316 срещу 316Ti стоманена плоча: кое е по-добро?

Nвсеки клас е универсално „по-добър“. 316 е по-икономичният, широкодостъпен избор за части, използвани в закалени условия. 316Ti печели своята премия, когато заварените компоненти ще имат постоянни температури между 425 градуса и 850 градуса без -термична обработка след заваряване - ситуация, при която стандарт 316 е податлив на сенсибилизация, а 316Ti не е.

Преди да се потопите в технически подробности, ето директното сравнение, което отговаря на първия въпрос на повечето купувачи. Таблицата използва зелено подчертаване, за да посочи коя степен има предимство във всяка категория:

Категория на ефективността	316 Стандарт	316Ti
Устойчивост на сенсибилизация (заварени, без отгряване)	Лошите - карбиди се образуват на границите на зърната над 425 градуса	Отлично - Ti свързва въглерода, предотвратява сенсибилизацията
Устойчивост на корозия на основната плоча (отгрята)	Отличен - еквивалентен на 316Ti в състояние на мелница	Отлично - равно на 316 в закалено състояние
High-temperature strength (>500 градуса)	Умерен	Малко по-добре - Ti закрепва границите на зърното
Устойчивост на питинг (PREN)	Равно - PREN ≈25 за двете степени	Равно - същото съдържание на Cr и Mo
Материални разходи	Долна - без добавка на титан	5–15% премия над 316
Глобална наличност	Отлична - стока, налична навсякъде	Добрите - може да изискват поръчка на мелница на някои пазари
Обработваемост	добре	Малко по-твърд поради включвания на TiC
Устойчивост на корозия в заваръчната зона (без отгряване)	Намален - риск от сенсибилизация при HAZ	Пълната устойчивост се запазва в HAZ
Качество на повърхността (плоча)	Отлично - по-гладка, без следи от TiC повърхност	Добрите - TiC частици могат да причинят незначителни повърхностни дефекти
Съответствие: ядрен и хранителен кодекс	Широко прието	Приема се; проверете Ti с орган за код

И двата класа принадлежат към семейство 316 молибден-съдържащи аустенитни неръждаеми стомани. Фамилията се характеризира с 16–18% хром, 10–14% никел и 2–3% молибден - комбинация, която осигурява добра обща устойчивост на корозия и специално е насочена към устойчивост на хлътри, слабост на по-старото семейство 304.

AISI 316 (UNS S31600) е стандартният работен кон на семейството, използван в хранително-вкусовата промишленост, фармацевтичното производство, морския хардуер, химическите заводи и архитектурните приложения. Това е един от най-широко произвежданите видове неръждаема стомана в света, с широка наличност на склад и конкурентни цени.

AISI 316Ti (UNS S31635) добавя съзнателно добавяне на титан - обикновено 5 × %C до 0,70% тегловни - към стандартния състав 316. Този титан действа като „поглъщач на въглерод“: той има по-силен химичен афинитет към въглерода, отколкото хрома, така че при повишени температури въглеродът за предпочитане образува титаниеви карбиди (TiC), а не хромови карбиди (Cr₂₃C₆). Това е цялата инженерна обосновка за съществуването на 316Ti.

Химическите състави според ASTM A240 са почти идентични с изключение на добавянето на титан в 316Ti и съответната разлика в въглеродните допустими количества:

елемент	316 (ASTM A240)	316Ti (ASTM A240)	Значение
хром (Cr)	16.0–18.0%	16.0–18.0%	Същата базова линия за устойчивост на корозия -
Никел (Ni)	10.0–14.0%	10.0–14.0%	Същият - аустенитен стабилизатор
Молибден (Mo)	2.0–3.0%	2.0–3.0%	Същата - устойчивост на питинг
Въглерод (C)	По-малко или равно на 0,08%	По-малко или равно на 0,08%	Същият макс; но Ti неутрализира C в 316Ti
Титан (Ti)	Не е добавен	5×C min, по-малко или равно на 0,70%	Ключов диференциатор - стабилизира срещу сенсибилизация
Азот (N)	По-малко или равно на 0,10%	По-малко или равно на 0,10%	същото
Манган (Mn)	По-малко или равно на 2,00%	По-малко или равно на 2,00%	същото
Силиций (Si)	По-малко или равно на 0,75%	По-малко или равно на 0,75%	същото
Фосфор (P)	По-малко или равно на 0,045%	По-малко или равно на 0,045%	същото
Сяра (S)	По-малко или равно на 0,030%	По-малко или равно на 0,030%	същото

Формулата за минимум титан (5 × %C) гарантира, че винаги има достатъчно титан, за да свърже целия наличен въглерод като TiC, преди да може да се образува какъвто и да е хромов карбид. За плоча с максимум въглерод от 0,08%, това означава, че трябва да присъства поне 0,40% титан. На практика повечето производители целят 0,40–0,60% Ti за надеждна стабилизация.

