254SMO در مقابل فولاد ضد زنگ 316L: عملکرد فوق العاده آستنیتی در محیط های آب دریا و کلرید

254SMO (UNS S31254)در برابر حفره های کلرید و خوردگی شکاف بسیار بهتر از 316L (UNS S31603) مقاومت می کند زیرا PREN آن تقریباً 43{8}}45 تقریباً 1.7 برابر بیشتر از PREN 316L تقریباً 24-26 است. در آب دریا و سایر خدمات کلرید تهاجمی، 254SMO انتخاب قابل اعتمادی است. 316L فقط برای کاربردهای آب شور، داخل ساختمان یا آب شیرین کم کلرید مناسب است.

254SMO vs 316L Stainless Steel

254SMO (UNS S31254) یک فولاد ضد زنگ فوق‌-آستنیتی است که حول 6% مولیبدن،-هدف شیمی نیتروژن بالا-برای آب دریا و سایر محیط‌های تهاجمی کلرید ساخته شده است.316L (UNS S31603)درجه آستنیتی کم-کربن- است که به طور گسترده در صنایع فرآیندی، غذایی و معماری استفاده می‌شود، اما برای قرار گرفتن در معرض کامل آب دریا مهندسی نشده است.

هر دو گرید دارای ساختار بلوری آستنیتی ({0}}مرکز-مکعبی) آستنیتی هستند، در شرایط آنیل شده غیر مغناطیسی هستند و به راحتی قابل جوش هستند. تفاوت در محتوای آلیاژ نهفته است: 254SMO تقریباً 2.5 برابر مولیبدن، تقریباً دو برابر نیکل و حدود چهار برابر نیتروژن 316 لیتری حمل می کند. این افزودنی‌ها هم هزینه و هم سقف مقاومت در برابر خوردگی مواد را افزایش می‌دهند، به همین دلیل است که 254SMO به جای یک استاندارد ضد زنگ سری 300، به عنوان یک درجه "سوپر آستنیتی" طبقه‌بندی می‌شود.

صفت	254SMO	316L
تعیین سازمان ملل	S31254	S31603
نام های رایج / تجاری	254SMO، 6Mo، آلیاژ 254	316L، A4 (درجه بست)
EN / شماره Werkstoff	1.4547	1.4404
مشخصات صفحه/ورق حاکم	ASTM A240 / A240M	ASTM A240 / A240M
مشخصات لوله حاکم	ASTM A312 / A312M	ASTM A312 / A312M
مشخصات آهنگری حاکم	ASTM A182 درجه F44	ASTM A182 گرید F316L
خانواده متالورژی	فولاد ضد زنگ فوق آستنیتی	فولاد ضد زنگ آستنیتی استاندارد

منابع: مشخصات استاندارد ASTM A240/A240M، ASTM A312/A312M، ASTM A182/A182M.

254SMO حاوی کروم، نیکل، مولیبدن و نیتروژن بسیار بیشتری نسبت به 316 لیتر است، و وزن ترکیبی این چهار عنصر - نه هیچ یک - است که مقاومت برتر آن را در برابر حمله کلرید ایجاد می‌کند.

جدول زیر محدودیت های ترکیبی ASTM A240/A240M را برای صفحه و ورق فهرست می کند. گرمای واقعی آسیاب-معمولاً در این محدوده‌ها قرار می‌گیرند، و EETA هر دو درجه را با گزارش‌های آزمایش کامل آسیاب (MTRs) قابل ردیابی به تعداد گرما ارائه می‌کند.

عنصر (wt.%)	254SMO (S31254)	316L (S31603)
کروم (کروم)	19.5 - 20.5	16.0 - 18.0
نیکل (Ni)	17.5 - 18.5	10.0 - 14.0
مولیبدن (Mo)	6.0 - 6.5	2.00 - 3.00
نیتروژن (N)	0.18 - 0.22	حداکثر 0.10
مس (مس)	0.50 - 1.00	مشخص نشده است
کربن (C)، حداکثر	0.020	0.030
منگنز (Mn)، حداکثر	1.00	2.00
سیلیکون (Si)، حداکثر	0.80	0.75
فسفر (P)، حداکثر	0.030	0.045
گوگرد (S)، حداکثر	0.010	0.030

منبع: الزامات ترکیبی ASTM A240/A240M برای UNS S31254 و UNS S31603.

