Nếu bạn đã từng đặt hàng thép không gỉ cho bể hàn, bình chịu áp lực hoặc hệ thống đường ống hóa chất, bạn đã phải đối mặt với câu hỏi: "304 hay 304L?" Sự chênh lệch giá có vẻ nhỏ trên giấy tờ - có thể là $200 cho đơn hàng $5.000. Người bán hàng có thể nói: “Về cơ bản thì chúng giống nhau”. Nhưng quyết định trị giá 200 đô la đó sẽ quyết định liệu các mối hàn của bạn có còn bền vững về mặt cấu trúc sau 5 năm hay không - hay liệu sự ăn mòn giữa các hạt có ăn mòn vùng ảnh hưởng nhiệt{10}}của mỗi mối hàn hay không, biến bình chịu áp lực thành một quả bom hẹn giờ.

Toàn bộ sự khác biệt giữa 304 và 304L nằm ở một con số: hàm lượng carbon. 304 cho phép tối đa 0,08% carbon. 304L - chữ "L" là viết tắt của "Carbon thấp" - giới hạn lượng carbon ở mức 0,03%. Sự khác biệt 0,05% đó là không thể nhìn thấy bằng mắt thường, không thể phát hiện được bằng nam châm và không liên quan đến độ bền kéo. Nhưng trong quá trình hàn - trong những phút thép nguội từ 1.500 độ đến 400 độ -, 0,05% carbon bổ sung trong 304 sẽ kết tủa dưới dạng cacbua crom ở ranh giới hạt, làm suy giảm kim loại crom xung quanh và tạo ra các đường cực nhỏ để ăn mòn tấn công. Hiện tượng này được gọi là sự nhạy cảm và dạng hư hỏng dẫn đến - ăn mòn giữa các hạt hoặc "phân hủy mối hàn" - đã gây ra nhiều hư hỏng thiết bị bằng thép không gỉ hơn tất cả các cơ chế ăn mòn khác cộng lại.
Nguyên tắc quyết định rất đơn giản: nếu bạn đang hàn, hãy chọn 304L. Chi phí tăng thêm 3-8% cho 304L là không đáng kể so với chi phí cho một mối hàn bị hỏng. Ví dụ: nếu bạn không hàn - thì việc chỉ định các bộ phận kim loại tấm được tạo hình nguội, ốc vít hoặc thanh phôi được ủ để gia công - 304 là đủ về mặt kỹ thuật và ít tốn kém hơn một chút. Tuy nhiên, trong các chuỗi cung ứng hiện đại, vật liệu 304/304L được chứng nhận kép đã trở nên phổ biến đến mức mức giá cao đã biến mất đối với hầu hết các dạng sản phẩm tiêu chuẩn. Khi nghi ngờ, hãy chỉ định-được chứng nhận kép 304/304L - bạn sẽ nhận được sự đảm bảo về lượng carbon thấp là 304L mà không phải trả thêm tiền.
Thành phần hóa học - 0,05% làm thay đổi mọi thứ
304 và 304L có cùng thành phần hóa học cơ bản - 18-20% crom và 8-10,5% niken - và chỉ khác nhau ở hàm lượng cacbon tối đa cho phép: 304 cho phép tối đa 0,08% cacbon, trong khi 304L giới hạn ở mức 0,03%. Sự khác biệt của một phần tử này không có tác động có thể đo lường được đối với các tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng, nhưng là yếu tố quyết định khả năng chống ăn mòn của mối hàn.
Cả 304 và 304L đều thuộc họ thép không gỉ austenit dòng 300-. Chúng không-có từ tính trong điều kiện ủ, có khả năng tạo hình và hàn tuyệt vời, đồng thời mang lại khả năng chống ăn mòn nói chung tốt trong môi trường khí quyển, nước và axit nhẹ. Biệt danh "18-8" đề cập đến thành phần niken xấp xỉ 18% crom + 8% của chúng - một công thức khiến 304 trở thành loại thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất trên Trái đất, chiếm hơn 50% sản lượng thép không gỉ toàn cầu.
