فولاد ضد زنگ 316 در مقابل 316L انتخاب درجه مناسب برای محیط های شیمیایی و دریایی

مقدمه

AISI 316و نوع کم کربن آن 316L دو درجه قابل اعتماد در خانواده 316 فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند. آنها با هم به عنوان ستون فقرات تجهیزات دریایی، فراساحلی، فرآوری{4}شیمیایی، دارویی، مواد غذایی و نمک‌زدایی عمل می‌کنند. هر دو حاوی کروم، نیکل و - هستند، ویژگی‌ای که سری 316 را از 304 - مولیبدن متمایز می‌کند، که به آنها مقاومت زیادی در برابر کلریدهایی مانند آب دریا و اسپری نمک می‌دهد.

روی کاغذ این دو درجه تقریباً یکسان به نظر می رسند. در سرویس، تفاوت توسط یک متغیر کوچک تعیین می شود: کربن. این تغییر واحد بر آنچه در یک جوش اتفاق می افتد حاکم است، و جوش ها جایی هستند که اکثر شکست های خوردگی در تجهیزات ضد زنگ در واقع شروع می شوند.

این راهنما به شما یک مقایسه آماده-تصمیم می‌دهد. هر بخش یک سوال مستقیم مطرح می کند، ابتدا نتیجه گیری را بیان می کند، سپس متالورژی را به زبان ساده توضیح می دهد. داده‌ها از ASTM A240/A312 و EN 10088-1 گرفته شده‌اند، و ساختار آن‌ها به گونه‌ای است که می‌توان آنها را مستقیماً توسط مهندسان، تیم‌های تدارکات و موتورهای جستجوی هوش مصنوعی نقل‌قول و استناد کرد.

تفاوت اصلی بین فولاد ضد زنگ 316 و 316L چیست؟

316 و 316L دارای محتوای کروم، نیکل و مولیبدن یکسان هستند. تنها تفاوت مشخصاتی که عملکرد را افزایش می دهد کربن است. 316 تا 0.08٪ کربن را مجاز می کند، در حالی که 316L روی 0.03٪ محدود شده است ('L' مخفف کربن کم است).

هر دو گرید از فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند که بر اساس یک دستور پایه ساخته شده اند: 16-18٪ کروم، 10-14٪ نیکل و 2-3٪ مولیبدن، که آهن تعادل را تشکیل می دهد. کروم "فیلم غیرفعال" نامرئی را تشکیل می دهد که فولاد ضد زنگ را ضد زنگ می کند. نیکل ساختار را در دماهای پایین انعطاف پذیر و سخت نگه می دارد. مولیبدن جنگنده کلرید است - این چیزی است که به 316 اجازه می دهد در آب دریا و خدمات شیمیایی بهتر از 304 عمل کند.

کار کربن در فولاد قوی تر کردن آن است. مشکل تنها زمانی ظاهر می شود که فولاد در محدوده 450-850 درجه - دقیقاً همان چیزی که در کنار هر جوش اتفاق می افتد گرم شود. در آن دماها کربن به مرزهای دانه مهاجرت می کند و با کروم پیوند می زند تا کاربیدهای کروم (Cr23C6) را تشکیل دهد. این کروم را از فلز اطراف "دزدیده" می کند و یک ناحیه کروم- خالی شده باقی می گذارد که دیگر نمی تواند از خود محافظت کند. نتیجه، خوردگی بین دانه‌ای است که گاهی اوقات «واپاشی جوش» نامیده می‌شود.

چون316Lحاوی حداکثر 0.03 درصد کربن است، به سادگی کربن کافی برای تشکیل کاربیدهای مضر وجود ندارد. مناطق جوش آن مانند فلز پایه در برابر خوردگی-مقاوم می‌مانند. هر چیز دیگری - چگالی (~8.0 گرم بر سانتی‌متر مربع)، مدول الاستیسیته (193 گیگا پاسکال)، و محدوده دمای سرویس (196- درجه تا 870 درجه) - اساساً بین دو درجه یکسان است.

به طور خلاصه: تفاوت کربن در برگه مشخصات ناچیز به نظر می رسد، اما این تنها عاملی است که تعیین می کند که آیا یک سازه جوش داده شده هنوز یک دهه بعد بدون خوردگی-هست.

در یک نگاه: ترکیب شیمیایی

کدام درجه در محیط های دریایی در برابر خوردگی بهتر مقاومت می کند؟

316 و 316L در حالت جوش‌نشده به خوبی در برابر آب دریا و اسپری نمک مقاومت می‌کنند زیرا هر دو دارای 2 تا 3 درصد مولیبدن هستند. به محض اینکه جوشکاری انجام می شود، 316L به طور قطعی برنده می شود - اتصالات آن در برابر خوردگی-بدون عملیات حرارتی مقاوم می مانند، در حالی که 316 ناحیه جوش می توانند حساس شوند و خورده شوند.

