904L در مقابل فولاد ضد زنگ 316L: مقاومت اسیدی برتر برای تجهیزات پردازش شیمیایی

316L در صنعت فرآوری شیمیایی مقاوم در برابر خوردگی است، اما سقف چیزی نیست که فولاد زنگ نزن آستنیتی بتواند به آن دست یابد. 904L، یک عیار فوق العاده آستنیتی با نیکل، مولیبدن، و یک مس متمایز در جایی که اسید 6L به طور خاص وجود دارد{5} خدمات اسید سولفوریک، قرار گرفتن در معرض کلرید تهاجمی، و تجهیزات گوگرد زدایی گازهای دودکش از جمله آنهاست. این راهنما 904L و 316L را مستقیماً در ترکیب، مقاومت اسیدی، رفتار ترک خوردگی در برابر خوردگی حفره ای و تنشی، خواص مکانیکی و هزینه مقایسه می کند، بنابراین مهندسان می توانند دقیقاً تعیین کنند که چه زمانی حق بیمه 904L قابل توجیه است.

تفاوت های اصلی ترکیبی بین 904L و 316L چیست؟

904L به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از 316L حاوی نیکل و مولیبدن است و یک افزودن عمدی مس را اضافه می کند که 316L ندارد، و این ترکیب - نه فقط "آلیاژ بیشتر" به طور کلی - دقیقاً برای گسترش عملکرد در محیط های اسیدی که 316L ناکافی است طراحی شده است.

هر دو گرید-فولادهای زنگ نزن آستنیتی کم کربن هستند، اما 904L به عنوان یک گرید فوق-آستنیتی طبقه‌بندی می‌شود زیرا محتوای آلیاژ آن فراتر از ترکیبات استاندارد سری 300{12}}است. مقدار نیکل تقریباً از 316 لیتر به 904 لیتر دو برابر می شود، مولیبدن تقریباً 50 تا 100 درصد افزایش می یابد و 904 لیتر شامل یک افزودنی مس است که 316 لیتر اصلاً آن را حمل نمی کند. هر یک از این تفاوت‌ها مکانیسم خوردگی خاصی را هدف قرار می‌دهند: نیکل مقاومت در برابر اسیدهای کاهنده و ترک خوردگی ناشی از تنش را بهبود می‌بخشد، مولیبدن مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و شکاف ناشی از کلرید را بهبود می‌بخشد، و مس به طور خاص مقاومت در برابر اسید سولفوریک و فسفریک را بهبود می‌بخشد - به تفصیل در دو بخش بعدی مورد بحث قرار می‌گیرد.

مقایسه ترکیبی-در کنار-:

جدول 1. محدوده ترکیب اسمی نماینده برای 316L و 904L در هر مشخصات معمول فولاد ضد زنگ. ارزش ها گویا و گرد هستند. قبل از استفاده در اسناد تدارکاتی یا طراحی، محدودیت های دقیق را در برابر نسخه فعلی ASTM A240/A480 یا مشخصات مربوطه تأیید کنید.

چرا 904L در مقایسه با 316L نسبت به اسید سولفوریک مقاومت برتری دارد؟

904L نسبت به اسید سولفوریک به طور قابل توجهی بهتر از 316L مقاومت می کند، عمدتاً به دلیل افزودن مس آن، که رفتار خوردگی آلیاژ را در کاهش محیط های اسیدی تغییر می دهد به گونه ای که مولیبدن و نیکل به تنهایی به آن دست نمی یابند، و 904L را به یکی از گزینه های استاندارد مواد برای تجهیزات کنترل غلظت و دمای اسید سولفوریک در محدوده وسیعی تبدیل می کند.

اسید سولفوریک یک اسید کاهنده در بیشتر محدوده غلظت عملی خود است و گریدهای آستنیتی استاندارد مانند 316L که عمدتاً به کروم و مولیبدن برای مقاومت در برابر خوردگی متکی هستند، می توانند در این نوع محیط خاص دچار خوردگی عمومی تسریع شوند. افزودن‌های مس مدت‌هاست که در متالورژی آلیاژ نیکل و آلیاژ{2}به‌خصوص در کاهش خدمات اسیدی مفید شناخته شده‌اند، و محتوای مس عمدی 904L ویژگی ترکیبی کلیدی است که محدوده قابل استفاده آن را به غلظت‌ها و دماهای اسید سولفوریک گسترش می‌دهد که در آن 316L خیلی سریع برای خدمات قابل اطمینان خورده می‌شود. این یک اثر کلی «آلیاژ بالاتر بهتر است» نیست - بلکه یک پاسخ متالورژیکی هدفمند به یک شیمی اسیدی خاص است، به همین دلیل است که 904L اغلب زمانی که مدیریت با اسید سولفوریک شرایط طراحی حاکم است، موردی است که مهندسان درجه یک به آن دست می‌یابند.

