Плита з нержавіючої сталі 304 проти 316: хімічний склад і зварюваність для виготовлення резервуарів під тиском

Обидва класи є аустенітними хромонікелевими нержавіючими сталями, і обидва перераховані в ASTM A240 для пластини посудини під тиском. Вся різниця зводиться до одного елемента: молібден. 316 містить від 2,00 до 3,00 відсотків, а 304 не містить жодного. Цей єдиний рядок у сертифікаті випробувань на заводі змінює поведінку хлоридної точкової коррозії, змінює те, який тест на міжкристалітну корозію застосовується, змінює ціну та - якщо ви проектуєте відповідно до розділу VIII ASME - майже нічого не змінює в процедурі зварювання. Цей посібник відокремлює важливу хімію від хімії, яка є маркетингом.

Яка різниця між плитою з нержавіючої сталі 304 і 316?

Один елемент: молібден. 316 і 316L містять від 2,00 до 3,00 відсотків молібдену, а 304 і 304L не містять жодного. Діапазони вмісту хрому та нікелю дещо зміщуються в протилежному напрямку - 304 має діапазон вищого вмісту хрому, 316 діапазон вищого вмісту нікелю, а варіанти з низьким вмістом вуглецю обох обмежують вуглець на рівні 0,030 відсотка. Усе, що вас цікавить під час обслуговування та зварювання, випливає з цих чотирьох ліній.

Найшвидший спосіб прочитати специфікацію – перестати думати304і316як два різні матеріали та почніть думати про них як про один матеріал із можливістю сплаву. Обидва є аустенітними, що означає, що обидва мають гранецентровану кубічну кристалічну структуру при кімнатній температурі, обидва немагнітні в відпаленому стані, обидва не можуть бути загартовані термічною обробкою, і обидва міцні аж до кріогенних температур. Основи з нержавіючої сталі серії 300 ідентичні для двох марок.

ASTM A240 / ASME SA-240 хімічні вимоги, масовий відсоток

Дві деталі в цій таблиці дивують людей. По-перше, 304 має вищий діапазон вмісту хрому - 17.5 до 19,5 відсотка проти 16,0-18,0 відсотків для 316. Додаткова корозійна стійкість 316 не більше хрому; це молібден. По-друге, діапазони нікелю достатньо широкі, щоб дана плавка 316 могла бути майже такою ж багатою на нікель, як і багато нікелевмісних спеціальних сортів, що є частиною того, чому сама по собі надбавка на молібден не пояснює розрив у ціні.

Вказуйте на основі теплового аналізу в сертифікаті випробування млина, а не на основі типових значень, надрукованих у брошурі млина.

Тепло 316 із вмістом молібдену 2,02 відсотка та одне із вмістом молібдену 2,95 відсотка входять до специфікації, і вони не поводяться однаково в гарячій щілині хлориду. Якщо посудина знаходиться в службі, де керуючим механізмом є піттинг, вкажіть мінімальний вміст молібдену 2,5 відсотка як додаткову вимогу в замовленні на закупівлю.

Як молібден змінює корозійну поведінку пластини 316?

Молібден уповільнює початок і ранній ріст ямок і тріщин у середовищах, що містять хлориди. Це досягається шляхом збагачення пасивної плівки та розчину всередині ями для вирощування, що робить місцеву хімію менш агресивною та дає поверхні більше часу для репасивації. Це не робить 316 імунітетом і не купує стійкість до хлоридного корозійного розтріскування.

Нержавіюча сталь захищає себе плівкою оксиду хрому товщиною кілька нанометрів. У воді, що містить хлориди, ця плівка атакує слабкі місця - включення, подряпини, сульфідні стрінгери - і починається ямка. Коли яму відкрито, хімічні речовини всередині неї стають кислими та концентруються в хлоридах, і яма копається швидше, ніж на початку. Молібден втручається в двох точках: види молібдату в плівці ускладнюють його руйнування, а молібден, розчинений з металу всередині активної ями, буферизує місцеву кислотність і допомагає стінці ями репасивуватися, перш ніж вона стане самопідтримуваною.

Де молібден в 316 допомагає, а де ні

Найдорожчим непорозумінням у цій таблиці є рядок розтріскування хлоридної корозії під напругою. Молібден не допомагає. Судно 316 під ізоляцією на прибережній ділянці може тріснути зовні так само легко, як і судно 304, тому що механізм потребує хлоридів, кисню, напруги розтягування та температури вище приблизно 60 C, а молібден не змінює жодного з чотирьох. Виправлення — це покриття, ізоляція з низьким вмістом хлоридів і збереження металу сухим. Якщо вам потрібне судно, щоб витримати цей обов’язок у голому металі, вам це потрібнодуплекс 2205або високолегований матеріал.

Які значення PREN 304 і 316 і що вони насправді передбачають?

Використовуючи PREN=відсоток Cr + 3.3 x відсоток Mo + 16 x відсоток N, типовий 304 має значення приблизно від 18 до 20, а типовий 316 — приблизно від 23 до 26. Це реальна різниця в рейтингу приблизно на 25 відсотків, і це корисний спосіб порівняти нагрівання, але PREN було розроблено та перевірено для дуплексних і високолегованих нержавіючих сталей, а також власне це не проектний номер для посудини під тиском.

Коефіцієнт молібдену 3,3 є причиною існування розриву: при 2,1 відсотка молібдену лише цей член сприяє приблизно 6,9 пунктам, що більше ніж усуває дефіцит хрому. Азот також вносить свій внесок, тому 316LN – варіант із сплавом азоту – стоїть вище звичайного 316L за такого самого вмісту молібдену. дивнержавіюча сталь 316LNдля версії, збагаченої азотом.

PREN працював на основі типових теплових аналізів

Не менш важливе значення має те, чого вам не повідомляє PREN. У ньому нічого не сказано про критичну температуру щілини, яка завжди нижча за критичну точкову температуру і є числом, яке регулює фланець із прокладкою або з’єднання внапуск. Це нічого не говорить про метал зварного шва, де сегрегація під час затвердіння може призвести до того, що останній метал замерзне з іншим складом, ніж маса. І це рейтинговий індекс, а не порогове значення: PREN 24 не говорить вам про концентрацію хлориду чи температуру, за якої конкретна посудина буде випадати. Для цього вам знадобляться виміряні дані про критичну точкову температуру для фактичного середовища або історія обслуговування.

