Keluli Tahan Karat 317L vs 316L: Apabila Molibdenum Tambahan Membuat Perbezaan dalam Rintangan Pitting

Keluli 316Lialah keluli tahan karat yang paling banyak digunakan dalam perkhidmatan menghakis, dan untuk alasan yang baik: ia mudah dikimpal, menahan kakisan am, dan kos lebih rendah daripada kebanyakan aloi yang lebih tinggi. Tetapi terdapat mod kegagalan di mana 316L secara senyap-senyap membiarkan jurutera - mengasari kakisan dalam-persekitaran yang kaya dengan klorida. Air laut, air penyejuk payau, garam jalan, air garam proses dan juga kelembapan pantai semuanya boleh menyebabkan 316L menghasilkan lubang kecil dalam yang terowong melalui dinding logam dan menyebabkan kebocoran - selalunya tanpa amaran yang kelihatan.

317L wujud untuk situasi ini. Keseluruhan perbezaan antara 316L dan 317L berpunca daripada satu elemen: molibdenum. 316L mengandungi 2-3% molibdenum; 317L mengandungi 3-4%. Molibdenum 1% tambahan itu, digabungkan dengan lebih sedikit kromium (18-20% vs 16-18%), meningkatkan rintangan pitting aloi sebanyak kira-kira 25% - cukup untuk bermakna perbezaan antara penukar haba yang tahan 3 tahun dan yang tahan 15. "L" dalam kedua-dua gred bermaksud "Rendah daripada atau sama dengan 0% Karbon" ( Kurang daripada 0% berbanding 0) pemekaan.

Jika komponen 316L anda akan melihat ion klorida (Cl⁻) - terutamanya klorida hangat atau berasid - dan pitting ialah mod kegagalan yang anda bimbangkan, tingkatkan kepada 317L. Premium kos 15-30% membeli anda kira-kira 25% lebih banyak rintangan pitting, yang merupakan insurans murah terhadap kegagalan adu klorida. Jika persekitaran tidak mempunyai klorida, 316L biasanya mencukupi dan lebih menjimatkan. Ringkasnya: 316L ialah lalai, 317L ialah naik taraf klorida.

Komposisi Kimia

316L dan 317L berkongsi asas austenit yang sama dan karbon ultra-rendah yang sama ( Kurang daripada atau sama dengan 0.03%), tetapi berbeza dalam tiga unsur pengaloian: molibdenum (2-3% vs 3-4%), kromium (16-18% vs 18-20%) dan 18-20% dan 10-1% nikel Molibdenum tambahan adalah perbezaan yang menentukan - ia adalah unsur yang menahan kakisan pitting dan celah dalam persekitaran klorida. Segala-galanya tentang kedua-dua gred pada dasarnya adalah sama.

Kedua-dua gred tergolong dalam keluarga keluli tahan karat austenit siri 300-dan membawa akhiran "L", bermaksud "Karbon Rendah" (Kurang daripada atau sama dengan 0.03%) untuk rintangan maksimum kepada pemekaan kimpalan. Molibdenum ialah unsur pengaloian yang menentukan yang memisahkan keluarga 316/317 daripada 304 biasa. Dalam 316L, molibdenum berjulat dari 2% hingga 3%. Dalam 317L, ia berkisar antara 3% hingga 4%. Ini adalah lompatan yang bermakna: molibdenum adalah mahal dan berkuasa, dan daripada ~2.5% kepada ~3.5% molibdenum inilah yang mengubah 316L menjadi aloi "gred marin".

Mengapa Molibdenum Menentang Mengadu - Sains dalam Bahasa Biasa

Molibdenum tahan pitting kerana ia menjadikan filem kromium oksida pelindung pada permukaan keluli lebih kuat dan lebih-membaiki sendiri. Apabila ion klorida menyerang titik lemah dalam filem, molibdenum dalam aloi bertindak balas dengan air untuk membentuk molibdat, yang-menampal semula filem yang rosak. Lebih molibdenum=lebih cepat dan lebih lengkap-membaiki=lebih sedikit lubang yang tumbuh menjadi kebocoran. Inilah sebabnya mengapa rintangan pitting skala keluli tahan karat hampir secara langsung dengan kandungan molibdenum.

