Keluli Tahan Karat 316L lwn 316H: Kandungan Karbon, Kekuatan Rayapan dan-Pemilihan Suhu Tinggi

Tanya mana-mana jurutera bahan untuk menamakan dua keluli tahan karat austenit yang paling biasa, dan mereka akan berkata316Ldan 316H - selalunya tanpa menyedari bahawa kedua-dua "adik-beradik" ini telah direka bentuk untuk pekerjaan yang bertentangan sepenuhnya. 316L ialah kuda kerja yang boleh dikimpal,{3}}tahan kakisan bagi loji kimia, peralatan marin dan pemprosesan makanan. 316H ialah pakar suhu tinggi-, dibina untuk menahan bentuk logam yang perlahan {{6} suhu tinggi selama bertahun-tahun atau dekad.

Keseluruhan perbezaan antara kedua-dua gred adalah kepada dua pembolehubah: kandungan karbon dan saiz butiran. 316L menutup karbon pada 0.03% untuk mengelakkan pemekaan kimpalan. 316H memerlukan karbon antara 0.04% dan 0.10% ditambah saiz butiran kasar ASTM No. 7 atau lebih kasar, yang kedua-duanya memaksimumkan kekuatan rayapan. Ini bukan perbandingan "lebih baik atau lebih teruk" - ia adalah perbandingan "alat yang tepat untuk suhu yang betul". Menggunakan 316L di atas 425 darjah (800 darjah F) dalam perkhidmatan tekanan berisiko kegagalan rayapan; menggunakan 316H untuk tangki kimia yang dikimpal mengundang kakisan antara butiran. Memilih gred yang salah dalam mana-mana arah telah menyebabkan penutupan loji, kapal pecah dan kegagalan besar.

Peraturan keputusan dalam satu ayat: di bawah 425 darjah (800 darjah F) dan dikimpal atau kakisan-kritikal, pilih 316L; melebihi 425 darjah di mana kekuatan rayapan dan penilaian suhu tinggi-Kod ASME penting, pilih 316H. Kedua-dua gred adalah pelengkap, tidak boleh ditukar ganti - dan mengelirukan mereka ialah salah satu ralat pemilihan bahan-yang paling biasa dalam industri proses dan kuasa.

Komposisi Kimia - Kandungan Karbon dan Keperluan Saiz Bijirin

316L dan316Hberkongsi kimia teras yang sama - 16-18% kromium, 10-14% nikel, dan 2-3% molibdenum - dan berbeza dalam kandungan karbon dan saiz butiran. 316L menutup karbon pada 0.03% (kebolehkimpalan maksimum), manakala 316H menentukan karbon 0.04-0.10 butir wajib ditambah dengan karbon AS. Tidak. 7 atau lebih kasar. Molibdenum dalam kedua-dua gred inilah yang memisahkan keseluruhan keluarga 316 daripada 304: ia memberikan ketahanan terhadap kakisan pitting dan celah dalam persekitaran klorida.

Kedua-dua 316L (UNS S31603) dan 316H (UNS S31609) adalah molibdenum-yang mengandungi keluli tahan karat austenit dalam siri 300. "L" dalam 316L bermaksud "Karbon Rendah" ( Kurang daripada atau sama dengan 0.03%). "H" dalam 316H bermaksud "Karbon Tinggi" (0.04-0.10%) dan ia membawa keperluan tambahan yang tiada gred 300-siri lain mempunyai: saiz butiran kasar ASTM No. 7 atau lebih kasar. Keperluan saiz butiran inilah yang menjadikan 316H berbeza secara asas daripada 316 biasa dengan hanya karbon dinaikkan - butiran kasar adalah penting untuk rintangan rayapan, dan ia disahkan oleh pemeriksaan mikrostruktur pada laporan ujian kilang.

Mengapa Kandungan Karbon Menghalakan Dua Gred dalam Arah Bertentangan?

Karbon memainkan dua peranan bertentangan dalam 316-siri keluli tahan karat. Pada suhu tinggi, karbon menguatkan logam dengan membentuk mendakan kromium karbida halus yang menyematkan sempadan butiran terhadap ubah bentuk rayapan - inilah sebabnya 316H memerlukan 0.04% karbon minimum. Tetapi semasa mengimpal, karbon yang sama berhijrah ke sempadan butiran dan menghabiskan kromium, menyebabkan kakisan antara butiran (pemekaan) - inilah sebabnya 316L menutup karbon pada 0.03%. Ringkasnya: karbon ialah sumber kekuatan suhu tinggi 316H-dan ketiadaan karbon 316L ialah sumber integriti kimpalannya. Anda tidak boleh mempunyai kedua-dua faedah dalam satu kimia - itulah sebabnya dua gred itu wujud.

