317L در مقابل فولاد ضد زنگ 316L: هنگامی که مولیبدن اضافی تفاوت در مقاومت حفره ای ایجاد می کند

فولاد 316 لیتریپرکاربردترین فولاد ضد زنگ در خدمات خورنده است و دلیل خوبی دارد: به راحتی جوش می‌شود، در برابر خوردگی عمومی مقاومت می‌کند و هزینه کمتری نسبت به اکثر آلیاژهای بالاتر دارد. اما یک حالت خرابی وجود دارد که در آن 316L بی سر و صدا به مهندسان اجازه می دهد - خوردگی حفره ای در محیط های غنی از کلرید- را کاهش دهند. آب دریا، آب خنک‌کننده شور، نمک جاده، آب‌نمک‌های فرآوری شده و حتی رطوبت ساحل، همگی می‌توانند باعث ایجاد گودال‌های ریز و عمیق در 316L شوند که از دیواره فلزی تونل عبور می‌کنند و باعث نشت - اغلب بدون هشدار قابل مشاهده می‌شوند.

317L دقیقا برای این وضعیت وجود دارد. کل تفاوت بین 316L و 317L به ​​یک عنصر منتهی می شود: مولیبدن. 316L حاوی 2-3% مولیبدن است. 317L حاوی 3-4٪ است. 1% مولیبدن اضافی، همراه با کروم کمی بیشتر (18-20% در مقابل 16-18%)، مقاومت حفره‌ای آلیاژ را تقریباً 25% افزایش می‌دهد - به اندازه‌ای که تفاوت بین مبدل حرارتی با دوام 3 سال و مبدل حرارتی 15 را نشان می‌دهد. تمیز و بدون ایجاد حساسیت

اگر جزء 316L شما یون های کلرید (Cl-) - به خصوص کلریدهای گرم یا اسیدی - را می بیند و حفره شدن حالت خرابی است که نگران آن هستید، به 317L ارتقا دهید. حق بیمه هزینه 15{7}}30 درصدی تقریباً 25 درصد مقاومت حفره‌ای بیشتر را برای شما می‌خرد، که بیمه ارزانی در برابر شکست حفره‌های کلرید است. اگر محیط فاقد کلرید باشد، 316L معمولا کافی و مقرون به صرفه تر است. به طور خلاصه: 316L پیش فرض است، 317L ارتقاء کلرید است.

ترکیب شیمیایی

316L و 317L پایه آستنیتی یکسان و کربن فوق{2}کم یکسان دارند (کمتر یا مساوی 0.03%)، اما در سه عنصر آلیاژی متفاوت هستند: مولیبدن (2-3% در مقابل 3-4%)، کروم (16-18% در مقابل 1-1% کل، و 1-4% کل) 11-15٪. مولیبدن اضافی تفاوت تعیین کننده است - این عنصری است که در برابر خوردگی حفره ای و شکافی در محیط های کلرید مقاومت می کند. همه چیزهای دیگر در مورد دو درجه اساساً یکسان است.

هر دو گرید متعلق به خانواده فولاد زنگ نزن آستنیتی 300- هستند و پسوند "L" به معنای "کم کربن" (کمتر یا مساوی 0.03٪) برای حداکثر مقاومت در برابر حساسیت جوش دارند. مولیبدن عنصر آلیاژی تعیین کننده ای است که خانواده 316/317 را از 304 ساده جدا می کند. در 316L، مولیبدن از 2% تا 3% متغیر است. در 317L بین 3 تا 4 درصد متغیر است. این یک جهش معنادار است: مولیبدن گران و قدرتمند است و افزایش از 2.5٪ به 3.5٪ مولیبدن چیزی است که 316L را به یک آلیاژ "دریایی" تبدیل می کند.