Keluli tahan karat tahan kakisan kerana filem kromium oksida (Cr₂O₃) yang tidak dapat dilihat dan sembuh sendiri yang terbentuk pada permukaannya dengan kehadiran oksigen. Filem ini hanya beberapa nanometer tebal - beribu kali lebih nipis daripada rambut manusia - namun ia adalah yang menjadikan keluli tahan karat "tahan karat." Masalahnya ialah ion klorida ialah pemecah-filem yang agresif. Ion klorida boleh menembusi filem oksida pada titik lemah mikroskopik (kemasukan sulfida, calar, sempadan butiran) dan menyerang logam kosong di bawahnya.

Sebaik sahaja lubang bermula, ia akan-mempercepatkan sendiri: bahagian dalam lubang menjadi berasid dan oksigen-kebuluran, yang menghalang filem daripada-terbentuk semula, manakala logam di sekelilingnya kekal pasif. Ini menghasilkan sel galvanik kecil - bateri kecil - di mana bahagian dalam lubang adalah anod (terhakis dengan cepat) dan permukaan sekeliling adalah katod (dilindungi). Hasilnya ialah lubang yang sempit dan dalam yang boleh terowong melalui keseluruhan ketebalan dinding manakala seluruh permukaan kelihatan tidak disentuh. Pitting adalah berbahaya dengan tepat kerana ia disetempatkan: paip boleh kehilangan 0.01% daripada jumlah beratnya kepada kakisan namun gagal sepenuhnya dari satu lubang dinding melalui-lubang.

Molibdenum mengganggu proses ini. Molibdenum dalam aloi larut ke dalam larutan pit dan membantu-mempasifkan semula permukaan logam, membentuk sebatian molibdat yang menghalang serangan dan membenarkan filem oksida-terbentuk semula. Molibdenum yang lebih tinggi bermakna aloi boleh membaiki kerosakan filem lebih cepat daripada klorida boleh memecahkannya. Inilah sebabnya mengapa 317L, dengan ~3.5% molibdenum, tahan pitting jauh lebih baik daripada 316L dengan ~2.5%.

PREN - Nombor Yang Mengukur Rintangan Pitting

PREN (Nombor Setara Rintangan Pitting) ialah cara standard untuk menentukan kedudukan keluli tahan karat untuk rintangan pitting: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L mempunyai PREN lebih kurang 24-26; 317L mempunyai PREN kira-kira 29-31. Jurang 5 mata itu mewakili peningkatan yang nyata dan boleh diukur dalam rintangan kepada pitting klorida - dan ia hampir keseluruhannya disebabkan oleh tambahan 1% molibdenum.

Formula PREN ialah alat saringan cepat, bukan jaminan. Ia memberitahu anda, dalam satu nombor, sama ada gred adalah calon yang munasabah untuk persekitaran klorida tertentu. Sebagai peraturan biasa: PREN bawah 20 tidak sesuai untuk sebarang pendedahan klorida yang bermakna; PREN 20-30 mengendalikan klorida ringan hingga sederhana (air payau, percikan air laut ringan); PREN 30-40 mengendalikan klorida yang agresif (rendam air laut, air garam hangat); PREN melebihi 40 diperlukan untuk perkhidmatan yang teruk (air laut panas, peluntur, klorida berasid). Perhatikan di mana 316L dan 317L jatuh: 316L terletak berhampiran bahagian bawah jalur "sederhana", manakala 317L mencapai bahagian atasnya - peningkatan yang bermakna, walaupun masih di bawah aloi gred air laut sebenar.

Rintangan Kakisan

Dalam persekitaran yang mengandungi-klorida, 317L adalah lebih tahan terhadap kakisan pitting dan celah daripada 316L. Suhu pitting kritikal (CPT) 317L adalah kira-kira 25-35 darjah , berbanding 15-20 darjah untuk 316L - bermakna 317L boleh bertolak ansur dengan larutan klorida 10-15 darjah lebih panas sebelum pitting bermula. Untuk kakisan celah, jurang adalah serupa: 317L bertahan dalam keadaan klorida yang akan menghakis celah dengan cepat 316L, terutamanya di bawah gasket, mendapan dan pengikat.

Kakisan pitting ialah serangan setempat yang menghasilkan lubang kecil dan dalam pada permukaan yang licin. Hakisan celah ialah sepupunya yang rapat: serangan yang berlaku pada celah yang rapat - di bawah gasket, pencuci, kepala bolt, percikan kimpalan, pertumbuhan marin atau mendapan terkumpul - di mana persekitaran menjadi bertakung, oksigen-kehabisan dan berasid. Kakisan celah biasanya lebih agresif daripada pitting kerana geometri celah memerangkap klorida dan asid sambil tidak termasuk oksigen yang diperlukan untuk membaiki filem pelindung.

