Nerezová ocel 317L vs 316L: Když extra molybden dělá rozdíl v odolnosti proti důlkové korozi

Ocel 316Lje nejrozšířenější nerezová ocel v korozivním provozu, a to z dobrého důvodu: snadno se svařuje, odolává obecné korozi a stojí méně než většina vyšších slitin. Existuje však režim selhání, kdy 316L tiše znemožní inženýrům - důlkovou korozi v prostředích bohatých na chlorid-. Mořská voda, poloslaná chladicí voda, posypová sůl, procesní solanky a dokonce i pobřežní vlhkost mohou způsobit, že se v 316L vytvoří drobné, hluboké prohlubně, které se protnou kovovou stěnou a způsobí netěsnosti - často bez viditelného varování.

317L existuje přesně pro tuto situaci. Celý rozdíl mezi 316L a 317L spočívá v jediném prvku: molybden. 316L obsahuje 2-}3 % molybdenu; 317L obsahuje 3-4%. Toto extra 1 % molybdenu v kombinaci s o něco větším množstvím chrómu (18-20 % vs 16-18 %) zvyšuje odolnost slitiny proti důlkové korozi o zhruba 25 % – dost na to, aby to znamenalo rozdíl mezi výměníkem tepla, který vydrží 3 roky a výměníkem, který vydrží 15. „L“ v obou stupních znamená „Nízko uhlíkové“ (méně než 0,3 % čistého) senzibilizace.

Pokud vaše součástka 316L uvidí chloridové ionty (Cl⁻) -, zvláště teplé nebo kyselé chloridy -, a bodování je režim selhání, kterého se obáváte, upgradujte na 317L. Za 15-30% cenový příplatek získáte zhruba o 25 % vyšší odolnost proti důlkové korozi, což je levné pojištění proti selhání proti důlkové korozi. Pokud prostředí neobsahuje chloridy, 316L je obvykle dostačující a ekonomičtější. Stručně řečeno: 316L je výchozí, 317L je chloridový upgrade.

Chemické složení

316L a 317L sdílejí stejnou austenitickou bázi a stejný ultra-nízkouhlíkový (méně než nebo rovný 0,03 %), ale liší se ve třech legujících prvcích: molybden (2-}3 % vs 3-4 %), chrom (16-18 % vs 18-10 %) v50, a 14 nikl Rozhodujícím rozdílem je extra molybden - je to prvek, který odolává důlkové a štěrbinové korozi v chloridovém prostředí. Všechno ostatní o těchto dvou stupních je v podstatě stejné.

Obě třídy patří do rodiny austenitických nerezových ocelí řady 300{17}}a nesou příponu „L“, což znamená „Nízkouhlíkové“ (méně než nebo rovno 0,03 %) pro maximální odolnost vůči zcitlivění sváru. Molybden je definující legující prvek, který odděluje rodinu 316/317 od obyčejného 304. V 316L se molybden pohybuje od 2 % do 3 %. V 317L se pohybuje od 3 % do 4 %. Toto je významný skok: molybden je drahý a výkonný a přechod z ~2,5% na ~3,5% molybden je to, co transformuje 316L na slitinu "námořní kvality".

Proč molybden odolává pitting - Věda v prostém jazyce

Molybden odolává důlkové korozi, protože díky němu je ochranný film oxidu chrómu na ocelovém povrchu pevnější a lépe se-opravuje. Když chloridový ion napadne slabé místo ve filmu, molybden ve slitině reaguje s vodou za vzniku molybdenanů, které -napravují poškozenou vrstvu. Více molybdenu=rychleji a kompletnější samo{5}}opravy=méně důlků, které přerůstají v netěsnosti. To je důvod, proč odolnost nerezových okují proti důlkové korozi téměř přímo s obsahem molybdenu.