Untuk memahami pertukaran-ini, bayangkan atom karbon melakukan dua kerja berbeza pada dua suhu berbeza. Dalam julat pemekaan 425-870 darjah (800-1,600 darjah F) - yang dicapai dalam haba-zon terjejas bagi kimpalan - karbon bertindak balas dengan kromium untuk membentuk kromium karbida pada sempadan butiran, mencuri-kromium} mikroskopik di sekelilingnya. ultra-karbon rendah bermakna tiada karbon yang mencukupi untuk menyebabkan kerosakan ini, jadi 316L yang dikimpal kekal tahan kakisan tanpa rawatan haba selepas kimpalan.

Tetapi pada suhu tinggi yang berterusan (kira-kira 500-700 darjah ), cerita itu terbalik. Rayap - regangan perlahan logam di bawah beban - berlaku terutamanya oleh sempadan butiran yang menggelongsor antara satu sama lain dan dengan pergerakan terkehel. Penyerakan halus zarah kromium karbida pada sempadan butiran bertindak seperti pin yang mengunci sempadan pada tempatnya, secara mendadak memperlahankan rayapan. Inilah mekanisme pengukuhan yang disediakan oleh karbon lebih tinggi 316H. 316L, dengan hampir tiada karbon untuk membentuk karbida penyemat ini, merayap lebih cepat pada suhu tinggi. Menambah kelebihan, saiz butiran kasar 316H bermakna lebih sedikit sempadan butiran bagi setiap unit volum - dan memandangkan sempadan butiran adalah pautan lemah dalam rayapan, lebih sedikit sempadan sama dengan rintangan rayapan yang lebih baik.

Keperluan Saiz Bijian - Apa Yang Menjadikan 316H Benar-Benar "H"

Keperluan saiz butiran ASTM No. 7 atau lebih kasar ialah ciri penentu yang memisahkan 316H daripada-karbon 316 tinggi biasa. Butiran kasar mengurangkan jumlah-luas sempadan butiran dan memandangkan ubah bentuk rayapan tertumpu pada sempadan butiran, bahan -butiran kasar lebih baik-berbanding butiran halus. kimia yang sama. Inilah sebabnya mengapa laporan ujian bahan untuk 316H mesti menunjukkan saiz butiran - bahan 316 dengan karbon yang betul tetapi butiran halus BUKAN 316H dan tidak akan melakukan perkara yang sama dalam perkhidmatan rayapan.

Saiz butiran diukur oleh ASTM E112 dan dilaporkan sebagai nombor; nombor yang lebih tinggi bermakna butiran yang lebih halus. 316L anil biasa mempunyai saiz butiran ASTM No. 5-8, selalunya pada bahagian yang lebih halus selepas penyepuhlindapan larutan. 316H sengaja dihasilkan dengan saiz butiran ASTM No. 7 atau lebih kasar (biasanya Tiada. 3-7 dalam amalan), dicapai melalui larutan terkawal-suhu dan masa penyepuhlindapan. Ini adalah salah satu daripada beberapa kes dalam keluli tahan karat di mana struktur mikro yang "lebih kasar" adalah "lebih baik" - titik berlawanan intuitif yang mengelirukan jurutera yang mengetahui bahawa saiz butiran halus meningkatkan kekuatan dan kekerasan suhu bilik. Sebenarnya bijirin halus membantu pada suhu bilik, tetapi bijirin kasar menang pada suhu rayapan.

[Sumber] ASTM A240/A240M - Spesifikasi Standard untuk Chromium dan Chromium-Plat, Helaian dan Jalur Keluli Tahan Karat Nikel. Kaedah Ujian Standard ASTM E112 - untuk Menentukan Purata Saiz Bijian.

Sifat Mekanikal

Pada suhu bilik dalam keadaan sepuhlindap, 316H mempunyai tegangan minimum dan kekuatan hasil yang lebih tinggi sedikit daripada 316L (515 MPa vs 485 MPa tegangan; hasil 205 MPa vs 170 MPa), kerana kandungan karbon yang lebih tinggi memberikan pengukuhan kerpasan yang sederhana. Walau bagaimanapun, perbezaan 6-15% ini adalah kecil dan kedua-dua gred adalah mulur dan boleh dibentuk. Perbezaan kekuatan suhu bilik-BUKAN sebab untuk memilih satu gred berbanding gred yang lain - pembezaan sebenar hanya muncul pada suhu tinggi.

