317L לעומת 316L נירוסטה: כאשר תוספת מוליבדן עושה את ההבדל בעמידות הבור

פלדה 316Lהיא הנירוסטה הנפוצה ביותר בשירות קורוזיבי, ומסיבה טובה: היא מרתכת בקלות, עמידה בפני קורוזיה כללית ועולה פחות מרוב הסגסוגות הגבוהות יותר. אבל יש מצב כשל שבו 316L מרפה בשקט למהנדסים - קורוזיה בבור בסביבות עשירות בכלוריד-. מי ים, מי קירור מליחים, מלח כבישים, תמלחות תהליך ואפילו לחות חופי יכולים לגרום ל-316L לפתח בורות זעירים ועמוקים שמתחילים במנהרה דרך קיר המתכת וגורמים לדליפות - לעתים קרובות ללא אזהרה נראית לעין.

317L קיים בדיוק למצב הזה. כל ההבדל בין 316L ל-317L מסתכם באלמנט בודד: מוליבדן. 316L מכיל 2-3% מוליבדן; 317L מכיל 3-4%. תוספת של 1% מוליבדן, בשילוב עם מעט יותר כרום (18-20% לעומת 16-18%), מעלה את התנגדות החריצים של הסגסוגת בערך ב-25% - מספיק כדי להצביע על ההבדל בין מחליף חום שמחזיק מעמד 3 שנים לכזה שמחזיק מעמד 15. ה-"L" בשתי הדרגות פירושו "פחות מ-0% שווה ל-0%, ללא פחמן נקי". רגישות.

אם רכיב ה-316L שלך יראה יוני כלוריד (Cl⁻) - כלורידים חמים או חומציים במיוחד - ובור הוא מצב הכשל שאתה מודאג ממנו, שדרג ל-317L. פרמיית העלות של 15-30% קנתה לך בערך 25% יותר עמידות בפני פיתולים, שזה ביטוח זול מפני כשל בבור כלוריד. אם בסביבה אין כלורידים, 316L הוא בדרך כלל מספיק וחסכוני יותר. בקיצור: 316L הוא ברירת המחדל, 317L הוא שדרוג הכלוריד.

הרכב כימי

316L ו-317L חולקים את אותו בסיס אוסטניטי ואותו פחמן נמוך במיוחד (פחות מ- או שווה ל-0.03%), אך נבדלים זה מזה בשלושה יסודות סגסוגת: מוליבדן (2-3% לעומת 3-4%), כרום (16-18% לעומת 18-% 0.0%) ו-18-% (ניקל) 11-15%). המוליבדן הנוסף הוא ההבדל המכריע - זה היסוד שעמיד בפני קורוזיה וקורוזיה בסביבות כלוריד. כל השאר בשתי הציונים זהה בעצם.

שתי הדרגות שייכות למשפחת הנירוסטה האוסטניטית -סדרה 300 ונושאות את הסיומת "L", כלומר "דל פחמן" (פחות או שווה ל-0.03%) לעמידות מרבית בפני רגישות ריתוך. מוליבדן הוא מרכיב הסגסוג המגדיר המפריד בין משפחת 316/317 לבין 304 רגיל. ב-316L, מוליבדן נע בין 2% ל-3%. ב-317L הוא נע בין 3% ל-4%. זוהי קפיצה משמעותית: מוליבדן יקר וחזק, והמעבר מ-2.5% ל-3.5% מוליבדן הוא מה שהופך את 316L לסגסוגת "ימית".

מדוע מוליבדן מתנגד לגיחות - המדע בשפה פשוטה

מוליבדן מתנגד להתפרצות כיוון שהוא הופך את סרט תחמוצת הכרום המגן על משטח הפלדה לחזק יותר ומתקן את עצמו יותר-. כאשר יון כלוריד תוקף נקודת תורפה בסרט, המוליבדן בסגסוגת מגיב עם מים ליצירת מוליבדטים, אשר -מתקנים מחדש את הסרט הפגוע. יותר מוליבדן=תיקון עצמי- מהיר ושלם יותר=פחות בורות שגדלים לדליפות. זו הסיבה שעמידות החריצים של קשקשים מפלדת אל חלד מצטמצמת כמעט ישירות עם תכולת מוליבדן.