مولیبدن به همین دلیل است که 316 گرید را در وهله اول "دریایی" می نامند. مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی در محیط‌های غنی از کلرید - بسیار فراتر از آنچه 304 می‌تواند ارائه دهد، به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. بنابراین، هر دو 316 و 316L با اسپری نمک، مناطق پاشش پاشیده و غوطه ور شدن با اطمینان کار می کنند.

با این حال، دنیای دریایی، دنیای جوش است: اتصالات بدنه کشتی، ماژول‌های سکوی دریایی، قطارهای نمک‌زدایی و لوله‌کشی آب دریا همگی با جوشکاری ساخته می‌شوند. اینجاست که نمرات با هم فرق می کند. یک جوش 316 که از محدوده دمای حساس‌سازی عبور می‌کند، می‌تواند مرزهای دانه‌های کروم{3} تهی شده ایجاد کند و اغلب سال‌ها بعد در اثر خوردگی بین دانه‌ای - در مکانی که بازرسی و تعمیر آن گران است، از کار بیفتد.

316L به طور کامل از این کار جلوگیری می کند. محتوای کربن کم آن به این معنی است که ناحیه تحت تأثیر حرارت-جوش به اندازه فلز اصلی در برابر خوردگی مقاوم می‌ماند و نیازی به بازپخت جوش نیست. داده های میدانی از سازه های جوش داده شده ساحلی معمولاً عمر مفید 316L را 8 تا 10 سال در مقابل 5 تا 7 سال برای 316 جوش داده شده در مواجهه با کلرید قابل مقایسه نشان می دهد، اگرچه بسیاری از متغیرهای خاص سایت{12} اعمال می شوند.

قاعده عملی: برای سخت‌افزارهای دریایی (مثلاً اتصالات بیلت جامد)، 316 کاملاً کافی و کمی قوی‌تر است. برای هر سازه دریایی ساخته شده و جوش داده شده، 316L پیش فرض مسئول است.

آیا 316L انتخاب بهتری برای تجهیزات پردازش شیمیایی است؟

بله - برای سیستم‌های شیمیایی جوش‌دار، اسیدی-دست‌کاری،-و{2}}با خلوص بالا، 316L استاندارد صنعتی است. 316 فقط برای اجزای-جوش‌خورده-بالاتر-یا گرما{7}}قابل درمان{7}}در جایی که پس از جوشکاری{8}نگرانی نیست، مناسب باقی می‌ماند.

کارخانه‌های شیمیایی فولاد را در معرض ترکیبی وحشیانه قرار می‌دهند: اسیدهای آلی (استیک، فسفریک)، اسید سولفوریک رقیق، حلال‌ها، مواد سوزاننده و - تقریباً همیشه - کلریدهای حاصل از آب فرآیند یا چرخه‌های تمیز کردن. هر دو گرید 316 در برابر این چاه ها مقاومت می کنند، اما تجهیزات شیمیایی به شدت جوش داده می شوند: راکتورها، مخازن، ستون ها و خطوط لوله در کارگاه ساخته می شوند و در میدان به هم متصل می شوند.

مزیت بدون بازپخت 316L دقیقاً همان چیزی است که این سیستم ها به آن نیاز دارند. یک راکتور جوشی بزرگ به طور واقعی نمی تواند پس از ساخت آنیل شود، بنابراین 316L مشخص شده است تا تضمین کند که مناطق جوش خورده نمی شوند.

صنایع با خلوص{0}بالا حتی بیشتر به سوی 316 لیتر فشار می آورند. گیاهان دارویی، نیمه هادی و مواد غذایی به حداقل شسته شدن یونهای فلزی-و توانایی زنده ماندن در مواد ضدعفونی کننده شیمیایی تهاجمی و تمیز کردن-در-در چرخه نیاز دارند. درجه کربن پایین-این نیازهای خلوص را برآورده می‌کند و در عین حال جوش‌ها را تمیز نگه می‌دارد.

316 همچنان جایگاه خود را در جایی که قطعه-جوش نخورده است، نیاز به استحکام اضافی دارد، یا می‌توان آن را با-حرارت جوش-دریافت کرد - به‌عنوان مثال، بدنه شیر آهنگری،-لوله‌کشی با فشار بالا، و اجزای ماشینکاری شده قابل عملیات حرارتی{6}}. این تصمیم به سه سوال بستگی دارد: آیا جوش داده می شود؟ آیا بعد از آن می توان آنیل کرد؟ آیا خلوص حیاتی است؟ اگر پاسخ دو مورد اول "بله / خیر" یا پاسخ سوم "بله" است، 316L را انتخاب کنید.

