316L לעומת 316H נירוסטה: תכולת פחמן, חוזק זחילה ובחירת טמפרטורה גבוהה-

בקש מכל מהנדס חומרים לציין את שתי הפלדות הנירוסטה האוסטניטיות הנפוצות ביותר, והוא יגיד316Lו-316H - לעתים קרובות מבלי להבין ששני ה"אחים" הללו תוכננו לעבודות הפוכות לחלוטין. 316L הוא סוס העבודה הניתן לריתוך,-העמיד בפני קורוזיה של מפעלים כימיים, ציוד ימי ועיבוד מזון. 316H הוא מומחה הטמפרטורות-הגבוהות, בנוי כדי לעמוד בפני זחילה מתכת{6} תחת עיוות מתכת{6} טמפרטורה מוגברת במשך שנים או עשרות שנים.

כל ההבדל בין שתי הדרגות מסתכם בשני משתנים: תכולת פחמן וגודל גרגר. 316L מכסה פחמן ב-0.03% כדי למנוע רגישות לריתוך. 316H דורש פחמן בין 0.04% ל-0.10% בתוספת גודל גרגר גס של ASTM No. 7 או חוזק גס יותר, שניהם. זו לא השוואה "טובה יותר או גרועה יותר" - היא השוואה של "כלי מתאים לטמפרטורה הנכונה". שימוש ב-316L מעל 425 מעלות (800 מעלות פרנהייט) בשירות לחץ עלול לסכן כשל בזחילה; שימוש ב-316H עבור מיכל כימי מרותך מזמין קורוזיה בין-גרגירית. בחירה בדרגה הלא נכונה בשני הכיוונים גרמה להשבתת מפעלים, קרעים בכלי הדם ולכשלים קטסטרופליים.

כלל ההחלטה במשפט אחד: מתחת ל-425 מעלות (800 מעלות F) ומרותך או קורוזיה-קריטי, בחר 316L; מעל 425 מעלות כאשר חוזק הזחילה ודירוג הטמפרטורה הגבוה- של קוד ASME חשוב, בחר 316H. שני הציונים משלימים, אינם ניתנים להחלפה - והבלבול ביניהם הוא אחת משגיאות הבחירה החומריות- השכיחות ביותר בתעשיות התהליך והכוח.

הרכב כימי - תכולת פחמן ודרישת גודל הדגן

316L ו316Hחולקים את אותה כימיה הליבה של - 16-18% כרום, 10-14% ניקל ו-2-3% מוליבדן - ושונים בתכולת הפחמן ובגודל הגרגירים. 316L caps פחמן ב-0.03% (יכולת ריתוך מקסימלית), בעוד ש-316H מציין פחמן של 0.104 גרגירים ב-0. לא. 7 או גס יותר. המוליבדן בשתי הכיתות הוא מה שמפריד בין משפחת 316 כולה ל-304: הוא מספק עמידות בפני חריצים וקורוזיה בסביבות כלוריד.

גם 316L (UNS S31603) וגם 316H (UNS S31609) הם מוליבדן-שנושאים פלדות אל-חלד אוסטניטיות בסדרת 300. ה-"L" ב-316L מייצג "פחמן נמוך" (פחות או שווה ל-0.03%). ה-"H" ב-316H מייצג "High Carbon" (0.04-0.10%), והוא נושא דרישה נוספת שאין לאף כיתה אחרת מסדרת 300: גודל גרגר גס של ASTM No. 7 או גס יותר. דרישת גודל גרגירים זו היא מה שעושה את 316H שונה מהותית מרגיל 316 עם פחמן מוגבר בלבד - הגרגר הגס חיוני לעמידות לזחילה, והוא מאומת על ידי בדיקה מיקרו-מבנה בדוח הבדיקה של הטחנה.

מדוע תוכן פחמן מכוון את שתי הדרגות לכיוונים מנוגדים?

פחמן ממלא שני תפקידים מנוגדים בסדרת הנירוסטה 316-. בטמפרטורה גבוהה, פחמן מחזק את המתכת על ידי יצירת משקעי כרום קרביד עדינים שמצמידים את גבולות הגרגרים נגד עיוות זחילה - זו הסיבה ש-316H צריך 0.04% מינימום פחמן. אבל במהלך הריתוך, אותו פחמן נודד לגבולות התבואה ומדלדל את הכרום, מה שגורם לקורוזיה בין-גרגירית (רגישות) - זו הסיבה ש-316L מכסה פחמן ב-0.03%. בקיצור: פחמן הוא המקור של 316H לחוזק-בטמפרטורה גבוהה, והיעדר פחמן של 316L הוא המקור לשלמות הריתוך שלו. אתה לא יכול לקבל את שני היתרונות בכימיה אחת - וזו הסיבה ששתי הדרגות קיימות.