Чому вміст вуглецю вирішує, купуєте ви плиту 304L чи 316L?

Тому що саме вуглець змушує зону термічного впливу зварювання втрачати корозійну стійкість. Приблизно 0,03 відсотка вуглецю його достатньо, щоб з’єднатися з хромом і осадити карбід хрому на границях зерен, коли метал проходить через 425-815 C. Карбід витягує хром з металу безпосередньо навколо нього, цей метал падає нижче приблизно 12 відсотків хрому, необхідного для того, щоб залишатися нержавіючим, і міжкристалічна корозія має шлях для подальшого розвитку.

Зварний шов робить із зоною термічного впливу те ж саме, що й термічна обробка. Метал на відстані кількох міліметрів від лінії плавлення нагрівається до діапазону виділення карбіду та утримується там достатньо довго, щоб мати значення, а потім охолоджується. При багатопрохідному зварюванні товстої пластини зона прогрівається кілька разів. У марці з 0,06 відсотка вуглецю осадження карбіду хрому може початися за лічені хвилини при температурі близько 675 C. У марці з 0,02 відсотка вуглецю той самий термічний цикл не створює безперервної сітки карбіду, оскільки в розчині просто недостатньо вуглецю для її утворення.

Вуглець, сенсибілізація та практичні наслідки

Оцінка L не є безкоштовним обідом. Його межа текучості становить 170 МПа проти 205 МПа для прямого сорту, а в Розділі II, частина D, перераховано його допустиму напругу на рівні 16,7 ksi проти 20,0 ksi. Ви платите приблизно 17 відсотків проектної міцності за зварюваність. І виняток не є постійним: утримуйте клас L між приблизно 500 і 800 C протягом багатьох років, і він все одно буде сенсибілізувати, явище, яке називається низькотемпературною сенсибілізацією. Це має значення для суден, які працюють в теплі, і це одна з причин існування 316H - дивнержавіюча сталь 316Hдля високовуглецевого варіанту.

Що таке пластина з подвійною сертифікацією 304/304L або 316/316L і чи допомагає вона?

Подвійно сертифікована плита — це єдине нагрівання, яке відповідає всім вимогам як для прямого сорту, так і для класу L — вміст вуглецю становить 0,030 відсотка або нижче, а міцність на розтяг і текучість — мінімум для прямого сорту. Це стандартний спосіб поставок нержавіючої пластини сьогодні, і він дозволяє одній одиниці запасу відповідати специфікаціям зварювання як L-класу, так і прямолінійній конструкції.

Ніякого металургійного підступу тут немає. Тепло – це просто тепло з низьким вмістом вуглецю, яке також виявилося вищим за механічні мінімуми простого класу, які роблять більшість сучасних розплавів, коли азот контролюється. Млин сертифікує його відповідно до обох специфікацій, і в сертифікаті вказано обидва.

Що дає і чого не дає подвійна сертифікація

Для посудини, яка буде зварюватися і не буде використовуватися при високій температурі повзучості, вкажіть подвійну сертифікацію 304/304L або 316/316L і проектуйте відповідно до дозволеного прямого класу, якщо погодиться ваш уповноважений інспектор. Це найдешевший спосіб отримати зварюваність класу L без втрати 17 відсотків допустимої напруги. Переконайтеся, що в сертифікаті вміст вуглецю становить 0,030% або нижче, перш ніж прийняти його, і переконайтеся, щопосібник із купівлі плити з нержавіючої сталівимоги до маркування та простежуваності прописані в наказі.

Які механічні властивості пластини 304 і 316 згідно з ASTM A240?

304 і 316 ідентичні: 515 МПа (75 ksi) мінімальний розтяг, 205 МПа (30 ksi) мінімум 0,2 відсотка текучості, 40 відсотків мінімального подовження. 304L і 316L також ідентичні один одному та нижчі: 485 МПа (70 ksi) на розтяг і 170 МПа (25 ksi) врожайність. Молібден змінює корозійну поведінку; це не змінює сили. Єдина механічна різниця в усьому порівнянні – це вуглець.

Мінімальні механічні властивості ASTM A240, відпалений стан

Останні два рядки мають більше значення в магазині, ніж на кресленні. Аустенітна нержавіюча сталь проводить приблизно на третину більше тепла, ніж вуглецева сталь, і розширюється приблизно на 40-50 відсотків більше за такого самого підвищення температури. Ці два факти разом пояснюють, чому посудина з нержавіючої сталі спотворює так само, як посудина з вуглецевої сталі з ідентичною геометрією, і вони однакові для 304 і для 316 - вибір між сортами не змінить вашу проблему спотворення.

Який сорт дає тоншу та дешевшу оболонку посудини під тиском?

Ні . 304, ні 316 не мають однакового допустимого навантаження ASME при температурі навколишнього середовища, тому розрахована товщина оболонки однакова. Що змінює товщину, так це карбоновий варіант: проектування 304L або 316L при 16,7 ksi замість 304 або 316 при 20,0 ksi робить оболонку приблизно на 20 відсотків товщею. Молібден купує стійкість до корозії; це не купує сили взагалі.

Опрацюйте це через представницьку оболонку. Візьміть внутрішній тиск 150 фунтів на квадратний дюйм, внутрішній радіус 30 дюймів і подвійне зварене стикове з’єднання типу 1 із повною рентгенографією, що дає ефективність з’єднання 1,0 на UW-12. Рівняння UG-27 для поздовжнього з’єднання є t=PR / (SE - 0.6P).