چرا مولیبدن در برابر حفره - علم به زبان ساده مقاومت می کند؟

مولیبدن در برابر سوراخ شدن مقاومت می‌کند زیرا باعث می‌شود لایه محافظ اکسید کروم روی سطح فولاد قوی‌تر شود و{0}}ترمیم‌تر شود. هنگامی که یک یون کلرید به یک نقطه ضعیف در فیلم حمله می کند، مولیبدن موجود در آلیاژ با آب واکنش می دهد و مولیبدات تشکیل می دهد که دوباره{2}} لایه آسیب دیده را وصله می کند. مولیبدن بیشتر=سریع‌تر و کامل‌تر خود-ترمیم=حفره‌های کمتری را که به نشتی تبدیل می‌شوند. به همین دلیل است که مقاومت حفره ای فلس های فولادی ضد زنگ تقریباً مستقیماً با محتوای مولیبدن است.

فولاد ضد زنگ به دلیل یک لایه نامرئی و خود ترمیم شونده اکسید کروم (Cr2O3) که در حضور اکسیژن روی سطح آن تشکیل می شود، در برابر خوردگی مقاومت می کند. این لایه تنها چند نانومتر ضخامت دارد - هزاران بار نازک‌تر از موی انسان - اما همان چیزی است که فولاد ضد زنگ را "ضد زنگ" می‌کند. مشکل این است که یون‌های کلرید لایه‌شکن‌های تهاجمی- هستند. یک یون کلرید می تواند در یک نقطه ضعیف میکروسکوپی (یک جای سولفید، یک خراش، یک مرز دانه) از لایه اکسیدی عبور کند و به فلز لخت زیر آن حمله کند.

هنگامی که یک گودال شروع می شود، خود-شتاب می گیرد: داخل گودال اسیدی می شود و اکسیژن- گرسنه می شود، که از تشکیل مجدد فیلم جلوگیری می کند، در حالی که فلز اطراف غیرفعال می ماند. این یک سلول گالوانیکی کوچک - یک باتری مینیاتوری - ایجاد می کند که در آن قسمت داخلی گودال آند است (به سرعت در حال خوردگی) و سطح اطراف آن کاتد (محافظت شده). نتیجه یک سوراخ باریک و عمیق است که می تواند از تمام ضخامت دیوار تونل بزند در حالی که بقیه سطح دست نخورده به نظر می رسد. سوراخ کردن دقیقاً به این دلیل خطرناک است که موضعی است: یک لوله می تواند 0.01٪ از وزن کل خود را در اثر خوردگی از دست بدهد، اما از یک گودال جدار- به طور کامل شکست بخورد.

مولیبدن این فرآیند را مختل می کند. مولیبدن موجود در آلیاژ در محلول گودال حل می‌شود و به غیرفعال شدن مجدد سطح فلز کمک می‌کند و ترکیبات مولیبدیت را تشکیل می‌دهد که حمله را مسدود می‌کند و اجازه می‌دهد فیلم اکسید دوباره شکل بگیرد. مولیبدن بالاتر به این معنی است که آلیاژ می تواند آسیب فیلم را سریعتر از کلریدها ترمیم کند تا آن را بشکند. به همین دلیل است که 317L، با 3.5% مولیبدن، به طور قابل توجهی بهتر از 316L با 2.5% در برابر سوراخ شدن مقاومت می کند.

PREN - عددی که مقاومت حفره‌ای را کمیت می‌کند

PREN (عدد معادل مقاومت حفره‌ای) روش استاندارد برای رتبه‌بندی فولادهای زنگ نزن برای مقاومت حفره‌ای است: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L دارای PREN تقریباً 24-26 است. 317L دارای PREN تقریباً 29-31 است. این شکاف 5 نقطه ای نشان دهنده یک بهبود واقعی و قابل اندازه گیری در مقاومت در برابر حفره های کلرید است - و تقریباً به طور کامل به دلیل 1٪ مولیبدن اضافی است.

