317L проти нержавіючої сталі 316L: коли додатковий молібден впливає на стійкість до точкової корки

Сталь 316Lце нержавіюча сталь, яка найбільш широко використовується в корозійних умовах, і це не дарма: вона легко зварюється, протистоїть загальній корозії та коштує дешевше, ніж більшість високоякісних сплавів. Але є режим несправності, коли 316L тихо підводить інженерів до - ямкової корозії в -багатому хлоридами середовищі. Морська вода, солонувата охолоджуюча вода, дорожня сіль, технологічні розсоли та навіть прибережна вологість – усе це може спричинити утворення 316L крихітних глибоких ям, які проходять крізь металеву стінку та викликають витоки - часто без видимого попередження.

317L існує саме для цієї ситуації. Вся різниця між 316L і 317L зводиться до одного елемента: молібден. 316L містить 2-3% молібдену; 317L містить 3-4%. Цей додатковий 1% молібдену в поєднанні з трохи більшою кількістю хрому (18-20% проти 16-18%) підвищує стійкість сплаву до точкової корекції приблизно на 25% - достатньо, щоб означати різницю між теплообмінником, який служить 3 роки, і тим, який служить 15. "L" в обох класах означає "низький вміст вуглецю" (менше або дорівнює 0,03%), тому обидва зварюються чисто без сенсибілізація.

Якщо ваш компонент 316L бачить іони хлориду (Cl⁻) -, особливо теплі або кислі хлориди -, а ви турбуєтеся про поломку, перейдіть до 317L. 15-30% надбавка до витрат дає вам приблизно на 25% більшу стійкість до точкової коррозії, що є дешевою страховкою на випадок несправності через хлоридну точку. Якщо в середовищі немає хлоридів, 316L зазвичай є достатнім і більш економічним. Коротко кажучи: 316L є стандартним, 317L є оновленням хлориду.

Хімічний склад

316L і 317L мають однакову аустенітну основу та той самий ультра-вміст вуглецю (менше або дорівнює 0,03%), але відрізняються трьома легуючими елементами: молібденом (2-3% проти 3-4%), хромом (16-18% проти 18-20%) та нікелем (10-14% проти 11-15%). Додатковий молібден є вирішальною відмінністю - це елемент, який протистоїть точковій і щілинній корозії в хлоридному середовищі. Усе інше щодо двох сортів по суті однакове.

Обидва класи належать до сімейства аустенітних нержавіючих сталей серії 300- і мають суфікс «L», що означає «низький вміст вуглецю» (менше або дорівнює 0,03%) для максимальної стійкості до сенсибілізації зварного шва. Молібден є визначальним легуючим елементом, який відокремлює сімейство 316/317 від простого 304. У 316L вміст молібдену коливається від 2% до 3%. У 317L він коливається від 3% до 4%. Це значний стрибок: молібден дорогий і потужний, і зміна молібдену від ~2,5% до ~3,5% перетворює 316L на сплав «морського класу».

Чому молібден протистоїть пітингу - Наука простою мовою

Молібден протистоїть утворенню точок, оскільки він робить захисну плівку оксиду хрому на сталевій поверхні міцнішою та більш -самовідновлюваною. Коли іон хлориду атакує слабке місце в плівці, молібден у сплаві реагує з водою з утворенням молібдатів, які відновлюють пошкоджену плівку. Більше молібдену=швидший і більш повний само-ремонт=менше ям, які переростають у витоки. Ось чому стійкість до точкової корекції нержавіючої сталі майже безпосередньо залежить від вмісту молібдену.

Нержавіюча сталь стійка до корозії завдяки невидимій, -самовідновній плівці оксиду хрому (Cr₂O₃), яка утворюється на її поверхні в присутності кисню. Ця плівка має товщину лише кілька нанометрів - у тисячі разів тонша за людську волосину -, але саме вона робить нержавіючу сталь «нержавіючої». Проблема полягає в тому, що іони хлориду є агресивними плівко-руйнівниками. Іон хлориду може пробити оксидну плівку в мікроскопічній слабкій точці (включення сульфіду, подряпина, межа зерен) і атакувати голий метал під нею.

Коли ямка починається, вона само-прискорюється: всередині ями стає кислим і -не вистачає кисню, що перешкоджає повторному-формуванню плівки, тоді як навколишній метал залишається пасивним. Це створює крихітний гальванічний елемент - мініатюрну батарею -, де внутрішня ямка є анодом (швидко кородує), а навколишня поверхня є катодом (захищена). У результаті утворюється вузький глибокий отвір, який може проходити по всій товщині стінки, а решта поверхні виглядає недоторканою. Пітінг небезпечний саме тому, що він локалізований: труба може втратити 0,01% своєї загальної ваги через корозію, але повністю вийти з ладу через єдину -ямку в стінці.