כדי להבין את הסחר- הזה, דמיין שאטומי פחמן עושים שתי עבודות שונות בשתי טמפרטורות שונות. בטווח הרגישות של 425-870 מעלות (800-1,600 מעלות פרנהייט) - שמגיעים באזור-המושפע של חום של ריתוך - פחמן מגיב עם כרום ליצירת כרום קרבידים בגבולות התבואה, ויוצר גזירה מיקרוסקופית של המתכת הסובבת נתיבים. 316הפחמן הנמוך במיוחד-של L אומר שאין מספיק פחמן כדי לגרום לנזק זה, ולכן 316L מרותך נשאר עמיד בפני קורוזיה ללא טיפול בחום לאחר הריתוך.

אבל בטמפרטורה גבוהה מתמשכת (בערך 500-700 מעלות), הסיפור מתהפך. זחילה - המתיחה האיטית של מתכת בעומס - מתרחשת בעיקר על ידי החלקה של גבולות גרגרים זה על פני זה ועל ידי תנועת נקע. פיזור עדין של חלקיקי כרום קרביד בגבולות התבואה פועל כמו פינים שנועלים את הגבולות במקומם, ומאטים את הזחילה באופן דרמטי. זה בדיוק מנגנון החיזוק שהפחמן הגבוה יותר של 316H מספק . 316L, כמעט ללא פחמן ליצירת הקרבידים הצמודים הללו, זוחל מהר יותר בטמפרטורה גבוהה. נוסף ליתרון, גודל הגרגיר הגס של 316H פירושו פחות גבולות גרגרים ליחידת נפח - ומכיוון שגבולות גרגרים הם החוליה החלשה בזחילה, פחות גבולות שווים עמידות טובה יותר לזחילה.

דרישת גודל הגרגרים - מה הופך את 316H באמת ל-"H"

דרישת גודל הגרגירים של ASTM No. 7 או גס יותר היא התכונה המגדירה שמפרידה בין 316H לפחמן 316 גבוה- רגיל. גרגרים גסים מפחיתים את שטח הגבול הכולל של -הגרגרים, ומכיוון שעיוות הזחילה מרוכז בגבולות התבואה, חומר גס{5} עדיף{5} גרגירים עדין{5}} מאותה כימיה. זו הסיבה שדוח בדיקת חומר עבור 316H חייב להראות את גודל הגרגיר - חומר 316 עם הפחמן הנכון אבל גרגר עדין אינו 316H ולא יבצע אותו דבר בשירות זחילה.

גודל גרגר נמדד על ידי ASTM E112 ומדווח כמספר; מספרים גבוהים יותר פירושם גרגירים עדינים יותר. ל-316L חישול טיפוסי יש גודל גרגר של ASTM No. 5-8, לרוב בצד העדין יותר לאחר חישול התמיסה. 316H מיוצר בכוונה עם גודל גרגר של ASTM No. 7 או גס יותר (בדרך כלל No. 3-7 בפועל), המושג באמצעות טמפרטורת חישול פתרון- מבוקרת. זהו אחד המקרים הבודדים בנירוסטה שבהם מבנה מיקרו "גס" יותר הוא "טוב יותר" - נקודה מנוגדת לאינטואיציה שמבלבלת מהנדסים שלמדו שגודל גרגר עדין משפר את חוזק-טמפרטורת החדר ואת הקשיחות. האמת היא שדגנים עדינים עוזרים בטמפרטורת החדר, אבל גרגיר גס מנצח בטמפרטורות זחילה.

[מקור] ASTM A240/A240M - מפרט סטנדרטי לכרום וכרום-לוח, גיליון ורצועה נירוסטה ניקל. ASTM E112 - שיטות בדיקה סטנדרטיות לקביעת גודל גרגר ממוצע.

מאפיינים מכניים

בטמפרטורת החדר במצב חישול, ל-316H יש מתיחה וחוזק תנובה מעט גבוהים יותר מ-316L (515 MPa מול 485 MPa מתיחה; 205 MPa לעומת 170 MPa תפוקה), מכיוון שתכולת הפחמן הגבוהה יותר מספקת חיזוק משקעים מתון. עם זאת, ההבדל הזה של 6-15% הוא קטן, ושתי הדרגות הן רקע וניתנות לצורה. הפרש חוזק-טמפרטורת החדר אינו הסיבה לבחור בדרגה אחת על פני השנייה - המבדיל האמיתי מופיע רק בטמפרטורה גבוהה.

