Diferențele dintre oțelurile inoxidabile din seria 300
Oțelurile inoxidabile austenitice din seria 300 sunt un set de aliaje de crom-nichel pe bază de fier, concepute pentru a rezista la coroziune. Acest lucru, în combinație cu formabilitatea excelentă, rezistența la uzură și rezistența la temperatură, le fac materiale comune de construcție în sistemele de conducte.
Diferențele dintre aliaje sunt mici, dar deliberate. Deși pot fi folosite interschimbabil în multe aplicații, uneori există o soluție ideală. Înlocuirile în astfel de situații ar putea însemna o durată de viață compromisă.
Rezistență la coroziune
Deoarece rezistența la coroziune este unul dintre motivele principale pentru care utilizatorii finali optează pentru furtun metalic, mediile de aplicare ghidează de obicei selecția aliajelor. 304 este adesea folosit deoarece este cea mai rentabilă opțiune, deși 321 și în special 316 oferă o rezistență mai bună la coroziune. Din acest motiv, majoritatea furtunurilor Penflex sunt fabricate folosind 321 sau 316L.
Impletitura este de obicei 304L, deoarece nu va fi în contact cu mediul de curgere, deși 316L este o opțiune dacă aplicarea este într-un mediu corosiv, cum ar fi în, pe sau lângă ocean, sau dacă exteriorul furtunului va fi supus la coroziune. media prin picurare, pulverizare, scurgere etc.
Pentru aplicații deosebit de corozive, proprietăți superioare de rezistență la coroziune pot fi găsite printre aliajele cu nichel mai ridicat, cum ar fi Monel® 400 și Hastelloy® C276.
Oțeluri inoxidabile seria 300: compoziție chimică
Graficul de mai jos arată compoziția chimică a celor mai comune oțeluri inoxidabile din seria 300 utilizate în industria furtunurilor metalice. Cifrele unice semnifică procentul maxim permis conform cerințelor ASTM 240.
| 304 | 304L | 316 | 316L | 321 | |
| Crom | 18% – 20% | 18% – 20% | 16% – 18% | 16% – 18% | 17% – 19% |
| Nichel | 8% – 10.5% | 8% – 12% | 10% – 14% | 10% – 14% | 9% – 12% |
| Molibden | 2% – 3% | 2% – 3% | |||
| Carbon | 0.08% | 0.03% | 0.08% | 0.03% | 0.08% |
| Mangan | 2% | 2% | 2% | 2% | 2% |
| Fosfor | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% |
| Sulf | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% |
| Siliciu | .75% | .75% | .75% | .75% | .75% |
| Titan | 5 x (C + N) min – .70% | ||||
| Azot | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% |
| Fier | Echilibru | Echilibru | Echilibru | Echilibru | Echilibru |
304 este considerată linia de bază atunci când vine vorba de rezistența la coroziune. Diverse componente de aliere au fost adăugate la gradele 321 și 316 pentru a crește rezistența la coroziune.
În cazul 304L și 316L, carbonul a fost scos. „L” înseamnă „low carbon”. Aliajele cu carbon mai scăzut sunt mai puțin susceptibile la precipitarea carburilor în zona afectată de căldură (HAZ) decât omologii lor de tip standard.
Cromul și carbonul se pot amesteca sub căldura sudării pentru a crea carburi de crom la granițele granulelor. Această reacție epuizează stratul de crom care conferă oțelului inoxidabil proprietățile sale rezistente la coroziune, făcând în cele din urmă HAZ o țintă pentru atacul chimic. O modalitate de a combate precipitarea carburilor este reducerea cantității de carbon din materialul de bază.
O altă modalitate mai eficientă este să adăugați titan la metal, așa cum este cazul cu 321. Cu Tipul 321, mai degrabă decât să fie atras de crom, carbonul este atras de titan. Acest lucru ajută la asigurarea că stratul pasiv de crom rămâne intact.
Atât cu 316L, cât și cu 321, procesele de curățare post-sudare pot elimina coroziunea din cauza precipitațiilor reziduale de carbură.
Rezistență la coroziune prin pitting
Molibdenul este adăugat la gradele 316 pentru a crește rezistența la coroziune prin pitting, în special în prezența clorurilor. Pentru a ajuta la alegerea unui aliaj adecvat, a fost dezvoltată o ecuație bazată pe compoziția chimică. PREN, sau numărul echivalent al rezistenței la pitting, este o modalitate teoretică de a compara rezistența la coroziune la pitting între diferite aliaje.
| Aliaj | PREN |
| 304, 304L, 309, 310, 321 | 18.0 – 20.0 |
| 316, 316L | 22.6 – 27.9 |
| 317, 317L | 27.9 – 33.2 |
| AL-6XN | 39.8 – 45.1 |
| Inconel® 625 | 46.4 – 56.0 |
| Hastelloy® C-276 | 64.0 – 73.8 |
Luarea măsurilor de precauție pentru a se asigura că HAZ seamănă mai mult cu materialele de bază în ceea ce privește rezistența la coroziune și planificarea pentru coroziune prin pitting este importantă dacă rezistența la coroziune este o prioritate. În aplicațiile în care coroziunea nu este o problemă, oricare dintre aliajele din seria 300 va oferi probabil rezultate similare.
