צלחת פלדה 316 לעומת 316Ti: מה עדיף?

Nכל אחת מהדרגות היא "טובה יותר" באופן אוניברסלי. 316 היא הבחירה החסכונית יותר, הזמינה יותר עבור חלקים המשמשים במצב חישול. 316Ti מרוויחה את הפרמיה שלה כאשר רכיבים מרותכים יראו טמפרטורות מתמשכות בין 425 מעלות ל-850 מעלות ללא טיפול בחום לאחר -ריתוך - מצב שבו תקן 316 הוא רגיש ואינו רגיש ל-Ti.

לפני שצולל לפרטים טכניים, הנה ההשוואה הישירה שעונה על השאלה הראשונה של רוב הקונים. הטבלה משתמשת בהדגשה ירוקה כדי לציין לאיזה כיתה יש את היתרון בכל קטגוריה:

קטגוריית ביצועים	316 תקן	316Ti
עמידות לרגישות (מרותך, ללא חישול)	קרבידים גרועים של - נוצרים בגבולות גרגרים מעל 425 מעלות	- Ti מעולה קושר פחמן, מונע רגישות
עמידות בפני קורוזיה של לוחית הבסיס (חישול)	מצוין - שווה ערך ל-316Ti במצב טחינה	מצוין - שווה ל-316 במצב חישול
High-temperature strength (>500 מעלות)	לְמַתֵן	מעט טוב יותר - Ti מצמיד גבולות גרגרים
עמידות בבור (PREN)	שווה ל-- PREN ≈25 עבור שתי הכיתות	שווה ל-- אותו תוכן Cr ו-Mo
עלות חומר	הורד - ללא תוספת טיטניום	פרמיה של 5-15% על 316
זמינות גלובלית	סחורה מעולה של - המצויה בכל מקום	- טוב עשוי לדרוש הזמנת טחנה בשווקים מסוימים
יכולת עיבוד	טוֹב	מעט קשה יותר בגלל תכלילי TiC
עמידות בפני קורוזיה של אזור ריתוך (ללא חישול)	סיכון רגישות מופחת - ב-HAZ	עמידות מלאה נשמרת ב-HAZ
איכות גימור פני השטח (צלחת)	חלק - מעולה, ללא סימני משטח TiC	חלקיקי TiC טובים - עלולים לגרום לפגם קל על פני השטח
ציות: קוד גרעיני ומזון	מקובל ברבים	מְקוּבָּל; אמת Ti עם סמכות קוד

שתי הכיתות שייכות למשפחת 316 של מוליבדן-הנושאים פלדות אל-חלד אוסטניטיות. המשפחה מאופיינת ב-16-18% כרום, 10-14% ניקל ו-2-3% מוליבדן - שילוב המספק עמידות כללית טובה בפני קורוזיה ומכוון ספציפית לעמידות בפני בור כלוריד, חולשה של משפחת 304 הישנה יותר.

AISI 316 (UNS S31600) הוא סוס העבודה הסטנדרטי של המשפחה, המשמש בעיבוד מזון, ייצור תרופות, חומרה ימית, מפעל כימי ויישומים אדריכליים. זוהי אחת מדרגות הנירוסטה המיוצרות ביותר בעולם, עם זמינות מלאי רחבה ותמחור תחרותי.

AISI 316Ti (UNS S31635) מוסיף תוספת טיטניום מכוונת - בדרך כלל 5 × %C עד 0.70% לפי משקל - להרכב 316 הסטנדרטי. טיטניום זה פועל כ"סורק פחמן": יש לו זיקה כימית חזקה יותר לפחמן מאשר לכרום, ולכן בטמפרטורות גבוהות הפחמן יוצר באופן מועדף טיטניום קרבידים (TiC) ולא כרום קרבידים (Cr₂₃C₆). זה כל הרציונל ההנדסי לקיומה של 316Ti.

ההרכבים הכימיים לפי ASTM A240 כמעט זהים למעט תוספת הטיטניום ב-316Ti והפרש קצבת הפחמן המתאים:

אֵלֵמֶנט	316 (ASTM A240)	316Ti (ASTM A240)	מַשְׁמָעוּת
Chromium (Cr)	16.0–18.0%	16.0–18.0%	אותו קו בסיס של עמידות בפני קורוזיה -
ניקל (ני)	10.0–14.0%	10.0–14.0%	אותו מייצב אוסטניט -
מוליבדן (מו)	2.0–3.0%	2.0–3.0%	אותה התנגדות לחריצים של -
פחמן (C)	פחות או שווה ל-0.08%	פחות או שווה ל-0.08%	אותו מקסימום; אבל Ti מנטרל את C ב-316Ti
טיטניום (Ti)	לא נוסף	5×C דקות, פחות או שווה ל-0.70%	מבדל מפתח - מתייצב נגד רגישות
חנקן (N)	פחות או שווה ל-0.10%	פחות או שווה ל-0.10%	אוֹתוֹ
מנגן (Mn)	פחות או שווה ל-2.00%	פחות או שווה ל-2.00%	אוֹתוֹ
סיליקון (Si)	פחות או שווה ל-0.75%	פחות או שווה ל-0.75%	אוֹתוֹ
זרחן (P)	פחות או שווה ל-0.045%	פחות או שווה ל-0.045%	אוֹתוֹ
גופרית (S)	פחות או שווה ל-0.030%	פחות או שווה ל-0.030%	אוֹתוֹ

הנוסחה המינימלית של טיטניום (5 × %C) מבטיחה שתמיד קיים מספיק טיטניום כדי לקשור את כל הפחמן הזמין כ-TiC לפני שיכול להיווצר כרום קרביד כלשהו. עבור צלחת עם מקסימום פחמן של 0.08%, זה אומר שלפחות 0.40% טיטניום חייב להיות נוכח. בפועל, רוב היצרנים מכוונים ל-0.40-0.60% Ti לייצוב אמין.

כדי להבין מדוע קיים 316Ti, אתה צריך להבין רגישות. כאשר פלדות אל-חלד אוסטניטיות סטנדרטיות כמו 316 חשופות לטמפרטורות שבין 425 מעלות ל-850 מעלות - טווח הנקרא טווח הרגישות או טווח המשקעים הקרביד - אטומי פחמן שבדרך כלל מוחזקים בתמיסה מוצקה נודדים לגבולות התבואה ומתאחדים עם אטומי כרום קרביד קרובים ליצירת אטומי כרום קרביד. (Cr₂₃C₆).

The Sensitization Problem Why 316Ti Was Invented

התוצאה היא אזור מדולדל-כרום סמוך מיד לכל גבול גרגר. אזורים מדוללים אלה, שבהם תכולת הכרום המקומית יורדת מתחת לסף הקריטי של ~11% לפסיביות, הופכים רגישים מאוד להתקפות קורוזיביות - במיוחד על ידי חומצות. מצב הכשל שנוצר, הנקרא קורוזיה בין-גרעינית או ריקבון ריתוך, עלול לגרום לאובדן חומר מהיר ומשמעותי מבחינה מבנית.

ריתוך הוא הסיבה השכיחה ביותר. האזור המושפע מחום-(HAZ) של ריתוך עובר בטווח טמפרטורת הרגישות במהלך החימום והקירור. ברכיב מרותך ואז מוכנס ישירות לשימוש - ללא טיפול חום לאחר-תמיסת ריתוך חישול כדי-להמיס מחדש את הקרבידים - אזור זה עובר רגישות קבועה.

316Ti מבטל סיכון זה על ידי אספקת 'מלכודת' פחמן בצורת טיטניום. מכיוון ש-TiC יציב יותר מבחינה תרמודינמית מ-Cr₂₃C₆ באותם תנאים, הטיטניום קושר את הפחמן לפני דלדול כרום כלשהו. התוצאה: ניתן לרתך את 316Ti ללא חישול לאחר-ריתוך וישמור על התנגדות הקורוזיה המלאה שלו באזור-החום.

במצב חישול, שתי הדרגות עומדות באותן דרישות מינימום ASTM A240. בטמפרטורות גבוהות, 316Ti מחזיק ביתרון קל בשימור חוזק:

רכוש מכני	316 (ASTM A240, RT)	316Ti (ASTM A240, RT)	מה עדיף?
מינימום חוזק מתיחה	גדול או שווה ל-515 MPa	גדול או שווה ל-515 MPa	שווה בטמפרטורת החדר
מינימום חוזק תשואה	גדול או שווה ל-205 MPa	גדול או שווה ל-205 MPa	שווה בטמפרטורת החדר
מינימום הַאֲרָכָה	גדול או שווה ל-40%	גדול או שווה ל-40%	לְהִשְׁתַווֹת
קשיות (מקסימום)	פחות או שווה ל-217 HB	פחות או שווה ל-217 HB	לְהִשְׁתַווֹת
מתיחה ב-500 מעלות	~380 MPa (טיפוס)	~400 MPa (טיפוס)	316Ti קצת יותר טוב
תשואה ב-500 מעלות	~130 MPa (טיפוס)	~145 MPa (טיפוס)	316Ti קצת יותר טוב
Creep strength (long-term, >500 מעלות)	תֶקֶן	משופר (הצמדת גבול גרגר Ti)	316טי טוב יותר