|
Yếu tố |
304 (UNS S30400) |
304L (UNS S30403) |
Tại sao nó quan trọng |
|
Cacbon (C) |
tối đa 0,08% |
tối đa 0,03% |
SỰ khác biệt tới hạn - xác định nguy cơ nhạy cảm trong quá trình hàn |
|
Crom (Cr) |
18.0–20.0% |
18.0–20.0% |
- giống hệt cung cấp màng oxit thụ động để chống ăn mòn |
|
Niken (Ni) |
8.0–10.5% |
8.0–11.0% |
Gần -giống hệt nhau - ổn định cấu trúc austenit (FCC); 304L cho phép nhiều Ni hơn một chút để bù cho C thấp hơn |
|
Mangan (Mn) |
tối đa 2,0% |
tối đa 2,0% |
Chất khử oxy - giống hệt nhau trong quá trình luyện thép |
|
Silic (Si) |
tối đa 0,75% |
tối đa 0,75% |
Chất khử oxy còn sót lại - giống hệt nhau |
|
Phốt pho (P) |
tối đa 0,045% |
tối đa 0,045% |
tạp chất - giống hệt nhau; P cao hơn làm giảm độ dẻo |
|
Lưu huỳnh (S) |
Tối đa 0,030% |
Tối đa 0,030% |
tạp chất - giống hệt nhau; S cao hơn cải thiện khả năng gia công nhưng làm giảm khả năng hàn |
|
Nitơ (N) |
tối đa 0,10% |
tối đa 0,10% |
Phần dư - giống hệt nhau; tăng sức mạnh một chút |
|
Sắt (Fe) |
Sự cân bằng |
Sự cân bằng |
Giống hệt nhau - khoảng 67-73% |
Tại sao 0,05% Carbon lại quan trọng đến vậy? - Cơ chế nhạy cảm
Khithép không gỉ 304được làm nóng đến 425-870 độ - phạm vi nhiệt độ đạt được trong vùng nhiệt-bị ảnh hưởng (HAZ) liền kề với mối hàn - các nguyên tử carbon hòa tan trong ma trận kim loại trở nên linh hoạt và di chuyển đến các ranh giới hạt, nơi chúng phản ứng với crom để tạo thành kết tủa crom cacbua (Cr₂₃C₆). Mỗi hạt cacbua crom tiêu thụ khoảng 16 nguyên tử crom cho mỗi 6 nguyên tử cacbon, làm suy giảm vùng ranh giới hạt liền kề của crom dưới ngưỡng 12% cần thiết để duy trì màng oxit thụ động. Kết quả: một vùng cạn kiệt crom cực nhỏ ở mọi ranh giới hạt, tốt nhất là vùng này bị ăn mòn khi tiếp xúc với chất điện phân - một dạng hư hỏng được gọi là ăn mòn giữa các hạt (IGC) hoặc "phân hủy mối hàn".
Để hiểu tại sao 0,05% carbon lại tạo ra sự khác biệt giữa khả năng chống ăn mòn và khả năng chống ăn mòn, hãy coi các nguyên tử carbon là "kẻ trộm crom". Trong 304, với hàm lượng carbon lên tới 0,08%, có đủ nguyên tử carbon trong thép để lấy crom từ khoảng 1,3% tổng hàm lượng crom khi cacbua hình thành. Điều này làm giảm mức crom ranh giới hạt xuống dưới 12% - ngưỡng màng thụ động tới hạn. Trong 304L, chỉ với 0,03% carbon, lượng crom có thể bị “đánh cắp” nhỏ hơn 0,5% tổng lượng crom - không đủ để làm giảm bất kỳ ranh giới hạt nào xuống dưới ngưỡng 12%. Các ranh giới hạt trong thép hàn 304L vẫn giữ được khả năng chống ăn mòn hoàn toàn, ngay cả khi không cần xử lý nhiệt sau hàn.
Phạm vi nhiệt độ nhạy cảm là 425-870 độ (800-1.600 độ F) là cực kỳ quan trọng vì đây chính xác là phạm vi nhiệt độ mà vùng ảnh hưởng nhiệt-của mối hàn đi qua trong quá trình làm mát. Một mối hàn GTAW (TIG) điển hình trên tấm 304 dày 3 mm giữ HAZ trong phạm vi nhạy cảm trong khoảng 30-60 giây - đủ lâu để kết tủa cacbua bắt đầu vào 304, nhưng không đủ lâu để gây ra độ nhạy có thể đo được trong 304L. Đối với các phần dày hơn (10 mm+), tốc độ làm mát chậm hơn sẽ kéo dài thời gian trong phạm vi nhạy cảm lên vài phút, điều này khiến 304L trở nên cần thiết.
Kép-Được chứng nhận 304/304L - Tiêu chuẩn hiện đại
Trong thực tế, hầu hết thép không gỉ được sản xuất ngày nay - đặc biệt là các sản phẩm cán phẳng-(tấm, tấm, cuộn) và các sản phẩm dạng ống (ống, ống) - đều được chứng nhận-kép đáp ứng cả hóa học 304 và 304L. Điều này có nghĩa là vật liệu có hàm lượng cacbon Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03% (đáp ứng 304L), crom 18,0-20,0% và niken 8,0-10,5% (gặp cả hai). Vật liệu được chứng nhận kép{16}}loại bỏ nhu cầu lựa chọn - bạn tự động có được khả năng hàn của 304L với mức giá 304. Luôn hỏi nhà cung cấp của bạn xem vật liệu đó có được chứng nhận kép hay không; nếu đúng như vậy thì cuộc tranh luận 304 và 304L đã được giải quyết.
Chứng nhận kép trở nên phổ biến vì quá trình tinh chế khử cacbon bằng oxy (AOD) hiện đại, sản xuất hơn 95% lượng thép không gỉ trên thế giới, đạt được mức carbon dưới 0,03% một cách tự nhiên mà không phải trả thêm chi phí đáng kể. Quá trình AOD bơm hỗn hợp argon và oxy vào thép nóng chảy để loại bỏ cacbon - và việc loại bỏ cacbon xuống mức 0,02-0,03% sẽ dễ dàng và rẻ hơn so với việc dừng chính xác ở mức 0,08%. Điều này có nghĩa là đối với nhà sản xuất thép hiện đại, sản xuất hóa học 304L thực sự là - mặc định và sản xuất 304 với hàm lượng carbon cao hơn đòi hỏi phải cố tình thêm carbon trở lại vào dung dịch nấu chảy. Đây là lý do tại sao 304/304L được chứng nhận kép đã trở thành tiêu chuẩn của ngành chứ không phải là ngoại lệ.
