فولاد ضد زنگ 316L در مقابل 316H: محتوای کربن، استحکام خزشی و انتخاب دمای بالا-

از هر مهندس مواد بخواهید که دو مورد از رایج ترین فولادهای زنگ نزن آستنیتی را نام ببرد، آنها خواهند گفت316Lو 316H - اغلب بدون اینکه متوجه باشیم که این دو "برادر" برای کارهای کاملاً مخالف طراحی شده اند. 316L یک دستگاه جوشکاری، مقاوم در برابر خوردگی-کارخانه های شیمیایی، تجهیزات دریایی و فرآوری مواد غذایی است. 316H متخصص درجه حرارت بالا-است، ساخته شده برای مقاومت در برابر فلزات آهسته در برابر خزش استرس در دمای بالا برای سال ها یا دهه ها.

کل تفاوت بین این دو درجه به دو متغیر خلاصه می‌شود: محتوای کربن و اندازه دانه. 316کربن درپوش L 0.03% برای جلوگیری از حساس شدن جوش. 316H به کربن بین 0.04% و 0.10% به‌علاوه اندازه دانه درشت ASTM No{5}} یا استحکام درشت‌تر، که هر دوی آن‌ها بیشتر است، نیاز دارد. این یک مقایسه "بهتر یا بدتر" نیست - بلکه یک مقایسه "ابزار مناسب برای دمای مناسب" است. استفاده از 316 لیتر بالاتر از 425 درجه (800 درجه فارنهایت) در سرویس فشار، خطر خرابی خزش را به همراه دارد. استفاده از 316H برای یک مخزن شیمیایی جوش داده شده باعث خوردگی بین دانه ای می شود. انتخاب درجه اشتباه در هر جهت باعث تعطیلی کارخانه، پارگی کشتی و خرابی فاجعه‌بار شده است.

قانون تصمیم گیری در یک جمله: زیر 425 درجه (800 درجه فارنهایت) و جوش یا خوردگی-بحرانی، 316L را انتخاب کنید. بالاتر از 425 درجه که در آن قدرت خزش و درجه حرارت بالا{5}}کد ASME اهمیت دارد، 316H را انتخاب کنید. این دو درجه مکمل یکدیگرند و قابل تعویض نیستند - و اشتباه گرفتن آنها یکی از رایج ترین خطاهای انتخاب مواد-در صنایع فرآیند و نیرو است.

ترکیب شیمیایی - محتوای کربن و اندازه دانه مورد نیاز

316 لیتر و316Hترکیب شیمیایی هسته یکسانی دارند - 16-18% کروم، 10-14% نیکل، و 2-3% مولیبدن - و در محتوای کربن و اندازه دانه متفاوت هستند{4}}L caps کربن در 0.03% (حداکثر قابلیت جوشکاری)، در حالی که 3.16H اجباری کربن به اندازه 0.1%04 plus0 را مشخص می کند. ASTM No. 7 یا درشت تر. مولیبدن در هر دو گرید چیزی است که کل خانواده 316 را از 304 جدا می کند: در محیط های کلرید در برابر خوردگی حفره ای و شکافی مقاومت می کند.

هر دو 316L (UNS S31603) و 316H (UNS S31609) فولادهای زنگ نزن آستنیتی مولیبدن-در سری 300 هستند. "L" در 316L مخفف "کربن کم" (کمتر یا مساوی 0.03٪) است. "H" در 316H مخفف "High Carbon" (0.04-0.10%) است و یک نیاز اضافی را دارد که هیچ درجه سری 300 دیگری ندارد: اندازه دانه درشت ASTM No. 7 یا درشت تر. این نیاز به اندازه دانه چیزی است که 316H را از 316 ساده با کربن صرفاً بالا متفاوت می کند - دانه درشت برای مقاومت در برابر خزش ضروری است و با بررسی ریزساختاری در گزارش آزمایش آسیاب تأیید می شود.

چرا محتوای کربن دو درجه را در جهت مخالف نشان می دهد؟

کربن دو نقش متضاد در فولاد ضد زنگ سری 316- دارد. در دمای بالا، کربن فلز را با تشکیل کاربید کروم ریز رسوب می دهد که مرزهای دانه را در برابر تغییر شکل خزش می بندد - به همین دلیل 316H به حداقل 0.04 درصد کربن نیاز دارد. اما در طول جوشکاری، همان کربن به مرزهای دانه‌ها مهاجرت می‌کند و کروم را تخلیه می‌کند و باعث خوردگی بین دانه‌ای (حساسیت) می‌شود - به همین دلیل است که 316L کربن را در 0.03% درپوش می‌دهد. به طور خلاصه: کربن منبع 316H از استحکام{14}در دمای بالا است و عدم وجود کربن در 316L منبع یکپارچگی جوش آن است. شما نمی توانید هر دو مزیت را در یک شیمی واحد داشته باشید - به همین دلیل است که این دو درجه وجود دارد.