سه مورد از این تفاوت‌ها برای سرویس کلرید بسیار مهم است: مولیبدن و نیتروژن مستقیماً مقاومت حفره‌ای را افزایش می‌دهند، در حالی که محتوای نیکل بالاتر فاز آستنیت را در برابر فازهای بین‌فلزی شکننده (سیگما، چی) که آلیاژهای مولیبدن بالا{{0}می‌توانند در طول جوشکاری یا افزایش دما ایجاد شوند، تثبیت می‌کند.

PREN (عدد معادل مقاومت حفره‌ای) یک شاخص منفرد است که از محتوای کروم، مولیبدن و نیتروژن یک آلیاژ محاسبه می‌شود و PREN 254SMO تقریباً 43-45 تقریباً دوبرابر PREN 316L است که تقریباً {{3}MO به معنی غلظت زیر 25 MO به طور موضعی‌تر می‌شود. خوردگی آغاز می شود.

فرمول استاندارد این است:

PREN=%Cr + (3.3 x %Mo) + (16 x %N)

اعمال این فرمول در ترکیب‌های{0}}در حد متوسط بالا:

درجه	%Cr	% Mo	%N	PREN (محاسبه شده)	PREN منتشر شده معمولی
254SMO (S31254)	20.0	6.25	0.20	≈ 43.8	42.5 - 45
316L (S31603)	17.0	2.50	0.05*	≈ 26.0	23 - 26

*نیتروژن 316 لیتری حداقل مشخص شده تحت ASTM A240 نیست. 0.05٪ یک مقدار نماینده است که برای محاسبه PREN مصور استفاده می شود. به عنوان یک قانون کلی صنعت، یک PREN بالاتر از تقریباً 40 نشان دهنده مناسب بودن برای غوطه وری کامل در آب دریا است، در حالی که یک PREN در{5}}تا- اواسط دهه 20 معمولاً به آب شور یا کم-کلرید محدود می شود.

PREN یک ابزار غربالگری است، نه تضمینی: مقاومت نسبی حفره‌ای را در شرایط پوشش سطح، دما و رکود نسبی پیش‌بینی می‌کند، اما هندسه شکاف، رسوب زیستی، یا حساسیت مربوط به ساخت را در نظر نمی‌گیرد. برای انتخاب مواد نهایی، PREN باید در کنار داده‌های آزمایش دمای حفره‌ای بحرانی (CPT) مورد استفاده قرار گیرد، که در ادامه بحث خواهد شد.

254SMO در برابر آب دریا با قدرت کامل در دماهای محیطی و نسبتاً بالا بدون حفره مقاومت می کند، در حالی که 316L مستعد خوردگی حفره ای و شکافی در آب دریا راکد یا کم جریان{3}در دماهای کمتر از 15-25 درجه است.

How Do 254SMO and 316L Perform in Seawater and Chloride Pitting Tests

معیار آزمایشگاهی استاندارد این تفاوت، دمای حفره‌ای بحرانی (CPT) است که بر اساس روش A ASTM G48 (غوطه‌وری کلرید آهن) تعیین می‌شود. CPT پایین ترین دمایی است که در آن حفره روی سطح مشخصی در دوره آزمایش شروع می شود. CPT بالاتر به این معنی است که آلیاژ قبل از ایجاد حفره، قرار گرفتن در معرض کلرید گرمتر و تهاجمی تر را تحمل می کند.

پارامتر خوردگی	254SMO	316L
دمای حفره بحرانی (CPT)، روش ASTM G48 A	معمولاً بزرگتر یا مساوی 50 درجه (اغلب 60-85 درجه ذکر می شود)	معمولا 0-25 درجه
دمای شکاف بحرانی (CCT)، روش ASTM G48 B	معمولاً بزرگتر یا مساوی 35 درجه است	زیر محیط (< 10°C)
رفتار با قدرت کامل-آب دریا (جریان)	مواد مقاوم و استاندارد برای خدمات	مستعد حمله حفره ای/شکافی، به ویژه در جریان کم
رفتار در آب دریا راکد یا کم سرعت-	در حاشیه های طراحی معمولی مقاوم است	خطر بالای خوردگی شکاف زیر رسوبات، واشرها، جوش
مقاومت در برابر خوردگی (SCC) در تنش کلرید-	بالا، مناسب برای آب نمک های کلرید داغ در محدوده طراحی	در آب حاوی کلرید حدوداً بیش از 60 درجه محدود شده است

منابع: روش ASTM G48 روش آزمون A/B; محدوده‌های CPT/CCT منتشر شده نشان‌دهنده داده‌های آزمایش تولیدکننده- آسیاب و آلیاژ است و بر اساس سطح و حرارت متفاوت است.