חוזק-טמפרטורה מוגברת וחלוקת המתח המותרת ASME

ההבדל המכאני המכריע מופיע מעל כ-425 מעלות (800 מעלות F). קוד הדוד וכלי הלחץ של ASME סעיף II, חלק D מפרט ערכי מתח מותרים עבור 316L רק עד 800 מעלות F (427 מעלות ) - מעבר לכך, ל-316L אין מתח מותר רשום בקוד- כי חוזק הזחילה שלו אינו מובטח באופן מהימן. 316H, לעומת זאת, (1,500 מעלות F) (לעומת זאת, 1,500 מעלות F). עובדה יחידה זו היא הכלל המעשי השולט בכל החלטת הבחירה של 316L לעומת 316H בתכנון כלי הלחץ והצנרת.

הסיבה לתקרה של 800 מעלות פרנהייט (427 מעלות) ב-316L היא זחילה. בטמפרטורות מעל פי 0.4 בערך מנקודת ההיתוך (מתבטאת בקלווין), מתכות מתחילות להתעוות לצמיתות תחת עומסים הרבה מתחת לחוזק התפוקה של טמפרטורת החדר שלהן.- עבור נירוסטה אוסטניטית, משטר זחילה זה מתחיל בסביבות 500 מעלות (930 מעלות F), וב-600 מעלות (1,112 מעלות F) הוא שולט בעיצוב. מכיוון של-316L אין לא פחמן ולא גרגר גס כדי לעמוד בפני זחילה, ASME פשוט לא מפרסמת מתחים מותרים עבורו מעל 800 מעלות F - מעצב ממש לא יכול להשתמש ב-316L עבור רכיב לחץ מוטבע בקוד-ב-600 מעלות . 316H Code creep{20} מותר ספציפית{20} כל הדרך עד 1,500 מעלות פרנהייט (816 מעלות).

[מקור] ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section II, Part D - Properties (Metric). הערכים המוצגים הם מייצגים; עיין במהדורת הקוד הנוכחית לעיצוב.

כוח זחילה

זחילה היא עיוות איטי וקבוע של מתכת המוחזקת תחת לחץ בטמפרטורה גבוהה - אפילו בלחץ הרחק מתחת לחוזק התפוקה של טמפרטורת החדר שלה.- צינור שמחזיק בקלות 100 בר ב-20 מעלות יכול, ב-600 מעלות, להתנפח לאט, להתדלדל ולהיקרע במשך חודשים או שנים תחת אותו לחץ. זחילה הוא מנגנון הכשל הדומיננטי בציוד-בטמפרטורה גבוהה כגון צינורות דוודים, ראשי חימום-על, צינורות תנורי זיקוק וצנרת קיטור - ודווקא מצב הכשל ש-316H מתוכנן להתנגד לו ו-316L לא.

כדי להבין זחילה אינטואיטיבית, חשבו על למתוח חתיכת קרמל חם או גבינה רכה. משוך בעדינות והוא נמתח לאט ולתמיד - הוא לא נצמד לאחור. מתכות עושות את אותו הדבר בטמפרטורה גבוהה: האטומים בתוך המתכת מקבלים מספיק אנרגיה תרמית כדי לנוע ולהתארגן מחדש תחת עומס. עם הזמן, תנועה אטומית זו מצטברת כדפורמציה קבועה. בטמפרטורת החדר, התנועה הזו כל כך איטית שהיא לא רלוונטית לאורך חיי אדם. ב-600 מעלות, זה קורה מהר מספיק כדי לקרוע מיכל לחץ תוך כמה שנים - וזו הסיבה שזחילה, לא חוזק תנובה, שולט בתכנון-טמפרטורות גבוהות.

זחילה מאופיינת בדרך כלל על ידי חוזק קרע הזחילה: הלחץ הגורם לשבר לאחר זמן מוגדר בטמפרטורה מוגדרת, המדווח בדרך כלל ב-100,000 שעות (כ-11.4 שנים). לדוגמה, חומר עשוי להיות בעל חוזק קרע זחילה של 100,000-שעות של 100 MPa ב-600 מעלות, כלומר רכיב שנטען ל-100 MPa ישרוד, בממוצע, 100,000 שעות לפני הקרע. קודי עיצוב משתמשים בערכי קריעת זחילה אלה, חלקי מקדם בטיחות, כדי להגדיר את הלחץ המותר בטמפרטורה גבוהה - וזו הסיבה של-316L אין לחץ מותר מעל 800 מעלות F.