فرمول PREN یک ابزار غربالگری سریع است، نه تضمینی. در یک عدد به شما می گوید که آیا یک درجه یک کاندید معقول برای یک محیط کلرید معین است یا خیر. به عنوان یک قانون کلی: PREN کمتر از 20 برای هر گونه قرار گرفتن در معرض کلرید معنی دار نامناسب است. PREN 20-30 کلریدهای ملایم تا متوسط ​​را کنترل می‌کند (آب شور، پاشیده شدن سبک آب دریا). PREN 30-40 کلریدهای تهاجمی را کنترل می کند (غوطه ور شدن در آب دریا، آب نمک گرم). PREN بالای 40 برای خدمات شدید (آب گرم دریا، سفید کننده، کلریدهای اسیدی) مورد نیاز است. توجه کنید که 316L و 317L در کجا سقوط می کنند: 316L نزدیک به باند "متوسط" قرار دارد، در حالی که 317L به ​​بالای آن می رسد - یک پله معنی دار بالاتر، اگرچه هنوز پایین تر از آلیاژهای درجه آب دریا واقعی است.

مقاومت در برابر خوردگی

در محیط‌های حاوی{0}کلرید، 317L نسبت به 316L در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی بسیار مقاوم‌تر است. دمای بحرانی حفره (CPT) 317L تقریباً 25-35 درجه است، در مقابل 15-20 درجه برای 316L - به این معنی که 317L می تواند محلول های کلرید را قبل از شروع حفره 10-15 درجه گرمتر تحمل کند. برای خوردگی شکاف، شکاف مشابه است: 317L در شرایط کلریدی زنده می ماند که به سرعت 316L را خورده می کند، به ویژه در زیر واشر، رسوبات، و بست ها.

خوردگی حفره ای حمله موضعی است که سوراخ های کوچک و عمیقی را در یک سطح صاف ایجاد می کند. خوردگی شکاف پسرعموی نزدیک آن است: حمله ای که در شکاف های تنگ - زیر واشر، واشر، سر پیچ، پاشش جوش، رشد دریایی، یا رسوبات انباشته - که در آن محیط راکد، اکسیژن-تهی شده، و اسیدی می شود، رخ می دهد. خوردگی شکاف عموماً تهاجمی تر از حفره ای است زیرا هندسه شکاف کلریدها و اسید را به دام می اندازد در حالی که اکسیژن مورد نیاز برای تعمیر لایه محافظ را حذف نمی کند.

هر دو حالت خرابی با دمای بحرانی مشخص می‌شوند: زیر CPT (دمای بحرانی حفره‌ای) یا CCT (دمای بحرانی شکاف)، آلیاژ در برابر حمله مقاومت می‌کند. بالای آن، حمله آغاز و منتشر می شود. این دماها با آزمایش های استاندارد شده (ASTM G48) در محلول کلرید آهن اندازه گیری می شوند. CPT 316L معمولاً در حدود 15-20 درجه است در حالی که 317L حدود 25-35 درجه آزمایش می کند. این تفاوت 10-15 درجه در عمل بسیار قابل توجه است: این تفاوت بین مبدل حرارتی است که از آب دریای استوایی زنده می ماند و مبدلی که در عرض چند ماه حفره می کند.

اسید سولفوریک و فسفریک - مزیت دیگر 317 لیتر

فراتر از حفره، 317L همچنین در اسیدهای احیاکننده - به ویژه اسید سولفوریک و فسفریک - بهتر از 316L عمل می کند، زیرا محتوای مولیبدن، کروم و نیکل بالاتر آن مقاومت در برابر شرایط کاهشی (اکسیژن-گرسنگی) موجود در این اسیدها را بهبود می بخشد. به همین دلیل است که 317L ماده سنتی برای اواپراتورهای اسید فسفریک، پردازش اسیدهای چرب و جابجایی اسید سولفوریک در صنایع شیمیایی و غذایی است.

این نکته مهمی است که بسیاری از مهندسان آن را نادیده می گیرند: 317L فقط یک "316L مقاوم تر در برابر سوراخ شدن-مقاوم تر" - نیست، بلکه در برابر اسیدهای خاص نیز مقاوم تر است. اسید سولفوریک (H2SO4) و اسید فسفریک (H3PO4) اسیدهای کاهنده هستند، به این معنی که آنها به فلز در جایی که اکسیژن کمیاب است در داخل خود اسید - به جای سطح غنی از اکسیژن- حمله می‌کنند. کروم (18-20٪)، مولیبدن (3-4٪) و نیکل (11-15٪) در 317L مقاومت بهتری نسبت به 316L در برابر این شرایط کاهش می دهد.