За да разберете защо 316Ti съществува, трябва да разберете сенсибилизацията. Когато стандартните аустенитни неръждаеми стомани като 316 са изложени на температури между 425 градуса и 850 градуса - диапазон, наречен диапазон на чувствителност или диапазон на утаяване на карбиди - въглеродните атоми, които обикновено се държат в твърд разтвор, мигрират към границите на зърната и се комбинират с близките хромни атоми, за да образуват хромни карбиди (Cr₂3C₆).

The Sensitization Problem Why 316Ti Was Invented

Последствието е зона с-изчерпване на хром непосредствено до границата на всяко зърно. Тези изчерпани зони, където локалното съдържание на хром пада под критичния ~11% праг за пасивност, стават силно податливи на корозивна атака - особено от киселини. Полученият режим на повреда, наречен междукристална корозия или разпадане на заваръчния шев, може да причини бърза и структурно значителна загуба на материал.

Заваряването е най-честата причина. Зоната-засегната от топлина (HAZ) на заваръчния шев преминава през температурния диапазон на чувствителност както по време на нагряване, така и по време на охлаждане. В компонент, който е заварен и след това пуснат директно в експлоатация - без термична обработка след-отгряване с разтвор за повторно-разтваряне на карбидите - тази зона е постоянно чувствителна.

316Ti елиминира този риск, като доставя въглероден „капан“ под формата на титан. Тъй като TiC е по-термодинамично стабилен от Cr₂3C₆ при същите условия, титанът свързва въглерода, преди да може да настъпи изчерпване на хром. Резултатът: 316Ti може да се заварява без-отгряване след заваряване и ще запази пълната си устойчивост на корозия в засегнатата от топлина-зона.

В загрято състояние и двата вида отговарят на едни и същи минимални изисквания на ASTM A240. При повишени температури 316Ti има леко предимство при запазване на якостта:

Механични свойства	316 (ASTM A240, RT)	316Ti (ASTM A240, RT)	Кое е по-добро?
Мин. якост на опън	По-голямо или равно на 515 MPa	По-голямо или равно на 515 MPa	Равни при стайна температура
Мин. граница на провлачване	По-голямо или равно на 205 MPa	По-голямо или равно на 205 MPa	Равни при стайна температура
Мин. удължаване	По-голямо или равно на 40%	По-голямо или равно на 40%	Равни
Твърдост (макс.)	По-малко или равно на 217 HB	По-малко или равно на 217 HB	Равни
Опън при 500 градуса	~380 MPa (тип.)	~400 MPa (тип.)	316Ti малко по-добре
Добив при 500 градуса	~130 MPa (тип.)	~145 MPa (тип.)	316Ti малко по-добре
Creep strength (long-term, >500 градуса)	Стандартен	Подобрено (закрепване на границата на Ti зърно)	316Ti по-добре

Това е решаващото измерение на ефективността. Поведението на двата вида се различава драстично в зависимост от това дали материалът е бил заварен без отгряване след заваряване:

Корозионен механизъм	316 - Отгрят	316 - Заварени (без отгряване)	316Ti - Едно от двете условия
Устойчивост на питинг (PREN ≈25)	Отлично	Намален в HAZ	Отлично
Пукнатина корозия	добре	добре	добре
Междукристална корозия	Отлично	Чувствителен в HAZ	Отлично
Корозионно напукване под напрежение (SCC)	Умерен	Умерен	Умерен
Равномерна киселинна корозия	добре	Добър (насипно)	добре
Разпадане на заваръчния шев (-киселинна атака по време на експлоатация)	Неприложимо - само закалено	Висок риск	Неприложимо - стабилизирано

Собственост	316 Стандарт	316Ti
Плътност	7,98 g/cm³	7,96 g/cm³ (Ti леко намалява плътността)
Диапазон на топене	1375–1400 градуса	1370-1400 градуса
Топлопроводимост	~14,4 W/(m·K) при 100 градуса	~14,2 W/(m·K) при 100 градуса
Термично разширение (20–100 градуса)	16,5 µm/(m· градус)	16,0 µm/(m· градус)
Модул на еластичност	193 GPa	193 GPa
Максимална сервизна температура (продължение)	870 градуса	870 градуса
Магнитна пропускливост	Не-магнитни	Не-магнитни
Мин. сервизна темп.	−196 градуса (криогенен)	−196 градуса (криогенен)

За повечето екипи за доставки цената и времето за изпълнение са толкова важни, колкото и техническото представяне. Ето комерсиалната реалност и на двата класа:

Търговски фактор	316 Стандарт	316Ti
Относителна цена на материала	Базово ниво	5–15% премия (допълнителна такса Ti)
Наличност на склад	Веднага от глобални дистрибутори	Акции на ключови пазари; воденичен ред в др
Стандартни продуктови форми	Плоча, лист, тръба, прът, фитинги, фланци	Плоча, лист, тръба, прът (фитинги за тръби по-рядко)
Типични дебелини на плочите в наличност	1–100 mm (повечето размери)	3–50 mm (по-дебел=фрезов ред)
Сертификат за изпитване на мелница. стандартен	EN 10204 2.2 или 3.1	EN 10204 3.1 (изисква се проверка на Ti)
Време за доставка (не-размери на склад)	2–4 седмици	6–12 седмици (валцоване)

Отговорът е инженерство,-а не разходи-. Първо си задайте един въпрос: някоя заварена секция от тази плоча ще бъде ли изложена на температури между 425 градуса и 850 градуса по време на работа, без пълно отгряване на разтвора след -заваряване? Ако да, посочете 316Ti. Ако не, 316 е правилният и по-икономичен избор.