מדוע 316H מתנגד לזחילה טוב יותר מ-316L

316H מתנגד לזחילה דרך שני מנגנוני חיזוק שחסרים ל-316L: (1) פחמן גבוה יותר (0.04-0.10%) יוצר משקעי כרום קרביד עדינים בגבולות התבואה, שמצמידים את הגבולות ומונעים מהם להחליק; (2) גודל גרגר גס (ASTM No. 7 או גס יותר) פירושו פחות גבולות גרגרים ליחידת נפח, ומכיוון שגבולות גרגרים הם החוליה החלשה בזחילה, פחות גבולות שווים פחות לזחילה. 316L אין אף מנגנון, ולכן הוא זוחל מהר יותר בטמפרטורה גבוהה.

מנגנון 1 - הצמדת קרביד. ב-316H, הפחמן יוצר פיזור של קרבידים M₂₃C₆ עשירים בכרום בגבולות התבואה. קרבידים אלה פועלים כמו פינים הננעצים דרך גבולות התבואה, נועלים גרגרים סמוכים זה לזה ומתנגדים להחלקת הגבול שמניעה עיוות זחילה. 316L, כמעט ללא פחמן, יוצר הרבה פחות מהקרבידים הצמודים הללו, כך שגבולות התבואה שלו מחליקים בצורה חופשית יותר תחת עומס בטמפרטורה גבוהה.

מנגנון 2 - גרגר גס. עיוות זחילה מתרכז בגבולות התבואה מכיוון שהגבולות הם המקום שבו המבנה האטומי אינו מסודר. לחומר דק-יש גבולות רבים (יותר קישורים חלשים); לחומר גס-גרגרים יש מעט. על ידי דרישת ASTM גודל גרגר No. 7 או גס יותר, 316H ממזער את מספר הקישורים החלשים, ומפחית ישירות את קצב הזחילה. זהו מקרה נדיר במטלורגיה שבו עדיף - גס יותר - בדיוק ההפך מהעדפת הדגנים העדינים- עבור חוזק וקשיחות בטמפרטורת החדר.

ההשפעה המשולבת היא משמעותית. ב-600 מעלות (1,112 מעלות פרנהייט), חוזק הפריצה בזחילה של 100,000-שעות של 316H גבוה בערך ב-30-60% מזה של 316L של כימיה בסיס שווה ערך. מבחינה מעשית, צינור דוד 316H יכול לשאת את אותו עומס קיטור ב-600 מעלות למשך פי שניים עד שלוש יותר מצינור 316L - או לשאת עומס גבוה יותר במשך אותו חיי עיצוב. עבור ציוד עם אורך חיים עיצובי של 20-30 שנה, ההבדל הזה הוא ההבדל בין הצלחה לכישלון בטרם עת.

Creep Applications - איפה 316H מרוויח

316H הוא החומר הסטנדרטי לשירות-טמפרטורות גבוהות בטווח של 500-700 מעלות (930-1,290 מעלות פרנהייט), במיוחד בייצור חשמל וזיקוק: מחמם-על של דוודים וצינורות מחממים חוזרים, כותרות קיטור וצנרת קיטור, תנור זיקוק וצינורות{8} גבוהים של מערכות זיקוק ותנורים. צינורות מחליף חום{{9}. הוא נבחר במיוחד כאשר-חוזק הזחילה לטווח ארוך - לא רק חוזק חם לטווח קצר - הוא קריטריון העיצוב השולט.

בחירת-טמפרטורה גבוהה

המספר החשוב היחיד בהחלטת 316L לעומת 316H הוא 425 מעלות (800 מעלות F). מתחת לטמפרטורה זו, 316L מקובל לחלוטין והוא בדרך כלל הבחירה הטובה יותר בגלל יכולת הריתוך והעמידות שלו בפני קורוזיה בין-גרגירית. מעל טמפרטורה זו, בכל יישום לחץ הנשלט על-קוד, 316L אסור ו-316H (או סגסוגת{10}}אחרת מדורגת זחילה) הופכת לחובה. שנן את הסף הזה: הוא פותר את הרוב המכריע של שאלות 316L לעומת 316H.

מגבלת ה-800 מעלות F עבור דרגות L- אינה שרירותית - היא כתובה ב-ASME BPVC Section II, Part D, אשר פשוט אינו מפרט מתחים מותרים עבור 316L מעל 800 מעלות F. מכיוון ש-ASME Section VIII (כלי לחץ) ו-ASME B31.3 (מאפשרים למעצבים להשתמש בצנרת הניתנים לעיבוד) דורשים מתכננים להשתמש בצנרת אלו. רכיב עם חותמת קוד-לא יכול להשתמש באופן חוקי ב-316L מעל 800 מעלות פרנהייט. זה נכון גם אם ספק אומר לך ש-316L "צריך להחזיק מעמד" ב-600 מעלות - החומר עשוי לשרוד פיזית לזמן מה, אבל אין לו בסיס מאמץ שאושר בקוד- וחיי הזחילה שלו אינם מובטחים.