Peningkatan-Kekuatan Suhu dan Pembahagian Tekanan Yang Dibenarkan ASME

Perbezaan mekanikal yang menentukan muncul di atas kira-kira 425 darjah (800 darjah F). Dandang ASME dan Kod Kapal Tekanan Bahagian II, Bahagian D menyenaraikan nilai tegasan yang dibenarkan untuk 316L sahaja sehingga 800 darjah F (427 darjah ) - melebihi daripada itu, 316L tidak mempunyai Kod-tegasan dibenarkan yang disenaraikan kerana kekuatan rayapannya tidak dijamin dengan pasti. 316H, berbanding darjah F1,50 (disenaraikan hingga darjah F1,50). Fakta tunggal ini ialah peraturan praktikal yang mengawal keseluruhan keputusan pemilihan 316L lwn 316H dalam tekanan{16}}reka bentuk kapal dan paip.

Sebab untuk siling 800 darjah F (427 darjah ) pada 316L adalah rayapan. Pada suhu melebihi kira-kira 0.4 kali takat lebur (dinyatakan dalam Kelvin), logam mula berubah bentuk secara kekal di bawah beban jauh di bawah-kekuatan hasil suhu biliknya. Untuk keluli tahan karat austenit, rejim rayapan ini bermula sekitar 500 darjah (930 darjah F), dan pada 600 darjah (1,112 darjah F) ia mendominasi reka bentuk. Oleh kerana 316L tidak mempunyai karbon mahupun butiran kasar untuk menahan rayapan, ASME hanya tidak menerbitkan tegasan yang dibenarkan untuknya melebihi 800 darjah F - pereka bentuk benar-benar tidak boleh menggunakan 316L untuk Kod-komponen tekanan bercap pada 600 darjah . 316H, direka bentuk khusus untuk semua ranjatan{19}}H, direka bentuk khusus untuk semua ranjatan{17}}, direka bentuk khusus untuk semua ranjapan{17}} 1,500 darjah F (816 darjah ).

[Sumber] Dandang ASME dan Kod Kapal Tekanan, Bahagian II, Bahagian D - Sifat (Metrik). Nilai yang ditunjukkan adalah mewakili; rujuk edisi Kod semasa untuk reka bentuk.

Kekuatan Rayapan

Rayapan ialah ubah bentuk yang perlahan dan kekal bagi logam yang dipegang di bawah tegasan pada suhu tinggi - walaupun pada tegasan jauh di bawah kekuatan hasil suhu biliknya-. Paip yang mudah memegang 100 bar pada 20 darjah boleh, pada 600 darjah, perlahan-lahan membengkak, nipis, dan pecah selama beberapa bulan atau tahun di bawah tekanan yang sama. Rayapan ialah mekanisme kegagalan yang dominan dalam-peralatan suhu tinggi seperti tiub dandang, pengepala pemanas lampau, tiub relau penapisan dan paip wap - dan ia adalah mod kegagalan yang 316H direkayasa untuk menentang dan 316L tidak.

Untuk memahami creep secara intuitif, fikirkan untuk meregangkan sekeping karamel hangat atau keju lembut. Tarik perlahan-lahan dan ia meregang perlahan dan kekal - ia tidak berpatah balik. Logam melakukan perkara yang sama pada suhu tinggi: atom di dalam logam memperoleh tenaga haba yang mencukupi untuk bergerak dan menyusun semula di bawah beban. Dari masa ke masa, pergerakan atom ini terkumpul sebagai ubah bentuk kekal. Pada suhu bilik, pergerakan ini sangat perlahan sehingga tidak relevan sepanjang hayat manusia. Pada 600 darjah , ia berlaku cukup pantas untuk memecahkan bekas tekanan dalam beberapa tahun - itulah sebabnya rayapan, bukan kekuatan hasil, mengawal reka bentuk suhu-tinggi.

Rayapan biasanya dicirikan oleh kekuatan pecah rayapan: tegasan yang menyebabkan keretakan selepas masa tertentu pada suhu tertentu, biasanya dilaporkan pada 100,000 jam (kira-kira 11.4 tahun). Contohnya, bahan mungkin mempunyai kekuatan pecah rayapan 100,000-jam 100 MPa pada 600 darjah , bermakna komponen yang dimuatkan kepada 100 MPa akan, secara purata, bertahan 100,000 jam sebelum pecah. Kod reka bentuk menggunakan nilai pecah rayapan ini, dibahagikan dengan faktor keselamatan, untuk menetapkan tegasan yang dibenarkan pada suhu tinggi - itulah sebabnya 316L tidak mempunyai tegasan dibenarkan melebihi 800 darjah F.