نمونه کلاسیک تولید و تبخیر اسید فسفریک است. اسید فسفریک فرآیند مرطوب حاوی کلریدها و فلوریدهایی است که 316 لیتر را سوراخ می کند، بنابراین 317 لیتر ماده استاندارد برای لوله های اواپراتور، بخاری ها و پمپ های این سرویس است. به طور مشابه، در پردازش اسیدهای چرب (روغن های خوراکی، صابون ها، مواد شوینده)، 317L بهتر از 316L در برابر شرایط اسیدی داغ مقاومت می کند. اگر برنامه شما حاوی اسید سولفوریک یا فسفریک - حتی در غلظت های متوسط ​​است، - 317L انتخاب مطمئن تری است.

خوردگی عمومی

برای خوردگی عمومی (یکنواخت) در محیط‌های غیرکلریدی، غیر اسیدی - قرار گرفتن در معرض اتمسفر، آب شیرین، اسیدهای آلی ملایم موجود در مواد غذایی - 316L و 317L اساساً یکسان عمل می‌کنند، زیرا مقاومت به خوردگی عمومی عمدتاً توسط محتوای کروم کنترل می‌شود که در هر دو گرید نزدیک است. حق بیمه 317L در این محیط‌های ملایم چیزی برای شما نمی‌خرد، به همین دلیل است که 316L پیش‌فرض اقتصادی برای خدمات خورنده همه منظوره باقی می‌ماند.

این نقطه مقابل مهمی برای مزیت 317L است: در کل بهتر نیست. در محیط‌های بدون کلرید یا اسیدهای احیاکننده، مولیبدن اضافی موجود در 317L هدر می‌رود و شما 15{5}}30% بیشتر برای مقاومت در برابر خوردگی می‌پردازید که هرگز از آن استفاده نخواهید کرد. برای فرآوری مواد غذایی بدون آب نمک، تجهیزات دارویی، کاربردهای معماری، و استفاده از مواد شیمیایی به طور کلی که بدون کلرید است، 316L انتخاب صحیح و اقتصادی است. مهارت در انتخاب مواد این است که بدانیم چه زمانی تهدید کلرید یا اسید به اندازه کافی واقعی است که ارتقاء 317L را توجیه کند.

خواص مکانیکی

317L در دمای اتاق کمی قوی تر از 316L است: حداقل استحکام کششی آن 515 MPa (75 ksi) در مقابل 485 MPa (70 ksi) برای 316L است، و حداقل استحکام تسلیم آن 205 MPa (30 ksi) در مقابل 170 MPa (25 ksi) است. این مزیت 6{13}}20٪ استحکامی ناشی از محتوای کروم، مولیبدن و نیتروژن بالاتر است - اما این یک عامل جزئی است، نه دلیلی برای انتخاب 317L. تصمیم به استفاده از 317L ناشی از مقاومت در برابر خوردگی است نه مقاومت.

شکل پذیری و کارپذیری

هر دو گرید کاملا آستنیتی هستند و بسیار شکل‌پذیر هستند، جوش‌پذیر و شکل‌پذیر هستند. 317L کمی سخت‌تر از 316L کار سرد-به دلیل محتوای آلیاژ بالاتر آن است (سریع‌تر عمل می‌کند)، اما تفاوت در عمل جزئی است. برای ماشینکاری، هر دو گرید مشابه هستند، اگرچه محتوای آلیاژ بالاتر 317L کمی قابلیت ماشینکاری را کاهش می دهد. هیچکدام از گریدها با عملیات حرارتی قابل سخت شدن نیستند - آنها فقط با کار سرد سخت می شوند.