Изберете 316Ti, когато:

Заваръчните зони ще бъдат изложени на работни температури от 425–850 градуса

Отгряването след -заваряване е непрактично или забранено

Производство на тежки секции с множество заваръчни проходи

Среди с гореща концентрирана сярна или фосфорна киселина

Дългосрочният-експлоатационен живот е критичен и повторната -проверка е трудна

Изберете 316, когато:

Частите ще се използват само в закалено състояние (за-доставка от мелницата).

Заваряването ще бъде последвано от пълно отгряване на разтвора

Бюджетът и наличността на материали са основните ограничения

Температурата на нанасяне остава под 400 градуса при непрекъснато обслужване

Тесните толеранси на размерите изискват фина обработка

Ако вашият компонент ще се използва стриктно в състояние на загрята плоча - без заваряване или със заваряване, последвано от пълно отгряване с разтвор -, няма причина за производителност да плащате премията за 316Ti. Двата вида са по същество еквивалентни по отношение на устойчивост на корозия и механични свойства, когато и двата са в отгрято състояние.

Приложения за плочи от неръждаема стомана 316

Оборудване за обработка на храни и напитки (резервоари, конвейери, работни повърхности)

Съдове и тръбопроводи за фармацевтично производство (използвани закалени, редовно почиствани)

Морски хардуер и фитинги (палубно оборудване, парапети, морски изпускателни системи)

Архитектурни облицовки, капаци на колони и фасадни панели

Тръбопроводи и топлообменници на химически заводи, работещи под 400 градуса

Медицински и хирургически инструменти и оборудване

Приложения от неръждаема стомана 316Ti

Корпуси на котли, корпус на економайзер и колектори на топлообменник, работещи над 500 градуса

Съдове за нефтохимически рафинерии и тръбопроводи, произведени чрез заваряване без отгряване след-заваряване

Компоненти на системата за десулфуризация на димни газове (FGD), където има киселинен кондензат

Високо{0}}температурни химически реактори, работещи с органични киселини

Компоненти на системата за пара и конденз на електроцентрали

CIP системи за млечни и пивоварни (clean{0}}in-place) с тежки цикли на заваряване и киселинно почистване

Въпрос: 316Ti по-добър ли е от 316 във всички ситуации?

О: Не. 316Ti е особено по-добър, когато заварените компоненти работят в температурния диапазон на чувствителност (425–850 градуса) без отгряване след-заваряване. В загрято състояние и двата вида предлагат еквивалентна устойчивост на корозия и механични свойства. Стандарт 316 се предпочита, когато цената, наличността и обработваемостта са приоритети.

В: Мога ли да заменя 316Ti с 316 без промени в дизайна?

О: Да, в повечето случаи. 316Ti е спад-в надстройката спрямо 316 - същите стандарти за размери, същите механични минимуми, същата устойчивост на корозия в закалено състояние. Производствените процедури за заваряване може леко да се различават (използван е 316Ti добавъчен метал или 316L пълнител). Винаги потвърждавайте с приложимия проектен код (ASME, EN и т.н.), че 316Ti е посочен за вашия клас на налягане и условия на експлоатация.

Въпрос: 316Ti същият ли е като 316L по отношение на ефективността на заваряване?

О: Не. 316L (ниско съдържание на въглерод, по-малко или равно на 0,030% C) намалява -, но не елиминира - риска от сенсибилизация чрез ограничаване на количеството въглерод, наличен за образуване на хромни карбиди. При много високи температури или при бавно охлаждане 316L все още може да предизвика чувствителност. 316Ti елиминира риска, като улавя въглерод като TiC, независимо от излагането на температура. За най-взискателните приложения 316Ti осигурява най-надеждната защита.

Въпрос: Какъв добавъчен метал трябва да използвам за заваряване на 316Ti?

О: Стандартната препоръка е ER316Ti тел за пълнене или E316Ti електрод, който отговаря на химическия състав на основния метал, включително титановия стабилизатор. Като алтернатива, ER316L (ниско съдържание на въглерод, без титан) се използва широко за 316Ti заварки при по-ниски-температурни приложения, тъй като самият заваръчен метал не е стабилизиран - но основният метал 316Ti е. Винаги се консултирайте с приложимата спецификация на заваръчната процедура (WPS) за вашето приложение.

Въпрос: Какви са международните обозначения за 316Ti?

A: 316Ti е известен с няколко еквивалентни обозначения: AISI 316Ti (САЩ), UNS S31635 (САЩ), EN 1.4571 (Европа), X6CrNiMoTi17-12-2 (немски/европейски химически символ) и GOST 10Kh17N13M2T (Русия). Когато поръчвате в международен план, потвърдете химическия състав и доклада от теста, вместо да разчитате само на наименованието, тъй като конвенциите за именуване „316Ti“ варират леко според стандарта.