فولاد ضد زنگ 304 در مقابل 316: مقایسه ای کامل برای طراحان سیستم لوله کشی

پاسخ سریع

فولاد ضد زنگ 304 و 316 خواص مکانیکی تقریباً یکسانی دارند، اما 316 2 تا 3 درصد مولیبدن اضافه می کند که به طور قابل توجهی مقاومت در برابر حفره های کلرید و خوردگی شکاف را بهبود می بخشد.

316 را برای لوله‌هایی که در معرض آب دریا، کلریدها، نمک‌های یخ‌زدایی یا سیالات فرآیند شیمیایی تهاجمی قرار دارند، مشخص کنید. 304 را برای لوله کشی عمومی صنعتی، معماری، مواد غذایی-و آب شیرین که در آن کارایی هزینه بیشتر از مقاومت در برابر کلرید اهمیت دارد، مشخص کنید.

316 معمولاً 20 تا 30 درصد بیشتر از 304 هزینه دارد که دلیل آن مولیبدن و نیکل بیشتر است - حق بیمه ای که به راحتی قابل توجیه است که شکست زودرس حفره ها جایگزین باشد.

304 vs 316 Stainless Steel

304 و 316 دو گرید فولاد زنگ نزن آستنیتی هستند که به طور گسترده در لوله کشی صنعتی مشخص شده اند. آنها یکسان به نظر می رسند، جوش داده شده و شکل می گیرند، و خواص مکانیکی منتشر شده آنها به سختی متفاوت است -، اما انتخاب بین آنها تعیین می کند که آیا یک سیستم لوله کشی چندین دهه دوام می آورد یا در عرض چند سال از کار می افتد. این راهنما 304 و 316 را در ترکیب، مقاومت در برابر خوردگی، خواص مکانیکی، هزینه، ساخت و تناسب کاربرد مقایسه می‌کند و به طراحان سیستم لوله‌کشی مبنایی واضح و استانداردهای- برای انتخاب درجه ارجاع می‌دهد.

تفاوت اصلی مولیبدن است: 316 حاوی 2.0-3.0٪ مولیبدن است و 304 حاوی هیچ، و این ترکیب آلیاژی تنها چیزی است که عملکرد خوردگی این دو درجه را از هم جدا می کند.

هر دو گرید از فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند که بر روی پایه کروم 18 درصد با نیکل کافی برای تثبیت فاز آستنیت ساخته شده اند، به همین دلیل است که هر دو در شرایط آنیل شده مغناطیسی نیستند و اساساً استحکام، شکل پذیری و جوش پذیری یکسانی دارند. ویژگی متمایز، بر اساس ASTM A240، این است که 316 (UNS S31600) مقداری کروم را معامله می کند و مولیبدن را در مقایسه با 304 (UNS S30400) اضافه می کند. مولیبدن لایه اکسید کروم غیر فعال را در برابر حمله یون‌های کلرید تقویت می‌کند، به همین دلیل است که 316 معمولاً فولاد ضد زنگ "دریایی درجه" نامیده می‌شود. انواع کربن پایین برای هر دو گرید - 304L (S30403) و 316L (S31603) - وجود دارد و در بخش بعدی پوشش داده می‌شود.

316 با 304 در درجه اول با افزودن 2.0-3.0٪ مولیبدن و یک محدوده نیکل نسبتاً بالاتر (10.0-14.0٪ در مقابل . 8.0-10.5٪) با محدوده کروم به نسبت کمتر متفاوت است.

جدول زیر محدودیت های ترکیب ASTM A240 را برای هر دو درجه فهرست می کند. همه مقادیر حداکثر درصد وزن هستند مگر اینکه محدوده ای داده شود.

عنصر	304 (wt%)	316 (wt%)
کربن (C)	حداکثر 0.08	حداکثر 0.08
منگنز (Mn)	حداکثر 2.00	حداکثر 2.00
سیلیکون (Si)	حداکثر 0.75	حداکثر 0.75
فسفر (P)	حداکثر 0.045	حداکثر 0.045
گوگرد (S)	حداکثر 0.030	حداکثر 0.030
کروم (کروم)	18.0 – 20.0	16.0 – 18.0
نیکل (Ni)	8.0 – 10.5	10.0 – 14.0
مولیبدن (Mo)	-	2.00 – 3.00
نیتروژن (N)	حداکثر 0.10	حداکثر 0.10
تعیین UNS	S30400	S31600

منبع: ASTM A240/A240M، مشخصات استاندارد کروم و کروم-صفحه، ورق و نوار فولاد ضد زنگ نیکل.