برای درک این مبادله، اتم‌های کربن را به‌عنوان دو کار متفاوت در دو دمای متفاوت تصور کنید. در محدوده حساسیت 425-870 درجه (800-1600 درجه فارنهایت) - به دست آمده در گرما-منطقه تحت تأثیر یک جوش - کربن با کروم واکنش می‌دهد و در مرزهای دانه‌ها کاربیدهای کروم تشکیل می‌دهد که باعث می‌شود ریزگردها و فلزات رنگی را می‌ربایند. مسیرها. 316کربن فوق العاده-L's به این معنی است که کربن کافی برای ایجاد این آسیب وجود ندارد، بنابراین 316L جوش داده شده بدون عملیات حرارتی پس از جوش، در برابر خوردگی مقاوم می‌ماند.

اما در دمای بالا پایدار (تقریباً 500-700 درجه)، داستان برعکس می‌شود. خزش - کشش آهسته فلز تحت بار - اساساً با لغزش مرزهای دانه از کنار یکدیگر و با حرکت نابجایی اتفاق می‌افتد. پراکندگی ریز ذرات کاربید کروم در مرزهای دانه مانند پین هایی عمل می کند که مرزها را در جای خود قفل می کند و به طور چشمگیری خزش را کند می کند. این دقیقاً مکانیزم تقویتی است که کربن بالاتر 316H ارائه می‌کند. 316L، تقریباً بدون کربنی که این کاربیدهای پین‌کننده را تشکیل می‌دهد، در دمای بالا سریع‌تر می‌خزد. علاوه بر این مزیت، اندازه دانه درشت 316H به معنای مرزهای دانه کمتر در واحد حجم است - و از آنجایی که مرزهای دانه حلقه ضعیف در خزش هستند، مرزهای کمتر برابر با مقاومت خزش بهتر است.

نیاز اندازه دانه - چه چیزی 316H را واقعاً «H» می‌سازد

اندازه دانه مورد نیاز ASTM No. 7 یا درشت‌تر، ویژگی تعیین‌کننده‌ای است که 316H را از کربن 316 معمولی با-بالا{2}معمولی جدا می‌کند. مواد ریزدانه-از همان مواد شیمیایی. به همین دلیل است که گزارش آزمایش مواد برای 316H باید اندازه دانه - یک ماده 316 با کربن مناسب را نشان دهد، اما یک دانه ریز 316H نیست و در سرویس خزش عملکرد مشابهی نخواهد داشت.

اندازه دانه با ASTM E112 اندازه گیری می شود و به عنوان یک عدد گزارش می شود. اعداد بالاتر به معنای دانه های ریزتر است. یک 316L معمولی آنیل شده دارای اندازه دانه ASTM No. 5-8 است، اغلب در سمت ریزتر پس از بازپخت محلول. 316H عمداً با اندازه دانه ASTM No. 7 یا درشت‌تر (معمولاً No. 3-7 در عمل) تولید می‌شود، که از طریق محلول کنترل‌شده و زمان‌بندی به دست می‌آید. این یکی از معدود موارد در فولاد ضد زنگ است که در آن ریزساختار «درشت‌تر» «بهتر» است - نکته‌ای که مهندسین را سردرگم می‌کند که فهمیده‌اند اندازه دانه ریز استحکام دمایی و چقرمگی اتاق را بهبود می‌بخشد. حقیقت این است که دانه ریز در دمای اتاق کمک می کند، اما دانه درشت در دمای خزش برنده است.

[منبع] ASTM A240/A240M - مشخصات استاندارد برای کروم و کروم-صفحه، ورق و نوار فولاد ضد زنگ نیکل. ASTM E{5}} روش‌های تست استاندارد برای تعیین اندازه دانه متوسط.

خواص مکانیکی

در دمای اتاق در شرایط آنیل شده، 316H دارای حداقل استحکام کششی و تسلیم کمی بالاتر از 316L است (515 مگاپاسکال در مقابل کشش 485 مگاپاسکال؛ 205 مگاپاسکال در مقابل 170 مگاپاسکال)، زیرا محتوای کربن بالاتر استحکام بارندگی متوسطی را ایجاد می‌کند. با این حال، این اختلاف 6-15% اندک است و هر دو گرید شکل پذیر و شکل پذیر هستند. تفاوت قدرت دمایی