Mengapa 316H Menahan Creep Lebih Baik Daripada 316L

316H menentang rayapan melalui dua mekanisme pengukuhan yang kekurangan 316L: (1) karbon yang lebih tinggi (0.04-0.10%) membentuk mendakan kromium karbida halus pada sempadan butiran, yang menyematkan sempadan dan menghalangnya daripada menggelongsor; (2) saiz butiran kasar (ASTM No. 7 atau lebih kasar) bermakna lebih sedikit sempadan butiran bagi setiap unit isipadu dan memandangkan sempadan butiran ialah pautan lemah dalam rayapan, lebih sedikit sempadan sama kurang rayapan. 316L tidak mempunyai kedua-dua mekanisme, jadi ia merayap dengan ketara pada suhu tinggi.

Mekanisme 1 - penyematan karbida. Dalam 316H, karbon membentuk serakan kromium-kaya M₂₃C₆ karbida di sempadan butiran. Karbida ini bertindak seperti pin yang dipacu melalui sempadan butiran, mengunci butiran bersebelahan dan menentang gelongsor sempadan yang mendorong ubah bentuk rayapan. 316L, tanpa karbon, membentuk jauh lebih sedikit daripada karbida penyepit ini, jadi sempadan butirannya meluncur lebih bebas di bawah beban pada suhu tinggi.

Mekanisme 2 - butir kasar. Ubah bentuk rayapan tertumpu pada sempadan butiran kerana sempadan adalah tempat struktur atom tidak teratur. Bahan berbutir-halus mempunyai banyak sempadan (lebih banyak pautan lemah); bahan berbutir-kasar mempunyai sedikit. Dengan memerlukan saiz butiran ASTM No. 7 atau lebih kasar, 316H meminimumkan bilangan pautan lemah, secara langsung mengurangkan kadar rayapan. Ini adalah kes yang jarang berlaku dalam metalurgi di mana lebih kasar adalah lebih baik - berbanding dengan{10}}keutamaan bijirin yang halus untuk{11}}kekuatan dan keliatan suhu bilik.

Kesan gabungan adalah besar. Pada 600 darjah (1,112 darjah F), kekuatan pecah rayapan 100,000-jam 316H adalah kira-kira 30-60% lebih tinggi daripada 316L kimia asas yang setara. Dari segi praktikal, tiub dandang 316H boleh membawa beban stim yang sama pada 600 darjah selama dua hingga tiga kali lebih lama daripada tiub 316L - atau membawa beban yang lebih tinggi untuk hayat reka bentuk yang sama. Untuk peralatan dengan hayat reka bentuk 20-30 tahun, perbezaan ini adalah perbezaan antara kejayaan dan kegagalan pramatang.

Aplikasi Creep - Di mana 316H Memperoleh Simpanannya

316H ialah bahan standard untuk-perkhidmatan suhu tinggi dalam julat 500-700 darjah (930-1,290 darjah F), terutamanya dalam penjanaan kuasa dan penapisan: pemanas lampau dan tiub pemanas semula dandang, pengepala stim dan paip stim, relau penapisan dan tiub semula{8}} pembekuan tinggi dan pembekuan semula tiub penukar-panas. Ia dipilih secara khusus apabila-kekuatan rayapan jangka panjang - bukan sahaja kekuatan panas jangka pendek - merupakan kriteria reka bentuk yang mengawal.

Pemilihan Suhu-Tinggi

Nombor tunggal paling penting dalam keputusan 316L vs 316H ialah 425 darjah (800 darjah F). Di bawah suhu ini, 316L boleh diterima sepenuhnya dan biasanya merupakan pilihan yang lebih baik kerana kebolehkimpalan yang unggul dan ketahanan terhadap kakisan antara butiran. Di atas suhu ini, dalam mana-mana-aplikasi tekanan terkawal Kod, 316L tidak dibenarkan dan 316H (atau aloi berkadar rayapan-lain) menjadi wajib. Hafal ambang ini: ia menyelesaikan sebahagian besar soalan 316L lwn 316H.

