317L срещу 316L неръждаема стомана: когато допълнителният молибден прави разликата в устойчивостта на питинг

Стомана 316Lе най-широко използваната неръждаема стомана при корозионна употреба и има основателна причина: тя се заварява лесно, издържа на обща корозия и струва по-малко от повечето по-високи сплави. Но има режим на повреда, при който 316L тихо оставя инженерите - точкова корозия в среда, богата на хлорид-. Морска вода, солена вода за охлаждане, пътна сол, технологични соли и дори крайбрежна влажност могат да причинят 316L да образува малки, дълбоки ями, които тунелират през металната стена и причиняват течове - често без видимо предупреждение.

317L съществува точно за тази ситуация. Цялата разлика между 316L и 317L се свежда до един елемент: молибден. 316L съдържа 2-3% молибден; 317L съдържа 3-4%. Този допълнителен 1% молибден, комбиниран с малко повече хром (18-20% срещу 16-18%), повишава устойчивостта на точкова кора на сплавта с приблизително 25% - достатъчно, за да означава разликата между топлообменник, който издържа 3 години, и този, който издържа 15. "L" и в двата класа означава "Нисък въглерод" (По-малко или равно на 0,03%), така че и двата заваряват чисто без сенсибилизация.

Ако вашият компонент 316L вижда хлоридни йони (Cl⁻) - особено топли или киселинни хлориди - и питингът е режимът на повреда, за който се притеснявате, надстройте до 317L. 15-30% премия за разходите ви купува приблизително 25% повече устойчивост на питинг, което е евтина застраховка срещу повреда на хлориден питинг. Ако околната среда няма хлориди, 316L обикновено е достатъчен и по-икономичен. Накратко: 316L е по подразбиране, 317L е надграждането на хлорид.

Химичен състав

316L и 317L споделят една и съща аустенитна основа и едно и също свръх-ниско съдържание на въглерод (По-малко или равно на 0,03%), но се различават по три легиращи елемента: молибден (2-3% срещу 3-4%), хром (16-18% срещу 18-20%) и никел (10-14% спрямо 11-15%). Допълнителният молибден е решаващата разлика - това е елементът, който издържа на питинг и корозия в пукнатини в хлоридни среди. Всичко останало за двете степени е по същество еднакво.

И двата вида принадлежат към фамилията аустенитни неръждаеми стомани от серия 300-и носят суфикса "L", което означава "Ниско въглеродно" (По-малко или равно на 0,03%) за максимална устойчивост на сенсибилизация на заваръчните шевове. Молибденът е определящият легиращ елемент, който разделя семейството 316/317 от обикновения 304. В 316L молибденът варира от 2% до 3%. В 317L той варира от 3% до 4%. Това е значим скок: молибденът е скъп и мощен и преминаването от ~2,5% до ~3,5% молибден е това, което трансформира 316L в сплав от "морски клас".

Защо молибденът е устойчив на питинг - Науката на ясен език

Молибденът е устойчив на хлътване, защото прави защитния филм от хромов оксид върху стоманената повърхност по-здрав и по--самовъзстановяващ се. Когато хлориден йон атакува слабо място във филма, молибденът в сплавта реагира с вода, за да образува молибдати, които -залепват повредения филм. Повече молибден=по-бърз и по-пълен само-ремонт=по-малко ями, които прерастват в течове. Ето защо устойчивостта на питинг на люспи от неръждаема стомана почти директно със съдържание на молибден.

Неръждаемата стомана е устойчива на корозия поради невидим, само{0}}възстановяващ се филм от хромен оксид (Cr₂O₃), който се образува на нейната повърхност в присъствието на кислород. Този филм е с дебелина само няколко нанометра - хиляди пъти по-тънък от човешки косъм -, но той е това, което прави неръждаемата стомана „неръждаема“. Проблемът е, че хлоридните йони са агресивни разрушители на филм-. Хлориден йон може да пробие оксидния филм в микроскопична слаба точка (сулфидно включване, драскотина, граница на зърно) и да атакува голия метал отдолу.

Щом започне да се образува яма, тя се само-ускорява: вътрешността на ямата става киселинна и -недостатъчна за кислород, което предпазва филма от-реформиране, докато околният метал остава пасивен. Това създава малка галванична клетка - миниатюрна батерия -, където вътрешността на ямата е анод (корозира бързо), а околната повърхност е катод (защитен). Резултатът е тесен, дълбок отвор, който може да преминава през цялата дебелина на стената, докато останалата част от повърхността изглежда недокосната. Ямката е опасна именно защото е локализирана: една тръба може да загуби 0,01% от общото си тегло поради корозия, но въпреки това да се повреди напълно от една-единствена -стенна яма.