Nerezová ocel odolává korozi díky neviditelnému, samoregeneračnímu filmu oxidu chromitého (Cr₂O₃), který se na jejím povrchu vytváří v přítomnosti kyslíku. Tento film je jen několik nanometrů tlustý - tisíckrát tenčí než lidský vlas -, přesto je to to, co dělá nerezovou ocel „nerezovou“. Problém je v tom, že chloridové ionty jsou agresivní film-rozbíječe. Chloridový iont může prorazit oxidový film v mikroskopickém slabém místě (inkluze sulfidu, škrábnutí, hranice zrn) a napadnout holý kov pod ním.

Jakmile se důlek spustí, sám se-urychlí: vnitřek důlku se okyselí a-vyhladoví kyslík, což zabraňuje přetvoření filmu-, zatímco okolní kov zůstává pasivní. Vznikne tak malý galvanický článek - miniaturní baterie -, kde vnitřek jímky je anoda (rychle korodující) a okolní povrch je katoda (chráněná). Výsledkem je úzká, hluboká díra, která může procházet celou tloušťkou stěny, zatímco zbytek povrchu vypadá nedotčený. Důlková prohlubeň je nebezpečná právě proto, že je lokalizovaná: trubka může ztratit 0,01 % své celkové hmotnosti korozí, a přesto zcela selhat z jediné průchozí-prohlubně ve stěně.

Molybden tento proces přerušuje. Molybden ve slitině se rozpouští v jamkovém roztoku a pomáhá re-pasivovat kovový povrch, tvoří sloučeniny molybdenu, které ucpávají útok a umožňují, aby se oxidový film znovu vytvořil-. Vyšší molybden znamená, že slitina dokáže opravit poškození filmu rychleji, než jej mohou rozbít chloridy. To je důvod, proč 317L s ~3,5% molybdenu odolává důlkové korozi výrazně lépe než 316L s ~2,5%.

PREN - Číslo, které kvantifikuje odolnost proti důlkové korozi

PREN (ekvivalentní číslo odolnosti proti důlkové korozi) je standardní způsob klasifikace korozivzdorných ocelí z hlediska odolnosti proti důlkové korozi: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L má PREN přibližně 24-26; 317L má PREN přibližně 29-31. Tato 5bodová mezera představuje skutečné, měřitelné zlepšení odolnosti vůči chloridové důlkové korozi – a je téměř výhradně způsobeno dodatečným 1 % molybdenu.

Vzorec PREN je rychlý screeningový nástroj, není zárukou. Řekne vám v jediném čísle, zda je stupeň vhodným kandidátem pro dané chloridové prostředí. Obecně platí: PREN pod 20 je nevhodný pro jakoukoli smysluplnou expozici chloridům; PREN 20-30 si poradí s mírnými až středně silnými chloridy (brakická voda, slabá mořská voda); PREN 30-40 si poradí s agresivními chloridy (ponoření do mořské vody, teplé solanky); PREN nad 40 je vyžadován pro náročný provoz (horká mořská voda, bělidlo, kyselé chloridy). Všimněte si, kam spadají 316L a 317L: 316L se nachází v dolní části „umírněného“ pásma, zatímco 317L dosahuje jeho vrcholu – smysluplný krok nahoru, i když stále pod skutečnými slitinami pro mořskou vodu.

Odolnost proti korozi

V prostředí-obsahujícím chloridy je 317L rozhodně odolnější vůči důlkové a štěrbinové korozi než 316L. Kritická bodová teplota (CPT) 317L je zhruba 25-35 stupňů oproti 15-20 stupňům 316L – což znamená, že 317L snese chloridové roztoky o 10-15 stupňů teplejší, než začne důlková koroze. U štěrbinové koroze je mezera podobná: 317L přežije v chloridových podmínkách, které by rychle štěrbinově korodovaly 316L, zejména pod těsněními, usazeninami a spojovacími prvky.

Důlková koroze je lokalizované napadení, které vytváří malé, hluboké díry v jinak hladkém povrchu. Štěrbinová koroze je její blízká příbuzná: k napadení dochází v těsných mezerách - pod těsněními, podložkami, hlavami šroubů, rozstřikem ze svařování, mořským růstem nebo nahromaděnými usazeninami -, kde prostředí stagnuje, dochází- k úbytku kyslíku a okyseluje se. Štěrbinová koroze je obecně agresivnější než důlková koroze, protože geometrie štěrbiny zachycuje chloridy a kyseliny a zároveň vylučuje kyslík potřebný k opravě ochranného filmu.