یک نکته کاربردی برای سازندگان: از آنجایی که 317L حاوی مولیبدن، کروم و نیکل بیشتری است، در هنگام شکل‌دهی و ماشین‌کاری سرد تا حدودی سریع‌تر از 316L کار می‌کند. این بدان معنی است که تغییرات اندکی مکرر ابزار و شعاع خمشی کمی بزرگتر ممکن است مورد نیاز باشد. با این حال، برای اکثریت قریب به اتفاق برنامه‌های کاربردی - لوله، اتصالات، فلنج، صفحه و ورق - 317L اساساً با سهولت مشابه 316L با استفاده از روش‌های استاندارد فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود.

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

جوشکاری - هر دو به طور تمیز جوش می‌شوند، اما با فلز پرکننده مطابقت دارند

هر دو 316L و 317L دارای گرید L-با کمتر یا برابر با 0.03% کربن هستند، بنابراین هر دو بدون عملیات حرارتی پس از جوش-به طور تمیز جوش می‌شوند و در شرایط{5}}به عنوان{5}}در برابر حساسیت مقاومت می‌کنند. قانون کلیدی انتخاب فلز پرکننده است: برای اتصال 317 لیتری، از پرکننده ER317L (AWS A5.9) استفاده کنید تا فلز جوش با محتوای مولیبدن بالاتر فلز پایه مطابقت داشته باشد. استفاده از پرکننده 316 لیتری در یک اتصال 317 لیتری، یک نقطه ضعف بالقوه حفره‌ای در سرویس کلرید را ایجاد می‌کند.

تله فلزی پرکننده

هنگام جوشکاری 317L - یا اتصال 316L به 317L - از پرکننده فلز ER317L استفاده کنید. فلز جوش باید حداقل به اندازه فلز پایه مقاوم‌تر در برابر خوردگی، مولیبدن داشته باشد. اگر 317L را با پرکننده ER316L جوش دهید، مهره جوش به نقطه ضعف خوردگی تبدیل می شود و در مقابل 317L اطراف قرار می گیرد - که تمام هدف تعیین 317L را شکست می دهد.

این یک اشتباه رایج و پرهزینه در این زمینه است. سازنده ای که به جوش 316L عادت دارد ممکن است به طور خودکار به پرکننده ER316L برسد. هنگامی که اتصال در واقع 317L (یا 316L-تا-317L) باشد، فلز جوش رسوب‌شده تنها با 2.5% مولیبدن ختم می‌شود، در حالی که فلز پایه دارای ~3.5% است. در محیط کلرید، مهره جوش - با PREN پایینی آن - اولین جایی است که حفره می‌شود. نتیجه جوشی است که در اثر خوردگی ترجیحی دقیقاً در نقطه ای که قرار بود 317L هزینه اضافی محافظت کند، از کار می افتد. همیشه پرکننده ER317L را برای کار 317L مشخص و تأیید کنید.

[منبع] مشخصات AWS A5.9/A5.9M - برای الکترودها و میله های جوشکاری فولاد ضد زنگ لخت.

سوالات متداول

س: تفاوت بین 316L و 317L چیست؟

پاسخ: تفاوت در محتوای مولیبدن و کروم است. 316L دارای 2-3٪ مولیبدن و 16-18٪ کروم است. 317L دارای 3-4٪ مولیبدن و 18-20٪ کروم است. هر دو کمتر یا مساوی 0.03 درصد کربن دارند. مولیبدن اضافی موجود در 317L تقریباً 25٪ مقاومت بیشتری در برابر خوردگی حفره ای و شکافی در محیط های کلرید ایجاد می کند، به علاوه مقاومت بهتر در برابر اسیدهای احیا کننده مانند اسید سولفوریک و فسفریک.

س: چه زمانی باید از 317L به ​​جای 316L استفاده کنم؟

پاسخ: وقتی محیط حاوی کلرید (آب دریا، آب شور، آب نمک، سفید کننده) یا اسیدهای کاهنده (سولفوریک، فسفریک، اسیدهای چرب) است که باعث ایجاد گودال یا خوردگی 316L می شود، از 317L استفاده کنید. کاربردهای معمولی: اسکرابرهای گوگرد زدایی گازهای دودکش، تبخیرکننده های اسید فسفریک، فرآوری اسیدهای چرب، سفید کردن خمیر و کاغذ، و مبدل های حرارتی آب دریا/ شور. اگر محیط فاقد کلرید یا اسیدهای احیا کننده باشد، 316L کافی و ارزانتر است.