به همین دلیل است که 254SMO ماده استاندارد صنعت-مواد استاندارد برای قطعات اسمز معکوس آب دریا (SWRO) (SWRO) با فشار بالا-لوله‌های ورودی و خنک‌کننده آب دریا، سیستم‌های آب آتش‌نشانی دریایی، و دودکش‌های-گاز گوگردزدایی از گاز است، در حالی که فرآیند گوگردزدایی گاز به طور کلی به 316L محدود می‌شود. جریان‌ها یا قرار گرفتن در معرض{7}}دریایی متناوب و با تهویه خوب که در آن کلریدها متمرکز نمی‌شوند.

254SMO تقریباً 1.7 تا 2 برابر حداقل استحکام تسلیم 316 لیتر را در حداقل کشیدگی قابل مقایسه یا کمی کمتر ارائه می دهد که به بخش های دیوار نازک تر و وزن مواد کمتر برای درجه بندی فشار معادل اجازه می دهد.

ویژگی (بازپخت شده، بر اساس ASTM A240)	254SMO (S31254)	316L (S31603)
قدرت تسلیم، 0.2٪ افست، حداقل.	300 مگا پاسکال (43.5 ksi)	170 مگاپاسکال (25 ksi)
استحکام کششی نهایی، حداقل	650 مگاپاسکال (94 ksi)	485 مگاپاسکال (70 ksi)
کشیدگی در 2 اینچ (50 میلی متر)، حداقل.	35%	40%
سختی معمولی (بازپخت)	≈ 182-223 HB	کمتر یا مساوی 217 HB
تراکم	≈ 8.0 گرم بر سانتی متر مکعب	≈ 8.0 گرم بر سانتی متر مکعب
نفوذپذیری مغناطیسی (بازپخت)	غیر مغناطیسی-	غیر مغناطیسی-

منبع: ASTM A240/A240M حداقل الزامات خاصیت مکانیکی برای UNS S31254 و UNS S31603، دمای اتاق، شرایط آنیل شده.

استحکام بالاتر 254SMO یک مزیت ثانویه است تا دلیل اصلی مشخص کردن آن: طراحان باید اجازه خوردگی و PREN/CPT را به عنوان معیارهای انتخاب کنترل کننده برای سرویس کلرید در نظر بگیرند و مزیت مقاومت را به عنوان فرصتی برای بهینه سازی ضخامت دیوار پس از انتخاب درجه مقاوم در برابر خوردگی در نظر بگیرند.

254SMO معمولاً دارای حق بیمه هزینه مواد خام تقریباً 3 تا 5 برابر 316 لیتر بر اساس وزن مشابه است که تقریباً به طور کامل ناشی از محتوای بالای نیکل و مولیبدن آن است که هر دو به عنوان کالاهای بی ثبات جهانی قیمت گذاری می شوند.

این حق بیمه اغلب به عنوان جریمه هزینه ساده اشتباه خوانده می شود. در برنامه‌هایی که 316L به بازرسی مکرر، تعمیر وصله یا تعویض زودرس به دلیل خوردگی حفره‌ای و شکافی نیاز دارد، هزینه کل مالکیت (TCO) - مربوط به زمان خرابی، بازرسی و کار تعویض در طول چند-دهه عمر دارایی - علیرغم قیمت بالاتر خرید آن، اغلب به نفع 254SMO است. یک مقایسه اولیه TCO باید وزن داشته باشد:

هزینه مواد اولیه و ساخت (254SMO معمولاً 3-5×316 لیتر در واحد وزن)
عمر مورد انتظار قبل از شکست مربوط به حفره-در مواجهه واقعی با کلرید
فرکانس بازرسی و هزینه دسترسی (لوله های زیر دریا، مدفون یا عایق شده این را به شدت افزایش می دهد)
هزینه خرابی یک نشت برنامه ریزی نشده در مقابل چرخه جایگزینی برنامه ریزی شده
صرفه جویی در ضخامت دیوار توسط استرس طراحی مجاز بالاتر 254SMO فعال شده است
برای اجزایی با قرار گرفتن در معرض متناوب یا شور کلرید و دسترسی آسان برای بازرسی، 316L اغلب از نظر اقتصادی انتخاب صحیح باقی می ماند. برای قرار گرفتن در معرض کامل-آب دریا، لوله‌کشی در زیر دریا یا غیرقابل دسترس بودن، محفظه TCO برای 254SMO معمولاً قوی است.

