304 ir 316 nerūdijantis plienas: kurį turėtumėte pasirinkti?

304 ir 316 yra dvi plačiausiai nurodytos austenitinio nerūdijančio plieno rūšys visame pasaulyje. Abu pasižymi puikiu atsparumu korozijai, geromis mechaninėmis savybėmis ir visiškai perdirbamomis. Esminis skirtumas yra molibdenas (Mo): 316 nerūdijančiame pliene yra 2–3 % Mo, o tai žymiai pagerina atsparumą chloro -sukeltai duobių ir plyšių korozijai.

Pažymių supratimas: apibrėžimai ir standartai

Kas yra 304 nerūdijantis plienas?

304 klasės nerūdijantis plienas- taip pat žymimas kaip UNS S30400 ir taikomas ASTM A240, EN 1.4301 ir JIS SUS304 - yra dažniausiai gaminamas nerūdijantis plienas pasaulyje. Jis priklauso 300 serijos austenitinei šeimai, kuriai būdinga į paviršių -centruota kubinė (FCC) kristalų struktūra, kuri užtikrina puikų tvirtumą tiek kriogeninėje, tiek aukštesnėje temperatūroje.

Jo chromo-nikelio sudėtis (18 % Cr / 8 % Ni, paprastai vadinama „18-8“) sudaro savaime-atsitaisančią pasyvią oksido plėvelę, kuri apsaugo nuo oksiduojančios aplinkos, švelnių rūgščių ir kasdienių atmosferos sąlygų. Atkaitintoje būsenoje jis yra nemagnetinis ir po šalto apdorojimo tampa šiek tiek magnetinis.

Kas yra 316 nerūdijantis plienas?

316 klasės nerūdijantis plienas- UNS S31600, ASTM A240, EN 1.4401, JIS SUS316 - yra antra plačiausiai naudojama nerūdijančio plieno rūšis pasaulyje. Jis turi tą pačią austenitinę struktūrą kaip ir 304, tačiau jame yra 2–3 % molibdeno, o tai žymiai padidina jo atsparumą įdubimams, plyšių korozijai ir daugelio proceso cheminių medžiagų poveikiui.

Mažai -anglies išskiriantis variantas, 316L (UNS S31603), riboja anglies kiekį iki 0,03 % arba mažiau, neleidžiant chromo karbido nusodinti (jautrinti) suvirinimo metu. Dėl to 316L yra numatytoji daugelio suvirintų agregatų specifikacija agresyviai eksploatuojant.

Taikomi standartai ir sertifikatai

ASTM A240 / ASME SA-240: plokščios valcavimo plokštės, lakštai ir juostos, skirtos slėginiams indams ir bendram naudojimui

ASTM A312 / ASME SA-312: besiūliai ir suvirinti austenitiniai nerūdijančio plieno vamzdžiai

ASTM A276 / ASME SA-276: Nerūdijančio plieno strypai ir formos

EN 10088-2 / EN 10088-3: Europos standartas plokštiems ir ilgiems gaminiams (lygiavertės klasės: 1.4301=304; 1.4404=316L)

ISO 15510: Nerūdijančio plieno cheminė sudėtis

ASME BPE: biologinio apdorojimo įrangos standartas (galioja 316 l produkto kontaktiniams paviršiams)

USP<661>/ EP 3.1.9: farmacinių talpyklų standartai, nurodantys 316L suderinamumą

Cheminės sudėties palyginimas

Toliau pateiktoje lentelėje pateikta visa abiejų klasių cheminė sudėtis, kaip apibrėžta ASTM A240. Suvokus kiekvieno elemento vaidmenį, paaiškėja, kodėl 316 pranoksta 304 aplinkoje, kurioje gausu chlorido.

1 lentelė. Cheminė sudėtis - 304 ir 316 nerūdijantis plienas (ASTM A240)

Mechaninės savybės

Tiek 304, tiek 316 atkaitintos būklės turi beveik identiškas mechaninių savybių specifikacijas pagal ASTM A240. Tai reiškia, kad medžiagų pasirinkimą turėtų lemti korozijos reikalavimai ir atitiktis teisės aktams, o ne struktūriniai eksploatacinių savybių skirtumai.