[Nguồn] ASTM A240/A240M - Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho Crom và Crom-Tấm, tấm và dải thép không gỉ Niken. Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn ASTM A312/A312M - cho ống thép không gỉ Austenitic liền mạch, hàn và gia công nguội.
Tính chất cơ học - 304 và 304L có cùng độ bền không?
Ở nhiệt độ phòng trong điều kiện ủ, 304 và 304L có đặc tính kéo về cơ bản giống hệt nhau. Cả hai loại đều đáp ứng các yêu cầu tối thiểu giống nhau của ASTM A240: độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 515 MPa (75 ksi), cường độ chảy Lớn hơn hoặc bằng 205 MPa (30 ksi) và độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 40%. Bất kỳ sự khác biệt nào về độ bền giữa hai miếng 304 và 304L là do kích thước hạt, lịch sử gia công nguội và thực hành ủ - chứ không phải do sự khác biệt về hàm lượng carbon.

|
Tài sản |
304 (ủ) |
304L (ủ) |
Sự khác biệt |
|
Độ bền kéo (phút) |
515 MPa (75 ksi) |
515 MPa (75 ksi) |
Không có - giống nhau tối thiểu |
|
Độ bền kéo (điển hình) |
585-620 MPa |
570-605 MPa |
Thấp hơn 1-2% đối với 304L (không đáng kể) |
|
Sức mạnh năng suất 0,2% (phút) |
205 MPa (30 ksi) |
205 MPa (30 ksi) |
Không có - giống nhau tối thiểu |
|
Sức mạnh năng suất 0,2% (điển hình) |
250-290 MPa |
240-280 MPa |
Thấp hơn 3-5% đối với 304L (không đáng kể) |
|
Độ giãn dài trong 50mm (phút) |
40% |
40% |
Không có - giống nhau tối thiểu |
|
Độ cứng (tối đa) |
201 HBW / 92 HRB |
201 HBW / 92 HRB |
Không có - giống nhau tối đa |
|
Mô đun đàn hồi |
193 GPa |
193 GPa |
Giống hệt nhau |
|
Tỉ trọng |
8,00 g/cm³ |
8,00 g/cm³ |
Giống hệt nhau |
Cường độ nhiệt độ-cao: Sự khác biệt tinh tế ở nhiệt độ cao
Trên khoảng 425 độ (800 độ F), 304 duy trì cường độ cao hơn một chút so với 304L vì hàm lượng cacbon cao hơn mang lại hiệu ứng tăng cường-kết tủa nhỏ từ sự phân tán cacbua mịn. Tuy nhiên, lợi thế này đi kèm với sự đánh đổi-nghiêm trọng: ở cùng nhiệt độ này, 304 dễ bị nhạy cảm nếu nó đã được hàn trước đó. Đối với các ứng dụng-nhiệt độ cao trên 425 độ cần hàn, hãy xem xét 304H (0,04-0,10% C, UNS S30409) thay vì - kết hợp độ bền nhiệt độ cao của cacbon cao hơn với kích thước hạt được kiểm soát để chống rão, theo yêu cầu của Mã nồi hơi ASME.
Phần II, Bộ luật Nồi hơi và Bình áp suất ASME, Phần D cung cấp các giá trị ứng suất cho phép cho cả hai loại ở nhiệt độ cao. Ở 500 độ (932 độ F), 304 có ứng suất cho phép xấp xỉ 102 MPa so với 94 MPa đối với 304L - chênh lệch khoảng 8%. Ở 600 độ (1.112 độ F), sự khác biệt thu hẹp xuống còn khoảng 5%. Đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp dưới 400 độ - bao gồm phần lớn các ứng dụng xử lý hóa chất, thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, xử lý nước và kiến trúc - sự khác biệt về độ bền nhiệt độ-cao này là không liên quan và ưu điểm ăn mòn của 304L vượt trội hơn bất kỳ lợi ích về độ bền lý thuyết nào của 304.
[Nguồn] Mã nồi hơi và bình áp suất ASME, Phần II, Phần D - Thuộc tính (Hệ mét), Phiên bản 2023. Giá trị ứng suất cho phép của ASTM A240/A240M.