افزایش{0}}قدرت دما و تقسیم استرس مجاز ASME

تفاوت مکانیکی تعیین کننده در بالای 425 درجه (800 درجه فارنهایت) ظاهر می شود. کد دیگ بخار و مخزن فشار ASME بخش II، قسمت D مقادیر تنش مجاز را برای 316L فقط تا 800 درجه فارنهایت (427 درجه) فهرست می کند - فراتر از آن، 316L هیچ تنش مجاز فهرست شده در کد- ندارد زیرا قدرت خزش آن به طور قابل اعتماد تضمین نشده است (1، 6 درجه سانتیگراد، 1 درجه سانتیگراد، 8 درجه سانتیگراد بر اساس کنتراست، 8 درجه سانتیگراد، 1 درجه سانتیگراد، 1 درجه سانتیگراد تا 1 درجه سانتیگراد، 8 درجه سانتیگراد تا 1 درجه سانتیگراد با کنتراست، 8 درجه تا 1 درجه سانتیگراد تضمین شده است). این واقعیت واحد، قاعده عملی است که بر کل تصمیم انتخاب 316L در مقابل 316H در طراحی مخزن فشار و لوله کشی{16}} حاکم است.

دلیل سقف 800 درجه فارنهایت (427 درجه) در 316L خزش است. در دماهای بالاتر از تقریباً 0.4 برابر نقطه ذوب (بیان شده بر حسب کلوین)، فلزات تحت بارهای بسیار پایین‌تر از قدرت تسلیم دمایی اتاق خود، برای همیشه شروع به تغییر شکل می‌کنند. برای فولاد زنگ نزن آستنیتی، این رژیم خزشی در حدود 500 درجه (930 درجه فارنهایت) شروع می شود و تا 600 درجه (1112 درجه فارنهایت) بر طراحی غالب است. از آنجایی که 316L نه کربن دارد و نه دانه درشتی برای مقاومت در برابر خزش، ASME به سادگی تنش های مجاز را برای آن بالاتر از 800 درجه فارنهایت منتشر نمی کند - یک طراح به معنای واقعی کلمه نمی تواند از 316L برای یک قطعه کد{17}}در 600 درجه فشار مهر شده در 600 درجه استفاده کند تنش مجاز تا 1500 درجه فارنهایت (816 درجه).

[منبع] ASME Boiler and Pressure Vesel Code, Section II, Part D - Properties (Metric). مقادیر نشان داده شده نماینده هستند. برای طراحی به نسخه فعلی کد مراجعه کنید.

قدرت خزش

خزش تغییر شکل آهسته و دائمی فلزی است که تحت تنش در دمای بالا - حتی در تنشی بسیار کمتر از قدرت تسلیم دمای اتاق- نگه داشته می‌شود. لوله ای که به راحتی 100 بار را در دمای 20 درجه نگه می دارد، می تواند در دمای 600 درجه به آرامی متورم شود، نازک شود و در طول ماه ها یا سال ها تحت فشار یکسان پاره شود. خزش مکانیزم شکست غالب در تجهیزات دمای بالا مانند لوله‌های دیگ بخار، هدرهای سوپرهیتر، لوله‌های کوره پالایشگاه و لوله‌کشی بخار - است و دقیقاً حالت شکست است که 316H برای مقاومت طراحی شده است و 316L نیست.

برای درک شهودی خزش، به کشیدن یک تکه کارامل گرم یا یک پنیر نرم فکر کنید. به آرامی بکشید و به آرامی کشیده می شود و برای همیشه - به عقب باز نمی گردد. فلزات همین کار را در دمای بالا انجام می دهند: اتم های داخل فلز انرژی حرارتی کافی برای حرکت و تنظیم مجدد تحت بار به دست می آورند. با گذشت زمان، این حرکت اتمی به صورت تغییر شکل دائمی تجمع می یابد. در دمای اتاق، این حرکت آنقدر آهسته است که در طول عمر انسان بی اهمیت است. در دمای 600 درجه، به اندازه کافی سریع اتفاق می افتد که ظرف چند سال یک مخزن تحت فشار پاره شود - به همین دلیل است که خزش، نه قدرت تسلیم، بر طراحی دمای بالا- حاکم است.

خزش معمولاً با قدرت گسیختگی خزشی مشخص می شود: تنشی که باعث شکستگی پس از یک زمان مشخص در دمای مشخص می شود که معمولاً در 100000 ساعت (حدود 11.4 سال) گزارش می شود. به عنوان مثال، یک ماده ممکن است دارای قدرت گسیختگی 100000-ساعت ۱۰۰ مگاپاسکال در ۶۰۰ درجه باشد، به این معنی که یک قطعه بارگذاری شده تا ۱۰۰ مگاپاسکال، به طور متوسط ​​۱۰۰،۰۰۰ ساعت قبل از گسیختگی زنده می‌ماند. کدهای طراحی از این مقادیر گسیختگی خزشی، تقسیم بر یک ضریب ایمنی، برای تنظیم تنش مجاز در دمای بالا استفاده می کنند - به همین دلیل است که 316L هیچ تنش مجاز بالای 800 درجه فارنهایت ندارد.