Витрачений UG-27 розрахунок оболонки: P=150 psi, R=30 дюйм, E=1.00

Сама допустима напруга виводиться однаково для кожного рядка в цій таблиці. Розділ II Частини D встановлює S як нижчу з двох частин зазначених мінімальних властивостей при температурі: дві третини межі текучості та одна 3,5 межі міцності. При навколишньому середовищі це дає 2/3 x 30=20.0 ksi проти 75 / 3.5=21.4 ksi для прямих сортів, тому 20,0 регулює; і 2/3 x 25=16.7 ksi проти 70 / 3.5=20.0 ksi для класів L, тому 16,7 керує. Приблизно вище 540 C властивості повзучості та розриву під напругою переходять у дію, і дві групи розходяться, тому прочитайте таблицю 1A для точного сорту та розрахункової температури, а не інтерполяції.

Практичний висновок полягає в тому, що вуглецевий варіант є конструктивною змінною, а молібден – ні. Якщо ваше судно розраховане на 304L, а потім ви змінюєте його на 316L з міркувань корозії, товщина корпусу не зміниться, і єдиним рахунком, який змінюється, є ціна пластини. Якщо поміняти 316 на 316L, оболонка збільшується приблизно на п'яту частину. Підтвердьте ефективність з’єднання, на яку ви маєте право за UW-12, перш ніж завершувати стіну, тому що повна рентгенографія на E=1.00 коштує більше матеріалу, ніж зазвичай вибір класу.

При якій температурі слід припинити використання 304L або 316L?

Застосовуються три окремі обмеження, і керує найнижчий. Низькотемпературна сенсибілізація починає мати значення вище приблизно 500 C при тривалій експлуатації, допустима напруга різко падає вище приблизно 540 C, оскільки повзучість бере верх, а молібденовмісний 316L є більш схильним до сигма-сигма з двох у діапазоні від 550 до 900 C. Для стійкої температури металу вище приблизно 540 C перейдіть до 304H або 316H або до стабілізованого сорту.

Температурні межі та що регулює кожну смугу

Сигма-фаза заслуговує на примітку, оскільки вона є специфічною для молібденової сторони цього порівняння. Сигма — це твердий, крихкий інтерметал, який утворюється з фериту в діапазоні приблизно від 550 до 900 С, а молібден прискорює його. У базовому металі 316L зазвичай немає фериту для перетворення, тому ризик знаходиться в металі зварного шва, де феритове число від 3 до 10 було навмисно введено для запобігання гарячим розтріскуванням. Якщо ємність 316L буде працювати в цьому температурному діапазоні, тримайте ферит зварювального металу на нижньому рівні рекомендованого діапазону та підтримуйте низьке феритне число наповнювача.

Чи 316 краще, ніж 304, для хлоридного корозійного розтріскування?

Ні. Це найпоширеніша та найдорожча помилка у всьому рішенні 304 проти 316. Молібден покращує стійкість до ямок і тріщин; це не покращує стійкість до хлоридного корозійного розтріскування. Обидва сорти тріскаються, і посудина 316 під ізоляцією на теплому місці, що містить хлориди, вийде з ладу так само, як і посудина 304.

Для корозійного розтріскування під напругою хлоридів потрібні чотири речі одночасно: хлориди, розчинений кисень, напруга розтягування та температура приблизно від 50 до 60 C. Видаліть будь-який із них, і ви не отримаєте розтріскування. Молібден не впливає на жодне з чотирьох. Що це дійсно змінює, так це піттинг, який часто передує тріщині, і у вузькому лабораторному вікні, що може трохи зрушити поріг, але зміщення лабораторного порогу не є підставою для ліцензування посудини під тиском.

Що насправді запобігає хлоридному корозійному розтріскуванню

Якщо ви пишете рядок матеріалів для посудини, яка буде ізольована та розташована на відкритому повітрі або на прибережній ділянці, не пишіть 316 як пом’якшення зовнішнього хлоридного корозійного розтріскування. Напишіть специфікацію покриття, вимоги до ізоляції з низьким вмістом хлоридів і деталі водонепроникності, а також бюджет на їх обслуговування. Оновлення матеріалу, яке працює в цьому обов’язку, полягає в зміні сімейства сплавів, а не всередині пари 304 і 316.

Наскільки більше коштує пластина 316, ніж 304, і чи це має значення для судна?

Пластина 316 зазвичай має від 25 до 45 відсотків премії порівняно з 304, головним чином через надбавки на молібден і нікелевий сплав. На готову посудину під тиском штраф менший, ніж припускає цей проміжок, оскільки плита є лише частиною вартості поставки, а зварювання, перевірка та термічна обробка ідентичні для двох сортів.

Де різниця у вартості проявляється, а де ні

Останній ряд – не жарт. Коли посудина 304 руйнується через те, що процес містить хлориди, першопричину легко знайти, а виправити – оновити матеріал – просто. Коли посудина 316 тріскається під ізоляцією, виробник зазвичай є першим підозрюваним, навіть якщо матеріал ніколи не був здатний протистояти цьому механізму. Сплата надбавки за 316, а потім використання її для вирішення проблеми, яку молібден не вирішує, є найгіршим з обох результатів.

Для варіантів сплаву, крім цієї пари,904L проти 254 SMO проти 316Lпокриття, де супераустенітні класи беруть верх, інержавіюча сталь 904Lнаведено склад і властивості найпоширеніших із них.

Який присадний метал ви використовуєте для пластини 304 проти 316?

Відповідайте сорту та зберігайте низький рівень вуглецю. Зварюйте 304 і 304L з ER308L для GTAW і GMAW або E308L для SMAW; зварюйте 316 і 316L з ER316L або E316L. Використовуйте варіанти, що містять кремній, для GMAW для покращення змочування. Обидва недорогоцінні метали знаходяться в P-No. 8 Group 1, а всі ці наповнювачі знаходяться в F-No. 6, тому одна структура кваліфікації процедури охоплює всю групу.

