Stal nierdzewna 316H: objaśnienie-odporności na korozję w wysokiej temperaturze

Co to jest stal nierdzewna 316H?

Stal 316H to wysokowęglowa- odmiana rodziny 316, oznaczona jako UNS S31609 i objęta normami ASTM A240 dla płyt, arkuszy i taśm, ASTM A312 dla rur i ASTM A213 dla rur kotłów i przegrzewaczy, gdzie jest zamawiana jako TP316H. Sufiks H określa kontrolowany zakres zawartości węgla od 0,04 do 0,10 procent, celowo wyższy niż w przypadku standardowej stali 316, ponieważ węgiel jest pierwiastkiem zapewniającym-wysokotemperaturową wytrzymałość na pełzanie austenitycznych stali nierdzewnych.

Podobnie jak cała rodzina 316, 316H zawiera od 2,00 do 3,00 procent molibdenu. Połączenie kontrolowanej wysokiej zawartości węgla i molibdenu sprawia, że ​​jest to materiał rdzenia komponentów, które muszą wytrzymywać naprężenia w podwyższonej temperaturze, a jednocześnie są odporne na korozję powodowaną przez czynniki zawierające siarkę,-zawierające chlorki-lub kwaśne. Jest on stosowany w przypadku, gdy gatunki nisko-węglowe tracą zbyt szybko wytrzymałość i gdy 304H nie zapewnia wystarczającej odporności na korozję.

Skład chemiczny 316H

Poniższe-zakresy analizy cieplnej są wymagane przez ASTM A240 dla UNS S31609. Ten sam skład chemiczny dotyczy TP316H zgodnie z normami ASTM A312 i A213.

Element	Zawartość,% wag.
Węgiel, C	0.04 - 0.10
Mangan, Mn	2,00 maks
Fosfor, P	0,045 maks
Siarka, S	0,030 maks
Krzem, Si	maks. 0,75
Chrom, Cr	16.0 - 18.0
Nikiel, Ni	10.0 - 14.0
Molibden, Mo	2.00 - 3.00
Żelazo, Fe	Balansować

Japoński odpowiednik to SUS316H zgodnie z JIS G4303 i G4304. EN 10088-2 nie wymienia gatunku 316H; Projekty europejskie zazwyczaj odwołują się-do TP316H zgodnie z normą ASTM A312/A213 lub określają równoważny związek chemiczny zawierający-molibden o wysokiej zawartości węgla.

Właściwości mechaniczne i-wytrzymałość w wysokich temperaturach

Zgodnie z normą ASTM A240,-wyżarzone w roztworze płyty i arkusze 316H powinny spełniać następujące wymagania dotyczące-temperatury pokojowej:

Nieruchomość	Wymóg
Wytrzymałość na rozciąganie	515 MPa min
Granica plastyczności, przesunięcie 0,2%.	205 MPa min
Wydłużenie w 2 cale (50 mm)	40% min
Twardość	217 HBW maks., 95 HRB maks

W temperaturze kontrolowana zawartość węgla blokuje granice ziaren i spowalnia ruch dyslokacyjny, co zwiększa wytrzymałość na pełzanie w porównaniu z 316L. Praktyczne okno serwisowe dla 316H wynosi około 425 do 870 stopni przy ciągłej pracy. Przepisy projektowe, takie jak ASME sekcja VIII i B31.3 ciśnienie-przytrzymujące temperaturę w pobliżu 816 stopni dla tego gatunku; powyżej tego zakresu wymagane są gatunki-stopów o wyższej-odporności na wysoką temperaturę. W-gazach spalinowych i atmosferze zawierającej siarkę- dodatek molibdenu zapewnia znacznie lepszą odporność na korozję gorącą niż 304H w tym samym środowisku, dlatego też 316H wybiera się do gorących sekcji kotłów, reaktorów i spalarni.