چرا 316H در برابر خزش بهتر از 316L مقاومت می کند؟

316H در برابر خزش از طریق دو مکانیسم تقویتی که 316L فاقد آن است، مقاومت می کند: (1) کربن بالاتر (0.04-0.10%) رسوبات ریز کاربید کروم را در مرزهای دانه تشکیل می دهد که مرزها را سنجاق می کند و از لغزش آنها جلوگیری می کند. (2) اندازه دانه درشت (ASTM No. 7 یا درشت تر) به معنای مرزهای دانه کمتر در واحد حجم است، و از آنجایی که مرزهای دانه حلقه ضعیف در خزش هستند، مرزهای کمتر برابر با خزش کمتر است. 316L هیچ مکانیزمی ندارد، بنابراین در دمای بالا به طور قابل توجهی سریعتر خزش می کند.

مکانیسم 1 - سنجاق کاربید. در 316H، کربن پراکندگی کاربیدهای غنی از کروم-M23C6 را در مرزهای دانه تشکیل می‌دهد. این کاربیدها مانند پین‌هایی عمل می‌کنند که از مرزهای دانه‌ها عبور می‌کنند، دانه‌های مجاور را به هم قفل می‌کنند و در برابر لغزش مرز که باعث تغییر شکل خزشی می‌شود مقاومت می‌کنند.

مکانیسم 2 - دانه درشت. تغییر شکل خزشی در مرزهای دانه متمرکز می شود زیرا مرزها جایی هستند که ساختار اتمی در آن بی نظم است. یک ماده-ریز دانه دارای مرزهای زیادی است (پیوندهای ضعیف تر). مواد درشت-دانه‌دار کمی دارند. با نیاز به اندازه دانه ASTM No. 7 یا درشت‌تر، 316H تعداد پیوندهای ضعیف را به حداقل می‌رساند و مستقیماً سرعت خزش را کاهش می‌دهد. این مورد نادری در متالورژی است که درشت‌تر بهتر است - درست برعکس ترجیح دانه‌های ریز برای اتاق{11}}استحکام و چقرمگی.

اثر ترکیبی قابل توجه است. در 600 درجه (1112 درجه فارنهایت)، قدرت گسیختگی 100000-ساعتی 316H تقریباً 30 تا 60 درصد بیشتر از 316 لیتر شیمی پایه معادل است. از نظر عملی، یک لوله دیگ بخار 316H می تواند بار بخار یکسان را در 600 درجه به مدت دو تا سه برابر بیشتر از یک لوله 316L حمل کند - یا بار بیشتری را برای طول عمر طراحی مشابه حمل کند. برای تجهیزات با عمر طراحی 20-30 سال، این تفاوت تفاوت بین موفقیت و شکست زودرس است.

برنامه‌های Creep - جایی که 316H ارزش خود را کسب می‌کند

316H ماده استاندارد برای خدمات دمای بالا در محدوده 500-700 درجه (930-1290 درجه فارنهایت) است، به ویژه در تولید برق و پالایش: لوله‌های سوپرهیتر و گرم‌کننده دیگ بخار، هدرهای بخار و لوله‌های بخار بالا و لوله‌های بخار بالا، و لوله‌های پالایشگر مخازن و{9}}لوله های مبدل حرارتی. این به طور خاص در جایی انتخاب می‌شود که{10}}قدرت خزشی بلندمدت - نه فقط مقاومت گرم کوتاه‌مدت - معیار طراحی حاکم است.

انتخاب دمای{0}بالا

تنها مهم ترین عدد در تصمیم 316L در مقابل 316H 425 درجه (800 درجه فارنهایت) است. زیر این دما، 316L کاملا قابل قبول است و معمولاً به دلیل جوش پذیری عالی و مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای، انتخاب بهتری است. بالاتر از این دما، در هر برنامه فشاری که با کد تنظیم می‌شود، 316L مجاز نیست و 316H (یا آلیاژ رتبه‌بندی خزش{10}) دیگر اجباری می‌شود. این آستانه را به خاطر بسپارید: اکثریت قریب به اتفاق سوالات 316L در مقابل 316H را حل می کند.

محدودیت 800 درجه F برای درجه‌های L- دلخواه نیست - در ASME BPVC بخش II، قسمت D نوشته شده است، که به سادگی تنش‌های مجاز را برای 316L بالای 800 درجه فارنهایت فهرست نمی‌کند. زیرا ASME Section VIII (مخازن تحت فشار) و ASME B31.3 (طراحان تنش‌های قابل استفاده برای استفاده از این لوله‌ها به فهرستی نیاز دارند) مؤلفه مهر شده کد-به طور قانونی نمی تواند از 316L بالای 800 درجه فارنهایت استفاده کند. این درست است حتی اگر یک تامین کننده به شما بگوید 316L در دمای 600 درجه "باید نگه داشته شود" - ممکن است ماده برای مدتی از نظر فیزیکی زنده بماند، اما اساس تنش تایید شده با کد ندارد، و عمر خزشی آن تضمین نشده است.