چگونه 904L و 316L از نظر مقاومت در برابر حفره های کلرید و خوردگی شکاف مقایسه می شوند؟

904L به طور معنی‌داری مقاومت بهتری نسبت به 316L در برابر حفره‌های کلرید و خوردگی شکاف ارائه می‌کند که از طریق عدد معادل مقاومت حفره‌ای (PREN) تعیین می‌شود، زیرا محتوای مولیبدن و نیتروژن بالاتر آن مستقیماً مقدار PREN - را افزایش می‌دهد.

PREN از محتوای کروم، مولیبدن و نیتروژن یک آلیاژ محاسبه می شود:

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

با اعمال این فرمول با ترکیب‌های معرف، 316L معمولاً یک PREN در محدوده تقریباً 24-26 ایجاد می‌کند، در حالی که 904L معمولاً یک PREN در محدوده تقریباً 34–36 - ایجاد می‌کند، حاشیه‌ای قابل‌توجه که مستقیماً به مقاومت بیشتر در برابر حمله‌های موضعی، از جمله محیط‌های حفره‌ای موضعی، از جمله حفره‌های موضعی، 36 - تبدیل می‌شود. آب دریا و بسیاری از جریان‌های فرآیند صنعتی، می‌توانند در درجه‌های-PREN پایین‌تر ایجاد کنند.

PREN یک ابزار غربالگری پرکاربرد است، دقیقاً به این دلیل که چندین فاکتور ترکیبی را در یک عدد قابل مقایسه متراکم می‌کند، اما یک شاخص کلی است نه تضمینی - مقاومت واقعی حفره‌ها در سرویس نیز به پرداخت سطح، کیفیت ساخت و دمای خاص و غلظت کلرید مربوطه بستگی دارد، بنابراین مقایسه‌های PREN باید انتخاب مواد را به جای جایگزینی کامل برای داده‌های خوردگی یا محیطی مشخص کند{1}.

چگونه این دو درجه از نظر مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از استرس مقایسه می شوند؟

محتوای نیکل 904L به طور قابل توجهی مقاومت بهتری نسبت به 316L در برابر ترک خوردگی ناشی از فشار ناشی از کلرید می‌دهد، که در محیط‌های گرم و حاوی کلرید{3}}که در آن درجه‌های آستنیتی استاندارد به این حالت شکست آسیب‌پذیر شناخته شده‌اند، مزیت قابل توجهی است.

ترک خوردگی ناشی از تنش کلریدی-یک حالت خرابی مستند شده- در فولادهای زنگ نزن آستنیتی استاندارد است که تحت تنش کششی در محیط‌های کلرید داغ عمل می‌کنند - ترکیبی که در بسیاری از مبدل‌های حرارتی فرآیند، تبخیرکننده‌ها و لوله‌کشی فرآیند گرم رایج است. محتوای نیکل یک رابطه قوی-به خوبی با این مقاومت دارد: با افزایش محتوای نیکل، حساسیت به ترک خوردگی ناشی از تنش کلرید به طور کلی کاهش می‌یابد، که بخشی از این است که چرا گریدهای آستنیتی بالاتر{{5} نیکل آستنیتی و دوبلکس/سوپر{6}}به‌جای فولادهای بدون زنگ، اغلب به جای این استانداردها مشخص می‌شوند.

محتوای نیکل 904L که تقریباً دو برابر 316 لیتر است، آن را در دسته‌بندی به‌طور معنی‌داری مقاوم‌تر قرار می‌دهد، و آن را به گزینه‌ای با مشخصات معمول برای تجهیزات فرآیند تحمل‌کننده کلرید داغ تبدیل می‌کند که در آن خطر ترک خوردگی تنشی - نه خوردگی عمومی به تنهایی - دغدغه طراحی حاکم است.

مس در مقاومت خوردگی 904L چه نقشی دارد؟

مس متمایزترین ویژگی ترکیبی است که 904L را از گریدهای آستنیتی استاندارد مانند 316L جدا می‌کند، و نقش آن به جای کلی است و نقش آن خاص است و نقش آن به جای کلی است.

در مورد آنچه که مس در سیستم آلیاژی 904L انجام می دهد و چه کاری انجام نمی دهد، ارزش آن را دارد، زیرا این تمایز انتخاب صحیح مواد را شکل می دهد. مزیت مس در کاهش محیط های اسیدی - به ویژه اسید سولفوریک و فسفریک - به جای ایجاد یک بهبود گسترده و یکنواخت در هر مکانیزم خوردگی متمرکز است. مقاومت حفره‌ای کلرید در 904L عمدتاً از محتوای مولیبدن و نیتروژن (که در محاسبه PREN در بالا نشان داده شده است) ناشی می‌شود، و مقاومت در برابر خوردگی تنشی عمدتاً از محتوای نیکل ناشی می‌شود، نه مس.