Ratele de coroziune între oțelurile inoxidabile din seria 300
O altă modalitate de a demonstra nivelurile diferite de rezistență la coroziune între aceste aliaje este de a lua în considerare ratele așteptate de coroziune. Ratele variază de la un produs chimic la altul și sunt ilustrate în diagrama de rezistență la coroziune a Penflex. Dacă ne gândim la cât de mult metal va fi uzat în fiecare an, diferența dintre capacitățile de rezistență la coroziune poate fi văzută mai ușor.
Și când vine vorba de rezistența la coroziune, nu doar aliajul trebuie luat în considerare, ci și grosimea peretelui aliajului. Am adunat un alt buletin pentru a aborda în mod special acest subiect.
Factori de derating la temperaturi ridicate
Niciun alt material nu își poate menține proprietățile printr-o diferență de temperatură atât de mare precum metalul. Orice lucru sub 0 grade F va necesita probabil metal, așa că aplicațiile criogenice sunt un caz de utilizare obișnuit pentru furtunul metalic. Unele dintre proprietățile mecanice ale oțelului inoxidabil austenitic cresc de fapt la temperaturi scăzute! Orice lucru peste aproximativ 400 de grade F va necesita, de asemenea, metal, astfel încât aplicațiile cu abur supersaturat sau cele din fabrici de oțel sau cuptoare sunt, de asemenea, scenarii probabile pentru furtun metalic.
Este important să ne amintim că odată cu creșterea temperaturilor vine o reducere a presiunii nominale și există unele diferențe între acești factori între oțelurile inoxidabile obișnuite din seria 300. Factorii de derating se bazează pe aliajul de împletitură.
| Temperatura grad F | 304/304L | 316/316L | 321 |
| 70 | 1 | 1 | 1 |
| 150 | 0.95 | 0.93 | 0.97 |
| 200 | 0.91 | 0.89 | 0.94 |
| 250 | 0.88 | 0.86 | 0.92 |
| 300 | 0.85 | 0.83 | 0.88 |
| 350 | 0.81 | 0.81 | 0.86 |
| 400 | 0.78 | 0.78 | 0.83 |
| 450 | 0.77 | 0.78 | 0.81 |
| 500 | 0.77 | 0.77 | 0.78 |
| 600 | 0.76 | 0.76 | 0.77 |
| 700 | 0.74 | 0.76 | 0.76 |
| 800 | 0.73 | 0.75 | 0.68 |
| 900 | 0.68 | 0.74 | 0.62 |
| 1000 | 0.6 | 0.73 | 0.6 |
| 1100 | 0.58 | 0.67 | 0.58 |
| 1200 | 0.53 | 0.61 | 0.53 |
| 1300 | 0.44 | 0.55 | 0.46 |
| 1400 | 0.35 | 0.48 | 0.42 |
| 1500 | 0.26 | 0.39 | 0.37 |
Factorii de reducere a temperaturii pentru 321 și 304 sunt mai mari decât 316 până la aproximativ 700 de grade F și apoi invers este adevărat, 316 având factorii de reducere mai mari decât 321 și 304. Cu cât este mai mare factorul de reducere, cu atât valorile de presiune vor rămâne mai mari.
De exemplu, pentru a calcula presiunea maximă de lucru pentru un furtun ondulat din oțel inoxidabil 321 din seria P4 de ¾" cu un strat de împletitură 304L care va funcționa la 800 de grade F, înmulțiți presiunea de lucru (940 PSIG) cu factorul de reducere adecvat (0,73) .
Presiunea de lucru pentru furtun la 800 de grade F este de 686 PSIG.
Penflex și-a dezvoltat factorii de derating după ce a colectat date brute privind rezistența la tracțiune la temperaturi ridicate de la furnizorii importanți de materiale și a luat cele mai scăzute valori din fiecare categorie pentru diferitele aliaje. Din acest motiv, aceștia pot fi mai conservatori decât factorii de derating publicati de NAHAD sau ISO 10380.
Este important să rețineți că temperatura maximă de lucru a fitingurilor de capăt și metoda lor de atașare trebuie, de asemenea, luată în considerare atunci când lucrați cu temperaturi de funcționare crescute.
Pentru temperaturi de aplicare peste 1000 de grade F, recomandăm adesea Inconel® 625.
Luând în considerare întreaga aplicație
După cum s-a menționat mai sus, în multe aplicații înlocuirea aliajului de furtun va avea un impact redus asupra performanței furtunului. Cu toate acestea, atunci când temperaturile cresc, presiunile cresc sau furtunurile circulă frecvent, trebuie să acordăm mai multă atenție.
Impactul temperaturii, presiunii și mișcării poate fi agravat, ducând la coroziune mai devreme decât era anticipat, dacă mediul de aplicare ar fi fost singurul factor în calculele noastre de coroziune. În timp ce diferențele dintre oțelurile inoxidabile din seria 300 pot părea mici, putem începe să vedem cât de repede ar putea deveni mărite.