Had 800 darjah F untuk gred L-bukan sembarangan - ia ditulis ke dalam ASME BPVC Bahagian II, Bahagian D, yang langsung tidak menyenaraikan tegasan yang dibenarkan untuk 316L melebihi 800 darjah F. Oleh kerana ASME Bahagian VIII (bekas tekanan) dan ASME B31.3 (pepaipan proses) memerlukan pereka bentuk yang sah{{1} gunakan 316L di atas 800 darjah F. Ini benar walaupun pembekal memberitahu anda 316L "harus tahan" pada 600 darjah - bahan itu mungkin bertahan secara fizikal untuk sementara waktu, tetapi ia tidak mempunyai asas tekanan yang diluluskan-dan hayat rayapannya tidak dijamin.

Tangga Pemilihan Suhu

Pengoksidaan - Had Suhu Tinggi-Lain

Malah 316H mempunyai suhu perkhidmatan yang lebih tinggi. Di atas kira-kira 870 darjah (1,600 darjah F) di udara, skala kromium oksida pelindung pada 316H mula rosak, dan perkhidmatan berterusan menyebabkan pengoksidaan (penskalaan) progresif dan kehilangan bahagian. Untuk perkhidmatan berterusan melebihi 870 darjah , tukar kepada gred-tahan haba (seperti 310S atau 253MA) atau aloi nikel (seperti Inconel 625 atau 601). Antara 816 darjah dan 870 darjah, 316H boleh digunakan secara berselang-seli atau di bawah beban ringan, tetapi hayat pengoksidaan mesti dinilai kes demi kes.

Hakisan suhu tinggi{0}}pada asasnya berbeza daripada kakisan berair yang mendominasi pada suhu rendah. Pada suhu rendah, kakisan adalah elektrokimia - ia memerlukan elektrolit cecair. Pada suhu tinggi, kakisan ialah pengoksidaan - logam bertindak balas secara langsung dengan oksigen, sulfur atau karbon dalam gas. Kromium dalam 316H membentuk skala pelindung Cr₂O₃ yang menentang pengoksidaan sehingga kira-kira 870 darjah . Di atas itu, skala menjadi kurang pelindung, dan logam asas digunakan secara berperingkat.

Inilah sebabnya mengapa pemilihan bahan "suhu tinggi" mempunyai dua soalan bebas: "Adakah kekuatan rayapan mencukupi?" dan "Adakah logam akan teroksida?" - dan kedua-duanya mesti dijawab sebelum gred dipilih.

Kimpalan dan Pemekaan

Berikut ialah ironi teras keluarga 316: karbon yang memberikan 316H kekuatan rayapan suhu tinggi-nya ialah karbon yang sama yang menjadikan 316H terdedah kepada pemekaan kimpalan. Apabila 316H dikimpal dan haba-zon terjejas melepasi 425-870 darjah, karbonnya memendakan sebagai kromium karbida pada sempadan butiran, mengurangkan kromium dan mewujudkan kerentanan kepada kakisan antara butiran jika komponen itu kemudiannya terdedah kepada{8}}persekitaran berair yang hampir bersih,{8}}L ini akan berisiko bersih,. 316 - itulah sebabnya 316L ialah pilihan standard untuk perkhidmatan yang dikimpal, suhu rendah dan menghakis.

Pertukaran ini-menyebabkan kedua-dua gred saling melengkapi dan bukannya bersaing. 316Komponen H (tiub dandang, pengepala stim) beroperasi melebihi 500 darjah dalam persekitaran stim atau gas pembakaran - di mana kakisan antara butiran berair tidak berlaku, jadi pemekaan bukan masalah praktikal. 316L komponen (di bawah tangki paip kimia, peralatan marin) persekitaran berasid sedikit di mana kakisan antara butiran adalah ancaman sebenar, jadi kelebihan karbon yang rendah-adalah penting. Memilih gred yang salah akan menyongsangkan logik ini dan mengundang kegagalan.

Amalan Kimpalan untuk 316L vs 316H

Bolehkah Anda Mengimpal 316L hingga 316H?

Ya - 316L dan 316H adalah serasi dari segi metalurgi dan boleh dikimpal bersama, tetapi logam pengisi dan suhu perkhidmatan mesti dipertimbangkan bersama. Untuk sambungan suhu-rendah, gunakan pengisi ER316L supaya logam kimpalan menahan pemekaan. Untuk sambungan rayapan bersuhu tinggi-, logam kimpalan mesti mempunyai karbon yang sepadan dan kekuatan rayapan yang sama seperti logam asas 316H - menggunakan pengisi-karbon rendah dalam sambungan rayapan menghasilkan pautan lemah yang akan menjalar-gagal dahulu. Rujuk kod yang berkenaan (ASME B31.3, Bahagian VIII) untuk keperluan logam pengisi khusus bagi penyambung{13}}suhu tinggi 316H.