Oba způsoby porušení jsou charakterizovány kritickou teplotou: pod CPT (kritická teplota důlků) nebo CCT (kritická teplota štěrbiny) slitina odolává napadení; nad ním iniciuje a šíří útok. Tyto teploty se měří standardizovanými testy (ASTM G48) v roztoku chloridu železitého. CPT 316L je typicky kolem 15-20 stupňů, zatímco 317L testuje kolem 25-35 stupňů. Tento rozdíl 10–15 stupňů je v praxi velmi významný: je to rozdíl mezi výměníkem tepla, který přežije tropickou mořskou vodu, a výměníkem, který se během měsíců potopí.

Kyselina sírová a fosforečná - Další výhoda 317L

Kromě důlkové koroze, 317L také překonává 316L v redukčních kyselinách -, zejména kyselině sírové a fosforečné -, protože její vyšší obsah molybdenu, chrómu a niklu zlepšuje odolnost vůči redukčním podmínkám (hladovění na kyslík-), které se nacházejí uvnitř těchto kyselin. To je důvod, proč je 317L tradičním materiálem pro odpařovače kyseliny fosforečné, zpracování mastných kyselin a manipulaci s kyselinou sírovou v chemickém a potravinářském průmyslu.

Toto je důležitý bod, který mnozí inženýři přehlížejí: 317L není jen „odolnější 316L- proti důlkové korozi“ -, ale je také odolnější vůči určitým kyselinám. Kyselina sírová (H₂SO₄) a kyselina fosforečná (H₃PO₄) jsou redukující kyseliny, což znamená, že napadají kov, kde je nedostatek kyslíku - uvnitř samotné kyseliny - spíše než na povrchu bohatém na kyslík-. Vyšší obsah chrómu (18-20 %), molybdenu (3-4 %) a niklu (11-15 %) v 317L mu dává lepší odolnost vůči těmto redukčním podmínkám než 316L.

Klasickým příkladem je produkce a odpařování kyseliny fosforečné. Kyselina fosforečná pro mokrý-proces obsahuje chloridy a fluoridy, které by vytvořily 316L, takže 317L je standardním materiálem pro trubice výparníku, ohřívače a čerpadla v této službě. Podobně při zpracování mastných kyselin (jedlé oleje, mýdla, detergenty) odolává 317L horkým kyselým podmínkám lépe než 316L. Pokud vaše aplikace zahrnuje kyselinu sírovou nebo fosforečnou - i v mírných koncentracích, - 317L je bezpečnější volbou.

Obecná koroze

Pro obecnou (stejnoměrnou) korozi v ne-chloridových,-kyselých prostředích - atmosférická expozice, sladká voda, mírné organické kyseliny v potravinách - 316L a 317L fungují v podstatě identicky, protože obecná odolnost proti korozi se řídí hlavně obsahem chrómu, který je u obou stupňů blízký. Prémiové za 317L vám v těchto mírných prostředích nic nekoupí, a proto 316L zůstává ekonomickým výchozím nastavením pro všeobecné-korozivní služby.

To je zásadní protipól k výhodě 317L: není univerzálně lepší. V prostředí bez chloridů nebo redukujících kyselin se přebytečný molybden v 317L vyplýtvá a vy platíte o 15-30 % více za odolnost proti korozi, kterou nikdy nepoužijete. Pro zpracování potravin bez solanky, farmaceutického vybavení, architektonických aplikací a obecné manipulace s chemikáliemi bez chloridů je 316L správnou a ekonomickou volbou. Dovednost ve výběru materiálu je vědět, kdy je hrozba chloridu nebo kyseliny dostatečně reálná, aby ospravedlnila modernizaci 317L.

