul este similar: 317L supraviețuiește în condiții de clorură care ar coroda rapid 316L, în special sub garnituri, depozite și elemente de fixare.

Coroziunea prin pitting este atacul localizat care produce găuri mici și adânci pe o suprafață altfel netedă. Coroziunea în crăpături este verișoara sa apropiată: atacul care are loc în golurile strânse - de sub garnituri, șaibe, capete de șuruburi, stropi de sudură, creșteri marine sau depozite acumulate - unde mediul devine stagnant, oxigenul-se epuizează și se acidulează. Coroziunea în crăpături este, în general, mai agresivă decât pitting-ul, deoarece geometria fisurii captează clorurile și acizii, excluzând în același timp oxigenul necesar pentru a repara filmul protector.

Ambele moduri de defectare sunt caracterizate de o temperatură critică: sub CPT (temperatura critică de pitting) sau CCT (temperatura critică a crevei), aliajul rezistă la atac; deasupra acestuia, atacul inițiază și se propagă. Aceste temperaturi sunt măsurate prin teste standardizate (ASTM G48) într-o soluție de clorură ferică. CPT de 316L este de obicei în jur de 15-20 de grade, în timp ce 317L testează în jur de 25-35 de grade. Acea diferență de 10-15 grade este extrem de semnificativă în practică: este diferența dintre un schimbător de căldură care supraviețuiește apei de mare tropicale și unul care se scurge în câteva luni.

Acid sulfuric și fosforic - Celălalt avantaj al 317L

Dincolo de pitting, 317L depășește, de asemenea, 316L în ceea ce privește acizii reducători -, în special acidul sulfuric și fosforic -, deoarece conținutul său mai mare de molibden, crom și nichel îmbunătățește rezistența la condițiile reducătoare (lipsite de oxigen-) găsite în interiorul acestor acizi. Acesta este motivul pentru care 317L este materialul tradițional pentru evaporatoarele de acid fosforic, procesarea acizilor grași și manipularea acidului sulfuric în industria chimică și alimentară.

Acesta este un punct important pe care mulți ingineri îl trec cu vederea: 317L nu este doar un „316L mai rezistent la pitting--, ci este și mai rezistent la anumiți acizi. Acidul sulfuric (H₂SO₄) și acidul fosforic (H₃PO₄) sunt acizi reducători, ceea ce înseamnă că atacă metalul unde oxigenul este rar - în interiorul acidului însuși - mai degrabă decât la suprafața-bogătă în oxigen. Cromul mai mare (18-20%), molibdenul (3-4%) și nichelul (11-15%) din 317L îi conferă o rezistență mai bună la aceste condiții reducătoare decât 316L.

Exemplul clasic este producerea și evaporarea acidului fosforic. Acidul fosforic-procesului umed conține cloruri și fluoruri care ar putea scăpa de 316L, așa că 317L este materialul standard pentru tuburile de evaporare, încălzitoare și pompe din acest serviciu. În mod similar, în procesarea acizilor grași (uleiuri comestibile, săpunuri, detergenți), 317L rezistă la condițiile acide fierbinți mai bine decât 316L. Dacă aplicația dvs. implică acid sulfuric sau fosforic - chiar și în concentrații modeste - 317L este alegerea mai sigură.

Coroziunea generală

Pentru coroziunea generală (uniformă) în medii ne{-clorurate, expunerea la atmosferă ne{-acide -, apă dulce, acizi organici blânzi din alimente - 316L și 317L funcționează în esență identic, deoarece rezistența generală la coroziune este guvernată în principal de conținutul de crom, care este apropiat în ambele clase. Premium pentru 317L nu vă cumpără nimic în aceste medii blânde, motiv pentru care 316L rămâne implicit economic pentru serviciul coroziv de uz general-.

Acesta este contrapunctul crucial pentru avantajul 317L: nu este universal mai bun. În mediile fără cloruri sau acizi reducători, molibdenul suplimentar din 317L este irosit și plătiți cu 15-30% mai mult pentru rezistența la coroziune pe care nu o veți folosi niciodată. Pentru procesarea alimentelor fără saramură, echipamente farmaceutice, aplicații arhitecturale și manipulare generală a substanțelor chimice care nu conține cloruri, 316L este alegerea corectă și economică. Abilitatea în selecția materialelor este să știi când amenințarea cu clorură sau acid este suficient de reală pentru a justifica modernizarea 317L.