Hiệu suất hàn - Cốt lõi của quyết định 304 và 304L
Sự phân hủy mối hàn (ăn mòn giữa các hạt trong vùng{0}}ảnh hưởng nhiệt) xảy ra theo bốn bước: (1) kim loại cơ bản gần mối hàn được nung nóng đến 425-870 độ ; (2) các nguyên tử carbon khuếch tán đến ranh giới hạt và phản ứng với crom tạo thành cacbua crom; (3) vùng ranh giới hạt liền kề với cacbua bị cạn kiệt crom dưới 12%; (4) khi tiếp xúc với môi trường ăn mòn - thậm chí là axit nhẹ hoặc độ ẩm - ranh giới hạt đã cạn kiệt crom-sẽ bị ăn mòn nhiều hơn và kim loại sẽ vỡ ra dọc theo ranh giới hạt theo đúng nghĩa đen. Trong 304L, bước 2 không bao giờ đạt đến ngưỡng tới hạn vì không có đủ cacbon để tạo thành mạng lưới cacbua ranh giới hạt liên tục.
Để hình dung quá trình này, hãy tưởng tượng một bức tường gạch. Các hạt thép không gỉ là những viên gạch - chắc chắn, chống ăn mòn- và còn nguyên vẹn riêng lẻ. Ranh giới hạt là vữa giữa các viên gạch. Trong 304L không hàn hoặc 304L không hàn, vữa có độ cứng như gạch. Nhưng trong vật liệu hàn 304, chất nhạy cảm sẽ hòa tan crom ra khỏi vữa, biến nó thành cát. Bức tường vẫn giống như một bức tường - những viên gạch vẫn còn đó, hình học không thay đổi - nhưng một cú đẩy nhẹ (môi trường ăn mòn) khiến những viên gạch vỡ ra, vì lớp vữa giữ chúng lại với nhau đã không còn nữa. Đây là lý do tại sao sự phân hủy mối hàn lại diễn ra âm thầm: các bộ phận trông có vẻ bình thường cho đến khi nó bị hỏng đột ngột.
Hàn 304 so với 304L - Quy tắc thực hành
Quy tắc cho TẤT CẢ hàn: Sử dụng kim loại phụ 308L (ER308L cho TIG, E308L cho que), bất kể bạn đang hàn 304 đến 304, 304L đến 304L hay 304 đến 304L. Chất độn cacbon thấp đảm bảo bản thân kim loại mối hàn có khả năng chống lại sự nhạy cảm. Ngay cả khi kim loại cơ bản là tiêu chuẩn 304, kim loại hàn lắng đọng sẽ có khả năng chống ăn mònthép 304L.
|
Kim loại cơ bản |
Kim loại phụ |
Tính hàn |
Rủi ro nhạy cảm |
PWHT cần thiết? |
|
304 đến 304 |
ER308L (GTAW) / E308L (SMAW) |
Xuất sắc |
CAO - HAZ sẽ nhạy cảm |
CÓ - dung dịch ủ ở nhiệt độ 1.040-1.150 độ + làm nguội bằng nước |
|
304L đến 304L |
ER308L (GTAW) / E308L (SMAW) |
Xuất sắc |
THẤP - HAZ chống lại sự nhạy cảm |
KHÔNG cần thiết - để chống ăn mòn |
|
304 đến 304L |
ER308L (GTAW) / E308L (SMAW) |
Xuất sắc |
VỪA PHẢI - 304 bên HAZ có thể nhạy cảm |
Được khuyến nghị nếu mặt 304 tiếp xúc với môi trường ăn mòn |
|
304/304L kép-được chứng nhận cho cùng một |
ER308L (GTAW) / E308L (SMAW) |
Xuất sắc |
THẤP - carbon Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03% |
KHÔNG - không bắt buộc |
Đăng-Xử lý nhiệt mối hàn - Khi 304 yêu cầu còn 304L thì không
Sự khác biệt cơ bản trên thực tế giữa 304 và 304L là: thành phần hàn 304 sẽ chịu tác dụng ăn mòn PHẢI được-ủ dung dịch sau khi hàn để tái-hòa tan cacbua crom và khôi phục khả năng chống ăn mòn. Quá trình ủ dung dịch yêu cầu làm nóng toàn bộ thành phần lên 1.040-1.150 độ (1.900-2.100 độ F) rồi làm nguội nhanh trong nước - một quy trình tốn kém, tốn nhiều năng lượng-và thường không thể thực hiện được về mặt vật lý đối với các cấu trúc chế tạo lớn (bể chứa, bình chịu áp lực, ống cuộn). Thành phần 304L được hàn đạt được khả năng chống ăn mòn tương tự trong điều kiện{18}như hàn - không cần xử lý nhiệt sau hàn.
Đây là lập luận kinh tế cho 304L chỉ trong một câu: chi phí cho giải pháp ủ một chế tạo hàn lớn ($2.000-10.000 cho một chu trình lò cộng với nguy cơ biến dạng) gấp 10-50 lần phí bảo hiểm khi sử dụng 304L thay vì 304 ($200-500 cho một dự án thông thường). Khi không thể thực hiện PWHT - đối với các mối hàn ngoài hiện trường trên đường ống đã lắp đặt, đối với bể chứa lớn, để sửa chữa thiết bị hiện có, - 304L không chỉ được ưu tiên; nó được yêu cầu.