סולם בחירת טמפרטורה

חמצון - מגבלת הטמפרטורה הגבוהה- האחרת

אפילו ל-316H יש טמפרטורת שירות עליונה. מעל כ-870 מעלות (1,600 מעלות F) באוויר, אבנית תחמוצת הכרום המגינה על 316H מתחילה להתקלקל, ושירות מתמשך גורם לחמצון מתקדם (התרחבות) ואובדן חתך. לשירות מתמשך מעל ל-870 מעלות בערך, עבור לדרגה עמידה בחום-(כגון 310S או 253MA) או לסגסוגת ניקל (כגון Inconel 625 או 601). בין 816 מעלות ל-870 מעלות, ניתן להשתמש ב-316H לסירוגין או תחת עומס קל, אך יש להעריך את חיי החמצון כל מקרה לגופו.

קורוזיה בטמפרטורה- גבוהה שונה מהותית מהקורוזיה המימית השולטת בטמפרטורה נמוכה. בטמפרטורה נמוכה, קורוזיה היא אלקטרוכימית - היא זקוקה לאלקטרוליט נוזלי. בטמפרטורה גבוהה, קורוזיה היא חמצון - המתכת מגיבה ישירות עם חמצן, גופרית או פחמן בגז. הכרום ב-316H יוצר סולם Cr₂O₃ מגן העמיד בפני חמצון עד ל-870 מעלות בערך. מעל זה, האבנית הופכת פחות מגינה, והמתכת הבסיסית נצרכת בהדרגה.

זו הסיבה לבחירת חומר "בטמפרטורה גבוהה" יש שתי שאלות עצמאיות: "האם חוזק הזחילה מספיק?" ו"האם המתכת תתחמצן?" - ועל שניהם יש לענות לפני בחירת ציון.

ריתוך וסנסיטיזציה

הנה האירוניה המרכזית של משפחת 316: הפחמן עצמו שנותן ל-316H את חוזק הזחילה הטמפרטורות הגבוהה שלו-הוא אותו פחמן שהופך את 316H לפגיע לרגישות לריתוך. כאשר 316H מרותך והאזור המושפע-החום עובר ב-425-870 מעלות, הפחמן שלו מושקע כקרבידים של כרום בגבולות התבואה, מדלדל את הכרום ויוצר רגישות לקורוזיה בין-גרעינית אם הרכיב נחשף מאוחר יותר לסביבה{8} כמעט קורוזיבית, ללא פחמן{8}. בצורה נקייה ללא סיכון זה - וזו הסיבה ש-316L היא הבחירה הסטנדרטית לשירות מרותך, בטמפרטורה נמוכה ומאכל.

הסחר-זו הסיבה לכך ששתי הדרגות משלימות ולא מתחרות. 316רכיבי H (צינורות דודים, ראשי קיטור) פועלים מעל 500 מעלות בסביבות קיטור או גז בעירה - שבהן לא מתרחשת קורוזיה בין-גרגירית מימית, ולכן רגישות אינה עניין מעשי סביבות מימיות או חומציות קלות שבהן קורוזיה בין-גרגירית מהווה איום ממשי, ולכן היתרון הנמוך בפחמן חיוני. בחירה בציון שגוי הופכת את ההיגיון הזה ומזמינה כישלון.

תרגול ריתוך עבור 316L לעומת 316H

האם אתה יכול לרתך 316L ל-316H?

כן - 316L ו-316H תואמות מבחינה מתכתית וניתן לרתך יחד, אבל יש להתייחס לטמפרטורת המילוי וטמפרטורת השירות יחד. לחיבור בטמפרטורה- נמוכה, השתמש בחומר מילוי ER316L כדי שהמתכת הריתוך תתנגד לרגישות. עבור מפרק זחילה בטמפרטורה-גבוהה, למתכת הריתוך חייבת להיות פחמן תואם וחוזק זחילה זהה למתכת הבסיס 316H - שימוש בחומר מילוי פחמן נמוך- במפרק זחילה יוצר חוליה חלשה שתיכשל{10}}תחילה. עיין בקוד הרלוונטי (ASME B31.3, סעיף VIII) עבור דרישות מתכת המילוי הספציפיות של מפרקים בטמפרטורה גבוהה- של 316H.