נירוסטה עמידה בפני קורוזיה בגלל שכבת תחמוצת כרום (Cr₂O₃) בלתי נראית -מתרפאת, שנוצרת על פני השטח שלה בנוכחות חמצן. עובי הסרט הזה הוא רק כמה ננומטרים - דק יותר אלפי מונים משערת אדם - ובכל זאת הוא מה שהופך את הנירוסטה ל"נירוסטה". הבעיה היא שיוני כלוריד הם שוברי סרטים אגרסיביים-. יון כלורי יכול לנקב דרך סרט התחמוצת בנקודת תורפה מיקרוסקופית (הכללת גופרית, שריטה, גבול גרגר) ולתקוף את המתכת החשופה שמתחתיו.

ברגע שמתחיל בור, הוא -מאיץ בעצמו: החלק הפנימי של הבור הופך לחומצי ומורעב בחמצן, מה שמונע מהסרט להיווצר מחדש- בעוד המתכת שמסביב נשארת פסיבית. זה יוצר תא גלווני זעיר - סוללה מיניאטורית - כאשר פנים הבור הוא האנודה (החלודה במהירות) והמשטח שמסביב הוא הקתודה (מוגנת). התוצאה היא חור צר ועמוק שיכול לעבור דרך כל עובי הקיר בעוד שאר המשטח נראה לא נגע. פיתול הוא מסוכן בדיוק בגלל שהוא מקומי: צינור יכול לאבד 0.01% ממשקלו הכולל לקורוזיה אך להיכשל לחלוטין מבור יחיד דרך-קיר.

מוליבדן מפריע לתהליך זה. המוליבדן בסגסוגת מתמוסס לתמיסת הבור ועוזר -להפסיבי מחדש את פני המתכת, ויוצרים תרכובות מוליבדאט שחוסמות את ההתקפה ומאפשרות לסרט התחמוצת להיווצר מחדש-. מוליבדן גבוה יותר פירושו שהסגסוגת יכולה לתקן נזקי סרט מהר יותר ממה שהכלורידים יכולים לשבור אותו. זו הסיבה לכך ש-317L, עם ~3.5% מוליבדן, עמיד בפני גלים טוב יותר משמעותית מ-316L עם ~2.5%.

PREN - המספר שמכמת את התנגדות הבורות

PREN (מספר שווה להתנגדות בור) היא הדרך הסטנדרטית לדירוג פלדות אל חלד עבור עמידות בבור: ל-PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L יש PREN של כ-24-26; ל-317L יש PREN של בערך 29-31. הפער הזה של 5 נקודות מייצג שיפור אמיתי וניתן למדידה בעמידות בפני כלוריד - והוא נובע כמעט לחלוטין מהמוליבדן הנוסף של 1%.

נוסחת PREN היא כלי סינון מהיר, לא ערובה. זה אומר לך, במספר בודד, אם ציון הוא מועמד סביר עבור סביבת כלוריד נתונה. ככלל אצבע: PREN מתחת ל-20 אינו מתאים לכל חשיפה משמעותית לכלוריד; PREN 20-30 מטפל בכלורידים מתונים עד בינוניים (מים מליחים, התזת מי ים קלה); PREN 30-40 מטפל בכלורידים אגרסיביים (טבילה במי ים, תמלחות חמות); PREN מעל 40 נדרש עבור שירות חמור (מי ים חמים, אקונומיקה, כלורידים חומציים). שימו לב היכן נופלים 316L ו-317L: 316L יושב ליד החלק התחתון של הרצועה "המתונה", בעוד 317L מגיע לראשו - עלייה משמעותית, אם כי עדיין מתחת לסגסוגות אמיתיות בדרגת מי ים.

עמידות בפני קורוזיה

בסביבות המכילות כלוריד-, 317L עמיד יותר בפני קורוזיה וחריצים מאשר 316L. טמפרטורת הגלילה הקריטית (CPT) של 317L היא בערך 25-35 מעלות, לעומת 15-20 מעלות עבור 316L - כלומר 317L יכול לסבול תמיסות כלוריד חמות יותר ב-10-15 מעלות לפני תחילת הפירוק. עבור קורוזיה של חריצים, הפער דומה: 317L שורד בתנאי כלוריד שיחלידו במהירות את 316L, במיוחד תחת אטמים, משקעים ומחברים.

קורוזיה בבור היא ההתקפה המקומית המייצרת חורים קטנים ועמוקים במשטח חלק אחר. קורוזיה של חרקים היא בת דודתו הקרובה: התקפה המתרחשת במרווחים הדוקים - מתחת לאטמים, מנקי, ראשי ברגים, נתזי ריתוך, צמיחה ימית או משקעים מצטברים - שבהם הסביבה נעשית עומדת, החמצן-מתדלדל ומחומצת. קורוזיה של חרקים היא בדרך כלל אגרסיבית יותר מאשר חריצים מכיוון שגיאומטריית הסדקים לוכדת כלורידים וחומצה תוך אי הכללה של החמצן הדרוש לתיקון הסרט המגן.