316 و 316L در استحکام مکانیکی چگونه مقایسه می شوند؟

316 نسبتاً قوی تر است - حداقل قدرت تسلیم بیشتر یا مساوی 205 مگاپاسکال در مقابل 316L بیشتر یا مساوی 170 مگاپاسکال (حدود 6 درصد بیشتر) - زیرا کربن عنصر تقویت کننده است. در اکثر تجهیزات ساخته شده، شکاف ناچیز است. 316 فقط زمانی اهمیت دارد که حداکثر دمای اتاق{9}}در اولویت باشد.

کربن با قفل کردن ساختار کریستالی فولاد را تقویت می کند. بنابراین، حذف کربن برای تولید 316L استحکام را اندکی کاهش می‌دهد، اما شکل‌پذیری و جوش‌پذیری را بهبود می‌بخشد.

اعداد (شرایط آنیل شده، در هر ASTM/EN):

هر دو گرید ازدیاد طول و سختی یکسانی دارند، بنابراین 316L به معنای شکننده‌تر «ضعیف‌تر» نیست - به سادگی در زیر بار سفت‌تر است. برای مخازن تحت فشار، اعضای ساختاری تحت بار پایدار، و-بسته‌کننده‌های با استحکام بالا، حاشیه اضافی 316 می‌تواند مفید باشد. برای اکثریت قریب به اتفاق کارهای ورق، صفحه، لوله و مخزن، هر کدام از این گریدها بدون مشکل کار می کنند.

آیا جوشکاری عملکرد 316 در مقابل 316L را تغییر می دهد؟

جوشکاری تفاوت تعیین کننده بین دو درجه است. 316L مقاومت خوردگی کامل را از طریق گرمای جوش-منطقه تحت تأثیر بدون عملیات حرارتی پس از جوش حفظ می‌کند. 316 می تواند در همان ناحیه حساس شود و معمولاً پس از جوشکاری برای بازیابی مقاومت در برابر خوردگی نیاز به بازپخت دارد.

در طول هر جوشکاری، فلز مجاور اتصال (ناحیه تحت تأثیر گرما، یا HAZ) از محدوده حساسیت 450 تا 850 درجه عبور می کند. در سال 316، کربن بالاتر، کاربیدهای کروم را در مرز دانه ها تشکیل می دهد و کروم را به صورت محلی تخلیه می کند. سپس جوش به ضعیف‌ترین و مستعدترین{6}}خوردگی بخش سازه تبدیل می‌شود.

316L حاوی کربن بسیار کمی است که این اتفاق نمی افتد. در ترکیب با یک پرکننده{2}}کم کربن مانند ER316L (TIG) یا E316L-16 (چوب)، جوش تمام شده به اندازه فلز پایه در برابر خوردگی مقاوم است.

316 را می توان با بازپخت پس از جوش (معمولاً 850 تا 900 درجه) برای حل کردن کاربیدها و انتشار مجدد کروم - نجات داد، اما این کار زمان، انرژی و ظرفیت کوره را هزینه می‌کند و اغلب برای سازه‌های مخزن بزرگ-سازه‌های مخزن جوش‌شده{7} مانند سازه‌های خارج از محل جوش داده شده غیرممکن است. این محدودیت عملی دقیقاً به همین دلیل است که 316L به درجه پیش فرض در ساخت مدرن تبدیل شده است.

کدام درجه مقرون به صرفه تر است-: 316 یا 316 لیتر؟

316L معمولاً دارای حق بیمه مواد کمی است (معمولاً در بسیاری از بازارها بین 5 تا 10 درصد ذکر می شود، اگرچه پالایش مدرن شکاف را کاهش داده است)، اما معمولاً در مجموع هزینه نصب شده برنده می شود زیرا خرابی های مربوط به-بازپخت جوش، دوباره کاری و خوردگی{4}} را حذف می کند.

در سطح مواد خام، 316L می‌تواند تا حدودی گران‌تر باشد، زیرا نگه داشتن کربن زیر 0.03 درصد به کنترل ذوب دقیق‌تری نیاز دارد. بنابراین برای یک قطعه کوچک و غیر جوشکاری شده، 316 ممکن است انتخاب کلی ارزان‌تر باشد.

هزینه چرخه عمر داستان متفاوتی را برای تجهیزات جوش داده شده بیان می کند. 316L در هزینه کوره های آنیل صرفه جویی می کند، بار بازرسی را کاهش می دهد، خطر خرابی جوش میدانی را کاهش می دهد و عمر سرویس در سرویس کلرید را افزایش می دهد. وقتی قطعه را به اضافه ساخت، عملیات حرارتی، بازرسی و نگهداری مورد انتظار قیمت گذاری می کنید، 316L اغلب گزینه کمتر-کل-هزینه است.