זוהי נקודה עדינה אך חשובה שלעתים קרובות מהנדסים מפספסים. בחיבור מרותך בטמפרטורת החדר, מתכת הריתוך בדרך כלל חזקה יותר מהמתכת הבסיסית, כך שריתוך מעט חלש יותר עדיין מקובל. אבל בשירות זחילה, האזור המושפע ממתכת וחום-יכולים להיות החלקים- החלשים ביותר של המפרק. חומר מילוי בנפח 316L המופקד במפרק זחילה של 316H הוא בעל פחמן נמוך יותר וגרעינים עדינים יותר מאשר למתכת הבסיס 316H, כך שהוא יזחל ויפרץ תחילה - תופעה המכונה "הפחתת חיי זחילה בריתוכים". עבור ריתוכים קריטיים בטמפרטורה{10}}גבוהה, יש להתאים בקפידה את כימיית המילוי, מבנה הגרגירים ואפילו טיפול החום של הריתוך כדי לשמר את חיי הזחילה.

עמידות בפני קורוזיה - מימית לעומת טמפרטורה- גבוהה

עבור עמידות כללית בפני קורוזיה, חריצים ועמידות בפני קורוזיה בסביבות מימיות, 316L ו-316H שקולות למעשה, מכיוון שתכונות אלו נשלטות על ידי כרום, ניקל ומוליבדן - זהים בשתי הדרגות. לשניהם יש PREN (מספר שווה ערך להתנגדות פיתול) של כ-24-25, מה שהופך את שניהם מתאימים לחשיפה קלה לכלוריד אך לא לשירות חמור של מי ים. הפרש הקורוזיה בין הדרגות מופיע רק לאחר ריתוך (רגישות) ובטמפרטורה גבוהה (חמצון).

תכולת המוליבדן (2-3%) היא מה שנותן לכל משפחת 316 את היתרון שלה על פני 304. מוליבדן משפר באופן דרמטי את העמידות בפני קורוזיה וחריצים בסביבות כלוריד. זו הסיבה ש-316/316L/316H הם הפלדות אל-חלד הסטנדרטיות "ימי- ו"כימי-דרגה, בעוד ש-304 היא הדרגה הסטנדרטית "למטרה כללית-. מכיוון ש-316L ו-316H חולקים את אותה תכולת מוליבדן, העמידות שלהם בפני בור כלוריד זהה - לייעוד "L" או "H" אין כל קשר למאפיין זה.

קורוזיה בין-גרגירית - כאשר הציונים מתפצלים לאחר הריתוך

לאחר הריתוך, התנהגות הקורוזיה של 316L ו-316H מתפצלת בחדות. 316L מתנגדת לקורוזיה בין-גרעינית במצב -מרותך מכיוון שהפחמן הנמוך שלו מונע משקעים של כרום קרביד באזור-המושפע בחום. 316H, עם 90.04% פחמן לקרוא,{0}04. במהלך הריתוך, ורכיב 316H מרותך שנחשף לסביבה מימית קורוזיבית מתחת ל-400 מעלות בערך יסבול מהתקפה בין-גרעינית באזור{12}}החום הריתוך המושפע. זו הסיבה ש-316H מרותך שמור לשירות ללא מים בטמפרטורה-גבוהה.

קורוזיה בין-גרעינית (IGC) היא מצב הכשל שדרגות "L" נוצרו כדי למנוע. היא מתרחשת כאשר נוצרים כרום קרבידים בגבולות הגרגרים במהלך הריתוך, ומדלדלים את המתכת הסמוכה מכרום מתחת לסף הסרט הפסיבי של ~12%-. לאחר מכן, הגבולות המדוללים מתכלים באופן מועדף, מה שגורם למתכת לאבד חוזק ובסופו של דבר להיכשל לאורך גבולות התבואה. 316H מכילה פחמן בכוונה, ולכן היא נוטה מטבעה לרגישות-. עבור כל רכיב מרותך שיראה מים, כימיקלים בתהליך, או אפילו אוויר לח בטמפרטורה נמוכה, 316L - לא 316H - היא הבחירה הנכונה. לעומת זאת, עבור צינור דוד ב-600 מעלות בקיטור יבש, הרגישות אינה רלוונטית, ו-316H נכון.

חמצון וקרבוריזציה-בטמפרטורה גבוהה

בטמפרטורה גבוהה, מנגנוני הקורוזיה הרלוונטיים עוברים מהתקפה מימית לחמצון, סולפידציה וקרבוריזציה. כאן, 316H מתפקד טוב (או מעט טוב יותר) מ-316L, מכיוון שעמידות החמצון נשלטת על ידי כרום - זהה בשתי הדרגות - והפחמן הגבוה יותר של 316H יכול אפילו לשפר את העמידות בפני קרבוריזציה על ידי רוויה מראש של פני השטח בפחמן. שתי הדרגות יוצרות סולם Cr₂O₃ מגן עד ל-870 מעלות בערך, שמעליו נדרשת סגסוגת-עמידה בחום או{10}}על בסיס ניקל.