Thông số hàn cho 304 và 304L
|
tham số |
304 |
304L |
Ghi chú |
|
Quy trình được đề xuất |
GTAW, GMAW, SMAW, CƯA, FCAW |
GTAW, GMAW, SMAW, CƯA, FCAW |
Giống hệt nhau - tất cả các quy trình hàn hồ quang thông thường được chấp nhận |
|
Kim loại phụ (AWS) |
ER308L / E308L (ưu tiên chất độn có hàm lượng carbon thấp-) |
ER308L / E308L |
Sử dụng chất độn cacbon thấp-cho TẤT CẢ mối hàn dòng 304 |
|
Khí bảo vệ (GTAW) |
100% Ar hoặc Ar + 2-5% H₂ |
100% Ar hoặc Ar + 2-5% H₂ |
Giống hệt nhau |
|
Làm nóng trước |
Không yêu cầu (môi trường xung quanh đến 50 độ) |
Không yêu cầu (môi trường xung quanh đến 50 độ) |
SS austenit - giống hệt nhau không cần làm nóng trước |
|
Nhiệt độ Interpass tối đa |
175 độ (350 độ F) |
175 độ (350 độ F) |
Nhiệt độ cao hơn - giống hệt nhau làm tăng nguy cơ nhạy cảm cho cả hai cấp |
|
Phạm vi đầu vào nhiệt |
0,5-2,5 kJ/mm (điển hình) |
0,5-2,5 kJ/mm (điển hình) |
Đầu vào nhiệt thấp hơn - giống hệt nhau giúp giảm độ rộng HAZ và thời gian làm mát |
|
Hậu-Làm sạch mối hàn |
Bột tẩy hoặc bàn chải dây + thụ động |
Bột tẩy hoặc bàn chải dây + thụ động |
- giống hệt loại bỏ sắc thái nhiệt để khôi phục lớp thụ động |
|
PWHT (Ủ dung dịch) |
BẮT BUỘC cho dịch vụ ăn mòn |
KHÔNG bắt buộc |
SỰ khác biệt về kinh tế và thực tiễn |
[Nguồn] Thông số kỹ thuật AWS A5.9/A5.9M - dành cho que và điện cực hàn trần bằng thép không gỉ. AWS D1.6/D1.6M - Mã hàn kết cấu - Thép không gỉ.
Khả năng chống ăn mòn - Nơi lợi thế về hàm lượng cacbon-Carbon thấp trở nên rõ ràng
Intergranular corrosion (IGC) is the primary corrosion mechanism that differentiates 304 from 304L. In the unwelded, annealed condition, both grades have identical general corrosion resistance to atmospheric exposure, fresh water, mild chemicals, and food products. But after welding, 304 becomes susceptible to IGC in even mildly corrosive environments - including tap water, rainwater, and humid air - because the chromium-depleted grain boundaries in the HAZ are anodic to the surrounding grains, creating microscopic galvanic cells. 304L after welding remains resistant to IGC because its grain boundaries retain >12% crom.

Ăn mòn giữa các hạt đặc biệt nguy hiểm vì khó phát hiện bằng cách kiểm tra trực quan. Mối hàn 304 nhạy cảm trông bình thường trên bề mặt - nó thậm chí có thể vượt qua thử nghiệm thẩm thấu thuốc nhuộm vì bề mặt liên tục. Nhưng khi tiếp xúc với chất lỏng dẫn điện -, ngay cả nước xử lý có tính axit nhẹ -, các ranh giới hạt sẽ hòa tan và kim loại mất đi độ bền mà không làm mất độ dày của mặt cắt. Ống 304 nhạy cảm đã được thử nghiệm bằng hydro ở áp suất thiết kế 1,5 lần vào ngày đầu tiên có thể hỏng ở áp suất thiết kế 0,3 lần sau sáu tháng sử dụng vì sự ăn mòn giữa các hạt đã biến kim loại liên tục thành các hạt kết nối lỏng lẻo và không có độ bền liên kết giữa chúng.