Kedua-dua mod kegagalan dicirikan oleh suhu kritikal: di bawah CPT (suhu pitting kritikal) atau CCT (suhu celah kritikal), aloi menahan serangan; di atasnya, serangan bermula dan disebarkan. Suhu ini diukur dengan ujian piawai (ASTM G48) dalam larutan ferik klorida. CPT 316L biasanya sekitar 15-20 darjah, manakala 317L menguji sekitar 25-35 darjah. Perbezaan 10-15 darjah itu sangat ketara dalam amalan: ia adalah perbezaan antara penukar haba yang bertahan di air laut tropika dan yang berlubang dalam beberapa bulan.

Asid Sulfurik dan Fosforik - Kelebihan Lain 317L

Di luar pitting, 317L juga mengatasi 316L dalam mengurangkan asid - terutamanya asid sulfurik dan fosforik - kerana kandungan molibdenum, kromium dan nikelnya yang lebih tinggi meningkatkan ketahanan terhadap keadaan pengurangan (oksigen-kebuluran) yang terdapat di dalam asid ini. Inilah sebabnya mengapa 317L ialah bahan tradisional untuk penyejat asid fosforik, pemprosesan asid lemak, dan pengendalian asid sulfurik dalam industri kimia dan makanan.

Ini adalah perkara penting yang ramai jurutera terlepas pandang: 317L bukan sekadar "316L yang lebih berlubang-tahan" - ia juga lebih tahan terhadap asid tertentu. Asid sulfurik (H₂SO₄) dan asid fosforik (H₃PO₄) mengurangkan asid, bermakna ia menyerang logam yang kekurangan oksigen - di dalam asid itu sendiri - dan bukannya di permukaan kaya-oksigen. Kromium yang lebih tinggi (18-20%), molibdenum (3-4%) dan nikel (11-15%) dalam 317L memberikan rintangan yang lebih baik terhadap keadaan pengurangan ini daripada 316L.

Contoh klasik ialah pengeluaran asid fosforik dan penyejatan. Asid fosforik proses-basah mengandungi klorida dan fluorida yang mengandungi 316L, jadi 317L ialah bahan standard untuk tiub penyejat, pemanas dan pam dalam perkhidmatan ini. Begitu juga, dalam pemprosesan asid lemak (minyak boleh dimakan, sabun, detergen), 317L lebih tahan terhadap keadaan berasid panas daripada 316L. Jika permohonan anda melibatkan asid sulfurik atau fosforik - walaupun dalam kepekatan sederhana - 317L ialah pilihan yang lebih selamat.

Kakisan Am

Untuk kakisan umum (seragam) dalam persekitaran bukan-klorida, bukan-asid - pendedahan atmosfera, air tawar, asid organik lembut dalam makanan - 316L dan 317L pada asasnya menunjukkan prestasi yang sama, kerana rintangan kakisan am dikawal terutamanya oleh kandungan kromium, yang hampir dalam kedua-dua gred. Premium untuk 317L tidak membeli apa-apa kepada anda dalam persekitaran yang sederhana ini, itulah sebabnya 316L kekal sebagai lalai ekonomi untuk-perkhidmatan menghakis tujuan umum.

Ini adalah titik balas penting kepada kelebihan 317L: ia tidak lebih baik secara universal. Dalam persekitaran tanpa klorida atau asid penurun, molibdenum tambahan dalam 317L dibazirkan dan anda membayar 15-30% lebih untuk rintangan kakisan yang tidak akan anda gunakan. Untuk pemprosesan makanan tanpa air garam, peralatan farmaseutikal, aplikasi seni bina dan pengendalian kimia am yang bebas klorida, 316L ialah pilihan yang betul dan menjimatkan. Kemahiran dalam pemilihan bahan ialah mengetahui bila ancaman klorida atau asid cukup nyata untuk mewajarkan peningkatan 317L.

Sifat Mekanikal

317L lebih kuat sedikit daripada 316L pada suhu bilik: kekuatan tegangan minimumnya ialah 515 MPa (75 ksi) berbanding 485 MPa (70 ksi) untuk 316L, dan kekuatan hasil minimumnya ialah 205 MPa (30 ksi) berbanding 170 MPa (25 ksi). Kelebihan kekuatan 6-20% ini datang daripada kandungan kromium, molibdenum dan nitrogen yang lebih tinggi - tetapi ini adalah faktor kecil, bukan sebab untuk memilih 317L. Keputusan untuk menggunakan 317L didorong oleh rintangan kakisan, bukan kekuatan.