בשירותי תנורים ורפורמרים, קרבוריזציה - ספיגת הפחמן מגז התהליך למתכת - היא מנגנון פירוק נפוץ שמשבר את הסגסוגת. מכיוון ש-316H כבר מכיל יותר פחמן, יש לו "קיבולת" פחמן גבוהה יותר לפני שהקרבוריזציה הופכת למזיק, מה שנותן לו יתרון קל מעל 316L באטמוספרות קרבור. זו סיבה נוספת לכך ש-316H היא הדרגה המועדפת בשירותי זיקוק ופטרוכימיים. עם זאת, עבור אטמוספרות גופרית (-H₂S גבוהות) בטמפרטורה גבוהה, אף אחת מהדרגות אינה אידיאלית, ויש לשקול סגסוגת ניקל גבוהה יותר, כגון Incoloy 825 או Inconel 625.

עלות וזמינות

316L ו-316H מתומחרות בעצם זהה - ההבדל בעלויות הוא זניח (בדרך כלל בתוך 2-5%, ולעתים קרובות אפסי) מכיוון ששתי הדרגות מיוצרות באותו מסלול זיקוק AOD וההבדל הוא רק התאמת פחמן צנועה בתוספת שלב בקרה בגודל גרגר. פירוש הדבר שהעלות לעולם לא תניע את החלטת 316L לעומת 316H; הבחירה צריכה להיעשות לחלוטין על בסיס טמפרטורת עבודה, ריתוך ודרישות קורוזיה.

שלא כמו 304L לעומת 304 - שבו דרגת -L נושאת פרמיה קטנה על פני 304 - סטנדרטית, ההשוואה בין 316L ל-316H היא בערך-ניטראלית במחיר. שתי הציונים מחייבות אותו מחיר סגסוגת בסיס (מונע על ידי תכולת מוליבדן של 2-3%, שהוא המרכיב היקר), והעלות המצטברת של השגת טווח הפחמן והגרעין הגס של 316H היא מינורית. זה למרבה המזל, כי זה מסיר את המחיר מהמשוואה לחלוטין: מהנדסים יכולים לבחור אך ורק על בסיס טכני, וזו בדיוק הדרך שבה צריך לקבל החלטה קריטית לבטיחות.

זְמִינוּת

316L היא הנירוסטה הנפוצה והזמינה ביותר בעולם, זמינה בכל צורת מוצר (גיליון, צלחת, מוט, צינור, צינור, אביזרי אוגנים) למעשה מכל מפיץ ומפעל נירוסטה. 316H פחות נפוץ אך עדיין זמין, במיוחד בצורת המוצר הצינורי (ASTM A213/A316H) צלחת (ASTM A213/31612 A213/A316H) משמש ביישומי כוח וזיקוק. עבור יישומי לחץ-בטמפרטורה גבוהה, זמינות 316H מבוססת היטב באמצעות טחנות המשרתות את תעשיית הדוודים והפטרוכימיה.

הערה מעשית: מכיוון ש-316L כה דומיננטי בשוק, מפיצים ויצרנים רבים משתמשים בו כברירת מחדל - אפילו עבור יישומים שצריכים להשתמש ב-316H. בעת הזמנה עבור שירות-בטמפרטורה גבוהה, ציין במפורש "316H" וודא בדוח בדיקת החומר כי (1) פחמן הוא 0.04-0.10%, ו-(2) גודל הגרגירים הוא ASTM No. 7 או גס יותר. חומר שעומד רק בכימיה של 316 (עם 0.08% מקסימום פחמן) אך חסר את הדרישה לגודל גרגר אינו 316H ולא יספק את ביצועי הזחילה הנדרשים.

שאלות נפוצות

ש: מה מסמל ה-H ב-316H?

ת: "H" מייצג "High Carbon". 316H מציין תכולת פחמן של 0.04-0.10% (גבוהה מ-0.03% מקסימום של 316L) בתוספת גודל גרגר גס של ASTM No. 7 או גס יותר. יחד, שתי התכונות הללו ממקסמות את חוזק הזחילה עבור שירות-בטמפרטורה גבוהה. הכינוי "H" הוצג כדי להבחין בין זחילה-למדורג 316 מ-316 רגיל ומ-316L דל פחמן.

ש: האם 316H חזק יותר מ-316L?