254SMO در هر جایی که کلریدها پیوسته و متمرکز هستند - سیستم‌های نمک‌زدایی آب دریا، آب‌های ساحلی و سیستم‌های خنک‌کننده دریایی - ترجیح داده می‌شود، در حالی که 316L برای فرآیندهای عمومی، تماس با مواد غذایی{4}}و کارهای معماری که قرار گرفتن در معرض کلرید متناوب یا رقیق است، درجه اول کار باقی می‌ماند.

برنامه	نمره توصیه شده	چرا
لوله‌کشی با فشار بالا- اسمز معکوس آب دریا (SWRO).	254SMO	آب دریا با قدرت کامل-مداوم در فشار بالا
بالابر سکوی آب دریا و سیستم های آب آتش نشانی	254SMO	غوطه وری ثابت کلرید، ایمنی{0}}خدمات حیاتی
اسکرابرهای گوگرد زدایی دودکش (FGD).	254SMO	میعانات گازی دودکش داغ، اسیدی،-کلرید
لوله کشی کارخانه سفید کننده خمیر و کاغذ	254SMO	جریانهای فرآیند حاوی کلرید- و-دی اکسید-کلر
نماهای معماری ساحلی و تثبیت سازه ها	254SMO (یا دوبلکس)	فضای دریایی مملو از کلرید، عمر طراحی طولانی
لوله کشی فرآیند شیمیایی عمومی (غیر-کلریدی)	316L	مقاومت در برابر خوردگی گسترده با هزینه کمتر
تجهیزات پردازش مواد غذایی و آشامیدنی	316L	بهداشتی، قابل تمیز کردن،{0}}مقرون به صرفه برای قرار گرفتن در معرض
وسایل معماری و تزئینی داخلی	316L	قرار گرفتن در معرض کلرید کم، حساس به هزینه-
لوله‌کشی دارویی و نیمه هادی- با خلوص بالا	316L	سازگاری با ASME BPE، سیالات فرآیند غیر{0}کلریدی

254SMO به گرمای سخت‌تر-کنترل ورودی و یک فلز پرکننده بیش از-آلیاژی نیاز دارد تا از جداسازی جوش-ریز فلز- جلوگیری کند، در حالی که 316L با پرکننده‌های معمولی منطبق و محدودیت‌های ورودی نسبتاً آرام{6} جوش می‌شود.

What Welding Considerations Apply to 254SMO vs 316L

از آنجایی که مقاومت در برابر خوردگی 254SMO به باقی ماندن مولیبدن و نیتروژن در محلول جامد بستگی دارد، گرمای ورودی بیش از حد در طول جوشکاری می‌تواند باعث شود که فازهای ثانویه (سیگما، چی) یا از دست دادن نیتروژن در منطقه تحت تأثیر گرما تشکیل شود و به طور موضعی PREN را زیر مقدار پایه{2}فلز کاهش دهد. روش استاندارد این را با موارد زیر کاهش می دهد:

ورودی گرمای کم و کنترل دمای بین گذر (معمولاً به حدود 150 درجه / 300 درجه فارنهایت برای 254SMO محدود می شود، در مقابل محدودیت های مجاز تر برای 316 لیتر)

برای جبران رقت و تفکیک، یک پرکننده بیش از-نیکل آلیاژی{1} (معمولاً AWS A5.14 ERNiCrMo-3، یعنی پرکننده آلیاژ 625) به جای پرکننده 254SMO منطبق،

صلاحیت روش بر اساس بخش IX ASME با تست خوردگی جوش در ASTM A262 یا ASTM G48، نه آزمایش مکانیکی به تنهایی

در مقابل، 316L معمولاً با پرکننده ER316L مطابق با روش‌های استاندارد GTAW/GMAW/SMAW با محدودیت‌های کمتر جوش داده می‌شود.

برای هر دو درجه، تمیز کردن پس از جوش (ترشی کردن و غیرفعال کردن بر اساس ASTM A967) برای حذف رنگ حرارتی در سرویس کلرید ضروری است، زیرا خود رنگ حرارتی بدون توجه به PREN فلز پایه به عنوان محل شروع حفره‌های محلی عمل می‌کند.