Odporność na korozję w podwyższonej temperaturze

W przypadku działania korozyjnego w wysokiej-temperaturze znaczenie mają dwa mechanizmy:

Utlenianie i siarczkowanie: chrom tworzy ochronną warstwę Cr2O3, podczas gdy molibden pomaga przeciwstawić się atakowi siarki w atmosferach redukujących i siarczkujących. W spalinach zawierających siarkę-o temperaturze bliskiej 800 stopni, gatunki zawierające molibden-są stale bardziej odporne niż zwykłe gatunki 18-8.

Atak chlorków: równoważna liczba odporności wżerowej 316H, obliczona na podstawie jego nominalnego składu, wynosi w przybliżeniu 25 do 27 w porównaniu z około 19 do 20 dla 304H, co wskazuje na znacznie lepszą odporność na korozję wżerową i szczelinową w osadach i kondensatach-zawierających chlorki.

Nadal wymagana jest ostrożność: w silnie utleniających środowiskach chlorkowych lub tam, gdzie obecne są stopione sole lub kwasy politionowe, należy ocenić dedykowane wyższe-stopy lub gatunki stabilizowane.

Spawanie i produkcja stali 316H

Metal wypełniający: użyj wypełniacza ER316H według AWS A5.9, którego zawartość węgla i molibdenu odpowiada metalowi nieszlachetnemu. Niskowęglowy-wypełniacz ER316L zmniejsza wytrzymałość spoiny na pełzanie i nie należy go stosować do projektowania-wysokotemperaturowego.

Dopływ ciepła: utrzymuj umiarkowane dopływ ciepła i kontroluj temperaturę międzyściegową, aby uniknąć nadmiernego wytrącania się węglików w-strefie wpływu ciepła.

Obróbka cieplna: zwykle stosuje się 316H w stanie wyżarzonym-, w temperaturze 1040–1120 stopni, po czym następuje szybkie chłodzenie. W większości przypadków obróbka cieplna-po spawaniu nie jest wymagana w celu odzyskania korozji i może być szkodliwa, jeśli utrzymuje materiał w zakresie uczuleń.

Formowanie: formowanie na gorąco musi zakończyć się powyżej zakresu uczulania, po czym następuje wyżarzanie rozpuszczające; Formowanie na zimno odbywa się według zwykłych zasad austenitycznych, zwracając uwagę na sprężystość i umocnienie przez zgniot.

Wybór pomiędzy 316H, 316L i 316Ti

Stan	Zalecana klasa	Powód
Ciągłe naprężenie w temperaturze 425 - 870 stopnia, media korozyjne	316H	Wysoka wytrzymałość na pełzanie oraz odporność na korozję molibdenu
Usługa spawana poniżej około 450 stopni	316L	Niska emisja dwutlenku węgla, brak uczulenia, niższy koszt
Długoterminowa-stopień statyczny400 - 900 ze spawaniem	316Ti, UNS S31635	Stabilizacja tytanowa zapobiega uczuleniom bez wysokiej zawartości węgla
Łagodna praca w wysokich-temperaturach, suche powietrze, wrażliwa na koszty	304H	Nie wymaga molibdenu, niższy koszt stopu

Typowe zastosowania

Elementy kotłów oraz rury przegrzewacza i przegrzewacza wtórnego w wytwarzaniu energii

Wysokotemperaturowe-reaktory chemiczne i linie przesyłowe obsługujące media zawierające chlor- lub siarkę-

Powierzchnie grzewcze i elementy-gazów spalinowych ze spalarni śmieci

Rurociągi i kolektory wysokotemperaturowe-na platformach morskich

Armatura pieców, rdzenie zaworów i elementy wentylatorów w zakładach przetwórczych

Często zadawane pytania

P: Co oznacza H w 316H?

Odp.: Oznacza kontrolowany zakres zawartości węgla od 0,04 do 0,10 procent, który zapewnia wytrzymałość na pełzanie niezbędną do długotrwałej pracy-w wysokiej temperaturze. Gatunek objęty normą ASTM A240 jako UNS S31609 i ASTM A312/A213 jako TP316H.

P: Jaka jest różnica między 316H a 316L?

Odp.: 316H zawiera 0.04 - 0.10 procent węgla w porównaniu z maksymalnie 0,035 procent w przypadku 316L. Wyższy węgiel zapewnia 316H znacznie lepszą wytrzymałość na pełzanie powyżej około 500 stopni, podczas gdy 316L zapewnia lepszą spawalność i-odporność na korozję spawaną w niższych temperaturach.