Вибір наповнювача для зварювання пластин 304 і 316

Наповнювач навмисно не ідеально підходить до основного металу. ER308L містить приблизно 19,5-22,0% хрому проти 17,5-19,5% у пластині, а ER316L містить приблизно 18,0-20,0% хрому проти 16,0-18,0% у пластині. Саме збагачення хромом призводить до того, що зварювальний шов переходить до феритно-аустенітного затвердіння замість повністю аустенітного, що є наступним питанням, а також чому зварний шов, нанесений невідповідним наповнювачем, може виглядати ідеально на радіографії та все ще бути проблемою розтріскування.

Кваліфікаційна структура є спільною для обох розрядів. Розділ IX ASME відносить 304, 304L, 316 і 316L до P-No. 8 Group 1, призначає всі ці аустенітні нержавіючі наповнювачі до F-No. 6 і охоплює склад металу зварного шва відповідно до системи номерів A. Практичний наслідок: кваліфікація процедури за 316L загалом кваліфікує основні змінні для решти сім’ї, тому більшість магазинів кваліфікуються за 316L і працюють вниз, а не кваліфікують кожен клас окремо.

Чому феритне число має значення для аустенітного нержавіючого металу зварного шва?

Тому що невелика кількість дельта-фериту — це єдине, що стоїть між аустенітним зварюванням і розтріскуванням при затвердінні. Мета від 3 до 10 феритового числа. Нижче приблизно 3 FN метал зварного шва твердне у вигляді великих стовпчастих зерен аустеніту з багатими домішками рідкими плівками між ними і може тріснути під час охолодження; вище приблизно 10 FN ферит може перетворитися на крихку сигма-фазу при теплій експлуатації.

Ферит є магнітним, а аустеніт – ні, тому все вимірювання можна виконати за допомогою каліброваного магнітного приладу на готовому зварному шві. Феритне число визначається AWS A4.2 і не є точно об’ємним відсотком – нижче приблизно від 8 до 10 вони близькі, вище – розходяться – це ще одна причина, чому рекомендований цільовий діапазон знаходиться там, де він є.

Смуги феритових чисел і значення кожної з них

Передбачити його перед зварюванням можна за допомогою діаграми складу WRC-1992, яка використовує еквіваленти хрому та нікелю, розраховані на основі складу розбавленого металу зварного шва: еквівалент Cr дорівнює відсоткам Cr плюс відсоток Mo плюс 0,7 відсотка Nb, а еквівалент Ni дорівнює відсотку Ni плюс 35 відсотків C плюс 20 відсотків N плюс 0,25 відсотка Cu. Термін азоту є причиною того, що WRC-1992 замінила старішу діаграму Шеффлера на сучасне тепло з низьким вмістом вуглецю, що містить азот.

Передбачене феритове число є розрахунковим; виміряне феритове число є приймальним записом. Виміряйте його на зразку кваліфікації процедури за допомогою каліброваного приладу та знову на зразках виробничого випробування, якщо тепло наповнювача зміниться. Зауважте також, що винятки щодо випробувань на кріогенний удар у UHA-51 мають власні обмеження щодо фериту, які є нижчими за діапазон від 3 до 10. Якщо вашій посудині потрібні стійкі до розтріскування зварні шви та дуже низька розрахункова температура металу, вирішіть цей конфлікт на PQR зі своїм уповноваженим інспектором, а не виявляйте його після зварювання.

Вам потрібен попередній нагрів або термічна обробка після зварювання для зварювання посудин 304 і 316?

Ні обом, у звичайному розумінні. Не існує механізму водневого крекінгу, проти якого слід було б попередньо нагріти, оскільки аустеніт не перетворюється на мартенсит при охолодженні та має високу розчинність водню. У розділі VIII-1 таблиці UHA-32 ASME зазначено, що термічна обробка після зварювання для аустенітної нержавіючої сталі P-No. 8 не є обов’язковою та забороненою – тригер товщини взагалі відсутній.

Термічна обробка зварних швів посудин з аустенітної нержавіючої сталі

Позиція UHA-32 справді відрізняється від світу вуглецевої сталі та приваблює виробників. Для посудини з вуглецевої сталі P-No. 1 існує жорсткий поріг товщини - 38 мм (1,5 дюйма) для P-No. 1 групи 1 -, вище якого PWHT є обов’язковим. Для аустенітної нержавіючої сталі немає порогу, часу витримки та мінімальної температури. Якщо користувач усе одно вказує термічну обробку, правильним циклом є відпал розчину з наступним швидким охолодженням, а не субкритичне зняття напруги. Зняття напруги при температурі 650 °C на посудині, звареній з не-L пластини, є чудовим способом сенсибілізації всієї зони термічного впливу.

Формовані голови є винятком, про який варто знати. Деформація при холодному формуванні та будь-який цикл гарячого формування змінюють матеріал, і аустенітні головки, що мають важке холодне формування, часто піддаються розчинному відпалу після формування, щоб усунути деформацію та відновити стійкість до корозії. Це термічна обробка формування, а не PWHT зварювання, і це відбувається перед тим, як головка зварюється в корпус.

Як зупинити сенсибілізацію в зоні термічного впливу зварного шва посудини?

Спочатку контролюйте вуглець, потім час і температуру. Замовляйте марку L або подвійно сертифікований матеріал, щоб не вистачило вуглецю для утворення безперервної карбідної сітки, а потім підтримуйте низьку міжпрохідну температуру та помірне введення тепла, щоб ЗТВ витрачав якомога менше часу між 425 і 815 C. Якщо посудина буде нагріватися роками, розгляньте стабілізований вміст, а якщо наслідки високі, перевірте за допомогою тесту ASTM A262.

Механізм варто зрозуміти один раз, щоб елементи керування мали сенс. Карбід хрому осідає на межі зерен, оскільки вуглець дифундує до межі швидше, ніж хром може дифундувати з навколишнього металу. Карбід, який утворюється, багатий хромом, тому вузька смуга металу безпосередньо біля межі збіднюється. Нижче приблизно 12 відсотків хрому ця смуга більше не є нержавіючої, і в корозійній рідині вона переважно розчиняється, залишаючи безперервний міжкристалічний шлях. Найшвидше випадання відбувається при температурі від 650 до 750 C, що знаходиться прямо в межах діапазону, через який проходить ЗТВ зварного шва.