2 lentelė. Mechaninių savybių palyginimas - Atkaitinimo būklė (ASTM A240)

Pastaba: abiejų rūšių šaltai apdirbti-ir grūdinti{1}}valcuoti variantai pasiekia žymiai didesnį stiprumo lygį. Norėdami sužinoti konkrečius temperatūrų žymėjimus, kreipkitės į ASTM A177 arba savo gamyklos duomenų lapus.

Atsparumas korozijai: esminis diferencialas

Nerūdijantis plienas yra atsparus korozijai per pasyvią plėvelę - mikroskopiškai ploną (2–5 nm) chromo oksido (Cr₂O₃) sluoksnį, kuris spontaniškai susidaro ant paviršiaus, kai jį veikia deguonis. Ši plėvelė savaime-atsitaiso: subraižyta ar nutrinta, ore arba deguonies prisotintame vandenyje ji atsinaujina per milisekundes.

Taškinė korozija atsiranda, kai agresyvūs jonai -, ypač chloridas (Cl⁻) -, prasiskverbia ir lokaliai sunaikina pasyviąją plėvelę, sukurdami mikro-ertmes, kurios auga į vidų. Tai yra pagrindinis 304 gedimo režimas jūrų, pakrančių ir chloro{5}}daug pramoninėje aplinkoje.

Atsparumo taškinei korozijai lygiavertis skaičius (PREN) yra pramonės-standartinė metrika, skirta palyginti atsparumą taškinei korozijai:

PREN=%Cr + (3,3 × %Mo) + (16 × %N)

304 nerūdijančio plieno PREN:~19 (be Mo įnašo; ~18 % Cr)

316 nerūdijančio plieno PREN:~25 (prideda 3,3 × 2,5 % Mo ≈ 8,25 taško)

Didesnis PREN rodo didesnį atsparumą duobėms. Šuolis nuo ~19 iki ~25 reiškia esminį chlorido aplinkos pagerėjimą. Pažymėtina, kad dvipusės ir super{4}}dvipusės klasės pasiekia 35–50+ PREN vertes sunkiausiose aplinkose.

Korozijos efektyvumas pagal aplinką

3 lentelė. Atsparumas korozijai pagal aplinką - 304 prieš 316 nerūdijantį plieną

Svarbu: nei viena rūšis netinka koncentruotai vandenilio chlorido, vandenilio fluorido arba karštai sieros rūgštims naudoti. Tokiose aplinkose apsvarstykite aukštesnio -lydinio medžiagas, tokias kaip 904L, 20 lydinys arba nikelio -lydinius (Inconel® 625, Hastelloy® C-276).

Taikymo vadovas: kokia klasė jūsų pramonei?

Toliau pateiktoje lentelėje pateikiamos konkrečios pramonės-rekomendacijos, pagrįstos realiomis-eksploatavimo sąlygomis, reguliavimo reikalavimais ir bendrųjų nuosavybės išlaidų (TCO) analize.

4 lentelė. Sprendimų dėl taikymo vadovas - 304 ir 316 nerūdijantis plienas pagal pramonės šaką

Gamyba, suvirinimas ir paviršiaus apdaila

Formavimas ir apdirbamumas

Abi rūšys pasižymi puikiu formavimu ir puikiai{0}}tinka giluminiam tempimui, lenkimui, rulonų formavimui ir štampavimui. Dirbant grūdinimosi laipsniai yra panašūs – 316 nežymiai sunkesni esant lygiaverčiam darbui šaltu-dėl molibdeno kiekio. Abiejų rūšių apdirbamumas yra maždaug 45–50 %, palyginti su laisvai apdirbamo anglinio plieno (B1112) apdirbimu.

Suvirinimo svarstymai

304 / 304L: Suvirinkite ER308 užpildu 304 arba ER308L 304L. L-klasė sumažina anglies migraciją į grūdų ribas, sumažindama įsijautrinimo riziką šilumos{6}}paveiktoje zonoje (HAZ).