Молибденът прекъсва този процес. Молибденът в сплавта се разтваря в разтвора на ямата и помага за ре-пасивирането на металната повърхност, образувайки молибдатни съединения, които блокират атаката и позволяват на оксидния филм да се -формира. По-високият молибден означава, че сплавта може да поправи повредата на филма по-бързо, отколкото хлоридите могат да го счупят. Ето защо 317L, с ~3,5% молибден, се съпротивлява на питинг значително по-добре от 316L с ~2,5%.

PREN - Числото, което определя количествено съпротивлението на питинг

PREN (еквивалентно число на устойчивост на питинг) е стандартният начин за класиране на неръждаемите стомани по устойчивост на питинг: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L има PREN от приблизително 24-26; 317L има PREN приблизително 29-31. Тази разлика от 5 точки представлява реално, измеримо подобрение в устойчивостта на хлориден питинг - и се дължи почти изцяло на допълнителния 1% молибден.

Формулата PREN е инструмент за бърз скрининг, а не гаранция. Той ви казва с едно число дали даден клас е разумен кандидат за дадена хлоридна среда. Като основно правило: PREN под 20 е неподходящ за каквото и да е значимо излагане на хлорид; PREN 20-30 се справя с леки до умерени хлориди (солена вода, леки пръски от морска вода); PREN 30-40 борави с агресивни хлориди (потапяне в морска вода, топли саламура); PREN над 40 е необходим за тежка експлоатация (гореща морска вода, белина, киселинни хлориди). Забележете къде попадат 316L и 317L: 316L се намира близо до дъното на "умерената" група, докато 317L достига върха й - значима стъпка нагоре, макар и все още под истинските сплави с морска вода.

Устойчивост на корозия

В среди,-съдържащи хлорид, 317L е решително по-устойчив на точкова и цепнатина корозия от 316L. Критичната температура на питинг (CPT) на 317L е приблизително 25-35 градуса, срещу 15-20 градуса за 316L – което означава, че 317L може да понася хлоридни разтвори с 10-15 градуса по-горещи, преди да започне питинг. За корозията в пукнатини празнината е подобна: 317L оцелява в условия на хлорид, които бързо биха корозирали 316L, особено под уплътнения, отлагания и крепежни елементи.

Точковата корозия е локализирана атака, която създава малки, дълбоки дупки в иначе гладка повърхност. Корозията в пукнатините е нейният близък братовчед: атака, която възниква в тесни процепи - под уплътнения, шайби, глави на болтове, пръски от заварки, морски растеж или натрупани отлагания -, където околната среда става застояла, кислород-изчерпана и подкислена. Корозията на пукнатините обикновено е по-агресивна от цепнатината, тъй като геометрията на пукнатините улавя хлориди и киселина, като същевременно изключва кислорода, необходим за възстановяване на защитния филм.

И двата режима на повреда се характеризират с критична температура: под CPT (критична температура на питинг) или CCT (критична температура на цепнатина), сплавта е устойчива на атака; над него атаката започва и се разпространява. Тези температури се измерват чрез стандартизирани тестове (ASTM G48) в разтвор на железен хлорид. CPT на 316L обикновено е около 15-20 градуса, докато 317L тества около 25-35 градуса. Тази разлика от 10-15 градуса е много значима на практика: това е разликата между топлообменник, който оцелява в тропическа морска вода, и този, който се промъква в рамките на месеци.

Сярна и фосфорна киселина - Другото предимство на 317L

Освен питинга, 317L превъзхожда 316L и при редуциращи киселини - особено сярна и фосфорна киселина -, тъй като по-високото му съдържание на молибден, хром и никел подобрява устойчивостта към редуциращи (кислород-гладни) условия, намиращи се в тези киселини. Ето защо 317L е традиционният материал за изпарители на фосфорна киселина, обработка на мастни киселини и работа със сярна киселина в химическата и хранително-вкусовата промишленост.

Това е важен момент, който много инженери пренебрегват: 317L не е просто „по-устойчив на хлътване-316L“ - той е и по-устойчив на определени киселини. Сярната киселина (H₂SO₄) и фосфорната киселина (H₃PO₄) са редуциращи киселини, което означава, че атакуват метала, където кислородът е оскъден - вътре в самата киселина -, а не на богатата на кислород- повърхност. По-високото съдържание на хром (18-20%), молибден (3-4%) и никел (11-15%) в 317L му придават по-добра устойчивост на тези редуциращи условия от 316L.