فولاد 316مقاومت در برابر خوردگی به طور معنی‌داری بهتر از 304 در محیط‌های اسیدی-دارنده و کاهش‌دهنده-کلرید است، در حالی که هر دو گرید در محیط‌های ملایم، کم{3}}کلرید و قرار گرفتن در معرض اتمسفر و آب شیرین عملکرد مشابهی دارند.

Which Grade Offers Better Corrosion Resistance

مقاومت در برابر خوردگی در فولادهای زنگ نزن از یک لایه اکسید کروم غیرفعال ناشی می‌شود که در صورت وجود اکسیژن، هنگام خراشیدگی یا ساییدگی، خود-ترمیم می‌شود. یون های کلرید به صورت موضعی این لایه را می شکنند و باعث ایجاد خوردگی حفره ای و شکافی می شوند. مولیبدن با تثبیت لایه غیرفعال با این شکست مقابله می کند، به همین دلیل است که مزیت مقاومت در برابر خوردگی 316 به جای کلرید{4}} خاص است. یک روش متداول برای رتبه‌بندی درجه‌های آستنیتی برای مقاومت حفره‌ای، عدد معادل مقاومت حفره‌ای (PREN) است که به صورت %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N محاسبه می‌شود.

درجه	Cr معمولی	مو معمولی	تقریبا PREN
304	18.5%	0%	≈ 18–19
316	17.0%	2.5%	≈ 24–26

منبع: PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N; مقادیر ترکیب متوسط{3}}در ASTM A240.

در عمل، این بدان معناست که 304 برای اتمسفرهای خشک صنعتی، آب آشامیدنی و اکثر برنامه‌های تماس{1} مواد غذایی مناسب است، در حالی که 316 انتخاب استاندارد برای قرار گرفتن در معرض آب دریا، اتمسفر ساحلی، یخ زدایی با نمک، و جریان‌های فرآیندی حاوی کلرید، سولفات یا اسیدهای رقیق است.

طراحانی که قرار گرفتن در معرض مرزی - آب شور، مناطق پاشش شیمیایی، یا-سیالات فرآیند کلرید بالا - را ارزیابی می‌کنند، باید تست خوردگی حفره‌ای و شکاف را به‌جای تکیه بر PREN به تنهایی انجام دهند یا مشخص کنند، زیرا PREN یک ابزار غربالگری مفید است، اما ما شرایط را برای پایان دادن به سطح کار نمی‌کنیم.

304 و 316 اساساً حداقل خواص مکانیکی یکسانی در شرایط آنیل شده دارند، بنابراین استحکام مکانیکی برای انتخاب درجه تمایز دهنده نیست.

از آنجایی که هر دو گرید آستنیتی با محتوای نیکل{0} مشابه کروم هستند، ASTM A240 حداقل استحکام کششی، استحکام تسلیم و ازدیاد طول را به آنها اختصاص می‌دهد. تنها تفاوتی که به طور معمول ذکر می شود، حداکثر مقدار سختی کمی بالاتر برای 316 است.

اموال	304 (بازپخت)	316 (بازپخت)
مقاومت کششی، حداقل	515 مگا پاسکال (75 ksi)	515 مگا پاسکال (75 ksi)
قدرت تسلیم (0.2٪ جبران)، حداقل	205 مگاپاسکال (30 ksi)	205 مگاپاسکال (30 ksi)
کشیدگی در 2 اینچ، دقیقه	40%	40%
سختی، حداکثر	201 HB / 92 HRB	217 HB / 95 HRB

منبع: الزامات خواص مکانیکی ASTM A240/A240M، شرایط آنیل شده.

از آنجا که مقادیر حداقل مقاومت برابر است، ضخامت دیواره و محاسبات تنش مجاز تحت ASME B31.3 اساساً برای هر دو درجه در دماهای متوسط یکسان است. طراحان نباید انتظار داشته باشند که-دلیلی قوی برای انتخاب یک درجه بر دیگری داشته باشند. تصمیم باید بر اساس قرار گرفتن در معرض خوردگی و هزینه انجام شود که در ادامه پوشش داده می شود.

316 معمولاً دارای 20 تا 30 درصد حق بیمه نسبت به 304 است، که ناشی از محتوای نیکل بالاتر و مولیبدن اضافه شده است، که هر دو در بازارهای جهانی کالاهای نوسان قیمت گذاری می شوند.