Контроль сенсибілізації в порядку їх застосування

Яку практику A262 вибрати, залежить від класу, і це одне з небагатьох місць, де вибір 304 проти 316 справді змінює метод тестування. Практика B, випробування сульфатом заліза та сірчаною кислотою, підходить для молібденовмісних аустенітних марок, тому вкажіть її для 316 і 316L. Практика C, азотна кислота або тест Huey, є звичайним вибором для 304 і 304L. Практика А — це швидке травлення щавлевою кислотою, яке використовується для скринінгу, а Практика Е — тест міді-міді-сульфат-сульфатна кислота, який використовується, коли потрібна загальна оцінка аустеніту.

Чому зварні шви аустенітної нержавіючої посудини деформуються більше, ніж зварні шви вуглецевої сталі?

Дві фізичні властивості, обидві однакові для 304 і 316. Аустенітна нержавіюча сталь проводить приблизно на третину більше тепла, ніж вуглецева сталь, тому тепло зварного шва залишається в з’єднанні, а не поширюється; і воно розширюється приблизно на 40-50 відсотків більше на градус, тому те саме температурне поле створює більше теплового напруження. Більша деформація, зосереджена у вужчій зоні, означає більшу деформацію, більшу усадку та більшу залишкову напругу.

Фізичні властивості, які визначають поведінку виготовлення

Управління випливає безпосередньо з фізики. Використовуйте помірне підведення тепла, а не високу швидкість осадження, яку ви використовували б для вуглецевої сталі. Використовуйте мідні або алюмінієві стрижні, щоб відвести тепло від кореня. Використовуйте збалансовану послідовність зварювання – ступінчасту або симетричну – щоб усадка розподілялася, а не накопичувалася. Закріпіть міцну спинку там, де це дозволяє геометрія, і пам’ятайте, що обмеження підвищує залишкову напругу, навіть зменшуючи видимі спотворення.

Ще один наслідок характерний для тонкостінних судин. Оболонка товщиною менше 6 мм має обмеження жорсткості, а не міцності, тому практичний мінімум встановлюється деформацією та пошкодженням при керуванні, а не розрахунком UG-27. Ось чому тонкі аустенітні посудини зазвичай будують із кільцями жорсткості або збільшеною номінальною стінкою, а не до розрахункового мінімуму, і чому керівництво по товщині вяк вибрати товщину пластини з нержавіючої сталіварто прочитати, перш ніж завершувати роботу над оболонкою.

Який огляд вимагає Розділ VIII ASME для зварювання аустенітних нержавіючих посудин?

Рентгенографія на UW-11 на рівні, необхідному для досягнення ефективності з’єднання, яку ви запланували, а також перевірка рідинним проникаючим методом усіх аустенітних хромонікелевих зварних швів із номінальною товщиною понад 19 мм (3/4 дюйма) відповідно до вимог UHA-34. Якщо проводилася будь-яка термічна обробка, то огляд проводиться після неї. Вимоги до пенетранту є специфічним для аустеніту правилом без еквівалента вуглецевої сталі.

Вимоги до перевірки, які застосовуються до зварних швів посудин 304 і 316

Правило UHA-34 найчастіше пропускається. Виробник, чиї звички походять від вуглецевої сталі, зробить рентгенографію, можливо, ультразвукове дослідження, і не думатиме про проникаюче дослідження 25-міліметрового шва оболонки. Кодекс вимагає цього, і це має значення: аустенітний метал зварного шва застигає з грубими стовпчастими зернами, а рентгенограма, зроблена через грубі стовпчасті зерна, погано дозволяє знайти плоскі, щільно замкнуті дефекти неплавлення, які ці зерна мають тенденцію приховувати.

Що таке гідростатична випробувальна пастка для посудин під тиском з нержавіючої сталі?

Вода. Посудина, яка пройшла гідростатичне випробування, може бути зруйнована пробною водою, що залишилася в ній, тому що застійна хлоридна вода розриває аустенітну нержавіючу сталь швидше, ніж більшість технологічних рідин, які коли-небудь побачить посудина. Обмежте вміст хлориду, негайно злийте, повністю висушіть і не залишайте частково наповнену посудину на вихідні.

Гідростатичний контроль для аустенітних нержавіючих посудин

У тому ж районі є друга, більш тиха пастка. Посудини часто проходять гідровипробування, осушують, а потім залишають із заглушками на соплах і закритим люком на кілька тижнів перед введенням в експлуатацію. Плівка води, що залишилася, випаровується та знову конденсується, концентруючи будь-який хлорид, який там був, на найтеплішій і найхолоднішій поверхнях. Якщо посудина повинна сидіти, залиште її відкритою та сухою або збережіть її сухим азотом. Виробники, які оброблялинержавіюча стальпротягом багатьох років визнає цю закономірність: пошкодження ніколи не відбувається там, де вода була найглибшою, а біля лінії води.

Як перевірити, що ви дійсно отримали 316, а не 304?

Позитивна ідентифікація матеріалу за допомогою портативного рентгенівського флуоресцентного аналізатора, перевірка молібдену. Це займає секунди, працює на пластині та на готовому зварювальному шві, і це єдиний практичний спосіб вловити неполадку в цеху, оскільки 304 і 316 візуально, магнітно та за розмірами ідентичні.

Етапи перевірки від замовлення на купівлю до паспортної таблички

Молібден є дискримінатором, оскільки це єдиний елемент у специфікації, який містить один сорт, а інший – ні. Діапазони хрому та нікелю перекриваються настільки, що вони не можуть вирішити питання, і ніякі візуальні чи магнітні випробування не можуть. П’ятисекундний знімок PMI на кожній пластині перед тим, як вона потрапить у рулон, і на кожному шві після зварювання усуває режим помилки, який інакше з’являється через роки як незрозуміла корозія. Таку саму перевірку варто зробити на котушці присадного дроту, тому що дріт є ще одним місцем, де може сховатися плутанина.

Коли посудину під тиском слід будувати з 304 замість 316?