Молібден перериває цей процес. Молібден у сплаві розчиняється в ямковому розчині та допомагає ре-пасивувати поверхню металу, утворюючи сполуки молібдату, які блокують атаку та дозволяють ре-формувати оксидну плівку. Більш високий вміст молібдену означає, що сплав може відновити пошкодження плівки швидше, ніж хлориди можуть її зламати. Ось чому 317L з ~3,5% молібдену значно краще протистоїть точковій корекції, ніж 316L з ~2,5%.

PREN - Число, яке кількісно визначає опір точцінні

PREN (число еквівалента стійкості до точкової корекції) — це стандартний спосіб класифікації нержавіючих сталей за стійкістю до точкової корекції: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L має PREN приблизно 24-26; 317L має PREN приблизно 29-31. Цей розрив у 5 балів являє собою реальне, вимірне покращення стійкості до точкової корекції хлоридів - і це майже повністю завдяки додатковому 1% молібдену.

Формула PREN є інструментом швидкого скринінгу, а не гарантією. Він повідомляє вам одним числом, чи є сорт прийнятним кандидатом для даного хлоридного середовища. Як емпіричне правило: PREN нижче 20 не підходить для будь-якого значного впливу хлоридів; PREN 20-30 справляється з легкими та помірними хлоридами (солонувата вода, легкі бризки морської води); PREN 30-40 справляється з агресивними хлоридами (занурення в морську воду, теплі розсоли); PREN вище 40 необхідний для важких умов експлуатації (гаряча морська вода, відбілювач, кислотні хлориди). Зверніть увагу на те, куди потрапляють 316L і 317L: 316L знаходиться біля дна "помірної" смуги, тоді як 317L досягає її вершини - значний крок угору, хоча все ще нижче справжніх сплавів із морською водою.

Стійкість до корозії

У середовищах,-які містять хлорид, 317L значно стійкіший до точкової та щілинної корозії, ніж 316L. Критична температура пітінгу (CPT) 317L становить приблизно 25-35 градусів проти 15-20 градусів для 316L – це означає, що 317L може терпіти розчини хлориду на 10-15 градусів вище, перш ніж почнеться пітінг. Для щілинної корозії розрив подібний: 317L виживає в умовах хлориду, які можуть швидко викликати щілинну корозію 316L, особливо під прокладками, відкладеннями та кріпленнями.

Точкова корозія — це локалізована атака, яка створює невеликі глибокі отвори на гладкій поверхні. Щілинна корозія є її близьким родичем: атака, яка виникає у вузьких зазорах - під прокладками, шайбами, головками болтів, бризками зварювальних швів, морським зростанням або накопиченими відкладеннями -, де середовище стає застійним,-збіднюється киснем і підкислюється. Щілинна корозія, як правило, більш агресивна, ніж точкова, оскільки геометрія щілини затримує хлориди та кислоту, виключаючи кисень, необхідний для відновлення захисної плівки.

Обидва режими руйнування характеризуються критичною температурою: нижче CPT (критична температура пітінгу) або CCT (критична температура щілини), сплав протистоїть впливу; над ним ініціюється та поширюється атака. Ці температури вимірюються стандартизованими тестами (ASTM G48) у розчині хлориду заліза. CPT 316L зазвичай становить близько 15-20 градусів, тоді як 317L тестує близько 25-35 градусів. Ця різниця в 10-15 градусів є дуже важливою на практиці: це різниця між теплообмінником, який виживає в тропічній морській воді, і тим, який проходить через кілька місяців.

Сірчана та фосфорна кислота - Інша перевага 317L

Крім точкової корекції, 317L також перевершує 316L у відновлювальних кислотах -, особливо в сірчаній і фосфорній кислотах -, тому що його вищий вміст молібдену, хрому та нікелю покращує стійкість до відновлюючих умов (з -недостатком кисню), які зустрічаються в цих кислотах. Ось чому 317L є традиційним матеріалом для випарників фосфорної кислоти, обробки жирних кислот і обробки сірчаної кислоти в хімічній і харчовій промисловості.

Це важливий момент, який багато інженерів не помічають: 317L — це не лише «більш стійкий до ямок-316L» - він також більш стійкий до певних кислот. Сірчана кислота (H₂SO₄) і фосфорна кислота (H₃PO₄) є відновними кислотами, тобто вони атакують метал там, де бракує кисню - всередині самої кислоти -, а не на -збагаченій киснем поверхні. Більший вміст хрому (18-20%), молібдену (3-4%) і нікелю (11-15%) у 317L надає йому кращу стійкість до цих умов відновлення, ніж 316L.