نردبان انتخاب دما

اکسیداسیون - دیگر حد دمای بالا-

حتی 316H دمای سرویس بالاتری دارد. بالاتر از حدود 870 درجه (1600 درجه فارنهایت) در هوا، مقیاس اکسید کروم محافظ در 316H شروع به شکستن می کند و سرویس مداوم باعث اکسیداسیون (پوسته پوسته شدن) پیشرونده و از بین رفتن مقطع می شود. برای سرویس مداوم بالاتر از تقریباً 870 درجه، به درجه مقاوم در برابر حرارت (مانند 310S یا 253MA) یا آلیاژ نیکل (مانند Inconel 625 یا 601) بروید. بین 816 درجه و 870 درجه، 316H ممکن است به طور متناوب یا تحت بار سبک استفاده شود، اما عمر اکسیداسیون باید مورد به مورد ارزیابی شود.

خوردگی با دمای{0}بالا اساساً با خوردگی آبی که در دمای پایین غالب است متفاوت است. در دمای پایین، خوردگی الکتروشیمیایی است - به الکترولیت مایع نیاز دارد. در دمای بالا، خوردگی اکسیداسیون است - فلز به طور مستقیم با اکسیژن، گوگرد یا کربن موجود در گاز واکنش می دهد. کروم موجود در 316H یک مقیاس محافظ Cr2O3 تشکیل می دهد که در برابر اکسیداسیون تا حدود 870 درجه مقاومت می کند. بالاتر از آن، مقیاس کمتر محافظ می شود و فلز زیرین به تدریج مصرف می شود.

به همین دلیل است که انتخاب ماده "درجه حرارت بالا" دو سوال مستقل دارد: "آیا قدرت خزش کافی است؟" و "آیا فلز اکسید می شود؟" - و قبل از انتخاب نمره باید به هر دو پاسخ داده شود.

جوشکاری و حساسیت

طنز اصلی خانواده 316 اینجاست: همان کربنی که به 316H استحکام خزش{2}}در دمای بالا می‌دهد، همان کربنی است که 316H را در برابر حساسیت جوش آسیب‌پذیر می‌کند. هنگامی که 316H جوش داده می‌شود و منطقه تحت تأثیر حرارت-از 425-870 درجه عبور می‌کند، کربن آن به صورت کاربید کروم در مرزهای دانه‌ها رسوب می‌کند، کروم را تخلیه می‌کند و در صورتی که قطعه بعداً در معرض محیطی بدون خورنده، تقریباً بدون خورنده قرار گیرد، کروم را تخلیه می‌کند و حساسیت به خوردگی بین دانه‌ای ایجاد می‌کند. بدون این خطر - به همین دلیل است که 316L انتخاب استاندارد برای خدمات جوشی، دمای پایین و خورنده است.

این مبادله-به این دلیل است که دو درجه مکمل به جای رقیب. 316قطعات H (لوله های دیگ بخار، هدرهای بخار) بالاتر از 500 درجه در بخار یا گاز احتراق - محیط هایی که در آن خوردگی بین دانه ای آبی رخ نمی دهد، عمل می کنند، بنابراین حساس شدن یک نگرانی عملی نیست (تجهیزات شیمیایی زیر 2 درجه، اجزای غذای 4 درجه، کارکرد تجهیزات شیمیایی 5 درجه) در محیط های آبی یا اسیدی خفیف که خوردگی بین دانه ای یک تهدید واقعی است، بنابراین مزیت کربن پایین ضروری است. انتخاب درجه اشتباه این منطق را وارونه می کند و باعث شکست می شود.

تمرین جوشکاری برای 316L در مقابل 316H

آیا می توانید 316L را به 316H جوش دهید؟

بله - 316L و 316H از نظر متالورژی سازگار هستند و می توان آنها را با هم جوش داد، اما فلز پرکننده و دمای سرویس باید با هم در نظر گرفته شوند. برای اتصالات با دمای پایین، از پرکننده ER316L استفاده کنید تا فلز جوش در برابر حساسیت مقاومت کند. برای یک اتصال خزشی با دمای بالا، فلز جوش باید دارای کربن منطبق و مقاومت خزشی مشابه با فلز پایه 316H باشد - با استفاده از پرکننده{9}کم کربن در یک اتصال خزشی، پیوند ضعیفی ایجاد می‌کند که ابتدا خزش می‌کند{10}}. کد قابل اجرا (ASME B31.3، بخش VIII) را برای الزامات خاص فلز پرکننده اتصالات با دمای بالا{13}316H رجوع کنید.