שני מצבי הכשל מאופיינים בטמפרטורה קריטית: מתחת ל-CPT (טמפרטורת בור קריטית) או CCT (טמפרטורת חריצים קריטית), הסגסוגת מתנגדת להתקפה; מעליו, מתקפה יוזמת ומתפשטת. טמפרטורות אלו נמדדות על ידי בדיקות סטנדרטיות (ASTM G48) בתמיסת כלוריד ברזל. ה-CPT של 316L הוא בדרך כלל סביב 15-20 מעלות, בעוד 317L בדיקות סביב 25-35 מעלות. ההבדל של 10-15 מעלות הוא משמעותי ביותר בפועל: זה ההבדל בין מחליף חום ששורד מי ים טרופיים לכזה שמתנקם בתוך חודשים.

חומצה גופרתית וחומצה זרחתית - היתרון הנוסף של 317L

מעבר לפירוט, 317L גם מתעלה על 316L בהפחתת חומצות - במיוחד חומצה גופרתית וזרחתית - מכיוון שתכולת המוליבדן, הכרום והניקל הגבוהה יותר שלו משפרים את העמידות בפני התנאים המפחיתים (מורעבים בחמצן-) שנמצאים בתוך חומצות אלו. זו הסיבה ש-317L הוא החומר המסורתי לאידוי חומצה זרחתית, עיבוד חומצות שומן וטיפול בחומצה גופרתית בתעשיות הכימיות והמזון.

זוהי נקודה חשובה שמהנדסים רבים מתעלמים ממנה: 317L הוא לא רק "316L עמיד יותר-" - הוא גם עמיד יותר לחומצות מסוימות. חומצה גופרתית (H₂SO₄) וחומצה זרחתית (H₃PO₄) הן חומצות מפחיתות, כלומר תוקפות את המתכת שבה החמצן חסר - בתוך החומצה עצמה - ולא במשטח העשיר בחמצן. הכרום הגבוה יותר (18-20%), מוליבדן (3-4%) וניקל (11-15%) ב-317L מעניקים לו עמידות טובה יותר לתנאים מפחיתים אלה מאשר 316L.

הדוגמה הקלאסית היא ייצור ואידוי חומצה זרחתית. חומצה זרחתית רטובה בתהליך- מכילה כלורידים ופלואורידים שיעלו 316L, כך ש-317L הוא החומר הסטנדרטי עבור צינורות מאייד, מחממים ומשאבות בשירות זה. באופן דומה, בעיבוד חומצות שומן (שמני מאכל, סבונים, חומרי ניקוי), 317L עומד בתנאי החומציות החמים טוב יותר מ-316L. אם היישום שלך כולל חומצה גופרתית או זרחתית - אפילו בריכוזים צנועים - 317L היא הבחירה הבטוחה יותר.

קורוזיה כללית

עבור קורוזיה כללית (אחידה) בסביבות שאינן-כלוריד, לא-חומציות - חשיפה אטמוספרית, מים מתוקים, חומצות אורגניות עדינות במזון - 316L ו-317L פועלות באופן זהה, מכיוון שההתנגדות הכללית לקורוזיה נשלטת בעיקר על ידי תכולת הכרום, שהיא קרובה בשתי הדרגות. הפרמיה עבור 317L לא קונה לך דבר בסביבות מתונות אלו, וזו הסיבה ש-316L נותרה ברירת המחדל החסכונית לשירות מאכל-לכללי.

זוהי הנגדה המכריעה ליתרון ה-317L: הוא אינו טוב יותר באופן אוניברסלי. בסביבות ללא כלורידים או חומצות מפחיתות, המוליבדן הנוסף ב-317L מתבזבז, ואתה משלם 15-30% יותר עבור עמידות בפני קורוזיה שלעולם לא תשתמש בה. לעיבוד מזון ללא תמלחות, ציוד פרמצבטי, יישומים אדריכליים וטיפול כימי כללי ללא כלוריד, 316L הוא הבחירה הנכונה והחסכונית. המיומנות בבחירת החומר היא לדעת מתי איום הכלוריד או החומצה אמיתי מספיק כדי להצדיק את שדרוג ה-317L.