شناخت این ویژگی به توضیح اینکه چرا 904L به عنوان یک درجه مقاوم در برابر اسید هدفمند-به جای صرفاً "درجه بالاتر 316L" توصیف می‌شود، - طراحی آلیاژی آن نشان‌دهنده واکنش عمدی به مجموعه خاصی از محیط‌های فرآیندی رایج در تولید اسید سولفوریک، تولید تجهیزات اسید فسفریک و گاز زدایی است.

چگونه 904L و 316L از نظر خواص مکانیکی و قابلیت ساخت با هم مقایسه می شوند؟

904L و 316L تقریباً مشابه-خواص مکانیکی دمای اتاق و خصوصیات ساخت کلی مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند، اگرچه محتوای آلیاژی بالاتر 904L به طور کلی نیازمند توجه بیشتر به حرارت ورودی جوشکاری و انتخاب فلز پرکننده برای حفظ عملکرد خوردگی آن در سراسر ناحیه جوش و گرما{4}است.

هر دو گرید ساختار بلوری آستنیتی و الگوی رفتار مکانیکی عمومی - شکل‌پذیری خوب،-چقرمگی دمای پایین خوب، و رفتار غیر مغناطیسی در شرایط آنیل شده - یکسان دارند، بنابراین مقایسه ویژگی‌های مکانیکی بین آنها بسیار کمتر از مقایسه مقاومت در برابر خوردگی است.

ساخت نیز از نظر شکل‌دهی و رفتار ماشین‌کاری تقریباً مشابه است، اگرچه مانند بیشتر-گریدهای ضد زنگ آلیاژ بالاتر، 904L معمولاً از کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری و استفاده از یک فلز پرکننده منطبق یا سازگار برای اطمینان از اینکه فلز جوش و گرما{2}اغلب در جایی که جوش خوردگی در معرض خوردگی بیشتر کارایی را حفظ می‌کند، سود می‌برد، زیرا در جایی که محل خوردگی در معرض خوردگی بیشتر عملکرد فلز پایه را حفظ می‌کند. به صورت محلی در هر ساخت{3}} ضد زنگ با آلیاژ بالا به خطر افتاده است.

چگونه 904L و 316L در هزینه و کاربردهای معمولی مقایسه می شوند؟

904L به طور قابل ملاحظه ای بیش از 316 لیتر به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد، که مستقیماً به واسطه محتوای بسیار بالای نیکل، مولیبدن و مس آن هدایت می شود، و یک محصول تخصصی با حجم کمتر با در دسترس بودن کمتر است، بنابراین به طور انتخابی برای تجهیزات خاص و مناطق فرآیندی که به جای مقاومت در برابر اسید و کلرید آن در سراسر یک سیستم کاملاً مورد نیاز فرآیند است، اعمال می شود.

مقایسه تناسب معمول در محیط‌های پردازش شیمیایی رایج:

جدول 2. مقایسه مناسب بودن نماینده، 316L در مقابل{2}}L، در میان محیط‌های پردازش شیمیایی رایج.

در عمل، بسیاری از سیستم‌های فرآیندی از 316 لیتر برای اکثر لوله‌ها و تجهیزات استفاده می‌کنند در حالی که 904 لیتر را به‌طور خاص برای اجزای در معرض سخت‌ترین شرایط محلی ذخیره می‌کنند - یک ظرف جاذب در یک سیستم گوگرد زدایی گازهای دودکش، یک راکتور خاص یا مبدل حرارتی که اسید سولفوریک غلیظ را مدیریت می‌کند، یا یک جزء در معرض بالاترین غلظت آب خنک. این رویکرد مشخصات انتخابی، هزینه کلی مواد پروژه را متناسب با شدت واقعی محلی نگه می‌دارد، و بازتاب همان الگویی است که در دیگر تصمیم‌گیری‌های انتخاب مواد آلیاژی بالا در سراسر صنعت مشاهده می‌شود.

چه زمانی باید 904 لیتر بیش از 316 لیتر را برای تجهیزات پردازش شیمیایی انتخاب کنید؟

904L باید مشخص شود زمانی که شرایط فرآیند شامل قرار گرفتن در معرض اسید سولفوریک یا فسفریک فراتر از محدوده عملی 316L باشد، محیط‌های با کلرید بالا که در آن خطر خوردگی حفره‌ای یا شکاف قابل توجه است، یا شرایط کلرید داغ که در آن ترک خوردگی ناشی از تنش یک حالت خرابی معتبر است، باید حالت شکست قبل از - باقی بماند، زیرا پیش‌فرض باقی می‌ماند: 3900L. بدون حضور یکی از این محرک های خاص قابل توجیه نیست.