זהו מימד הביצועים המכריע. ההתנהגות של שתי הדרגות משתנה באופן דרמטי בהתאם לשאלה אם החומר מרותך ללא חישול ריתוך לאחר-:

מנגנון קורוזיה	316 - חישול	316 - מרותך (ללא חישול)	316Ti - בכל מצב
עמידות בבור (PREN ≈25)	מְעוּלֶה	מופחת ב-HAZ	מְעוּלֶה
קורוזיה של חריצים	טוֹב	טוֹב	טוֹב
קורוזיה בין-גרגירית	מְעוּלֶה	רגיש ב-HAZ	מְעוּלֶה
פיצוח קורוזיה במתח (SCC)	לְמַתֵן	לְמַתֵן	לְמַתֵן
קורוזיה חומצית אחידה	טוֹב	טוב (בכמות גדולה)	טוֹב
ריקבון ריתוך (ב-התקפת חומצה)	לא רלוונטי - חישול בלבד	סיכון גבוה	לא רלוונטי - התייצב

נֶכֶס	316 תקן	316Ti
צְפִיפוּת	7.98 גרם/ס"מ³	7.96 גרם/ס"מ³ (Ti מוריד מעט את הצפיפות)
טווח התכה	1375-1400 מעלות	1370-1400 מעלות
מוליכות תרמית	~14.4 W/(m·K) ב-100 מעלות	~14.2 W/(m·K) ב-100 מעלות
התפשטות תרמית (20-100 מעלות)	16.5 מיקרומטר/(מ· מעלות )	16.0 מיקרומטר/(מ· מעלות )
מודול האלסטיות	193 GPA	193 GPA
טמפרטורת שירות מקסימלית. (המשך)	870 מעלות	870 מעלות
חדירות מגנטית	לא-מגנטי	לא-מגנטי
מינימום טמפרטורת שירות.	-196 מעלות (בעל יכולת קריוגנית)	-196 מעלות (בעל יכולת קריוגנית)

עבור רוב צוותי הרכש, עלות וזמן אספקה חשובים לא פחות מהביצועים הטכניים. הנה המציאות המסחרית של שתי הכיתות:

גורם מסחרי	316 תקן	316Ti
עלות חומר יחסית	קו בסיס	פרמיה של 5-15% (תוספת Ti)
זמינות מלאי	מיידי ממפיצים גלובליים	מניות בשווקי מפתח; סדר טחנה באחרים
טפסי מוצר סטנדרטיים	צלחת, גיליון, צינור, בר, אביזרי, אוגנים	צלחת, סדין, צינור, בר (אביזרי צינור פחות נפוץ)
עובי צלחת טיפוסי מלאי	1-100 מ"מ (רוב הגדלים)	3-50 מ"מ (סדר טחנה עבה יותר =)
תעודת מבחן מיל. תֶקֶן	EN 10204 2.2 או 3.1	EN 10204 3.1 (נדרש אימות Ti)
זמן אספקה (לא-גדלים של מלאי)	2-4 שבועות	6-12 שבועות (גלגול טחנה)

התשובה היא מונעת-מהנדסה, לא מונעת-עלויות. תחילה שאל את עצמך שאלה אחת: האם כל קטע מרותך בצלחת זו ייחשף לטמפרטורות שבין 425 מעלות ל-850 מעלות בשימוש, ללא חישול מלא לאחר-תמיסת ריתוך? אם כן, ציין 316Ti. אם לא, 316 היא הבחירה הנכונה והחסכונית יותר.

בחר 316Ti כאשר:

אזורי הריתוך יהיו חשופים לטמפרטורות שירות של 425-850 מעלות

חישול לאחר-ריתוך אינו מעשי או אסור

ייצור קטעים כבדים עם מספר מעברי ריתוך

סביבות חמות מרוכזות גופרתית או חומצה זרחתית

חיי שירות-ארוכי טווח הם קריטיים ובדיקה חוזרת- קשה

בחר 316 כאשר:

חלקים ישמשו במצב חישול (-אספקה) בלבד

ריתוך יתבצע לאחר חישול פתרון מלא

תקציב וזמינות החומר הם אילוצים עיקריים

טמפרטורת היישום נשארת מתחת ל-400 מעלות בשירות רציף

סובלנות מימדית הדוקה דורשת עיבוד עדין

אם הרכיב שלך ישמש אך ורק במצב הצלחת החישול - ללא ריתוך או עם ריתוך ואחריו חישול פתרון מלא -, אין סיבה לביצועים לשלם את פרמיית ה-316Ti. שתי הדרגות מקבילות בעצם בעמידות בפני קורוזיה ובתכונות מכניות כאשר שתיהן במצב חישול.