Kebolehbentukan dan Kebolehkerjaan

Kedua-dua gred adalah austenit sepenuhnya dan sangat boleh dibentuk, boleh dikimpal dan mulur. 317L adalah lebih sukar untuk disejukkan-berbanding 316L kerana kandungan aloinya yang lebih tinggi (ia berfungsi-mengeras sedikit lebih cepat), tetapi perbezaannya adalah kecil dalam amalan. Untuk pemesinan, kedua-dua gred adalah serupa, walaupun kandungan aloi 317L yang lebih tinggi sedikit mengurangkan kebolehmesinan. Kedua-dua gred tidak boleh dikeraskan dengan rawatan haba - ia dikeraskan hanya dengan kerja sejuk.

Nota praktikal untuk fabrikasi: kerana 317L mengandungi lebih banyak molibdenum, kromium dan nikel, ia berfungsi-mengeras agak lebih cepat daripada 316L semasa pembentukan dan pemesinan sejuk. Ini bermakna perubahan alat yang lebih kerap sedikit dan jejari lentur yang lebih besar mungkin diperlukan. Walau bagaimanapun, untuk kebanyakan aplikasi - paip, kelengkapan, bebibir, plat dan kepingan - 317L fabrikasi dengan asasnya sama mudahnya seperti 316L menggunakan amalan keluli tahan karat standard.

[Sumber] ASTM A240/A240M - Spesifikasi Standard untuk Chromium dan Chromium-Plat, Helaian dan Jalur Keluli Tahan Karat Nikel.

Kimpalan - Kedua-duanya Kimpal Dengan Bersih, Tetapi Padan dengan Logam Pengisi

Kedua-dua 316L dan 317L adalah gred L-dengan Kurang daripada atau sama dengan 0.03% karbon, jadi kedua-duanya dikimpal dengan bersih tanpa-rawatan haba kimpalan dan menahan pemekaan dalam keadaan-sebagai kimpalan. Peraturan utama ialah pemilihan logam pengisi: untuk sambungan 317L, gunakan pengisi ER317L (AWS A5.9) supaya logam kimpalan sepadan dengan kandungan molibdenum yang lebih tinggi bagi logam asas. Menggunakan pengisi 316L dalam sambungan 317L menghasilkan-zon kimpalan PREN - yang lebih rendah potensi titik lemah dalam perkhidmatan klorida.

Perangkap Logam Pengisi

Apabila mengimpal 317L - atau menyambung 316L ke 317L - gunakan logam pengisi ER317L. Logam kimpalan mesti mempunyai sekurang-kurangnya sebanyak molibdenum berbanding logam asas-yang lebih tahan kakisan. Jika anda mengimpal 317L dengan pengisi ER316L, manik kimpalan menjadi titik lemah kakisan dan akan berlubang sebelum 317L - di sekelilingnya mengalahkan keseluruhan tujuan menentukan 317L.

Ini adalah kesilapan biasa dan mahal di lapangan. Fabrikasi yang biasa mengimpal 316L boleh mencapai pengisi ER316L secara automatik. Apabila sambungan sebenarnya 317L (atau 316L-hingga-317L), logam kimpalan yang dimendapkan berakhir dengan hanya ~2.5% molibdenum, manakala logam asas mempunyai ~3.5%. Dalam persekitaran klorida, manik kimpalan - dengan PREN bawahnya - menjadi tempat pertama untuk mengadu. Hasilnya ialah kimpalan yang gagal oleh kakisan keutamaan tepat pada titik di mana kos tambahan 317L sepatutnya memberikan perlindungan. Sentiasa nyatakan dan sahkan pengisi ER317L untuk kerja 317L.

[Sumber] AWS A5.9/A5.9M - Spesifikasi untuk Elektrod dan Rod Kimpalan Keluli Tahan Karat Bare.

Soalan Lazim

S: Apakah perbezaan antara 316L dan 317L?