Щоразу, коли немає локалізованого механізму корозії для молібдену. Якщо рідина не містить суттєвих хлоридів, температура залишається нижче приблизно 60 C за наявності будь-яких хлоридів, служба окислюється, або посудина суха, чиста та закрита, 304L є правильним і дешевшим матеріалом, а молібден — це гроші, витрачені нанівець.

Матриця вибору для пластини посудини високого тиску 304L проти 316L

Там, де відповідь ні те, ні інше, шляхи оновлення добре встановлені.Дуплекс 2205приблизно вдвічі збільшує межу текучості та справляється з розтріскуванням хлоридної корозії під напругою набагато краще, ніж будь-який сорт.254 SMOі904Lвзяти на себе перевагу там, де головною вимогою є стійкість до точкової корекції, а для найагресивніших умов порівнянняInconel 625 проти 316L. Зварювання цих матеріалів знову є іншою дисципліною - дивінструкція зі зварювання Hastelloy C276іпосібник зі зварювання Inconel 625про те, як змінюються процедури.

Як визначити пластину 304 проти 316 для посудини під тиском?

Працюйте по порядку: визначте навколишнє середовище, виберіть вуглецевий варіант, підтвердіть перелік кодів і сертифікацію, сконструюйте з допустимим навантаженням для класу, який ви фактично придбали, кваліфікуйте процедуру за допомогою виміряного феритового числа, контролюйте проміжне проходження та екранування, уточніть перевірку та будь-які випробування на міжкристалітну корозію, потім перевірте воду для гідровипробування та очистіть посудину після цього.

Крок 1. Запишіть середовище процесу, перш ніж записувати оцінку:Записуйте вміст хлоридів, температуру, рН, чи рідина окислюється чи відновлюється, що відбувається під час зупинки та що знаходиться під ізоляцією. 304 і 316 є аустенітними хромонікелевими марками; молібден у складі 316 приносить користь лише за наявності локалізованого механізму корозії. дивВластивості та застосування нержавіючої сталі 304 проти 316для загальної картини власності.

Крок 2. Виберіть вуглецевий варіант із температури зварювання та робочої температури разом:Для зварної ємності, яка не буде працювати при температурі вище приблизно 425 C, замовляйте клас L. Якщо розрахункова температура знаходиться в діапазоні повзучості, перейдіть до 316H або 304H замість того, щоб намагатися розтягнути марку L. Якщо ви бажаєте, щоб один товар служив обом, придбайте подвійно сертифікований матеріал і переконайтеся, що в сертифікаті комбінату зазначено обидві специфікації.

Крок 3. Підтвердьте, що пластина є матеріалом коду, і отримайте сертифікат перед її розрізанням:Табличка має бути SA-240 (прийняття ASTM A240 ASME) і вказана для використання в Розділі VIII-1, із номером нагріву, який можна простежити за маркуванням пластини, і документом EN 10204 3.1 або 3.2. Прочитайте аналіз тепла, а не типове значення: перевірте вуглець проти 0,030 відсотка для марки L і молібдену проти 2,00 відсотка для 316.ASTM A240перелічує повні хімічні та механічні вимоги.

Крок 4. Спроектуйте оболонку з допустимим напруженням саме для того сорту, який ви купили:Використовуйте t=PR / (SE - 0.6P) від UG-27 для поздовжнього з’єднання та t=PR / (2SE + 0.4P) для окружного з’єднання, при цьому S читайте з Розділу II Частини D Таблиці 1A при розрахунковій температурі та E від UW-12 для вашого типу з’єднання та дослідження. Не проектуйте з допустимими параметрами 304, а потім купуйте пластину 304L.

Крок 5. Оцініть процедуру зварювання з правильним наповнювачем і виміряним феритним числом:Кваліфікуйте відповідно до розділу IX ASME, використовуючи P-No. 8 базовий матеріал групи 1 з ER308L або ER316L під F-No. 6.. Передбачте феритове число за допомогою діаграми WRC-1992 на фактичній теплоті наповнювача, а потім підтвердьте його на кваліфікаційному купоні за допомогою каліброваного магнітного приладу та утримуйте 3–10 FN.

Крок 6. Контролюйте надходження тепла, температуру між проходами та екранування коренів:Підтримуйте проміжну температуру на рівні 175 C (350 F) максимум для загальних робіт і 150 C (300 F) максимум, коли стійкість до корозії є критичною. Зворотно продуйте корінь аргоном, щоб вміст кисню залишався достатньо низьким, щоб уникнути цукристості, і використовуйте збалансовану послідовність зварювання з мідними або алюмінієвими підкладками, щоб відвести тепло від з’єднання.

Крок 7. Впишіть перевірку та випробування на міжкристалітну корозію в порядок:Укажіть радіографію на UW-11 для ефективності з’єднання, яку ви розрахували, рідкий пенетрант на UHA-34 для зварних швів із номінальною товщиною понад 19 мм і тест ASTM A262 на зразку виробничого зварного шва, коли посудина спостерігатиме сенсибілізуючі температури або корозійну рідину. Використовуйте вправу B для 316L і вправу C для 304L.

Крок 8. Контролюйте воду для гідростатичного випробування, а потім висушіть посудину:Обмежте вміст хлориду приблизно до 50 частин на мільйон, злийте посудину, як тільки тест буде завершено, і висушіть усі внутрішні поверхні. Видалити тепловий відтінок травленням відповідно до ASTM A380 або механічними засобами за допомогою спеціальних інструментів для нержавіючої сталі, пасивувати відповідно до ASTM A967 і закінчити позитивною ідентифікацією матеріалу на готових зварних швах, щоб підтвердити присутність молібдену там, де зазначено 316.

Дві звички роблять різницю між специфікацією, яка витримує контакт з магазином, і тією, яка не підтримується. По-перше, напишіть додаткові вимоги в замовленні на купівлю, а не в основній частині приміток до креслення: мінімальний молібден, мінімальне число фериту, випробування на міжкристалітну корозію та тип сертифіката є пунктами замовлення. По-друге, зробіть перевірку ідентифікації матеріалу місцем утримання в плані перевірки та тестування, а не запитом. Для повного шляху від пластини до складання котушки та посудини,виготовлення котушки трубиохоплює послідовність виготовлення тазаводське виготовлення проти польового зварюванняохоплює місця, де робота виконується найкраще.