Khả năng chống ăn mòn theo môi trường - 304 so với 304L sau khi hàn
|
Môi trường |
304 (Không hàn) |
304L (Không hàn) |
304 (Hàn, Không PWHT) |
304L (Hàn, Không PWHT) |
Người chiến thắng cho dịch vụ hàn |
|
Khí quyển (trong nhà) |
Xuất sắc |
Xuất sắc |
Tốt - Rủi ro IGC thấp trong không khí khô |
Xuất sắc |
Hoặc (rủi ro thấp) |
|
Khí quyển (ngoài trời, mưa) |
Xuất sắc |
Xuất sắc |
Nước mưa Kém - đủ dẫn điện cho IGC trong nhiều tháng |
Xuất sắc |
304L |
|
Nước ngọt (vòi, sông) |
Xuất sắc |
Xuất sắc |
Kém - khoáng chất hòa tan tăng tốc IGC |
Xuất sắc |
304L |
|
Nước biển/nước lợ |
Rủi ro rỗ - khá cao từ Cl⁻ |
Rủi ro rỗ - khá cao từ Cl⁻ |
KHÔNG ĐƯỢC KHUYẾN NGHỊ - IGC + rỗ |
Khả năng chống IGC - khá; vết rỗ còn sót lại |
Không (sử dụng 316L cho Cl⁻) |
|
Pha loãng axit hữu cơ (thực phẩm) |
Xuất sắc |
Xuất sắc |
VỪA PHẢI - axit axetic/citric tấn công các ranh giới nhạy cảm |
Xuất sắc |
304L |
|
Axit nitric (HNO₃,<50%, <50°C) |
Xuất sắc |
Xuất sắc |
POOR - HNO₃ là xét nghiệm tiêu chuẩn về tính nhạy cảm với IGC (xét nghiệm Huey) |
Xuất sắc |
304L |
|
Axit photphoric (H₃PO₄, pha loãng) |
Xuất sắc |
Xuất sắc |
Kém - cuộc tấn công HAZ nhạy cảm |
Xuất sắc |
304L |
|
Ăn da (NaOH,<50%, <100°C) |
Tốt |
Tốt |
Nguy cơ SCC ăn mòn - tốt nhưng độ nhạy IGC kém hơn |
Tốt |
Hoặc (SCC ăn da là yếu tố hạn chế) |
|
Môi trường nhà máy hóa chất |
Tốt |
Tốt |
Kém - khói axit + độ ẩm=IGC nhanh |
Xuất sắc |
304L |
Các thử nghiệm tiêu chuẩn về tính nhạy cảm ăn mòn giữa các hạt
Ba thử nghiệm tiêu chuẩn hóa được sử dụng để xác minh rằng 304L (hoặc bất kỳ loại thép không gỉ có hàm lượng carbon thấp nào) có khả năng chống ăn mòn giữa các hạt sau khi hàn: ASTM A262 Thực hành A (thử ăn mòn axit oxalic - sàng lọc nhanh, 15 phút), Thực hành C (thử nghiệm axit nitric / Huey - giảm trọng lượng định lượng trong 5 giai đoạn đun sôi 48- giờ) và Thực hành E (đồng-đồng sunfat-lưu huỳnh thử nghiệm axit / Strauss - thử nghiệm uốn cong sau 15-giờ đun sôi). 304L ở điều kiện hàn-vượt qua cả ba; 304 trong điều kiện hàn-không đáp ứng được cả ba điều kiện - cung cấp bằng chứng định lượng, dựa trên tiêu chuẩn về sự khác biệt quan trọng giữa các cấp.
Bài kiểm tra Huey (ASTM A262 Practice C) là bài kiểm tra nghiêm ngặt và định lượng nhất trong ba bài kiểm tra. Một mẫu hàn 304 được đun sôi trong axit nitric 65% trong 5 khoảng thời gian 48-giờ thường mất 0,5-5,0 mm/năm (20-200 triệu mỗi năm) trong HAZ - với tốc độ ăn mòn cao hơn 10-100 lần so với kim loại cơ bản xung quanh. Một mẫu 304L được hàn tương tự được thử nghiệm trong các điều kiện giống nhau sẽ mất ít hơn 0,05 mm/năm (2 mil mỗi năm) - gần đến giới hạn phát hiện của thử nghiệm. Sự chênh lệch hàng triệu lần về tốc độ ăn mòn ranh giới hạt này là bằng chứng kỹ thuật đằng sau quy tắc đơn giản: "mối hàn=sử dụng cấp L".
Hướng dẫn ứng dụng - Khi nào nên chọn 304 so với 304L
|
Ứng dụng |
Yêu cầu hàn? |
Dịch vụ ăn mòn? |
PWHT Có thể? |
Lớp đề xuất |
Lý do |
|
Bình chịu áp lực (ASME VIII) |
Đúng |
Khác nhau |
Có, nhưng đắt tiền |
304L (được chứng nhận-kép) |
Tránh PWHT + ưu tiên ASME cho cấp L{1}}trong kết cấu hàn |
|
Chemical storage tank (>5,000 L) |
Có - cửa hàng chế tạo |
Có - hóa chất được lưu trữ |
Không có - quá lớn |
304L |
Trường PWHT không thể; IGC sẽ gây ra thất bại thảm hại |
|
Thiết bị chế biến thực phẩm |
Có - mối hàn hợp vệ sinh |
Có - axit thực phẩm + hóa chất tẩy rửa |
Có, nhưng không thực tế |
304L |
Các mối hàn vệ sinh phải được mài mịn và thụ động; 304L tránh ăn mòn HAZ dưới lớp cặn |
|
Kiến trúc/trang trí (không hàn) |
KHÔNG |
Không (trong nhà hoặc ngoài trời nhẹ) |
N/A |
304 |
Không hàn=không có nguy cơ mẫn cảm; 304 rẻ hơn 3-5% (nếu không được chứng nhận kép) |
|
Chốt (bu lông, đai ốc, vòng đệm) |
KHÔNG |
Thường thì không |