J: Perbezaannya ialah kandungan molibdenum dan kromium. 316L mempunyai 2-3% molibdenum dan 16-18% kromium; 317L mempunyai 3-4% molibdenum dan 18-20% kromium. Kedua-duanya mempunyai Kurang daripada atau sama dengan 0.03% karbon. Molibdenum tambahan dalam 317L memberikannya lebih kurang 25% lebih tahan terhadap kakisan pitting dan celah dalam persekitaran klorida, serta rintangan yang lebih baik untuk mengurangkan asid seperti asid sulfurik dan fosforik.

S: Bilakah saya harus menggunakan 317L dan bukannya 316L?

J: Gunakan 317L apabila persekitaran mengandungi klorida (air laut, air payau, air garam, peluntur) atau asid penurun (sulfurik, fosforik, asid lemak) yang akan menyebabkan 316L berlubang atau menghakis. Aplikasi biasa: penyental penyahsulfurisasi gas serombong, penyejat asid fosforik, pemprosesan asid lemak, pelunturan pulpa dan kertas, dan penukar haba air laut/payau. Jika persekitaran tidak mempunyai klorida atau asid penurun, 316L adalah mencukupi dan lebih murah.

S: Adakah 317L lebih mahal daripada 316L?

J: Ya, 317L biasanya berharga 15-30% lebih daripada 316L kerana ia mengandungi lebih banyak molibdenum, kromium dan nikel - semua unsur pengaloian yang mahal. Premium adalah wajar apabila ia menghalang kegagalan kakisan pitting, yang akan menelan kos jauh lebih tinggi daripada peningkatan bahan. Dalam persekitaran bebas klorida, premium dibazirkan, dan 316L adalah nilai yang lebih baik.

S: Apakah PREN?

J: PREN (Nombor Bersamaan Rintangan Pitting) ialah formula yang menganggarkan rintangan pitting: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Lebih tinggi adalah lebih baik. 316L mempunyai PREN sebanyak ~24-26; 317L mempunyai ~29-31. Sebagai panduan kasar, PREN melebihi 32 diperlukan untuk perkhidmatan air laut dan melebihi 40 untuk perkhidmatan klorida teruk. 317L, pada ~30, adalah langkah yang bermakna di atas 316L tetapi masih di bawah aloi gred air laut sebenar seperti 904L dan super dupleks.

S: Bolehkah 317L dikimpal?

J: Ya, kimpalan 317L dengan mudah dan, seperti 316L, tidak memerlukan rawatan haba-pasca kimpalan kerana karbonnya Kurang daripada atau sama dengan 0.03%. Peraturan utama ialah menggunakan logam pengisi ER317L (AWS A5.9) supaya logam kimpalan sepadan dengan kandungan molibdenum yang lebih tinggi bagi logam asas. Menggunakan pengisi 316L dalam sambungan 317L menghasilkan-manik kimpalan PREN yang lebih rendah yang akan berlubang sebelum logam di sekelilingnya dalam perkhidmatan klorida.

S: Adakah 317L baik untuk air laut?

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 darjah ), air laut aliran tinggi-atau keadaan celah-celah, pertimbangkan aloi yang lebih tinggi: 904L, 254 SMO (S31254), super dupleks 2507 atau 6Mo super austenitik. 316L biasanya tidak disyorkan untuk rendaman air laut kerana ia akan berlubang.

S: 316L lwn 317L lwn 904L - bagaimana saya hendak memilih?

J: Gunakan 316L untuk perkhidmatan mengakis am tanpa klorida atau asid penurun (makanan, farmasi, seni bina). Gunakan 317L untuk klorida sederhana atau perkhidmatan asid pengurangan-(air payau, FGD, asid fosforik). Gunakan 904L untuk perkhidmatan klorida yang agresif (rendam air laut, klorida panas) di mana 317L tidak cukup. Setiap langkah menambah molibdenum dan rintangan kakisan tetapi juga kos - memilih gred terendah yang memenuhi keperluan kakisan anda.

S: Bagaimanakah cara saya mengesahkan saya menerima 317L dan bukan 316L?

J: Semak laporan ujian bahan (MTR): 317L mesti menunjukkan molibdenum 3.00-4.00%, kromium 18.0-20.0% dan nikel 11.0-15.0%. XRF pegang tangan (PMI) boleh membezakan 317L daripada 316L kerana ia mengesan kandungan molibdenum yang lebih tinggi - tidak seperti karbon, molibdenum boleh dikesan oleh XRF. Ini menjadikan pengesahan medan 317L agak mudah. Minta sijil EN 10204 Type 3.1 untuk mengesahkan kimia.