Часті запитання

Molybdenum. 316 і 316L містять від 2,00 до 3,00 відсотків молібдену, а 304 і 304L його не містять. Діапазони вмісту хрому дещо відрізняються в іншому напрямку - 304 містить від 17,5 до 19,5 відсотків хрому проти 16,0-18,0 відсотків для 316 -, а 316 містить вищий діапазон нікелю від 10,0 до 14,0 відсотків. Все інше, включаючи всі механічні властивості, те саме.

Скільки молібдену в пластині з нержавіючої сталі 316?

ASTM A240 вимагає від 2,00 до 3,00 відсотків як для 316, так і для 316L. Нагрівання 2,02 відсотка і 2,95 відсотка обидва відповідають вимогам, але не працюють однаково в гарячій щілині хлориду, тому вкажіть мінімальний вміст молібдену як додаткову вимогу, коли піттинг є керівним механізмом.

Чи 316 сильніший за 304?

№ ASTM A240 перераховує ідентичні мінімальні механічні властивості: 515 МПа (75 ksi) на розтяг і 205 МПа (30 ksi) для обох і 485 МПа (70 ksi) на розтяг і 170 МПа (25 ksi) для обох марок L. Молібден змінює корозійну поведінку, а не міцність.

Що таке PREN 304 проти 316?

Використовуючи PREN=відсоток Cr + 3.3 x відсоток Mo + 16 x відсоток N, типовий 304 становить приблизно від 18 до 20, а типовий 316 – приблизно від 23 до 26. Розрив майже повністю виникає через молібденовий член. PREN – це рейтинговий індекс, а не проектний поріг – він не дає вам критичної температури пітінгу або критичної температури щілин.

Що краще для посудини під тиском, 304 чи 316?

Це повністю залежить від того, чи існує механізм локалізованої корозії. Якщо немає хлоридів або сліди хлоридів нижче приблизно 50 частин на мільйон при температурі навколишнього середовища, 304L є правильним і дешевшим. Якщо присутні хлориди або рідина є розбавленою відновною кислотою, виберіть 316L. Якщо хлориди присутні при температурі вище приблизно 60 C, жодне з них не є достатнім, тому що головним ризиком є ​​корозійне розтріскування під напругою хлориду.

Чому 316L є кращим, ніж 316 для зварних посудин під тиском?

Вуглець. 316 допускає до 0,08 відсотка вуглецю, чого достатньо для утворення карбіду хрому на межах зерен у зоні термічного впливу під час зварювання, виснажуючи прилеглий метал хрому та створюючи шлях для міжкристалічної корозії. 316L обмежує вуглець на рівні 0,030 відсотка, що надто мало для утворення безперервної карбідної сітки в нормальному циклі зварювання.

Чи можете ви зварити 304 до 316?

так Використовуйте наповнювач ER316L або E316L, який відповідає високолегованому з двох основних металів. Ніколи не переходьте до наповнювача 308L для з’єднань 304–316, тому що розбавлений метал зварювального шва тоді містив би менше молібдену, ніж будь-який з батьківських матеріалів. Обидва класи є P-No. 8 Група 1, тому об’єднання входить до однієї структури кваліфікації процедури.

Який присадний метал ви використовуєте для зварювання пластини 316?

ER316L для GTAW і GMAW, E316L для SMAW і ER316LSi для GMAW, якщо вам потрібно краще змочування та форма кульок із кремнію. Для вуглецевої сталі 316L використовуйте ER309LMo, щоб перехідна зона зберігала молібден. Цільове число феритів від 3 до 10 у наплавленому металі зварного шва.

Яке правильне число фериту для металу зварного шва 308L і 316L?

Цільовий показник від 3 до 10 FN, при цьому від 3 до 8 є звичайним оптимумом. Нижче приблизно 3 FN ризик розтріскування при затвердінні різко зростає, оскільки зварний шов твердне у вигляді грубого стовпчастого аустеніту з плівками домішок між зернами. Приблизно вище 10 FN і особливо вище 12 FN дельта-ферит може перетворюватися на крихку сигма-фазу в діапазоні від 550 до 900 C, а молібден прискорює це перетворення.

Вам потрібна термічна обробка після зварювання для зварювання посудини 304 або 316?

№ Розділ ASME VIII-1 Таблиця UHA-32 стверджує, що PWHT для P-No. 8 аустенітної нержавіючої сталі не є ні обов’язковим, ні забороненим, тому не існує тригера товщини, як для вуглецевої сталі. Якщо користувач усе одно вказує термічну обробку, правильним циклом є відпал розчину при 1040–1095 C з подальшим швидким охолодженням, а не докритичне зняття напруги, яке призведе до сенсибілізації будь-якого не-L матеріалу.

Ви попередньо нагріваєте нержавіючу сталь перед зварюванням?

Не для запобігання розтріскування та не до температур, які використовуються для вуглецевої сталі. Аустеніт не перетворюється на мартенсит при охолодженні та легко утримує водень, тому немає механізму водневого розтріскування, проти якого можна було б попередньо нагріти. Попередній нагрів використовується лише для видалення вологи або розморожування холодного з’єднання, а надмірний попередній нагрів погіршує деформацію.

Яка максимальна температура між проходами для аустенітної нержавіючої сталі?

175 C (350 F) є загальним максимумом для загального виробництва, а 150 C (300 F) використовується там, де стійкість до корозії є критичною. Міжпрохідність контролюється як максимум, а не як мінімум, саме тому, що утримання зони теплового впливу в діапазоні від 425 до 815 C викликає сенсибілізацію.

Що таке сенсибілізація і як їй запобігти?