N/A |
304 |
Chốt{0}}đầu nguội không được hàn; 304 cung cấp khả năng chống ăn mòn đầy đủ |
|
Ống cuộn cho nhà máy hóa chất |
Có - hàn cửa hàng rộng rãi |
Có - xử lý hóa chất |
Có thể nhưng đắt tiền |
304L (được chứng nhận-kép) |
Nhiều mối hàn trên mỗi ống chỉ; PWHT sẽ gây biến dạng; 304L tránh tất cả PWHT |
|
Ống trao đổi nhiệt |
Có - mối hàn ống-đến-bảng ống |
Có - nước làm mát hoặc chất lỏng xử lý |
Không có - không thực tế đối với bó ống |
304L |
Các mối hàn ống-với-bảng ống rất quan trọng và khó sửa chữa; không thể có PWHT sau khi lăn |
|
Đường ống nhà máy bia / sữa |
Có - hàn TIG quỹ đạo |
Có - dung dịch CIP (axit + xút) |
KHÔNG |
304L |
Các mối hàn quỹ đạo không thể được xử lý nhiệt-riêng biệt; Hóa chất CIP tấn công HAZ nhạy cảm |
|
Ống xả / ống khói (khô, không hàn) |
KHÔNG |
Không (khí khô) |
N/A |
304 |
Không hàn, không chất điện phân lỏng=không có rủi ro IGC |
|
Sửa chữa hiện trường{0}}hàn trên ống 304 hiện có |
Đúng |
Phụ thuộc vào dịch vụ |
Không có điều kiện trường - |
Chất độn 304L + kim loại cơ bản |
Sử dụng chất độn 304L cho tất cả các công việc sửa chữa hiện trường; nếu thay thế các đoạn ống thì sử dụng 304L |
Năm quy tắc lựa chọn giữa 304 và 304L
Quy tắc 1Thành phần sẽ được hàn? - Nếu CÓ, hãy sử dụng 304L hoặc 304/304L được chứng nhận kép. Câu hỏi duy nhất này giải quyết được hơn 80% quyết định 304 so với 304L. Bất kỳ mối hàn nào - thậm chí là mối hàn đính đơn, phần đính kèm bảng tên, giá đỡ - đều tạo ra HAZ dễ bị nhạy cảm trong tiêu chuẩn 304.
Quy tắc 2Độ dày thành có lớn hơn 3 mm (1/8 inch) không? - Nếu CÓ, hãy sử dụng 304L. Các phần dày hơn nguội đi chậm hơn do nhiệt độ hàn, kéo dài thời gian ở trong phạm vi nhạy cảm (425-870 độ ). Tấm dày 25 mm{13}}có thể vẫn ở trong phạm vi nhạy cảm trong 5-10 phút sau khi hàn, so với 30-60 giây đối với tấm 1,5 mm - lâu hơn 10 lần để phát triển kết tủa cacbua.
Quy tắc 3Thành phần sẽ nhìn thấy một môi trường ăn mòn? - Nếu CÓ và được hàn, hãy sử dụng 304L. “Ăn mòn” bao gồm những môi trường có vẻ ôn hòa: nước máy, nước mưa, không khí ẩm, axit thực phẩm (giấm, nước ép trái cây), hóa chất tẩy rửa, nước ngưng trong quá trình xử lý. IGC không cần axit đậm đặc - nó chỉ cần chất điện phân để tạo thành tế bào điện giữa ranh giới hạt crom-đã cạn kiệt (cực dương) và hạt xung quanh (cực âm).
Quy tắc 4Giải pháp ủ-mối hàn sau có phải là không thể hoặc không thực tế không? - Nếu CÓ, hãy sử dụng 304L. Quá trình ủ dung dịch yêu cầu gia nhiệt đến 1.040-1.150 độ, sau đó làm nguội nhanh bằng nước. Điều này là không thể đối với:-đường ống hàn tại hiện trường, bể chứa lớn, thiết bị đã lắp đặt, công việc sửa chữa, các bộ phận thành mỏng sẽ bị biến dạng và các bộ phận có bề mặt được gia công sẽ bị oxy hóa. Đối với những trường hợp này, 304L là lựa chọn duy nhất.
Quy tắc 5Nhiệt độ hoạt động có trên 425 độ (800 độ F) không? - Nếu CÓ, thay vào đó hãy xem xét 304H. 304 có độ bền nhiệt độ cao-tốt hơn một chút so với 304L, nhưng nếu thành phần được hàn và hoạt động trên 425 độ thì 304H (UNS S30409, 0,04-0,10% C với kích thước hạt được kiểm soát Lớn hơn hoặc bằng ASTM 7) sẽ cung cấp cả độ bền rão và tuân thủ Mã ASME. Không sử dụng 304 hoặc 304L cho bình chịu áp lực có mã ASME trên 425 độ mà không xác minh ứng suất cho phép.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Chữ "L" trong 304L có nghĩa là gì?
Trả lời: "L" là viết tắt của "Carbon thấp". Thép không gỉ 304L có hàm lượng carbon tối đa là 0,03%, so với 0,08% của tiêu chuẩn 304. Hàm lượng carbon thấp hơn này ngăn cản sự kết tủa cacbua crom ở ranh giới hạt trong quá trình hàn, đây là nguyên nhân sâu xa gây ra sự ăn mòn giữa các hạt (sâu hàn). Ký hiệu "L" được ASTM đưa ra vào những năm 1950 để giải quyết các lỗi ăn mòn mối hàn trong thiết bị xử lý hóa chất.