Класичним прикладом є виробництво та випаровування фосфорної кислоти. Фосфорна кислота-вологого процесу містить хлориди та фториди, які можуть утворювати 316L, тому 317L є стандартним матеріалом для труб випарника, нагрівачів і насосів у цій сфері. Подібним чином, при обробці жирними кислотами (харчові олії, мило, миючі засоби) 317L протистоїть гарячим кислотним умовам краще, ніж 316L. Якщо ваша заявка включає сірчану або фосфорну кислоту - навіть у помірних концентраціях - 317L є безпечнішим вибором.

Загальна корозія

Для загальної (рівномірної) корозії в не-хлоридних, не-кислотних середовищах - атмосферний вплив, прісна вода, слабкі органічні кислоти в продуктах харчування - 316L і 317L діють практично однаково, оскільки загальна корозійна стійкість визначається в основному вмістом хрому, який є близьким в обох класах. Преміум за 317L нічого не купує в цих помірних середовищах, тому 316L залишається економічним за замовчуванням для-корозійного обслуговування загального призначення.

Це важливий контрапункт переваги 317L: він не завжди кращий. У середовищах без хлоридів або відновних кислот додатковий молібден у 317L витрачається даремно, і ви платите на 15-30% більше за стійкість до корозії, яку ніколи не використовуватимете. Для харчової промисловості без розсолів, фармацевтичного обладнання, архітектурних застосувань і загальної хімічної обробки, яка не містить хлоридів, 316L є правильним, економічним вибором. Уміння вибирати матеріал полягає в тому, щоб знати, коли загроза хлориду чи кислоти достатньо реальна, щоб виправдати оновлення 317L.

Механічні властивості

317L трохи міцніший за 316L при кімнатній температурі: його мінімальна міцність на розрив становить 515 МПа (75 ksi) проти 485 МПа (70 ksi) для 316L, а його мінімальна межа текучості становить 205 МПа (30 ksi) проти 170 МПа (25 ksi). Ця перевага міцності на 6-20% походить від вищого вмісту хрому, молібдену та азоту, але це другорядний фактор, а не причина вибирати 317L. Рішення використовувати 317L обумовлено стійкістю до корозії, а не міцністю.

Формованість і працездатність

Обидва сорти є повністю аустенітними та мають високу формувальність, зварюваність і пластичність. 317L дещо складніше піддається холодній-обробці, ніж 316L через вищий вміст сплаву (він-твердіє трохи швидше), але на практиці різниця незначна. Для механічної обробки обидва сорти подібні, хоча більш високий вміст сплаву 317L дещо знижує оброблюваність. Жоден сорт не піддається термічній обробці - вони гартуються лише холодною обробкою.

Практична примітка для виробників: оскільки 317L містить більше молібдену, хрому та нікелю, він-твердіє дещо швидше, ніж 316L під час холодного формування та механічної обробки. Це означає, що може знадобитися трохи більш часта зміна інструменту та трохи більші радіуси вигину. Однак для переважної більшості застосувань - труби, фітинги, фланці, плити та листи - 317L виготовляється практично з тією ж легкістю, що й 316L, використовуючи стандартні методи обробки нержавіючої сталі.

[Джерело] ASTM A240/A240M - Стандартні специфікації для пластин, листів і смуг із хрому та хром-нікелю з нержавіючої сталі.

Зварювання - Обидва зварюються чисто, але збігаються з присадочним металом

І 316L, і 317L належать до марок L-з вмістом вуглецю менше або дорівнює 0,03%, тому обидва зварюються без термічної обробки після-зварювання та стійкі до сенсибілізації в{-стані після зварювання. Основним правилом є вибір наповнювача: для з’єднання 317L використовуйте наповнювач ER317L (AWS A5.9), щоб наплавлений метал відповідав більшому вмісту молібдену в основному металі. Використання наповнювача 316L у з’єднанні 317L створює нижчу-зону зварного шва PREN -, що є потенційним слабким місцем утворення ямок у роботі з хлоридом.

Наповнювач металевої пастки

Під час зварювання 317L - або з’єднання 316L із 317L - використовуйте присадковий метал ER317L. Метал зварного шва повинен містити принаймні стільки ж молібдену, скільки більш стійкий до корозії-основний метал. Якщо ви зварюєте 317L з наповнювачем ER316L, зварювальний шов стає слабким місцем корозії та виникатиме перед навколишнім 317L -, що руйнує всю мету специфікації 317L.