Is There a Significant Cost Difference Between 304 and 316

نیکل و مولیبدن از جمله گران‌ترین عناصر آلیاژی مورد استفاده در فولاد ضدزنگ هستند و هر دو در معرض نوسانات قیمتی قابل توجهی هستند که با تولید جهانی معدن، تقاضای کارخانه‌های ضدزنگ و تجارت سوداگرانه مرتبط است. از آنجایی که 316 حاوی نیکل بیشتری است و مولیبدن را به مواد شیمیایی 304 اضافه می کند، هزینه مواد پایه آن به طور مداوم بالاتر است و این حق بیمه در طول افزایش قیمت نیکل یا مولیبدن بیشتر می شود.

برای سیستم‌های لوله‌کشی، مقایسه مرتبط‌تر، هزینه کل چرخه عمر است تا هزینه مواد به تنهایی: تعیین 304 در یک برنامه کلرید-در معرض برای صرفه‌جویی در هزینه مواد اولیه اغلب منجر به حفره‌ها-نشت‌های ناشی از آن، خاموش شدن برنامه‌ریزی نشده، و تعویض زودرس لوله می‌شود، که همه آنها بسیار بیشتر از هزینه اولیه اولیه 31 است.

304 و 316 جوش می‌شوند و تقریباً یکسان هستند، اما فلز پرکننده 316 (ER316/316L) باید برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی در سراسر جوش مورد استفاده قرار گیرد، و در هر جا که عملیات حرارتی بعد از جوش غیرعملی باشد، گریدهای کربن پایین یا تثبیت شده توصیه می‌شود.

هر دو گرید به راحتی با استفاده از فرآیندهای GTAW، GMAW و SMAW جوش داده می‌شوند و به شکل‌دهی سرد به یک روش پاسخ می‌دهند، زیرا رفتار شکل‌دهی عمدتاً توسط ریزساختار آستنیتی مشترک کنترل می‌شود تا محتوای مولیبدن. ملاحظات کلیدی ساخت برای هر دو درجه حساس‌سازی است: قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در محدوده 425-870 درجه (800-1600 درجه فارنهایت)، مانند جوشکاری چند پاسی، می‌تواند کاربیدهای کروم را در مرز دانه‌ها رسوب دهد و ماتریکس اطراف را از ناحیه بین‌قلاب‌دار گرما خارج کند. خوردگی به همین دلیل است که سازندگان لوله کشی معمولاً انواع-کربن کم - 304L و 316L - را برای سیستم های لوله کشی جوش داده شده به جای گریدهای کربن استاندارد مشخص می کنند.

بله - برای هر سیستم لوله‌کشی جوش داده شده، گریدهای-کربن L{{2} کم (304L، 316L) انتخاب پیش‌فرض هستند، زیرا محتوای کربن کاهش یافته آن‌ها بدون نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری، در برابر حساسیت مقاومت می‌کند.

304L (UNS S30403) و 316L (UNS S31603) کربن در 0.030٪ به جای 0.08٪، که به اندازه کافی رسوب کاربید کروم را کاهش می دهد که اکثر جوش های لوله از حساس شدن مضر حتی بدون بازپخت محلول بعد از جوش{{6} جلوگیری می کنند. تخفیف-کاهش متوسطی در استحکام دمای اتاق- در مقابل درجه های استاندارد است، که جداول تنش مجاز ASME B31.3 قبلاً برای آن در نظر گرفته شده است.

از آنجایی که تفاوت هزینه بین لوله استاندارد و گرید L نسبت به هزینه ساخت و بازرسی ناچیز است، بیشتر مشخصات لوله‌کشی برای فرآیند و خدمات دریایی به سادگی 316 لیتر است و استاندارد 316 را برای قطعاتی که پس از جوشکاری آنیل می‌شوند یا حرارت ورودی ناچیز جوش را مشاهده می‌کنند، در نظر می‌گیرند.

فولاد 304برای لوله‌های صنعتی، معماری، تهویه مطبوع و مواد غذایی/نوشیدنی در محیط‌های آب شیرین یا خشک مناسب است، در حالی که 316 پیش‌فرض برای محیط‌های دریایی، فراساحلی، فرآوری شیمیایی، دارویی، و محیط‌های نمکی-در معرض یا یخ زدایی{3}}کلریدی است.