Proprietăți mecanice

317L este puțin mai puternic decât 316L la temperatura camerei: rezistența sa minimă la tracțiune este de 515 MPa (75 ksi) față de 485 MPa (70 ksi) pentru 316L, iar limita sa de curgere minimă este de 205 MPa (30 ksi) față de 170 MPa (25 ksi). Acest avantaj de rezistență de 6-20% provine din conținutul mai mare de crom, molibden și azot - dar este un factor minor, nu un motiv pentru a alege 317L. Decizia de a utiliza 317L este determinată de rezistența la coroziune, nu de rezistență.

Formabilitate și lucrabilitate

Ambele clase sunt complet austenitice și foarte formabile, sudabile și ductile. 317L este puțin mai dificil de prelucrat-la rece-decat 316L din cauza conținutului său mai mare de aliaj (funcționează-se întărește puțin mai repede), dar diferența este minoră în practică. Pentru prelucrare, ambele calități sunt similare, deși conținutul mai mare de aliaj de 317L reduce ușor prelucrabilitatea. Niciunul dintre clasele nu poate fi întărit prin tratament termic - ele sunt întărite numai prin lucru la rece.

O notă practică pentru producători: deoarece 317L conține mai mult molibden, crom și nichel, lucrul-se întărește ceva mai repede decât 316L în timpul formării și prelucrării la rece. Aceasta înseamnă că pot fi necesare schimbări ceva mai frecvente a sculei și raze de îndoire puțin mai mari. Cu toate acestea, pentru majoritatea covârșitoare a aplicațiilor - țevi, fitinguri, flanșe, plăci și tablă - 317L fabrică în esență cu aceeași ușurință ca și 316L folosind practici standard din oțel inoxidabil.

[Sursa] ASTM A240/A240M - Specificații standard pentru crom și crom-Plăci, foi și benzi din oțel inoxidabil cu nichel.

Sudarea - Ambele sudează curat, dar se potrivesc cu metalul de umplere

Atât 316L, cât și 317L sunt clase L-cu mai puțin sau egal cu 0,03% carbon, astfel încât ambele sudează curat, fără tratament termic post-sudare și rezistă la sensibilizare în stare-sudate. Regula cheie este selectarea metalului de umplutură: pentru o îmbinare 317L, utilizați material de umplutură ER317L (AWS A5.9), astfel încât metalul de sudură să se potrivească cu conținutul mai mare de molibden al metalului de bază. Utilizarea materialului de umplutură 316L într-o îmbinare 317L creează o -zonă de sudură PREN - inferioară, un potențial punct slab de pitting în serviciul cu clorură.

Capcana metalului de umplutură

Când sudați 317L - sau îmbinați 316L cu 317L -, utilizați metal de umplutură ER317L. Metalul sudat trebuie să aibă cel puțin la fel de mult molibden ca metalul de bază mai rezistent la coroziune-. Dacă sudați 317L cu material de umplutură ER316L, cordonul de sudură devine punctul slab de coroziune și se va tăia înaintea 317L din jur -, înfrângând întregul scop de a specifica 317L.

Aceasta este o greșeală comună și costisitoare în domeniu. Un producător obișnuit cu sudarea 316L poate ajunge automat la umplutura ER316L. Când îmbinarea este de fapt 317L (sau 316L-la{-317L), metalul de sudură depus ajunge să aibă doar ~2,5% molibden, în timp ce metalul de bază are ~3,5%. Într-un mediu cu clorură, cordonul de sudură - cu PREN-ul său inferior - devine primul loc în care să se pună gropi. Rezultatul este o sudură care eșuează prin coroziune preferențială exact în punctul în care 317L, contracost, trebuia să ofere protecție. Specificați și verificați întotdeauna umplutura ER317L pentru lucrul 317L.

[Sursa] AWS A5.9/A5.9M - Specificații pentru electrozi și tije de sudură din oțel inoxidabil.

Întrebări frecvente

Î: Care este diferența dintre 316L și 317L?