316 / 316L: Suvirinkite ER316 arba ER316L užpildu. Visada nurodykite 316 l (mažo -anglies kiekio) suvirintiesiems mazgams, kurie yra veikiami agresyviai, kad išvengtumėte tarpkristalinės korozijos HAZ.

Po-suvirinimo pasyvavimas (pagal ASTM A380 arba A967) rekomenduojamas abiem rūšims, siekiant atkurti pasyviąją plėvelę ir pašalinti laisvą geležies užteršimą iš suvirinimo vietos.

Įprastos paviršiaus apdailos medžiagos ir jų pritaikymas

Nr naudojamas pramoninei įrangai, rezervuarams ir konstrukcijoms

Ne. 4 (šepečiu / satino): maisto perdirbimo, farmacijos ir architektūrinių programų standartas

Ne. 8 (veidrodinis poliravimas): dekoratyvinės architektūros naudojimas; didžiausias atspindėjimas

Elektropoliruotas: pašalina paviršiaus sluoksnį, kad padidintų atsparumą korozijai ir valomumą; reikalingi farmacijos ir puslaidininkių reikmėms

Pasyvuotas (ASTM A967): Cheminis apdorojimas, siekiant maksimaliai padidinti ir patikrinti pasyvios plėvelės vientisumą

Išlaidų analizė: teisingo finansinio sprendimo priėmimas

Kaina dažnai yra pirmasis veiksnys, į kurį atsižvelgia pirkėjai. Norint priimti pagrįstą sprendimą, būtina suprasti visą sąnaudų struktūrą -, įskaitant žaliavas, gamybą, priežiūrą ir--naudojimo pabaigos vertę -.

5 lentelė. Kainų palyginimas - 304 su 316 nerūdijančiu plienu

Teisės aktų laikymasis ir pramonės standartai

Tiek 304, tiek 316 nerūdijantis plienas laikomas saugiu liestis su maistu pagal FDA 21 CFR ir ES reglamentą (EB) Nr. 1935/2004. Tačiau 316L yra pageidautina, kad būtų galima naudoti tiesiogiai su maistu besiliečiančius paviršius komercinėje apdorojimo įrangoje, nes chloruoti švarūs-vietoje-(CIP) dezinfekavimo priemonės laikui bėgant gali sukelti 304 koroziją.

ASME BPE standartas, reglamentuojantis biologinio apdorojimo įrangą, aiškiai reikalauja 316 l (mažiausiai) visiems produkto -kontaktiniams paviršiams farmacijos, biofarmacijos ir asmens priežiūros gamyboje. Šis reikalavimas atitinka FDA cGMP reglamentus (21 CFR dalys 210/211) ir ICH Q7 API gamybos gaires.

Jūrų konstrukcijoms ir atviroje jūroje esančioms platformoms DNV GL, Lloyd's Register ir ABS klasės taisyklės nurodo 316 ar aukštesnės klasės -nerūdijantį plieną, skirtą jūros vandeniu{2}}drėkintiems komponentams. NACE MR0175 / ISO 15156 reglamentuoja medžiagas, skirtas naftos ir dujų gamybai aplinkoje, kurioje yra H₂S{6}}.

Europos Sąjungoje Slėginės įrangos direktyva (PED 2014/68/ES) ir ASME katilų ir slėginių indų kodekso (BPVC) VIII skirsnis reglamentuoja guolių komponentus. Tiek 304, tiek 316 yra išvardytos medžiagos, o leistini įtempiai nurodyti pagal temperatūrą atitinkamuose koduose.

Greito pasirinkimo santrauka

Naudokite toliau pateiktą sprendimų matricą kaip greitą nuorodą, kai pasirenkate pažymį. Dėl sudėtingų ar kritinių programų visada pasitarkite su kvalifikuotu metalurgijos inžinieriumi.