Це поширена і дорога помилка в цій галузі. Виробник, який звик зварювати 316L, може автоматично дістатися до наповнювача ER316L. Коли з’єднання фактично становить 317L (або 316L-–-317L), наплавлений метал шва містить лише ~2,5% молібдену, тоді як основний метал має ~3,5%. У хлоридному середовищі зварювальний валик - з нижчим значенням PREN - стає першим місцем для виїмки. Результатом є зварний шов, який руйнується переважною корозією саме в тому місці, де недорогий 317L мав забезпечити захист. Завжди вказуйте та перевіряйте наповнювач ER317L для роботи 317L.

[Джерело] AWS A5.9/A5.9M - Специфікація для зварювальних електродів і стрижнів із нержавіючої сталі.

Часті запитання

З: Яка різниця між 316L і 317L?

A: Різниця полягає у вмісті молібдену та хрому. 316L містить 2-3% молібдену та 16-18% хрому; 317L містить 3-4% молібдену і 18-20% хрому. Обидва мають менше або дорівнює 0,03% вуглецю. Додатковий вміст молібдену в 317L надає йому приблизно на 25% більшу стійкість до точкової та щілинної корозії в хлоридних середовищах, а також кращу стійкість до відновлюючих кислот, таких як сірчана та фосфорна кислоти.

Q: Коли я повинен використовувати 317L замість 316L?

A: Використовуйте 317L, якщо навколишнє середовище містить хлориди (морська вода, солонувата вода, розсоли, відбілювачі) або відновлюючі кислоти (сірчана, фосфорна, жирні кислоти), які можуть спричинити утворення ямок або корозію 316L. Типове застосування: скрубери десульфурації димових газів, випарники фосфорної кислоти, обробка жирних кислот, відбілювання целюлози та паперу, а також теплообмінники морської води/солонуватої води. Якщо в середовищі немає хлоридів або відновлюючих кислот, 316L є достатнім і дешевшим.

З: 317L дорожчий за 316L?

A: Так, 317L зазвичай коштує на 15-30% дорожче, ніж 316L, тому що він містить більше молібдену, хрому та нікелю - — усіх дорогих легуючих елементів. Премія є виправданою, якщо вона запобігає точковій корозії, що коштуватиме набагато більше, ніж оновлення матеріалу. У середовищах без хлоридів премія витрачається даремно, а 316 л є кращим значенням.

З: Що таке PREN?

A: PREN (Число еквівалента опору точці) — це формула, яка оцінює стійкість до точок: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Чим вище, тим краще. 316L має PREN ~24-26; 317L має ~29-31. Як приблизний орієнтир, PREN вище 32 необхідний для роботи з морською водою та вище 40 для важкої роботи з хлоридом. 317L, при ~30, є значущим кроком вище 316L, але все ще нижче справжніх сплавів морської води, таких як 904L і супердуплекс.

З: Чи можна зварювати 317L?

В: Так, 317L легко зварюється і, як і 316L, не потребує термічної обробки після -зварювання, оскільки містить менше або дорівнює 0,03% вуглецю. Основне правило полягає в тому, щоб використовувати присадний метал ER317L (AWS A5.9), щоб метал шва відповідав більшому вмісту молібдену в основному металі. Використання наповнювача 316L у з’єднанні 317L створює нижчий-PREN зварювальний валик, який утворює ямки перед навколишнім металом у хлоридній службі.

З: Чи підходить 317L для морської води?

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 градусів), морська вода з високим -потоком або умови з тріщинами, розгляньте більш високі сплави: 904L, 254 SMO (S31254), супердуплекс 2507 або 6Mo супераустеніт. 316L, як правило, не рекомендується для занурення в морську воду, оскільки це призведе до ям.

Q: 316L проти 317L проти 904L - як вибрати?

A: Використовуйте 316L для загальної корозійної роботи без хлоридів або відновлюючих кислот (харчова, фармацевтична, архітектурна). Використовуйте 317L для помірної хлоридної або відновної-кислоти (солонувата вода, FGD, фосфорна кислота). Використовуйте 904L для роботи з агресивними хлоридами (занурення в морську воду, гарячі хлориди), де 317L недостатньо. Кожен крок підвищує стійкість до молібдену та корозії, але також коштує - виберіть найнижчий клас, який відповідає вашим вимогам до корозії.

З: Як перевірити, що я отримую 317L, а не 316L?

A: Перевірте звіт про випробування матеріалу (MTR): 317L має містити молібден 3,00-4,00%, хром 18,0-20,0% і нікель 11,0-15,0%. Ручний XRF (PMI) може відрізнити 317L від 316L, оскільки він виявляє вищий вміст молібдену - на відміну від вуглецю, молібден виявляється за допомогою XRF. Це робить польову перевірку 317L відносно простою. Подайте запит на сертифікат EN 10204 типу 3.1, щоб підтвердити хімічний склад.