Ini adalah perkara yang halus tetapi penting yang sering terlepas oleh jurutera. Dalam sambungan yang dikimpal pada suhu bilik, logam kimpalan biasanya lebih kuat daripada logam asas, jadi kimpalan yang sedikit lemah masih boleh diterima. Tetapi dalam perkhidmatan rayapan, logam kimpalan dan haba-zon terjejas boleh menjadi-bahagian yang paling lemah pada sambungan. Pengisi 316L yang didepositkan ke dalam sambungan rayapan 316H mempunyai karbon yang lebih rendah dan butiran yang lebih halus daripada logam asas 316H, jadi ia akan menjalar dan pecah terlebih dahulu - fenomena yang dikenali sebagai "pengurangan hayat rayapan pada kimpalan." Untuk kimpalan suhu tinggi yang kritikal,{10}}kimia pengisi, struktur butiran dan juga rawatan haba kimpalan mesti dipadankan dengan teliti untuk mengekalkan hayat rayapan.

Rintangan Kakisan - Berair lwn Tinggi-Suhu

Untuk rintangan kakisan umum, pitting dan celah dalam persekitaran berair, 316L dan 316H pada asasnya adalah setara, kerana sifat ini dikawal oleh kromium, nikel dan molibdenum - yang sama dalam dua gred. Kedua-duanya mempunyai PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) kira-kira 24-25, menjadikan kedua-duanya sesuai untuk pendedahan klorida ringan tetapi bukan untuk perkhidmatan air laut yang teruk. Perbezaan kakisan antara gred hanya muncul selepas kimpalan (pemekaan) dan pada suhu tinggi (pengoksidaan).

Kandungan molibdenum (2-3%) ialah yang memberikan seluruh 316 keluarga kelebihannya berbanding 304. Molibdenum secara mendadak meningkatkan ketahanan terhadap kakisan pitting dan celah dalam persekitaran klorida. Inilah sebabnya mengapa 316/316L/316H ialah keluli tahan karat "gred-marin" dan "gred-kimia" standard, manakala 304 ialah gred "tujuan-am" standard. Oleh kerana 316L dan 316H berkongsi kandungan molibdenum yang sama, rintangan mereka terhadap pitting klorida adalah sama - sebutan "L" atau "H" tidak mempunyai kaitan dengan sifat ini.

Hakisan Antara Butiran - Di mana Gred Mencapah Selepas Kimpalan

Selepas kimpalan, tingkah laku kakisan 316L dan 316H mencapah secara mendadak. 316L menentang kakisan antara butiran dalam keadaan-sebagai-keadaan dikimpal kerana karbonnya yang rendah menghalang pemendakan kromium karbida dalam haba-zon terjejas. 316H, dengan 0.04316pemekaan, pemekaan karbon, pemekaan. komponen 316H yang dikimpal yang terdedah kepada persekitaran berair yang menghakis di bawah kira-kira 400 darjah akan mengalami serangan antara butiran pada haba kimpalan-zon terjejas. Inilah sebabnya mengapa 316H yang dikimpal dikhaskan untuk-suhu tinggi, perkhidmatan bukan akueus.

Hakisan antara butiran (IGC) ialah mod kegagalan yang gred "L" dicipta untuk mengelakkan. Ia berlaku apabila karbida kromium terbentuk pada sempadan butiran semasa mengimpal, mengurangkan logam kromium bersebelahan di bawah ~12% ambang filem-pasif. Sempadan yang berkurangan kemudiannya terhakis secara khusus, menyebabkan logam kehilangan kekuatan dan akhirnya gagal di sepanjang sempadan butiran. 316H sengaja tinggi dalam karbon, jadi ia sememangnya terdedah kepada pemekaan-. Untuk mana-mana komponen yang dikimpal yang akan melihat air, memproses bahan kimia atau udara lembap pada suhu rendah, 316L - bukan 316H - ialah pilihan yang betul. Sebaliknya, untuk tiub dandang pada 600 darjah dalam stim kering, pemekaan adalah tidak relevan, dan 316H adalah betul.

Tinggi-Pengoksidaan Suhu dan Karburisasi

Pada suhu tinggi, mekanisme kakisan yang berkaitan beralih daripada serangan akueus kepada pengoksidaan, sulfidasi dan pengkarbonan. Di sini, 316H berprestasi serta (atau lebih baik sedikit daripada) 316L, kerana rintangan pengoksidaan dikawal oleh kromium - yang sama dalam kedua-dua gred - dan karbon yang lebih tinggi daripada 316H malah boleh meningkatkan rintangan kepada pengkarbonan dengan pra-menepu permukaan dengan karbon. Kedua-dua gred membentuk skala pelindung Cr₂O₃ sehingga kira-kira 870 darjah , di atasnya aloi-tahan haba atau nikel-diperlukan.