این یک نکته ظریف اما مهم است که مهندسان اغلب از آن غافل می شوند. در یک اتصال جوشکاری شده در دمای اتاق، فلز جوش معمولاً قوی‌تر از فلز پایه است، بنابراین جوش کمی ضعیف‌تر همچنان قابل قبول است. اما در سرویس خزش، فلز جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت-می‌توانند ضعیف‌ترین بخش‌های خزش- اتصال باشند. یک پرکننده 316 لیتری که در یک اتصال خزشی 316H رسوب می‌کند نسبت به فلز پایه 316H کربن کمتر و دانه‌ریزی ریزتری دارد، بنابراین ابتدا خزیده و پاره می‌شود - پدیده‌ای که به عنوان "کاهش عمر خزشی در جوش‌ها" شناخته می‌شود. برای جوش‌های{10}در دمای بالا بحرانی، شیمی پرکننده، ساختار دانه‌ها و حتی عملیات حرارتی جوش باید به دقت مطابقت داده شود تا عمر خزش حفظ شود.

مقاومت در برابر خوردگی - آب در مقابل دمای بالا-

برای مقاومت به خوردگی عمومی، حفره ای و خوردگی شکافی در محیط های آبی، 316L و 316H اساساً معادل هستند، زیرا این ویژگی ها توسط کروم، نیکل و مولیبدن - کنترل می شود که در دو درجه یکسان هستند. هر دو دارای PREN (عدد معادل مقاومت حفره‌ای) تقریباً 24-25 هستند که هر دو را برای قرار گرفتن در معرض کلرید ملایم مناسب می‌سازد اما برای خدمات شدید آب دریا مناسب نیست. اختلاف خوردگی بین گریدها تنها پس از جوشکاری (حساسیت) و در دمای بالا (اکسیداسیون) ظاهر می شود.

محتوای مولیبدن (2{7}}3%) چیزی است که به کل خانواده 316 برتری نسبت به 304 می دهد. مولیبدن به طور چشمگیری مقاومت در برابر خوردگی حفره و شکاف را در محیط های کلریدی بهبود می بخشد. به همین دلیل است که 316/316L/316H فولادهای زنگ نزن استاندارد "دریایی{{8}درجه" و "شیمیایی{10}درجه" هستند، در حالی که 304 درجه استاندارد "عمومی{14}} است. از آنجایی که 316L و 316H محتوای مولیبدن یکسانی دارند، مقاومت آنها در برابر حفره های کلرید یکسان است - نام "L" یا "H" هیچ ارتباطی با این ویژگی ندارد.

خوردگی بین دانه‌ای - جایی که درجات بعد از جوشکاری از هم جدا می‌شوند

پس از جوشکاری، رفتار خوردگی 316L و 316H به شدت واگرا می‌شود. 316L در برابر خوردگی بین دانه‌ای در حالت-جوشکاری شده مقاومت می‌کند زیرا کربن کم آن از بارش کاربید کروم در گرما{4}}منطقه تحت‌تاثیر{{5}H,{0}H{1,{0}% جلوگیری می‌کند. به راحتی در حین جوشکاری، و یک جزء 316H که در معرض محیط آبی خورنده کمتر از حدود 400 درجه قرار می گیرد، در ناحیه تحت تأثیر حرارت جوش{12}} دچار حمله بین دانه ای می شود. به همین دلیل است که 316H جوش داده شده برای سرویس{13}در دمای بالا و غیرآبی در نظر گرفته شده است.

خوردگی بین دانه ای (IGC) حالت شکستی است که درجه های "L" برای جلوگیری از آن ایجاد شده اند. زمانی اتفاق می‌افتد که کاربیدهای کروم در مرزهای دانه‌ها در حین جوشکاری تشکیل می‌شوند و فلز کروم مجاور را زیر آستانه فیلم غیرفعال 12% تخلیه می‌کنند. سپس مرزهای تخلیه شده ترجیحاً خورده می شوند و باعث می شوند که فلز استحکام خود را از دست داده و در نهایت در امتداد مرزهای دانه شکست بخورد. 316H عمداً کربن بالایی دارد، بنابراین ذاتاً مستعد حساسیت است-. برای هر جزء جوش داده شده ای که آب، مواد شیمیایی پردازش یا حتی هوای مرطوب را در دمای پایین می بیند، 316L - نه 316H - انتخاب صحیحی است. برعکس، برای یک لوله دیگ بخار در دمای 600 درجه در بخار خشک، حساسیت بی ربط است و 316H صحیح است.

اکسیداسیون و کربوریزاسیون در دمای بالا-

در دمای بالا، مکانیسم‌های خوردگی مربوطه از حمله آبی به اکسیداسیون، سولفیداسیون و کربوریزه شدن تغییر می‌کنند. در اینجا، 316H به خوبی (یا کمی بهتر از) 316L عمل می کند، زیرا مقاومت در برابر اکسیداسیون توسط کروم - یکسان در هر دو گرید - کنترل می شود و کربن بالاتر 316H حتی می تواند مقاومت در برابر کربن را با پیش-اشباع کردن سطح با کربن بهبود بخشد. هر دو درجه یک مقیاس محافظ Cr2O3 تا تقریباً 870 درجه تشکیل می دهند که بالاتر از آن یک آلیاژ{10}مقاوم در برابر حرارت یا نیکل{10}} لازم است.