יישומי פלדת נירוסטה 316

ציוד לעיבוד מזון ומשקאות (טנקים, מסועים, משטחי עבודה)

כלי ייצור תרופות וצנרת (בשימוש מחושל, מנוקה באופן קבוע)

חומרה ואביזרים ימיים (ציוד סיפון, מעקות, מערכות פליטה ימיות)

חיפוי אדריכלי, כיסויי עמודים ולוחות חזית

צנרת מפעל כימי ומחלפי חום הפועלים מתחת ל-400 מעלות

מכשור וציוד רפואיים וכירורגיים

יישומי לוחות פלדת אל חלד 316Ti

קונכיות דודים, מעטפת אקונומייזר וראשי מחליף חום הפועלים מעל 500 מעלות

כלי זיקוק פטרוכימיים וצנרת המיוצרים בריתוך ללא חישול-אחרי ריתוך

רכיבי מערכת דה-sulfurization גז פליטה (FGD) שבהם קיים עיבוי חומצי

כורים כימיים בטמפרטורה-גבוהה המטפלים בחומצות אורגניות

רכיבי מערכת קיטור ועיבוי של תחנת כוח

מערכות CIP של מוצרי חלב ומבשלות בירה (נקי-במקום-במקום) עם מחזורי ריתוך וניקוי חומצה כבדים

ש: האם 316Ti טוב יותר מ-316 בכל המצבים?

ת: לא. 316Ti עדיף במיוחד כאשר רכיבים מרותכים יפעלו בטווח טמפרטורת הרגישות (425-850 מעלות) ללא חישול לאחר-ריתוך. במצב חישול, שתי הדרגות מציעות עמידות בפני קורוזיה ותכונות מכניות שוות. תקן 316 מועדף כאשר עלות, זמינות ויכולת עיבוד הם בראש סדר העדיפויות.

ש: האם אני יכול להחליף את 316Ti ב-316 ללא שינויי עיצוב?

ת: כן, ברוב המקרים. 316Ti היא ירידה- בשדרוג על פני 316 - אותם תקני מימד, אותם מינימום מכאניים, אותה עמידות בפני קורוזיה במצב חישול. הליכי הייצור לריתוך עשויים להיות שונים במקצת (משתמשים במתכת מילוי 316Ti או חומר מילוי 316L). אשר תמיד עם קוד העיצוב הרלוונטי (ASME, EN וכו') ש-316Ti רשום עבור דרגת הלחץ ותנאי השירות שלך.

ש: האם 316Ti זהה ל-316L מבחינת ביצועי הריתוך?

ת: לא. 316L (דל פחמן, פחות או שווה ל-0.030% C) מפחית את - אך אינו מבטל את הסיכון לרגישות - על ידי הגבלת כמות הפחמן הזמינה ליצירת כרום קרבידים. בטמפרטורות גבוהות מאוד או עם קירור איטי, 316L עדיין יכול לעשות רגישות. 316Ti מבטל את הסיכון על ידי לכידת פחמן כ-TiC ללא קשר לחשיפה לטמפרטורה. עבור היישומים התובעניים ביותר, 316Ti מספק את ההגנה האמינה ביותר.

ש: באיזו מתכת מילוי עלי להשתמש כדי לרתך 316Ti?

ת: ההמלצה הסטנדרטית היא חוט מילוי ER316Ti או אלקטרודת E316Ti, התואמת את כימיה המתכת הבסיסית כולל מייצב הטיטניום. לחלופין, ER316L (דל פחמן, ללא טיטניום) נמצא בשימוש נרחב עבור ריתוכים של 316Ti ביישומי טמפרטורה- נמוכים יותר מכיוון שמתכת הריתוך עצמה אינה מיוצבת - עם זאת, מתכת בסיס 316Ti כן. עיין תמיד במפרט נוהל הריתוך הרלוונטי (WPS) עבור היישום שלך.

ש: מהם הכינויים הבינלאומיים ל-316Ti?

ת: 316Ti ידוע במספר כינויים מקבילים: AISI 316Ti (ארה"ב), UNS S31635 (ארה"ב), EN 1.4571 (אירופה), X6CrNiMoTi17-12-2 (סמל כימי גרמני/אירופי) ו-GOST 10Kh17N13M2T (רוסיה). בעת הזמנה בינלאומית, אשר את ההרכב הכימי ואת דוח הבדיקה במקום להסתמך על שם הייעוד בלבד, שכן מוסכמות השמות של '316Ti' משתנות מעט בהתאם לתקן.