P: Dlaczego molibden jest ważny w 316H?

Odp.: Molibden poprawia odporność na korozję wżerową i szczelinową w mediach zawierających-chlorki oraz na atak siarki w gorących spalinach. To jest powód, dla którego 316H przewyższa 304H w korozyjnych warunkach-temperaturowych.

P: Jakiego spoiwa należy użyć do spawania 316H?

Odp.: ER316H według AWS A5.9, z węglem i molibdenem odpowiadającym metalowi nieszlachetnemu. Należy unikać wypełniacza ER316L, ponieważ spoina niskowęglowa- będzie miała znacznie niższą wytrzymałość na pełzanie w temperaturze projektowej.

P: Jaka jest maksymalna temperatura robocza 316H?

Odp.: Ciągła praca jest praktyczna do około 870 stopni, podczas gdy przepisy projektowe dotyczące ciśnienia ograniczają obliczenia naprężeń projektowych do prawie 816 stopni. Powyżej tego zakresu potrzebne są gatunki-odporne na wysoką temperaturę, zawierające wyższą zawartość chromu i niklu.

P: W jaki sposób sprawdza się działanie-316H w wysokich temperaturach?

Odp.: Badanie pełzania w podwyższonej temperaturze, zwykle określane jako trwałość przy określonym naprężeniu i temperaturze, to weryfikacja rdzenia, uzupełniona-testami korozji międzykrystalicznej, takimi jak test Straussa według ASTM A262 dla elementów spawanych.

Często zadawane pytania

Pytanie 1. Jakie normy dotyczą 316H i jakie są jego oznaczenia?
316H ma oznaczenie UNS S31609 i jest objęty normą ASTM A240 dla płyt, arkuszy i taśm, ASTM A312 dla rur i ASTM A213 dla rur kotłów i przegrzewaczy, gdzie jest zamawiany jako TP316H; japońskim odpowiednikiem jest SUS316H zgodnie z JIS G4303 i G4304, podczas gdy EN 10088-2 nie wymienia gatunku 316H.

Pytanie 2. Jaki jest skład chemiczny 316H?
Według ASTM A240 dla UNS S31609: węgiel 0,04–0,10 maks., mangan 2,00 maks., fosfor 0,045 maks., siarka maks. 0,030, krzem maks. 0,75, chrom 16,0–18,0, nikiel 10,0–14,0 i molibden 2,00–3,00%, z dodatkiem żelaza.

Pytanie 3. Jakie są wymagania mechaniczne dotyczące-temperatury pokojowej?
Wyżarzona w kąpieli-płyta i arkusz 316H powinna spełniać minimalną wytrzymałość na rozciąganie 515 MPa, granicę plastyczności przy przesunięciu 0,2% 205 MPa, wydłużenie 40% w 2 cale (50 mm) i twardość maksymalnie 217 HBW lub 95 HRB.

Pytanie 4. Jakie jest praktyczne okno serwisowe 316H?
Praktyczna jest ciągła praca w temperaturze od około 425 do 870°C, a przepisy projektowe, takie jak ASME sekcja VIII i B31.3,-zapewniają pracę przy utrzymaniu ciśnienia w pobliżu 816°C dla tego gatunku; jego równoważna liczba odporności na wżery wynosi około 25 do 27, w porównaniu z około 19 do 20 dla 304H.

Pytanie 5. Jak wybiera się 316H w porównaniu z 316L i 316Ti?
Wybierz 316H do ciągłego naprężenia w temperaturze 425-870 C w mediach korozyjnych, gdzie wymagana jest wytrzymałość na pełzanie plus odporność na korozję molibdenu; 316L do spawania w temperaturze poniżej około 450 C; oraz 316Ti, UNS S31635, do długotrwałej pracy statycznej w temperaturze 400-900 C ze spawaniem, ponieważ stabilizacja tytanem zapobiega uczuleniu bez wysokiej zawartości węgla.