Класическият пример е производството и изпаряването на фосфорна киселина. Мокър{1}}фосфорната киселина съдържа хлориди и флуориди, които биха повлияли на 316L, така че 317L е стандартният материал за изпарителни тръби, нагреватели и помпи в тази услуга. По същия начин, при обработката на мастни киселини (хранителни масла, сапуни, детергенти), 317L издържа на горещите киселинни условия по-добре от 316L. Ако вашето приложение включва сярна или фосфорна киселина - дори в умерени концентрации - 317L е по-безопасният избор.

Обща корозия

За обща (равномерна) корозия в не-хлоридни, не-киселинни среди - атмосферно излагане, прясна вода, леки органични киселини в храната - 316L и 317L се представят по същество идентично, тъй като общата устойчивост на корозия се управлява главно от съдържанието на хром, което е близко и в двата класа. Премията за 317L не ви купува нищо в тези меки среди, поради което 316L остава икономичното по подразбиране за-корозионно обслужване с общо предназначение.

Това е решаващият контрапункт на предимството на 317L: той не е универсално по-добър. В среда без хлориди или редуциращи киселини допълнителният молибден в 317L се губи и вие плащате 15-30% повече за устойчивост на корозия, която никога няма да използвате. За обработка на храни без саламура, фармацевтично оборудване, архитектурни приложения и обща химическа обработка, която не съдържа хлорид, 316L е правилният, икономичен избор. Умението при избора на материал е да се знае кога заплахата от хлорид или киселина е достатъчно реална, за да оправдае надграждането на 317L.

Механични свойства

317L е малко по-здрав от 316L при стайна температура: неговата минимална якост на опън е 515 MPa (75 ksi) срещу 485 MPa (70 ksi) за 316L, а минималната му граница на провлачване е 205 MPa (30 ksi) срещу 170 MPa (25 ksi). Това предимство от 6-20% сила идва от по-високото съдържание на хром, молибден и азот - но това е второстепенен фактор, а не причина да изберете 317L. Решението да се използва 317L се ръководи от устойчивостта на корозия, а не от здравината.

Формоспособност и обработваемост

И двата вида са напълно аустенитни и лесно формоспособни, заваряеми и пластични. 317L е малко по-труден за студена-обработка от 316L поради по-високото си съдържание на сплав (при работа-се втвърдява малко по-бързо), но разликата е незначителна на практика. За машинна обработка и двете степени са сходни, въпреки че по-високото съдържание на сплав на 317L леко намалява обработваемостта. Нито един клас не се закалява чрез топлинна обработка - те се закаляват само чрез студена обработка.

Практическа бележка за производителите: тъй като 317L съдържа повече молибден, хром и никел, той работи-се втвърдява малко по-бързо от 316L по време на студено формоване и механична обработка. Това означава, че може да са необходими малко по-чести смени на инструмента и малко по-големи радиуси на огъване. Въпреки това, за преобладаващата част от приложенията - тръби, фитинги, фланци, плочи и листове - 317L се изработва по същество със същата лекота като 316L, използвайки стандартни практики за неръждаема стомана.

[Източник] ASTM A240/A240M - Стандартна спецификация за плоча, лист и лента от неръждаема стомана от хром и -никел.

Заваряване - И двете заваряват чисто, но съответстват на добавъчния метал

И 316L, и 317L са класове L-с по-малко или равно на 0,03% въглерод, така че и двата заваряват чисто без термична обработка след-заваряване и са устойчиви на сенсибилизация в -заварено състояние. Основното правило е изборът на добавъчен метал: за 317L съединение използвайте ER317L пълнител (AWS A5.9), така че заваръчният метал да съответства на по-високото съдържание на молибден в основния метал. Използването на пълнител 316L в фуга 317L създава по-ниска-PREN заваръчна зона - потенциална слабост на хлътване при работа с хлорид.

Запълващият метален капан

Когато заварявате 317L - или свързвате 316L към 317L -, използвайте добавъчен метал ER317L. Заваръчният метал трябва да съдържа поне толкова молибден, колкото по-устойчивия на корозия-основен метал. Ако заварявате 317L с пълнител ER316L, заваръчният ръб се превръща в корозионно слабо място и ще се изкриви пред заобикалящия 317L -, нарушавайки цялата цел на спецификацията на 317L.