Mechanické vlastnosti

317L je o něco pevnější než 316L při pokojové teplotě: jeho minimální pevnost v tahu je 515 MPa (75 ksi) oproti 485 MPa (70 ksi) pro 316L a jeho minimální mez kluzu je 205 MPa (30 ksi) proti 170 MPa (25 ksi). Tato 6-20% výhoda pevnosti pochází z vyššího obsahu chrómu, molybdenu a dusíku – ale je to jen malý faktor, není to důvod, proč zvolit 317L. Rozhodnutí použít 317L je řízeno odolností proti korozi, nikoli pevností.

Tvařitelnost a zpracovatelnost

Oba druhy jsou plně austenitické a vysoce tvarovatelné, svařitelné a tvárné. 317L je o něco obtížnější při práci za studena-než 316L, protože má vyšší obsah slitiny (pracuje-o něco rychleji), ale v praxi je rozdíl nepatrný. Pro obrábění jsou obě třídy podobné, i když vyšší obsah slitiny 317L mírně snižuje obrobitelnost. Ani jedna třída není vytvrditelná tepelným zpracováním -, vytvrzují se pouze prací za studena.

Praktická poznámka pro výrobce: protože 317L obsahuje více molybdenu, chrómu a niklu, vytvrzuje-o něco rychleji než 316L během tváření za studena a obrábění. To znamená o něco častější výměnu nástroje a může být potřeba o něco větší poloměr ohybu. Pro převážnou většinu aplikací se však - trubky, tvarovky, příruby, desky a plechy - 317L vyrábějí v podstatě stejně snadno jako 316L za použití standardních postupů z nerezové oceli.

[Zdroj] ASTM A240/A240M - Standardní specifikace pro chrom a chrom-niklové nerezové plechy, plechy a pásy.

Svařování - Obojí svařuje čistě, ale odpovídá přídavnému kovu

Jak 316L, tak 317L jsou třídy L-s obsahem uhlíku menším nebo rovným 0,03 %, takže oba svařují čistě bez tepelného zpracování po-svaření a odolávají přecitlivělosti ve stavu -svařování. Klíčovým pravidlem je výběr přídavného kovu: pro spoj 317L použijte výplň ER317L (AWS A5.9), aby svarový kov odpovídal vyššímu obsahu molybdenu v základním kovu. Použití plniva 316L ve spoji 317L vytváří spodní-zónu svaru PREN - potenciální bodové slabé místo v chloridovém provozu.

Kovová past

Při svařování 317L - nebo spojování 316L s 317L - použijte přídavný kov ER317L. Svarový kov musí mít alespoň tolik molybdenu jako základní kov -odolnější vůči korozi. Pokud svaříte 317L s plnivem ER316L, svarová housenka se stane slabým bodem koroze a bude se prohlubovat dříve, než okolní 317L - zmaří celý účel specifikace 317L.

To je v oboru běžná a nákladná chyba. Výrobce, který je zvyklý svařovat 316L, může automaticky sáhnout po plnivu ER316L. Když je spoj ve skutečnosti 317L (nebo 316L-až-317L), nanesený svarový kov skončí pouze s ~2,5 % molybdenu, zatímco základní kov má ~3,5 %. V chloridovém prostředí se svarová housenka - se svým nižším PREN - stává prvním místem pro důlky. Výsledkem je svar, který selže preferenční korozí přesně v místě, kde měl dodatečně nákladný 317L poskytnout ochranu. Vždy specifikujte a ověřte plnič ER317L pro 317L práci.

[Zdroj] AWS A5.9/A5.9M - Specifikace pro svařovací elektrody a tyče z holé nerezové oceli.

Často kladené otázky

Otázka: Jaký je rozdíl mezi 316L a 317L?

Odpověď: Rozdíl je v obsahu molybdenu a chrómu. 316L má 2–3 % molybdenu a 16–18 % chrómu; 317L má 3-4% molybdenu a 18-20% chrómu. Oba mají méně než nebo rovno 0,03 % uhlíku. Extra molybden v 317L mu dává zhruba o 25 % vyšší odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi v chloridovém prostředí a navíc lepší odolnost proti redukčním kyselinám, jako je kyselina sírová a fosforečná.