R: Diferența este molibden și conținutul de crom. 316L are 2-3% molibden și 16-18% crom; 317L are 3-4% molibden și 18-20% crom. Ambele au mai puțin sau egal cu 0,03% carbon. Molibdenul suplimentar din 317L îi conferă cu aproximativ 25% mai multă rezistență la coroziune cu sâmburi și fisuri în medii cu clorură, plus o rezistență mai bună la acizi reducători precum acidul sulfuric și fosforic.

Î: Când ar trebui să folosesc 317L în loc de 316L?

R: Folosiți 317L atunci când mediul conține cloruri (apă de mare, apă salmastra, saramură, înălbitor) sau acizi reducători (acizi sulfuric, fosforic, grași) care ar determina 316L să se găsească sau să corodeze. Aplicații tipice: epuratoare de desulfurare a gazelor arse, evaporatoare de acid fosforic, prelucrare a acizilor grași, albire a celulozei și hârtiei și schimbătoare de căldură cu apă de mare/salmastru. Dacă mediul nu are cloruri sau acizi reducători, 316L este suficient și mai ieftin.

Î: Este 317L mai scump decât 316L?

R: Da, 317L costă de obicei cu 15-30% mai mult decât 316L, deoarece conține mai mult molibden, crom și nichel - toate elementele de aliaj scumpe. Prima este justificată atunci când previne o eroare de coroziune prin pitting, care ar costa mult mai mult decât modernizarea materialului. În mediile fără cloruri, prima este irosită, iar 316L este valoarea mai bună.

Î: Ce este PREN?

R: PREN (Numărul echivalent al rezistenței la pitting) este o formulă care estimează rezistența la pitting: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Mai mare este mai bine. 316L are un PREN de ~24-26; 317L are ~29-31. Ca un ghid general, PREN peste 32 este necesar pentru serviciul cu apă de mare și peste 40 pentru serviciul sever cu clorură. 317L, la ~30, este un pas semnificativ peste 316 L, dar încă sub aliajele adevărate ape de mare, cum ar fi 904L și super duplex.

Î: Poate fi sudat 317L?

R: Da, 317L se sudează cu ușurință și, ca și 316L, nu necesită tratament termic post-sudare din cauza conținutului de carbon mai mic sau egal cu 0,03%. Regula cheie este utilizarea metalului de umplutură ER317L (AWS A5.9), astfel încât metalul de sudură să se potrivească cu conținutul mai mare de molibden al metalului de bază. Folosirea materialului de umplutură 316L într-o îmbinare de 317L creează un cordon de sudură-PREN inferior, care se va pune înaintea metalului din jur în timpul serviciului de clorură.

Î: Este 317L bun pentru apa de mare?

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 de grade), apă de mare cu debit mare-sau condiții cu crăpături, luați în considerare aliaje mai mari: 904L, 254 SMO (S31254), super duplex 2507 sau 6Mo super austenitice. 316L nu este, în general, recomandat pentru imersarea în apă de mare, deoarece se va gropi.

Î: 316L vs 317L vs 904L - cum aleg?

R: Utilizați 316L pentru servicii corozive generale fără cloruri sau acizi reducători (alimentare, farmaceutice, arhitecturale). Utilizați 317L pentru un serviciu moderat de clorură sau de acid-reducător (apă salmastra, FGD, acid fosforic). Utilizați 904L pentru servicii agresive cu clorură (imersie în apă de mare, cloruri fierbinți) unde 317L nu este suficient. Fiecare pas în sus adaugă molibden și rezistență la coroziune, dar costă și - alegeți cel mai scăzut grad care îndeplinește cerințele dvs. de coroziune.

Î: Cum verific că primesc 317L și nu 316L?

R: Verificați raportul de testare a materialului (MTR): 317L trebuie să arate molibden 3,00-4,00%, crom 18,0-20,0% și nichel 11,0-15,0%. XRF portabil (PMI) poate distinge 317L de 316L deoarece detectează conținutul mai mare de molibden - spre deosebire de carbon, molibdenul este detectabil de XRF. Acest lucru face ca verificarea pe teren a 317L să fie relativ simplă. Solicitați un certificat EN 10204 Tip 3.1 pentru a confirma chimia.