Dalam perkhidmatan relau dan reformer, pengkarburan - penyerapan karbon daripada gas proses ke dalam logam - ialah mekanisme degradasi biasa yang merosakkan aloi. Oleh kerana 316H sudah mengandungi lebih banyak karbon, ia mempunyai "kapasiti" karbon yang lebih tinggi sebelum pengkarbonan menjadi berbahaya, memberikannya kelebihan sedikit berbanding 316L dalam suasana pengkarbonan. Ini adalah satu lagi sebab 316H ialah gred pilihan dalam penapisan dan perkhidmatan relau petrokimia. Untuk atmosfera sulfizing (-H₂S) pada suhu tinggi, walau bagaimanapun, kedua-dua gred tidak sesuai dan aloi nikel-lebih tinggi seperti Incoloy 825 atau Inconel 625 harus dipertimbangkan.

Kos dan Ketersediaan

Harga 316L dan 316H pada dasarnya adalah sama - perbezaan kos boleh diabaikan (biasanya dalam 2-5%, dan selalunya sifar) kerana kedua-dua gred dihasilkan oleh laluan penapisan AOD yang sama dan perbezaannya hanyalah pelarasan karbon sederhana serta langkah kawalan saiz butiran. Ini bermakna kos tidak boleh memacu keputusan 316L vs 316H; pilihan harus dibuat sepenuhnya berdasarkan suhu operasi, kimpalan, dan keperluan kakisan.

Tidak seperti 304L lwn 304 - di mana gred L-mengandungi premium yang kecil berbanding standard 304 - perbandingan 316L lwn 316H secara kasarnya kos-neutral. Kedua-dua gred mempunyai harga aloi asas yang sama (didorong oleh 2-3% kandungan molibdenum, iaitu bahan yang mahal), dan kos tambahan untuk mencapai julat karbon dan butiran kasar 316H adalah kecil. Ini bernasib baik, kerana ia mengalih keluar harga daripada persamaan sepenuhnya: jurutera boleh memilih semata-mata berdasarkan merit teknikal, iaitu bagaimana keputusan kritikal keselamatan harus dibuat.

Ketersediaan

316L ialah keluli tahan karat yang paling banyak distok dan tersedia di dunia, tersedia dalam setiap bentuk produk (helaian, plat, bar, paip, tiub, kelengkapan, bebibir) pada dasarnya setiap pengedar dan kilang keluli tahan karat. 316H adalah kurang biasa tetapi masih tersedia, terutamanya dalam bentuk produk tiub (ASTM A213/A312 TP316H) dan plat terpakai (ASTM A213/A312 TP316H) A dan{1}6H aplikasi penapisan. Untuk-aplikasi tekanan suhu tinggi, ketersediaan 316H diwujudkan melalui kilang yang menyediakan industri dandang dan petrokimia.

Nota praktikal: kerana 316L sangat dominan dalam pasaran, ramai pengedar dan fabrikasi lalai - walaupun untuk aplikasi yang sepatutnya menggunakan 316H. Apabila membuat pesanan untuk perkhidmatan-suhu tinggi, nyatakan "316H" dengan jelas dan sahkan pada laporan ujian bahan bahawa (1) karbon ialah 0.04-0.10% dan (2) saiz butiran ialah ASTM No. 7 atau lebih kasar. Bahan yang memenuhi hanya 316 kimia (dengan 0.08% karbon maks) tetapi tidak mempunyai keperluan saiz butiran BUKAN 316H dan tidak akan memberikan prestasi rayapan yang diperlukan.

Soalan Lazim

S: Apakah maksud "H" dalam 316H?

A: "H" bermaksud "Karbon Tinggi." 316H menentukan kandungan karbon 0.04-0.10% (lebih tinggi daripada 0.03% maksimum 316L) ditambah saiz butiran kasar ASTM No. 7 atau lebih kasar. Bersama-sama, kedua-dua ciri ini memaksimumkan kekuatan rayapan untuk-perkhidmatan suhu tinggi. Penamaan "H" diperkenalkan untuk membezakan rayapan-bernilai 316 daripada 316 biasa dan daripada 316L karbon rendah.

S: Adakah 316H lebih kuat daripada 316L?