Hỏi: 304L có yếu hơn 304 không?
Đáp: Không có - ở nhiệt độ phòng, 304 và 304L có độ bền kéo và độ bền chảy về cơ bản giống hệt nhau (cả hai đều đáp ứng các yêu cầu tối thiểu của ASTM A240: độ bền kéo 515 MPa, hiệu suất 205 MPa). Ở nhiệt độ trên 425 độ (800 độ F), 304 duy trì độ bền cao hơn một chút (ứng suất cho phép cao hơn khoảng 5-8% ở 500 độ trên mỗi Mã ASME), nhưng đối với các ứng dụng dưới 400 độ - bao gồm hầu hết các ứng dụng công nghiệp - hai loại này có thể thay thế cho nhau về độ bền.
Hỏi: Tôi có thể hàn 304 với 304L không?
Đáp: Có - 304 và 304L hoàn toàn tương thích để hàn. Sử dụng kim loại độn ER308L (TIG) hoặc E308L (dính). Chất độn cacbon-thấp đảm bảo kim loại mối hàn có khả năng chống nhạy cảm bất kể hàm lượng cacbon của kim loại cơ bản. Điều cần cân nhắc duy nhất là phía 304 của HAZ vẫn có thể dễ bị mẫn cảm nếu thành phần đó gặp dịch vụ ăn mòn.
Hỏi: 304L có cần-xử lý nhiệt sau hàn không?
Đáp: Không - đây là lợi thế cơ bản của 304L. Ngược lại, trong-điều kiện được hàn, 304L chống ăn mòn giữa các hạt mà không cần bất kỳ-xử lý nhiệt sau mối hàn. 304 nào, ngược lại, yêu cầu ủ dung dịch ở nhiệt độ 1.040-1.150 độ + làm nguội bằng nước sau khi hàn để khôi phục khả năng chống ăn mòn nếu bộ phận gặp dịch vụ ăn mòn.
Hỏi: 304/304L được chứng nhận kép là gì?
Đáp: 304/304L được chứng nhận-kép là vật liệu đáp ứng đồng thời các yêu cầu về thành phần hóa học của cả hai loại: cacbon Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03% (đáp ứng 304L), crom 18,0-20,0%, niken 8,0-10,5% (đáp ứng 304). Nó đã trở thành sản phẩm mặc định của hầu hết các nhà máy thép không gỉ vì quá trình tinh chế AOD hiện đại đạt được mức carbon dưới 0,03% một cách tự nhiên. Vật liệu được chứng nhận kép mang lại cho bạn khả năng hàn của 304L với mức giá 304 - và phải luôn là lựa chọn đầu tiên của bạn khi có sẵn.
Hỏi: 304 có bị rỉ sét không?
Đáp: 304 và 304L là "không gỉ" - không phải là "chống vết bẩn-". Cả hai loại đều chống gỉ ở hầu hết các môi trường trong nhà và ngoài trời ôn hòa, nhưng có thể phát triển rỉ sét bề mặt (vết trà) trong môi trường giàu clorua-clorua -, đặc biệt là các khu vực ven biển có phun muối. Đây là hạn chế chung của họ 304, không phải là sự khác biệt giữa 304 và 304L. Đối với môi trường giàu clorua{12}}(nước biển, ven biển, muối làm tan băng), hãy nâng cấp lên 316L, bổ sung thêm 2-3% molypden để chống ăn mòn rỗ.
Hỏi: 304 so với 304L so với 316L - tôi chọn cách nào?
Đáp: Chọn 304/304L (được chứng nhận-kép) cho-chế tạo hàn có mục đích chung, chế biến thực phẩm, ứng dụng kiến trúc và dịch vụ hóa học nhẹ khi không có clorua. Chọn 316L khi môi trường có chứa clorua (nước biển, ven biển,-muối làm tan băng, các quá trình hóa học với Cl⁻) - 316L thêm 2-3% molypden để chống rỗ. Chọn 304H cho các bình chịu áp lực ASME hoạt động trên 425 độ trong đó cường độ rão là rất quan trọng. Đừng bao giờ chọn 304 không phải cấp L cho các bộ phận hàn sẽ chịu bất kỳ môi trường ăn mòn nào.
Hỏi: Làm cách nào để xác minh rằng vật liệu của tôi thực sự là 304L chứ không phải 304?
Đáp: Kiểm tra Báo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR) - nó phải hiển thị Carbon nhỏ hơn hoặc bằng 0,03%. PMI (Nhận dạng vật liệu tích cực) sử dụng XRF cầm tay không thể phân biệt 304 với 304L vì XRF không thể đo carbon (carbon là nguyên tố quá nhẹ để phát hiện XRF). Phương pháp xác minh hiện trường đáng tin cậy duy nhất là Quang phổ phát xạ quang học (OES), có thể đo hàm lượng carbon. Nếu việc xác minh hàm lượng cacbon là quan trọng, hãy yêu cầu phân tích hóa học trong phòng thí nghiệm hoặc dựa vào MTR của máy nghiền (EN 10204 Loại 3.1).