در خدمات کوره و ریفرمر، کربورسازی - جذب کربن از گاز فرآیند به فلز - یک مکانیسم تخریب رایج است که آلیاژ را ترد می‌کند. از آنجایی که 316H در حال حاضر حاوی کربن بیشتری است، قبل از اینکه کربن‌سازی مضر شود، دارای «ظرفیت» کربن بالاتری است که به آن یک مزیت جزئی بیش از 316 لیتر در اتمسفرهای کربن‌دار می‌دهد. این یکی دیگر از دلایلی است که 316H درجه ارجح در خدمات پالایشگاهی و کوره پتروشیمی است. با این حال، برای سولفید کردن اتمسفرهای ({8}}H2S بالا) در دمای بالا، هیچ یک از گریدها ایده آل نیستند و آلیاژ نیکل بالاتر مانند Incoloy 825 یا Inconel 625 باید در نظر گرفته شود.

هزینه و در دسترس بودن

316L و 316H اساساً یکسان قیمت دارند - تفاوت هزینه ناچیز است (معمولاً در 2-5٪ و اغلب صفر) زیرا هر دو گرید از طریق یک مسیر پالایش AOD تولید می شوند و تفاوت فقط یک تنظیم کربن متوسط ​​به اضافه یک مرحله کنترل اندازه دانه است. این به این معنی است که هزینه هرگز نباید باعث تصمیم گیری 316L در مقابل 316H شود. انتخاب باید کاملاً بر اساس دمای عملیاتی، جوشکاری و نیازهای خوردگی انجام شود.

برخلاف 304L در مقابل 304 - که در آن درجه-L حق بیمه کمی نسبت به استاندارد 304 - دارد، مقایسه 316L در مقابل 316H تقریباً هزینه-خنثی است. هر دو گرید دارای قیمت آلیاژ پایه یکسانی هستند (بر اساس محتوای 2-3٪ مولیبدن، که ماده گران قیمت است)، و هزینه افزایشی دستیابی به محدوده کربن و دانه درشت 316H ناچیز است. این خوش شانسی است، زیرا قیمت را به طور کامل از معادله حذف می کند: مهندسان می توانند صرفاً براساس شایستگی فنی انتخاب کنند، که دقیقاً چگونه باید یک تصمیم حیاتی برای ایمنی اتخاذ شود.

در دسترس بودن

316L به طور گسترده ذخیره شده و در دسترس ترین فولاد ضد زنگ در جهان است که در هر شکل محصول (ورق، صفحه، میله، لوله، لوله، اتصالات، فلنج) از هر توزیع کننده و کارخانه فولاد ضد زنگ در دسترس است. 316H کمتر رایج است اما همچنان به راحتی در دسترس است، به ویژه در اشکال محصول لوله ای (ASTM A2213/A الف{5}}ح) در برنامه های برق و پالایش استفاده می شود. برای کاربردهای فشار دمای بالا، در دسترس بودن 316H از طریق کارخانه‌هایی که به صنایع بویلر و پتروشیمی خدمات می‌دهند، به خوبی تثبیت شده است.

یک نکته کاربردی: از آنجا که 316L در بازار بسیار مسلط است، بسیاری از توزیع کنندگان و سازندگان آن را به طور پیش فرض - حتی برای برنامه هایی که باید از 316H استفاده کنند، استفاده می کنند. هنگام سفارش برای سرویس با دمای بالا، صراحتاً "316H" را مشخص کنید و در گزارش آزمایش مواد تأیید کنید که (1) کربن 0.04-0.10٪ است و (2) اندازه دانه ASTM No. 7 یا درشت‌تر است. ماده ای که فقط شیمی 316 را برآورده می کند (با حداکثر 0.08٪ کربن) اما فاقد نیاز اندازه دانه است، 316H نیست و عملکرد خزش مورد نیاز را ارائه نخواهد کرد.

سوالات متداول

س: "H" در 316H مخفف چیست؟

A: "H" مخفف "High Carbon" است. 316H محتوای کربن 0.04-0.10% (بالاتر از حداکثر 0.03% 316L) به اضافه اندازه دانه درشت ASTM No. 7 یا درشت‌تر را مشخص می‌کند. این دو ویژگی با هم، قدرت خزش را برای سرویس در دمای بالا به حداکثر می‌رسانند. نام "H" برای تشخیص خزش{12}}دارای رتبه 316 از 316 معمولی و از 316L کم کربن معرفی شد.