Това е често срещана и скъпа грешка в областта. Производител, свикнал да заварява 316L, може автоматично да достигне до пълнител ER316L. Когато съединението всъщност е 317L (или 316L-до-317L), отложеният заваръчен метал завършва само с ~2,5% молибден, докато основният метал има ~3,5%. В хлоридна среда заваръчният ръб - с по-ниския си PREN - става първото място за пит. Резултатът е заваръчен шев, който се разпада поради преференциална корозия точно в точката, където скъпият 317L трябваше да осигури защита. Винаги посочвайте и проверявайте пълнител ER317L за работа с 317L.

[Източник] AWS A5.9/A5.9M - Спецификация за оголени заваръчни електроди и пръти от неръждаема стомана.

Често задавани въпроси

Въпрос: Каква е разликата между 316L и 317L?

О: Разликата е в съдържанието на молибден и хром. 316L има 2-3% молибден и 16-18% хром; 317L има 3-4% молибден и 18-20% хром. И двете имат по-малко или равно на 0,03% въглерод. Допълнителният молибден в 317L му придава приблизително 25% по-голяма устойчивост на точкова и цепнатина корозия в хлоридни среди, плюс по-добра устойчивост на редуциращи киселини като сярна и фосфорна киселина.

Въпрос: Кога трябва да използвам 317L вместо 316L?

A: Използвайте 317L, когато околната среда съдържа хлориди (морска вода, солена вода, солен разтвор, белина) или редуциращи киселини (сярна, фосфорна, мастни киселини), които биха причинили 316L образуване на ями или корозия. Типични приложения: скрубери за десулфуризация на димни газове, изпарители на фосфорна киселина, обработка на мастни киселини, избелване на целулоза и хартия и топлообменници на морска вода/солена вода. Ако средата няма хлориди или редуциращи киселини, 316L е достатъчен и по-евтин.

Въпрос: 317L по-скъп ли е от 316L?

О: Да, 317L обикновено струва 15-30% повече от 316L, защото съдържа повече молибден, хром и никел - всички скъпи легиращи елементи. Премията е оправдана, когато предотвратява повреда от точкова корозия, която би струвала много повече от надграждането на материала. В среда без хлорид премията се губи и 316L е по-добрата стойност.

Въпрос: Какво е PREN?

A: PREN (еквивалентно число на съпротивление на питинг) е формула, която оценява устойчивостта на питинг: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Колкото по-високо е по-добре. 316L има PREN от ~24-26; 317L има ~29-31. Като грубо ръководство, PREN над 32 е необходим за работа с морска вода и над 40 за тежка работа с хлорид. 317L, при ~30, е значима стъпка над 316L, но все още под истинските сплави с морска вода като 904L и супер дуплекс.

В: Може ли 317L да се заварява?

О: Да, 317L се заварява лесно и подобно на 316L не изисква термична обработка след -заваряване поради съдържанието на въглерод под или равно на 0,03%. Основното правило е да се използва добавъчен метал ER317L (AWS A5.9), така че заваръчният метал да съответства на по-високото съдържание на молибден в основния метал. Използването на пълнител 316L в фуга 317L създава по-нисък-PREN заваръчен шев, който ще се разпадне преди заобикалящия метал в хлоридно обслужване.

Въпрос: Добър ли е 317L за морска вода?

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 градуса), морска вода с висок-поток или условия на пукнатини, помислете за по-високи сплави: 904L, 254 SMO (S31254), супер дуплекс 2507 или 6Mo супер аустенит. 316L обикновено не се препоръчва за потапяне в морска вода, защото ще предизвика ями.

Въпрос: 316L срещу 317L срещу 904L - как да избера?

О: Използвайте 316L за общо корозивно обслужване без хлориди или редуциращи киселини (хранителни, фармацевтични, архитектурни). Използвайте 317L за умерени хлориди или редуциращи-киселинни услуги (солена вода, FGD, фосфорна киселина). Използвайте 904L за агресивно хлоридно обслужване (потапяне в морска вода, горещи хлориди), където 317L не е достатъчно. Всяка стъпка нагоре добавя молибден и устойчивост на корозия, но също така и разходи - изберете най-ниския клас, който отговаря на вашите изисквания за корозия.

Въпрос: Как да проверя, че получавам 317L, а не 316L?

О: Проверете протокола от изпитването на материала (MTR): 317L трябва да показва молибден 3,00-4,00%, хром 18,0-20,0% и никел 11,0-15,0%. Ръчният XRF (PMI) може да различи 317L от 316L, защото открива по-високото съдържание на молибден - за разлика от въглерода, молибденът се открива чрез XRF. Това прави полевата проверка на 317L относително проста. Поискайте сертификат EN 10204 тип 3.1, за да потвърдите химията.