Which Applications Are Best Suited to 304 vs 316 Piping

برنامه	درجه معمولی	چرا
لوله کشی پردازش مواد غذایی و آشامیدنی	304 / 304L	مقاومت در برابر خوردگی بهداشتی خوب؛ قرار گرفتن در معرض کلرید کم
لوله کشی تهویه مطبوع و عمومی ساختمان	304	مقرون به صرفه- سرویس داخلی،-کم کلرید
لوله کشی و نرده معماری	304	پایان زیبایی؛ قرار گرفتن در معرض اتمسفر ملایم
لوله کشی دریایی و دریایی	316 / 316L	قرار گرفتن در معرض کلرید بالا از آب دریا و اسپری نمک
لوله های پردازش شیمیایی	316 / 316L	مقاومت در برابر کلریدها و اسیدهای رقیق در سیالات فرآیندی
لوله کشی دارویی و بیوتکنولوژی	316L	مقاومت در برابر خوردگی به علاوه قابلیت جوشکاری{0}کربن کم برای سیستم‌های BPE
لوله کشی خمیر و کاغذ	316	کلرید{0}}حاوی سفید کننده و جریان های فرآیند
لوله کشی جاده/پل در مناطق{0}}نمک یخ زدایی	316	قرار گرفتن در معرض کلرید ناشی از{0}}نمک های یخ زدایی

هر زمان که سیستم لوله کشی با کلریدها، آب دریا، نمک های یخ زدایی یا مواد شیمیایی فرآیند تهاجمی تماس پیدا کرد، 316 را انتخاب کنید. زمانی که محیط خشک، آب شیرین یا خورنده خفیف است و کارایی هزینه در اولویت است، 304 را انتخاب کنید.

چک لیست انتخاب عملی برای طراحان سیستم لوله کشی:

مایع و هرگونه محتوای کلرید را شناسایی کنید، از جمله قرار گرفتن در معرض متناوب مانند تمیز کردن-در-مواد شیمیایی یا جو ساحلی.

تأیید کنید که محدوده دمای عملیاتی - مقاومت به خوردگی برای هر دو درجه در دمای بالا کاهش می‌یابد، و ممکن است درجه‌های آلیاژی بالاتر از حدود ۶۰ درجه (۱۴۰ درجه فارنهایت) در سرویس کلرید تضمین شوند.

پیش‌فرض برای هر لوله‌ای که نیاز به جوشکاری میدانی دارد، درجه L- (304L/316L) است.

حق بیمه هزینه 316 را در مقابل هزینه خرابی برنامه ریزی نشده، تعمیر نشتی و تعویض لوله در صورت بروز حفره وزن کنید.

قبل از نهایی کردن مشخصات خرید، انتخاب درجه را بر اساس کد لوله کشی حاکم (ASME B31.3) و هر گونه{1}}مشخصات مواد خاص پروژه تأیید کنید.

س: آیا می توان از لوله 316 در هر جایی که لوله 304 مشخص شده است استفاده کرد؟

پاسخ: بله - 316 عملکرد مکانیکی و خوردگی عمومی 304 را برآورده می‌کند یا از آن فراتر می‌رود، بنابراین می‌تواند تقریباً در هر برنامه‌ای جایگزین 304 شود. عکس این قضیه درست نیست: 304 نباید جایگزین 316 در سرویس{6}}کلرید شود.

س: آیا فولاد ضد زنگ 316 مغناطیسی است؟

پاسخ: هر دو 304 و 316 آستنیتی هستند و اساساً در شرایط آنیل شده غیر مغناطیسی هستند، اگرچه کار سرد می تواند مغناطیس خفیفی را در هر دو درجه ایجاد کند.

س: تفاوت بین 316 و 316L چیست؟

پاسخ: 316L دارای حداکثر محتوای کربن کمتری است (0.030% در مقابل{2}}%)، که مقاومت در برابر جوش-حساسیت مربوط به جوش را با هزینه کمی در استحکام دمای اتاق بهبود می‌بخشد. مقاومت خوردگی در برابر کلریدها اساساً بین این دو یکسان است.

س: آیا فولاد ضد زنگ 316 زنگ می زند؟

پاسخ: 316 همچنان می‌تواند تحت شرایط به اندازه کافی تهاجمی - غلظت کلرید بالا، دمای بالا، شرایط اکسیژن کم (شکاف)، یا لایه غیرفعال آسیب‌دیده - خورده شود، اما به دلیل محتوای مولیبدن در این شرایط به طور قابل‌توجهی بیشتر از 304 مقاومت می‌کند.

س: لوله 316 چقدر بیشتر از لوله 304 هزینه دارد؟

پاسخ: 316 معمولاً دارای 20 تا 30 درصد حق بیمه نسبت به 304 است که ناشی از نیکل بالاتر و محتوای مولیبدن اضافه شده است، اگرچه اسپرد دقیق با قیمت‌های بازار نیکل و مولیبدن در نوسان است.