س: آیا 317 لیتر از 316 لیتر گران تر است؟

پاسخ: بله، 317L معمولاً 15-30% بیشتر از 316 لیتر قیمت دارد زیرا حاوی مولیبدن، کروم، و نیکل بیشتری است - همه عناصر آلیاژی گران قیمت. حق بیمه زمانی توجیه می شود که از شکست خوردگی حفره ای جلوگیری کند که هزینه آن بسیار بیشتر از ارتقاء مواد است. در محیط های بدون کلرید، حق بیمه هدر می رود و 316 لیتر ارزش بهتری دارد.

س: PREN چیست؟

پاسخ: PREN (عدد معادل مقاومت حفره‌ای) فرمولی است که مقاومت حفره‌ای را تخمین می‌زند: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. بالاتر بهتر است. 316L دارای PREN ~24-26; 317L دارای ~29-31 است. به عنوان یک راهنمای تقریبی، PREN بالاتر از 32 برای سرویس آب دریا و بالاتر از 40 برای خدمات کلرید شدید مورد نیاز است. 317L، در ~30، یک گام معنی‌دار بالاتر از 316 لیتر است اما همچنان پایین‌تر از آلیاژهای واقعی درجه آب دریا مانند 904L و فوق دوبلکس است.

س: آیا می توان 317L را جوش داد؟

پاسخ: بله، 317L به ​​راحتی جوش می شود و مانند 316L، به دلیل کمتر یا مساوی 0.03 درصد کربن، نیازی به عملیات حرارتی پس از جوش{2} ندارد. قانون کلیدی این است که از فلز پرکننده ER317L (AWS A5.9) استفاده کنید تا فلز جوش با محتوای مولیبدن بالاتر فلز پایه مطابقت داشته باشد. استفاده از پرکننده 316 لیتری در اتصال 317 لیتری، مهره جوش PREN پایین‌تری ایجاد می‌کند که در مقابل فلز اطراف در سرویس کلرید سوراخ می‌شود.

س: آیا 317 لیتر برای آب دریا خوب است؟

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 درجه)،-آب دریا با جریان بالا، یا شرایط شکاف، آلیاژهای بالاتر را در نظر بگیرید: 904L، 254 SMO (S31254)، سوپر دوبلکس 2507، یا 6Mo austenitics فوق العاده. 316 به طور کلی برای غوطه وری در آب دریا توصیه نمی شود، زیرا گودال ایجاد می کند.

س: 316L در مقابل 317L در مقابل 904L - چگونه انتخاب کنم؟

A: از 316L برای خدمات خورنده عمومی بدون کلرید یا اسیدهای کاهنده (غذا، دارو، معماری) استفاده کنید. از 317L برای کلرید متوسط ​​یا خدمات اسیدی کاهنده (آب شور، FGD، اسید فسفریک) استفاده کنید. از 904L برای خدمات کلرید تهاجمی (غوطه وری در آب دریا، کلریدهای داغ) استفاده کنید که در آن 317 لیتر کاملاً کافی نیست. هر مرحله به بالا باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی و مولیبدن می شود، اما همچنین هزینه - کمترین درجه ای را انتخاب کنید که نیازهای خوردگی شما را برآورده می کند.

س: چگونه می توانم تأیید کنم که 317L دریافت می کنم و نه 316L؟

پاسخ: گزارش آزمایش مواد (MTR) را بررسی کنید: 317L باید مولیبدن 3.00-4.00% کروم 18.0-20.0% و نیکل 11.0-15.0% را نشان دهد. XRF دستی (PMI) می تواند 317L را از 316L تشخیص دهد زیرا محتوای مولیبدن بالاتری را تشخیص می دهد - برخلاف کربن، مولیبدن توسط XRF قابل تشخیص است. این امر تأیید میدانی 317L را نسبتاً ساده می کند. برای تأیید شیمی، گواهی EN 10204 نوع 3.1 را درخواست کنید.