چک لیست تصمیم گیری عملی:

904L را زمانی انتخاب کنید که:این فرآیند شامل اسید سولفوریک یا فسفریک در غلظت‌ها یا دماهایی است که بیش از 316 لیتر شناخته می‌شود، زمانی که غلظت کلرید و دما با هم ترکیب می‌شوند و خطر خوردگی حفره‌ای یا شکافی ایجاد می‌کنند، یا زمانی که قرار گرفتن در معرض کلرید داغ نگرانی قابل‌اعتمادی برای ترک خوردگی ناشی از تنش در یک جزء تحت تنش یا مهار ایجاد می‌کند.

زمانی که:محیط فرآیند در محدوده خدمات تثبیت شده 316L- کاربردهای عمومی مواد غذایی، نوشیدنی، دارویی و پردازش شیمیایی متوسط ​​- است که در آن محتوای آلیاژ اضافی 904L بدون نیاز به عملکرد مربوطه هزینه را افزایش می دهد.

مشخصات انتخابی را در نظر بگیریدبه جای انتخاب همه-یا-هیچ چیز در کل سیستم، اعمال 904L فقط در مخازن خاص، مسیرهای لوله کشی یا اجزایی که در معرض شرایط تهاجمی حاکم هستند.

در برابر داده‌های خوردگی خاص{0}محیط اعتبارسنجی کنیدیا آزمایش برای موارد مرزی، زیرا PREN و مقایسه‌های درجه عمومی یک ابزار غربالگری مفید هستند اما جایگزینی برای داده‌های خوردگی خاص برای شیمی، غلظت و دما فرآیند واقعی نیستند.

سوالات متداول

آیا 904L یک فولاد ضد زنگ دوبلکس در نظر گرفته می شود؟

No. 904L یک گرید "سوپر-آستنیتی" کاملا آستنیتی است، نه یک فولاد ضد زنگ دوبلکس (آستنیتی-فریتی). از طریق افزایش محتوای نیکل، مولیبدن و مس در یک ساختار آستنیتی تک فاز، متمایز از ریزساختار دو فازی- که گریدهای دوبلکس را تعریف می کند، مقاومت به خوردگی افزایش یافته خود را به دست می آورد.

آیا 904L و 316L را می توان در یک سیستم به هم جوش داد؟

بله، جوش های انتقالی بین 904L و 316L با یک فلز پرکننده مناسب امکان پذیر است، و این یک رویکرد عملی رایج در سیستم هایی است که به طور انتخابی 904L را تنها در تهاجمی ترین مکان ها مشخص می کنند، اگرچه عملکرد خوردگی کلی در و نزدیک اتصال، مقاومت محدودتر سمت 316L را منعکس می کند.

آیا 904L نیاز به خوردگی در سرویس اسید را برطرف می کند؟

خیر. حتی نمرات بسیار مقاوم در برابر خوردگی-مثل 904L معمولاً با مقدار مجاز خوردگی مناسب مشخص می‌شوند و بر اساس داده‌های نرخ خوردگی خاص محیط{3}}برای شیمی فرآیند واقعی ارزیابی می‌شوند، زیرا هیچ مقایسه درجه‌ای جایگزین داده‌های عملکرد معتبر در یک محیط فرآیند خاص و{4}به خوبی مشخص نمی‌شود.

آیا 904L مانند سایر گریدهای ضد زنگ مغناطیسی است؟

904L، مانند 316L، معمولاً در شرایط آستنیتی بازپخت شده غیر مغناطیسی (یا فقط بسیار ضعیف مغناطیسی) است، اگرچه کار سرد می‌تواند پاسخ مغناطیسی را در هر دو درجه ایجاد کند، مطابق با رفتار فولاد ضد زنگ آستنیتی معمولی.

آیا جایگزین‌های ارزان‌تری برای 904L برای مقاومت در برابر کلرید وجود دارد؟

در مواردی که نگرانی اصلی عمدتاً خوردگی حفره‌های کلرید و خوردگی شکاف است تا مقاومت اسید سولفوریک یا فسفریک، گریدهای ضد زنگ دوبلکس گاهی اوقات می‌توانند PREN قابل مقایسه یا بالاتری را با هزینه نسبی کمتر از 904 لیتر ارائه دهند، بنابراین مکانیسم خوردگی حاکم - نباید به تنهایی مقاومت کلرید را انتخاب کند {{2}.