Otázka: Kdy mám použít 317L místo 316L?

Odpověď: Používejte 317L, pokud prostředí obsahuje chloridy (mořská voda, poloslaná voda, solanky, bělidlo) nebo redukující kyseliny (sírová, fosforečná, mastné kyseliny), které by mohly způsobit důlky nebo korozi 316L. Typické aplikace: pračky odsiřování spalin, odparky kyseliny fosforečné, zpracování mastných kyselin, bělení buničiny a papíru a výměníky tepla mořská voda/brakické produkty. Pokud prostředí neobsahuje chloridy ani redukční kyseliny, stačí 316L a je levnější.

Otázka: Je 317L dražší než 316L?

Odpověď: Ano, 317L obvykle stojí o 15-30 % více než 316L, protože obsahuje více molybdenu, chrómu a niklu - všech drahých legujících prvků. Prémie je opodstatněná, když zabrání selhání důlkové koroze, což by stálo mnohem víc než modernizace materiálu. V prostředí bez chloridů se prémie plýtvá a 316 l je lepší hodnota.

Otázka: Co je PREN?

Odpověď: PREN (ekvivalentní číslo odolnosti proti pittingu) je vzorec, který odhaduje odolnost proti pittingu: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Vyšší je lepší. 316L má PREN ~24-26; 317L má ~29-31. Hrubým vodítkem je, že PREN nad 32 je potřeba pro provoz s mořskou vodou a nad 40 pro provoz s těžkým chloridem. 317L při ~30 je smysluplný krok nad 316L, ale stále pod skutečnými slitinami pro mořskou vodu, jako je 904L a super duplex.

Otázka: Lze svařovat 317L?

Odpověď: Ano, 317L se snadno svařuje a stejně jako 316L nevyžaduje žádné tepelné zpracování po-svaření, protože obsahuje méně než 0,03 % uhlíku. Klíčovým pravidlem je použití přídavného kovu ER317L (AWS A5.9), aby svarový kov odpovídal vyššímu obsahu molybdenu v základním kovu. Použití plniva 316L ve spoji 317L vytvoří spodní-svar PREN, který se v provozu s chloridem prohloubí dříve než okolní kov.

Otázka: Je 317L dobrý pro mořskou 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 stupňů), mořskou vodu s vysokým-průtokem nebo štěrbinové podmínky, zvažte vyšší slitiny: 904L, 254 SMO (S31254), super duplex 2507 nebo 6Mo super austenitika. 316L se obecně nedoporučuje pro ponoření do mořské vody, protože dojde k prohlubni.

Otázka: 316L vs 317L vs 904L - jak si mám vybrat?

Odpověď: Použijte 316L pro obecnou korozivní službu bez chloridů nebo redukčních kyselin (potravinářské, farmaceutické, architektonické). Použijte 317L pro středně chloridové nebo redukující-kyseliny (brakická voda, FGD, kyselina fosforečná). Použijte 904L pro agresivní chloridové provozy (ponoření do mořské vody, horké chloridy), kde 317L nestačí. Každý další krok zvyšuje odolnost proti molybdenu a korozi, ale také stojí -. Vyberte si nejnižší třídu, která splňuje vaše požadavky na korozi.

Otázka: Jak ověřím, že přijímám 317L a nikoli 316L?

Odpověď: Zkontrolujte protokol o zkoušce materiálu (MTR): 317L musí vykazovat molybden 3,00-4,00 %, chrom 18,0-20,0 % a nikl 11,0-15,0 %. Ruční XRF (PMI) dokáže rozlišit 317L od 316L, protože detekuje vyšší obsah molybdenu – na rozdíl od uhlíku je molybden detekovatelný XRF. Díky tomu je ověření 317L v terénu relativně jednoduché. Vyžádejte si certifikát EN 10204 Typ 3.1 pro potvrzení chemie.