Сенсибілізація — це випадання карбіду хрому на межі зерен, коли метал утримується при температурі приблизно від 425 до 815 °C, що призводить до виснаження хрому з металу безпосередньо біля межі та уможливлює міжкристалітну корозію. Запобігайте цьому, використовуючи матеріал класу L або подвійну сертифікацію з максимальним вмістом вуглецю 0,030 відсотка, обмежуючи температуру між проміжками та надходження тепла, а також використовуючи стабілізований клас, такий як 347, для експлуатації в теплі.

Яка температура викликає сенсибілізацію нержавіючої сталі?

Приблизно між 425 і 815 C (800 і 1500 F), з найшвидшим випаданням близько 650-750 C. Зона термічного впливу зварного шва проходить через цю смугу за хвилини, тому вміст вуглецю, а не вміст хрому, визначає, чи зварювальний шов буде стійким до корозії.

Яка практика ASTM A262 перевіряє 316L на сенсибілізацію?

Практика B, випробування сульфатом заліза та сірчаною кислотою, є відповідною практикою для молібденовмісної аустенітної нержавіючої сталі, такої як 316 і 316L. Практика C, азотна кислота або тест Huey, є звичайним вибором для 304 і 304L. Практика А — швидке травлення щавлевою кислотою, а практика Е — тест мідь-мідний сульфат-сірчана кислота.

Яке допустиме напруження SA-240 304 проти 316?

Ідентичні за температури навколишнього середовища: 20,0 фунтів на кв. дюйм (138 МПа) для 304 і 316, і 16,7 фунтів на кв. дюйм (115 МПа) для 304L і 316L, відповідно до розділу II частини D таблиці 1A ASME. Це означає, що 316 не дозволяє побудувати посудину тоншу, ніж 304 - молібден забезпечує стійкість до корозії, а не міцність.

Чи 316 стійкий до хлоридного корозійного розтріскування?

Ні. Молібден покращує стійкість до утворення ямок і тріщин, але не має корисного впливу на корозійне розтріскування під напругою хлориду, для якого потрібні хлориди, кисень, напруга розтягування та температура вище приблизно 60 C. Молібден не впливає на жодне з чотирьох. Виправлення полягає в тому, щоб видалити одну з чотирьох умов або змінити сімейство сплавів на дуплекс, 6Mo або нікелевий сплав.

Чи можна використовувати 316 для обслуговування морської води?

Не для тривалого занурення або роботи з щілинами. 316Ями та щілини кородують у морській воді, особливо в застійних або екранованих місцях. Використовуйте супердуплекс, наприклад S32750, марку 6Mo, наприклад 254 SMO, або нікелевий сплав залежно від швидкості, температури та геометрії щілини.

Яка межа хлориду у воді для гідростатичного випробування для нержавіючих посудин?

Зазвичай вказується максимум 50 ppm і 25 ppm або менше, якщо посудину неможливо надійно висушити. Незалежно від обмеження, злийте посудину відразу після тесту та висушіть усі внутрішні поверхні. Застійна хлоридна вода руйнує аустенітну нержавіючу сталь швидше, ніж більшість технологічних рідин, які вона коли-небудь містить, і пошкодження зазвичай з’являються на лінії водопостачання.

Як відрізнити 304 від 316 у магазині?

Позитивна ідентифікація матеріалу за допомогою портативного рентгенівського флуоресцентного аналізатора, перевірка молібдену. Два сорти візуально, магнітно та розмірно ідентичні, а діапазони вмісту хрому та нікелю збігаються, тому молібден є єдиним надійним дискримінатором. Перевірте це на кожній пластині при отриманні, на кожній деталі після розрізання та на готових зварних швах.

Чи магнітна пластина з нержавіючої сталі 316?

Ні, не в відпаленому стані - і 304, і 316 є аустенітними та немагнітними. Зварювальний метал будь-якого сорту містить достатню кількість дельта-фериту, щоб дати слабку магнітну реакцію, що саме виявляє прилад для вимірювання фериту. Холодна робота також може викликати легкий магнетизм у сформованих областях.

При якій температурі слід припинити використання 304L або 316L?

Застосовуються три обмеження. Низькотемпературна сенсибілізація має значення вище приблизно 500 C при тривалій експлуатації, допустима напруга спадає вище приблизно 540 C, оскільки регулює повзучість, а молібденовмісна марка 316L є більш схильною до сигма-сигми в діапазоні від 550 до 900 C. Для сталої температури металу вище приблизно 540 C перейдіть до 304H або 316H або до стабілізованого класу, такого як 347.

Що таке подвійна сертифікована пластина 316/316L?

Одне нагрівання, яке відповідає всім вимогам обох специфікацій: максимум 0,030 відсотка вуглецю разом із мінімальною міцністю на розтяг і текучістю прямого сорту. Це дає змогу одному виробу, який є на складі, відповідати специфікаціям зварювання класу L і допускати прямий дизайн за умови замовлення на купівлю, маркування на табличці та сертифіката, у якому зазначено клас, для якого ви проектуєте.

Чи потребує зняття напруги метал шва 316?

Ні. Вимог Кодексу щодо зняття напруги з аустенітних нержавіючих зварних швів немає, а субкритичне зняття напруги в діапазоні від 600 до 700 C є дуже шкідливим, оскільки воно сенсибілізує матеріал, відмінний від L, і може збільшити сигма-фазу в металі зварного шва, що містить молібден. Залишкова напруга контролюється за допомогою конструкції з’єднання, послідовності зварювання та, де необхідно, механічних методів.

Наскільки більше коштує пластина 316, ніж 304?

Як правило, від 25 до 45 відсотків від ціни пластини, головним чином через надбавки на молібден і нікелевий сплав і рух разом із ринками сплавів. На готовій посудині штраф менший, оскільки вартість зварювання, перевірки та термічної обробки однакова для обох сортів, а пластина становить лише частину вартості поставки.

Чи 316 краще, ніж 304 для азотної кислоти?

Ні, гірше. Молібден переважно розчиняється в кислотах, що сильно окиснюють, тому 304L є стандартним вибором для азотної кислоти, а 316L уникають. Це один із небагатьох випадків, коли дорожчий сорт є технічно неправильним.