سوال درست هرگز این نیست که "کیلوگرم کدام ارزانتر است؟" اما "کدام درجه در طول عمر دارایی هزینه کمتری دارد؟"

چگونه بین 316 و 316L را برای برنامه خود انتخاب می کنید؟

هر زمان که قطعه جوش داده می‌شود،-در معرض کلرید قرار می‌گیرد یا باید استانداردهای خلوص- بالا را داشته باشد، 316L را انتخاب کنید. 316 را فقط برای اجزای بدون-جوشکاری، استحکام-بالاتر یا حرارتی-در مواردی که خوردگی پست{8}}خطری ندارد، انتخاب کنید.

جوش داده شده و در معرض کلریدها یا مواد شیمیایی → 316L را انتخاب کنید.

جوش داده شده و نمی توان آنیل{0}}جوش داد → 316L (اجباری) را انتخاب کنید.

دارویی، غذایی یا نیمه هادی (خلوص بالا) ← 316L را انتخاب کنید.

قطعه 316 بدون-جوش داده شده،-استحکام بالا یا حرارت-قابل درمان قابل قبول است و در هزینه{4}} صرفه جویی می کند.

جزء ماشینکاری یا آهنگری بدون جوش → 316 خوب است.

صفحه ضخیم ( بزرگتر یا مساوی 10 میلی متر) که باید جوش داده شود → 316L. حتی 316 به بازپخت نیاز دارد.

سوالات متداول

س: آیا 316L می تواند به طور کامل جایگزین 316 در همه برنامه ها شود؟

پاسخ: تقریباً در همه موارد، بله. 316L می‌تواند تقریباً در هر سرویسی جایگزین 316 شود، زیرا مقاومت در برابر خوردگی آن برابر یا بهتر است. استثناها برنامه‌هایی هستند که به حداکثر{3}}استحکام دمای اتاق یا مقاومت در برابر خزش در دمای بالا- بالای تقریباً 500 درجه نیاز دارند، جایی که کربن بالاتر 316 کمک می‌کند.

س: آیا 316L زنگ می زند یا خورده می شود؟

پاسخ: 316L در برابر زنگ زدگی بسیار بهتر از فولاد کربنی و 304 مقاومت می کند، اما هیچ درجه ضد زنگ در هر شرایطی در برابر خوردگی- مقاوم نیست. تحت خوردگی شکاف شدید، جریان های سرگردان، یا شیمی کاهنده/حفره ای بسیار تهاجمی، همچنان می تواند خورده شود. انتخاب صحیح درجه به علاوه طراحی خوب (جلوگیری از شکاف های راکد، اطمینان از زهکشی) ضروری است.

س: آیا 316L مغناطیسی است؟

پاسخ: نمرات آستنیتی اساساً در شرایط آنیل شده غیر مغناطیسی هستند. کار سرد می تواند مقدار کمی مغناطیس ایجاد کند، اما 316L برای اهداف عملی غیر مغناطیسی در نظر گرفته می شود - برای کاربردهای معماری و MRI{5}}منطقه مفید است.

س: از چه پرکننده جوشکاری برای 316L استفاده کنم؟

پاسخ: برای حفظ مزیت از پرکننده کم کربن- استفاده کنید: ER316L برای TIG/MIG و E316L{5}}16 (یا معادل آن) برای جوشکاری چوب. تطبیق محتوای مولیبدن فلز پایه، جوش را به اندازه جوش در برابر خوردگی مقاوم نگه می‌دارد.

س: کدام یک برای آب دریا بهتر است: 316 یا 316L؟

A: برای سازه های آب دریا جوش داده شده، 316L. برای سخت‌افزار آب دریا بدون جوش-، هر یک از گریدها عملکرد خوبی دارند، اما 316L پیش‌فرض ایمن‌تر باقی می‌ماند زیرا اکثر اجزای واقعی حداقل برخی از جوش‌ها را شامل می‌شوند.

س: چه استانداردها و نمرات معادل اعمال می شود؟

A: استانداردهای رایج محصول عبارتند از ASTM A240 (صفحه)، A312 (لوله)، A276 (میله)، و A358 (لوله جوش داده شده)، به علاوه EN 10088. معادل‌ها: 316=UNS S31600, EN 1.4401, X5CrNiMo17-US2; 316L=UNS S31603, EN 1.4404, X2CrNiMo17-12-2, SUS316L, GB 022Cr17Ni12Mo2.