254SMO را هر زمان که قرار گرفتن در معرض کلرید پیوسته، متمرکز، یا همراه با درجه حرارت یا شکاف های بالا است، انتخاب کنید و 316 لیتر را برای قرار گرفتن در معرض متناوب، رقیق یا خوب{2}}در معرض کلرید در جایی که بازرسی و جایگزینی ساده است، ذخیره کنید.

چک لیست انتخاب:

غلظت کلرید به سطح آب دریا نزدیک می شود یا از آن فراتر می رود (≈ 19000-20000 ppm کلرید) → 254SMO
سرویس به صورت مستمر غوطه ور، راکد، یا مستعد شکاف{0}} (واشر، رسوب، جوش زیر عایق) → 254SMO
دمای عملیاتی تقریباً از 25-30 درجه در آب حاوی کلرید بیشتر است → 254SMO
کامپوننت زیر دریا، دفن شده است یا بازرسی یا جایگزینی آن پرهزینه است → 254SMO، TCO را نسبت به هزینه اولیه ترجیح دهید
قرار گرفتن در معرض کلرید متناوب، رقیق است، یا مایع عمدتاً غیر{0}}محیط فرآیند کلرید → 316L است
بودجه و زمان تحویل محدودیت های اولیه هستند و حاشیه خوردگی واقعاً کم است → 316L، با بازرسی دوره ای
وقتی برنامه بین این موارد - آب شور، اتمسفر مرطوب ساحلی، یا پاشش متناوب آب دریا - قرار می‌گیرد، یک درجه دوبلکس مانند 2205 (UNS S32205) می‌تواند یک PREN متوسط و نقطه هزینه ارائه دهد و ارزش ارزیابی در کنار هر دو گزینه آستنیتی را دارد.

س: آیا 254SMO همان فولاد ضد زنگ فوق دوبلکس است؟

پاسخ: خیر. 254SMO یک گرید فوق آستنیتی با ریزساختار کاملاً آستنیتی است، در حالی که گریدهای سوپر دوبلکس (مانند 2507) دارای ساختار آستنیت-فریت مخلوط هستند. سوپر دوبلکس معمولاً استحکام بالاتر و هزینه نیکل/مولیبدن کمتری را نسبت به 254SMO ارائه می دهد، اما 254SMO عموماً راحت تر جوش داده می شود و محدوده دمایی سرویس بیشتری دارد.

س: آیا 254SMO و 316L را می توان با هم جوش داد؟

پاسخ: بله، جوش‌های غیرمشابه بین 254SMO و 316L در لوله‌های انتقالی رایج هستند، اما اتصال باید با یک فلز پرکننده آلیاژی (معمولاً ERNiCrMo-3 / آلیاژ 625) به جای پرکننده‌ای که با هر یک از فلزات پایه مطابقت داشته باشد، ساخته شود و روش جوش باید مطابق با شرایط باشد.

س: آیا 254SMO هرگز در آب دریا حفر می کند؟

پاسخ: بله، در شرایط شدید: کلر بسیار زیاد برای کنترل رسوب زیستی، شکاف‌های شدید یا دمای بالا بالاتر از پوشش طراحی آن همچنان می‌تواند باعث ایجاد حفره شود. 254SMO حاشیه ایمنی را به طور قابل‌توجهی در مقابل 316 لیتر افزایش می‌دهد، اما در برابر هر شرایط کلریدی مصون نیست، بنابراین دما و شکاف طراحی همچنان اهمیت دارد.

س: آیا 316L برای آب دریا قابل قبول است؟

پاسخ: 316L معمولاً برای قرار گرفتن در معرض{1}}مستمر آب دریا با شدت کامل توصیه نمی‌شود. می‌تواند برای کوتاه‌مدت،-درجه حرارت پایین، خوب-شست‌شوی- یا متناوب مایل به شور قابل قبول باشد، اما داده‌های CPT منتشر شده نشان می‌دهد که در شرایط معمولی آب دریا مستعد خوردگی حفره‌ای و شکافی است.

س: یک قطعه 316L چقدر سنگین تر از یک قطعه معادل 254SMO است؟

پاسخ: از آنجایی که حداقل استحکام تسلیم 254SMO تقریباً 1.7 تا 2 برابر 316 لیتر است، یک جزء فشار-دارای رتبه 254SMO اغلب می‌تواند از بخش دیوار نازک‌تری برای فشار طراحی یکسان استفاده کند، که تا حدودی هزینه بالاتر در واحد وزن را جبران می‌کند. صرفه جویی دقیق به کد طراحی حاکم و کلاس فشار بستگی دارد.