6 lentelė: klasės pasirinkimo sprendimų matrica - 304 prieš 316 nerūdijantį plieną

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

Naudojant ne-chloridą, žemą-drėgmę ar grynai estetišką patalpų naudojimą, taip. Tačiau 304 pakeitus 316 jūrinėje, maisto perdirbimo, farmacijos ar cheminėje aplinkoje greičiausiai sukels ankstyvą korozijos gedimą ir padidės gyvavimo ciklo sąnaudos. Visada patikrinkite, ar pakeitimas yra tinkamas konkrečioms aptarnavimo sąlygoms.

316 l (mažas-anglies kiekis) yra teikiama pirmenybė, kai suvirinama, nes sumažinama jautrumo rizika šilumos-veikiamoje zonoje. Nevirintuose įrenginiuose standartiniai 316 ir 316L yra beveik vienodai atsparūs korozijai. Nedidelis didžiausio tempiamojo stiprio sumažėjimas (nuo 515 MPa iki minimumo 485 MPa) 316 l retai yra ribojantis veiksnys.

Abi klasės yra labai atsparios rūdims (geležies oksido korozijai) normaliomis sąlygomis. Tačiau agresyvioje chlorido aplinkoje -, ypač ilgalaikis druskos purškimas, panardinimas į druskos tirpalus arba sąlytis su chlorintomis cheminėmis medžiagomis - 304, paviršiuje gali susidaryti įdubimai, kurie, jei jie pažengę, gali sukelti matomą rūdžių -spalvotą dėmę. 316, kuri tam daug veiksmingiau atspari. Nė viena klasė nėra visiškai apsaugota; visada rekomenduojama tinkamai prižiūrėti paviršių.

Vien tik vizualiai apžiūrint nepavyksta atskirti 304 nuo 316. Patikimi identifikavimo metodai apima: (1) medžiagos bandymo ataskaitos (MTR / gamyklos sertifikato), kuri turi būti pridedama prie visų sertifikuotų nerūdijančio plieno gaminių, peržiūrą; (2) nešiojamoji XRF (rentgeno spinduliuotės fluorescencinė) spektroskopija, kuri gali aptikti molibdeną per kelias sekundes; (3) cheminių taškinių tyrimų rinkiniai, skirti Mo aptikti. Ant medžiagos (pvz., 316L, S31603) įspausti ženklai taip pat gali būti naudojami, jei jie įskaitomi ir atsekami.

H (aukštos{0}}anglies) variantai - 304H (UNS S30409) ir 316H (UNS S31609) - yra skirti naudoti aukštoje-temperatūroje (virš 540 laipsnių / 1000 laipsnių F), kai reikalingas atsparumas valkšnumui. Juos reglamentuoja ASTM A240 ir ASME SA-240 ir jie naudojami šilumokaičiuose, krosnių komponentuose ir naftos chemijos reaktoriuose. Jie nėra tinkami naudoti suvirintam arba kriogeniniam naudojimui.

Išvada

304–316 nerūdijančio plieno pasirinkimas iš esmės yra aplinkos ir gyvavimo ciklo ekonomikos, o ne mechaninių savybių klausimas.

304 nerūdijantis plienas yra tinkamas pasirinkimas daugeliui bendrosios paskirties, patalpų, atmosferos ir mažai{2}}chloro. Jis pasižymi išskirtiniu atsparumu korozijai, puikiu formavimu ir plačiu reglamentuojančiu pripažinimu 20–35 % mažesnėmis medžiagų sąnaudomis nei 316.

316 nerūdijantis plienas -, ypač 316 l mažai anglies išskiriantis- variantas -, yra teisinga specifikacija, kai yra chloridų, technologinių cheminių medžiagų, agresyvių dezinfekavimo priemonių arba reguliavimo įpareigojimų (FDA, cGMP, ASME BPE). Molibdeno priedas yra patikrintas inžinerinis sprendimas, skirtas tašinės ir plyšinės korozijos problemoms spręsti, o papildomos išankstinės išlaidos nuolat pateisinamos mažesnėmis bendromis nuosavybės sąnaudomis sudėtingose ​​paslaugų aplinkose.