ת: בטמפרטורת החדר, ל-316H יש חוזק מינימלי מעט גבוה יותר (515 MPa מול מתיחה של 485 MPa; תפוקה של 205 MPa מול 170 MPa). אבל ההבדל המשמעותי הוא בטמפרטורה גבוהה: מעל 425 מעלות (800 מעלות פרנהייט), 316H שומר על חוזק זחילה גבוה בהרבה מ-316 ליטר, ו-316H הוא היחיד מבין השניים עם ערכי מתח מותרים בקוד-מעל 800 מעלות פרנהייט. עבור יישומי טמפרטורת-חדר, ההבדל בחוזק קטן מדי.

ש: האם אוכל להשתמש ב-316L במקום 316H בטמפרטורה גבוהה?

ת: לא עבור שירות לחץ ASME Code מעל 425 מעלות (800 מעלות פרנהייט) . 316ל L אין קוד- מתח מותר מעל טמפרטורה זו מכיוון שהפחמן הנמוך והגרגיר העדין שלו אינם יכולים להבטיח עמידות בזחילה. עבור טמפרטורות מעל 425 מעלות ביישומי לחץ, השתמש ב-316H. עבור יישומים ללא-לחץ או טעון קל, לפעמים נעשה שימוש ב-316L עד 450 מעלות בערך, אבל זה מחוץ לתרגול הקוד ויש לעשות זאת בזהירות הנדסית.

ש: האם ניתן לרתך 316H?

ת: כן, 316H ניתן לריתוך, אבל הפחמן הגבוה שלו הופך את האזור המושפע מהחום לרגיש לרגישות (משקעי כרום קרביד) במהלך הריתוך. זה מקובל עבור שירות-בטמפרטורה גבוהה, לא-מימי, שבהם לא מתרחשת קורוזיה בין-גרגירית מימית. אל תשתמש מרותך 316H בשירות מימי קורוזיבי-נמוך - השתמש במקום זאת ב-316L.

ש: מהי טמפרטורת השירות המקסימלית של 316H?

ת: ל-316H יש מתח מותר בקוד ASME המוגדר עד 816 מעלות (1,500 מעלות פרנהייט). עם זאת, עבור שירות מתמשך באוויר, החמצון הופך למגביל מעל כ-870 מעלות (1,600 מעלות פרנהייט). בפועל, 316H משמש לרוב בטווח הזחילה של 500-700 מעלות (930-1,290 מעלות F). מעל ל-870 מעלות רציף בערך, עבור לדרגה עמידה בחום או לסגסוגת ניקל.

ש: מהי טמפרטורת השירות המקסימלית של 316 ליטר?

ת: עבור שירות לחץ ASME Code, 316L מוגבל ל-425 מעלות (800 מעלות F). זו אינה מגבלת קורוזיה אלא מגבלת חוזק-זחילה: מעל 800 מעלות צלזיוס, התנגדות הזחילה של 316L אינה מובטחת באופן מהימן, ולכן לא מתפרסם לחץ מותר. עבור כל רכיב שומר לחץ- מעל 800 מעלות F, השתמש ב-316H.

ש: 316L לעומת 316H לעומת 316 - איך אני בוחר?

ת: השתמש ב-316L עבור מיכלי כימיקלים מרותכים,-קריטיים,-בטמפרטורה-נמוכה (מתחת ל-425 מעלות) - כימיקלים, צנרת ימית, ציוד מזון. השתמש ב-316H לשירותי זחילה -בטמפרטורה גבוהה (425-816 מעלות) - צינורות דוודים, צינורות קיטור, צינורות תנור. השתמש ב-316 רגיל (0.08% מקסימום פחמן) בעיקר כדרגה לשימוש כללי כאשר אף אחד מהם אינו חל, אם כי בפועל 316L החליף במידה רבה את 316 עבור יישומים מרותכים.

ש: איך אני מוודא שאני מקבל 316H ולא 316 או 316L?

ת: בדוק את דוח בדיקת החומר (MTR). עבור 316H, ה-MTR חייב להראות: (1) פחמן 0.04-0.10%, ו-(2) גודל גרגיר ASTM No. 7 או גס יותר. כף יד XRF (PMI) אינו יכול להבחין בין 316/316L/316H מכיוון שהוא אינו יכול למדוד גודל פחמן או גרגר. פחמן חייב להיות מאומת על ידי OES או ניתוח כימי מעבדתי, וגודל גרגירים על ידי בדיקה מטלוגרפית לפי ASTM E112. בקש אישור EN 10204 Type 3.1 כדי לאשר שהחומר הוא אמיתי 316H.