מאפיינים מכניים

317L הוא מעט יותר חזק מ-316L בטמפרטורת החדר: חוזק המתיחה המינימלי שלו הוא 515 MPa (75 ksi) לעומת 485 MPa (70 ksi) עבור 316L, וחוזק התפוקה המינימלי שלו הוא 205 MPa (30 ksi) לעומת 170 MPa (25 ksi). יתרון החוזק הזה של 6-20% נובע מהתכולה הגבוהה יותר של כרום, מוליבדן וחנקן - אבל זה גורם מינורי, לא סיבה לבחור ב-317L. ההחלטה להשתמש ב-317L מונעת על ידי עמידות בפני קורוזיה, לא חוזק.

יכולת צורה ויכולת עבודה

שתי הדרגות הן אוסטניטיות לחלוטין וניתנות לצורה גבוהה, ניתנות לריתוך וגמישות. 317L היא מעט יותר קשה לעבודה קרה- מאשר 316L בגלל תכולת הסגסוגת הגבוהה שלה (זה עובד-מתקשה קצת יותר מהר), אבל ההבדל הוא מינורי בפועל. עבור עיבוד שבבי, שתי הדרגות דומות, אם כי תכולת הסגסוגת הגבוהה יותר של 317L מפחיתה מעט את יכולת העיבוד. אף אחד מהדרגות אינו מתקשה על ידי טיפול בחום - הם מתקשים רק על ידי עבודה קרה.

הערה מעשית ליצרנים: מכיוון ש-317L מכיל יותר מוליבדן, כרום וניקל, הוא פועל-מתקשה מעט יותר מ-316L במהלך עיבוד קר ועיבוד שבבי. פירוש הדבר עשוי להיות צורך בהחלפות כלים מעט יותר תכופות ורדיוסי כיפוף מעט גדולים יותר. עם זאת, עבור הרוב המכריע של היישומים - צינורות, אביזרים, אוגנים, לוחות ויריעות - 317L מייצרים באותה קלות בעצם כמו 316L תוך שימוש בשיטות סטנדרטיות של נירוסטה.

[מקור] ASTM A240/A240M - מפרט סטנדרטי לכרום וכרום-לוח, גיליון ורצועה של נירוסטה ניקל.

ריתוך - שניהם לרתך בצורה נקייה, אבל להתאים את מתכת המילוי

גם 316L וגם 317L הם דרגות L- עם פחות או שווה ל-0.03% פחמן, כך ששניהם מרתכים בצורה נקייה ללא טיפול בחום לאחר-ריתוך ומתנגדות לרגישות במצב -מולוך. כלל המפתח הוא בחירת מתכת מילוי: עבור מפרק 317L, השתמש בחומר מילוי ER317L (AWS A5.9) כך שמתכת הריתוך תתאים לתכולת המוליבדן הגבוהה יותר של המתכת הבסיסית. שימוש בחומר מילוי של 316 ל' במפרק של 317 ל' יוצר אזור ריתוך -תחתון של PREN - נקודת תורפה פוטנציאלית בשירות כלוריד.

מלכודת המתכת המילוי

בעת ריתוך 317L - או חיבור 316L ל-317L - השתמש במתכת מילוי ER317L. למתכת הריתוך חייבת להיות לפחות כמות מוליבדן כמו המתכת הבסיסית יותר-עמידה בפני קורוזיה. אם אתה מרתך 317L עם חומר מילוי ER316L, חרוז הריתוך הופך לנקודת התורפה של הקורוזיה ויתקע לפני ה-317L שמסביב - ויביס את כל המטרה של ציון 317L.

זוהי טעות נפוצה ויקרה בתחום. יצרן הרגיל לריתוך 316L עשוי להגיע אוטומטית למילוי ER316L. כאשר המפרק הוא למעשה 317L (או 316L-to-317L), מתכת הריתוך המופקדת מסתיימת עם רק ~2.5% מוליבדן, בעוד למתכת הבסיס יש ~3.5%. בסביבת כלוריד, חרוז הריתוך - עם ה-PREN התחתון שלו - הופך למקום הראשון לחור. התוצאה היא ריתוך שנכשל על ידי קורוזיה מועדפת בדיוק בנקודה שבה העלות הנוספת 317L הייתה אמורה לספק הגנה. ציין ואמת תמיד את חומר המילוי ER317L עבור עבודת 317L.

[מקור] AWS A5.9/A5.9M - מפרט עבור אלקטרודות ומוטות לריתוך נירוסטה חשופים.

שאלות נפוצות

ש: מה ההבדל בין 316L ל-317L?