س: آیا 316H از 316L قوی تر است؟

پاسخ: در دمای اتاق، 316H دارای حداقل استحکام کمی بالاتر است (515 مگاپاسکال در مقابل کشش 485 مگاپاسکال؛ 205 مگاپاسکال در مقابل 170 مگاپاسکال). اما تفاوت معنی‌دار در دمای بالا است: بالای 425 درجه (800 درجه فارنهایت)، 316H مقاومت خزشی بسیار بالاتری نسبت به 316L حفظ می‌کند، و 316H تنها یکی از این دو است که دارای مقادیر تنش مجاز فهرست شده بالای 800 درجه فارنهایت است.

س: آیا می توانم از 316L به جای 316H در دمای بالا استفاده کنم؟

پاسخ: نه برای سرویس فشار ASME Code بالاتر از 425 درجه (800 درجه فارنهایت). 316L هیچ کد-تنش مجاز بالای این دما را ندارد زیرا کربن کم و دانه ریز آن نمی تواند مقاومت در برابر خزش را تضمین کند. برای دماهای بالاتر از 425 درجه در کاربردهای فشار، از 316H استفاده کنید. برای برنامه‌های بدون فشار یا بارگذاری کم، 316L گاهی تا حدود 450 درجه استفاده می‌شود، اما این خارج از رویه کد است و باید با احتیاط مهندسی انجام شود.

س: آیا 316H قابل جوش است؟

پاسخ: بله، 316H قابل جوش است، اما کربن بالاتر آن باعث می‌شود منطقه تحت تأثیر حرارت{1}}در حین جوشکاری حساس به حساسیت (بارش کاربید کروم) شود. این مورد برای سرویس‌های-غیر آبی با دمای بالا، که در آن خوردگی بین دانه‌ای آبی رخ نمی‌دهد، قابل قبول است. در سرویس آبی خورنده با دمای پایین از 316H جوش داده شده استفاده نکنید - در عوض از 316L استفاده کنید.

س: حداکثر دمای سرویس 316H چقدر است؟

پاسخ: 316H دارای تنش مجاز کد ASME است که تا 816 درجه (1500 درجه فارنهایت) فهرست شده است. با این حال، برای سرویس مداوم در هوا، اکسیداسیون بیش از حدود 870 درجه (1600 درجه فارنهایت) محدود می شود. در عمل، 316H بیشتر در محدوده خزش 500-700 درجه (930-1290 درجه فارنهایت) استفاده می‌شود. بالاتر از تقریباً 870 درجه پیوسته، به درجه مقاوم در برابر حرارت یا آلیاژ نیکل بروید.

س: حداکثر دمای سرویس 316 لیتر چقدر است؟

A: برای سرویس فشار ASME Code، 316L به 425 درجه (800 درجه فارنهایت) محدود شده است. این یک حد خوردگی نیست، بلکه یک حد استحکام خزش است: بالای 800 درجه فارنهایت، مقاومت خزشی 316L به طور قابل اعتمادی تضمین نشده است، بنابراین تنش مجاز منتشر نمی شود. برای هر قطعه نگهدارنده فشار بالای 800 درجه فارنهایت، از 316H استفاده کنید.

س: 316L در مقابل 316H در مقابل 316 - چگونه انتخاب کنم؟

A: از 316L برای مخازن شیمیایی، لوله کشی دریایی، تجهیزات مواد غذایی، جوش داده شده،-بحرانی، دمای پایین-درجه حرارت پایین (زیر 425 درجه) استفاده کنید. از 316H برای سرویس خزش-درجه حرارت بالا (425-816 درجه) - لوله‌های دیگ بخار، لوله‌های بخار، لوله‌های کوره استفاده کنید. از 316 ساده (0.08% حداکثر کربن) عمدتاً به عنوان یک درجه همه منظوره استفاده کنید، در صورتی که هیچ یک از این دو مورد استفاده نمی شود، اگرچه در عمل 316L تا حد زیادی جایگزین 316 برای کاربردهای جوشی شده است.

س: چگونه می توانم تأیید کنم که 316H دریافت می کنم نه 316 یا 316L؟

پاسخ: گزارش تست مواد (MTR) را بررسی کنید. برای 316H، MTR باید: (1) کربن 0.04-0.10% و (2) اندازه دانه ASTM No. 7 یا درشت‌تر را نشان دهد. XRF دستی (PMI) نمی تواند 316/316L/316H را تشخیص دهد زیرا نمی تواند کربن یا اندازه دانه را اندازه گیری کند. کربن باید توسط OES یا آنالیز شیمیایی آزمایشگاهی و اندازه دانه با بررسی متالوگرافی بر اساس ASTM E112 تأیید شود. برای تأیید صحت مطالب 316H یک گواهی EN 10204 نوع 3.1 درخواست کنید.