A: Pada suhu bilik, 316H mempunyai kekuatan minimum yang lebih tinggi sedikit (515 MPa vs 485 MPa tegangan; 205 MPa vs 170 MPa hasil). Tetapi perbezaan yang bermakna adalah pada suhu tinggi: melebihi 425 darjah (800 darjah F), 316H mengekalkan kekuatan rayapan yang jauh lebih tinggi daripada 316L dan 316H ialah satu-satunya daripada kedua-duanya dengan Kod-yang menyenaraikan nilai tegasan dibenarkan melebihi 800 darjah F. Untuk aplikasi suhu bilik{14}}terlalu kecil, perbezaan kekuatan jirim adalah.

S: Bolehkah saya menggunakan 316L dan bukannya 316H pada suhu tinggi?

J: Bukan untuk perkhidmatan tekanan Kod ASME melebihi 425 darjah (800 darjah F). 316L tidak mempunyai Kod-yang menyenaraikan tegasan dibenarkan melebihi suhu ini kerana karbon rendah dan butiran halusnya tidak dapat menjamin rintangan rayapan. Untuk suhu melebihi 425 darjah dalam aplikasi tekanan, gunakan 316H. Untuk aplikasi tanpa-tekanan atau beban ringan, 316L kadangkala digunakan sehingga kira-kira 450 darjah , tetapi ini adalah di luar amalan Kod dan harus dilakukan dengan berhati-hati kejuruteraan.

S: Adakah 316H boleh dikimpal?

J: Ya, 316H boleh dikimpal, tetapi karbonnya yang lebih tinggi menjadikan zon haba-terjejas terdedah kepada pemekaan (kerpasan kromium karbida) semasa mengimpal. Ini boleh diterima untuk perkhidmatan-suhu tinggi, bukan-berair, di mana kakisan antara butiran berair tidak berlaku. Jangan gunakan 316H yang dikimpal dalam-perkhidmatan berair menghakis suhu rendah - gunakan 316L sebaliknya.

S: Apakah suhu perkhidmatan maksimum 316H?

A: 316H mempunyai tegasan dibenarkan Kod ASME yang disenaraikan sehingga 816 darjah (1,500 darjah F). Walau bagaimanapun, untuk perkhidmatan berterusan di udara, pengoksidaan menjadi mengehadkan melebihi 870 darjah (1,600 darjah F). Dalam amalan, 316H paling biasa digunakan dalam julat rayapan 500-700 darjah (930-1,290 darjah F). Di atas kira-kira 870 darjah berterusan, tukar kepada gred tahan haba atau aloi nikel.

S: Apakah suhu perkhidmatan maksimum 316L?

J: Untuk perkhidmatan tekanan Kod ASME, 316L adalah terhad kepada 425 darjah (800 darjah F). Ini bukan had kakisan tetapi had kekuatan rayapan-: melebihi 800 darjah F, rintangan rayapan 316L tidak dijamin dengan pasti, jadi tiada tegasan yang dibenarkan diterbitkan. Untuk sebarang komponen penahan tekanan-di atas 800 darjah F, gunakan 316H.

S: 316L lwn 316H lwn 316 - bagaimana cara saya memilih?

J: Gunakan 316L untuk kimpalan, kakisan-kritikal, rendah-suhu (di bawah 425 darjah ) perkhidmatan - tangki kimia, paip marin, peralatan makanan. Gunakan 316H untuk-suhu tinggi (425-816 darjah ) perkhidmatan rayap - tiub dandang, paip stim, tiub relau. Gunakan 316 biasa (0.08% karbon maks) terutamanya sebagai gred tujuan umum apabila kedua-dua ekstrem tidak digunakan, walaupun dalam amalan 316L telah menggantikan sebahagian besarnya 316 untuk aplikasi yang dikimpal.

S: Bagaimanakah cara saya mengesahkan saya menerima 316H dan bukan 316 atau 316L?

J: Semak laporan ujian bahan (MTR). Untuk 316H, MTR mesti menunjukkan: (1) karbon 0.04-0.10% dan (2) saiz butiran ASTM No. 7 atau lebih kasar. XRF pegang tangan (PMI) tidak dapat membezakan 316/316L/316H kerana ia tidak dapat mengukur saiz karbon atau butiran. Karbon mesti disahkan oleh OES atau analisis kimia makmal, dan saiz butiran melalui pemeriksaan metalografi setiap ASTM E112. Minta sijil EN 10204 Type 3.1 untuk mengesahkan bahan itu benar 316H.