ת: ההבדל הוא תכולת מוליבדן וכרום. 316L מכיל 2-3% מוליבדן ו-16-18% כרום; 317L מכיל 3-4% מוליבדן ו-18-20% כרום. בשניהם יש פחות או שווה ל-0.03% פחמן. המוליבדן הנוסף ב-317L נותן לו עמידות של כ-25% יותר בפני קורוזיה וחריצים בסביבות כלוריד, בתוספת עמידות טובה יותר להפחתת חומצות כמו חומצה גופרתית וחומצה זרחתית.

ש: מתי עלי להשתמש ב-317L במקום 316L?

ת: השתמש ב-317L כאשר הסביבה מכילה כלורידים (מי ים, מים מליחים, תמלחות, אקונומיקה) או חומצות מפחיתות (גופרית, זרחתית, חומצות שומן) שיגרמו ל-316L להתנקות או לשחית. יישומים אופייניים: מקרצפים להסרת גופרית גזי פליטה, מאיידי חומצה זרחתית, עיבוד חומצות שומן, הלבנת עיסת נייר ומחלפי חום מי ים/מליחים. אם בסביבה אין כלורידים או חומצות מפחיתות, 316L מספיק וזול יותר.

ש: האם 317L יקר יותר מ-316L?

ת: כן, 317L עולה בדרך כלל 15-30% יותר מ-316L מכיוון שהוא מכיל יותר מוליבדן, כרום וניקל - כולם יסודות סגסוג יקרים. הפרמיה מוצדקת כאשר היא מונעת כשל קורוזיה בבור, אשר יעלה הרבה יותר משדרוג החומר. בסביבות נטולות כלוריד, הפרמיה מתבזבזת, ו-316L הוא התמורה הטובה יותר.

ש: מה זה PREN?

ת: PREN (מספר שווה ערך של התנגדות פיתול) היא נוסחה שמעריכה את התנגדות הבור: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. גבוה יותר זה טוב יותר. 316ל-L יש PREN של ~24-26; ל-317L יש ~29-31. כמדריך גס, PREN מעל 32 דרוש עבור שירות מי ים ומעל 40 עבור שירות כלוריד חמור{10}}L, ב-~30, הוא שלב משמעותי מעל 316L אך עדיין מתחת לסגסוגות אמיתיות בדרגת מי ים כמו 904L וסופר דופלקס.

ש: האם ניתן לרתך 317L?

ת: כן, 317L ריתוך בקלות, וכמו 316L, אינו דורש טיפול בחום לאחר-ריתוך בגלל הפחמן שלו פחות או שווה ל-0.03%. כלל המפתח הוא להשתמש במתכת מילוי ER317L (AWS A5.9) כך שמתכת הריתוך תתאים לתכולת המוליבדן הגבוהה יותר של המתכת הבסיסית. שימוש בחומר מילוי בנפח 316 ליטר במפרק של 317 ליטר יוצר חרוז ריתוך תחתון-PREN שייחלץ לפני המתכת שמסביב בשירות כלוריד.

ש: האם 317L טוב למי ים?

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 מעלות), מי ים בזרימה גבוהה- או תנאי סדקים, קחו בחשבון סגסוגות גבוהות יותר: 904L, 254 SMO (S31254), סופר דופלקס 2507, או 6Mo super austenitics. 316L בדרך כלל לא מומלץ לטבילה במי ים כי הם יתקעו.

ש: 316L vs 317L vs 904L - איך אני בוחר?

ת: השתמש ב-316L לשירות קורוזיבי כללי ללא כלורידים או חומצות מפחיתות (מזון, פארמה, אדריכלות). השתמש ב-317L עבור כלוריד בינוני או מפחית- חומצה (מים מליחים, FGD, חומצה זרחתית). השתמש ב-904L עבור שירות כלוריד אגרסיבי (טבילה במי ים, כלורידים חמים) כאשר 317L אינו מספיק. כל שלב מעלה מוסיף מוליבדן ועמידות בפני קורוזיה אך גם עולה - בחר את הדרגה הנמוכה ביותר העונה על דרישות הקורוזיה שלך.

ש: איך אני מוודא שאני מקבל 317L ולא 316L?

ת: בדוק את דוח בדיקת החומר (MTR): 317L חייב להראות מוליבדן 3.00-4.00%, כרום 18.0-20.0% וניקל 11.0-15.0%. כף יד XRF (PMI) יכול להבחין בין 317L ל-316L מכיוון שהוא מזהה את תכולת המוליבדן הגבוהה יותר - בניגוד לפחמן, מוליבדן ניתן לזיהוי על ידי XRF. זה הופך את אימות השטח של 317L לפשוט יחסית. בקש אישור EN 10204 Type 3.1 כדי לאשר את הכימיה.