Thép không gỉ 316L và 316H: Hàm lượng cacbon, độ bền rão và lựa chọn nhiệt độ-cao

Hãy hỏi bất kỳ kỹ sư vật liệu nào kể tên hai loại thép không gỉ austenit phổ biến nhất và họ sẽ nói316Lvà 316H - thường không nhận ra rằng hai "anh chị em" này được thiết kế cho những công việc hoàn toàn trái ngược nhau. 316L là sản phẩm có thể hàn, chống ăn mòn-của các nhà máy hóa chất, thiết bị hàng hải và chế biến thực phẩm. 316H là chuyên gia về nhiệt độ-cao, được chế tạo để chống rão - biến dạng chậm, vĩnh viễn mà kim loại trải qua khi chịu áp lực ở nhiệt độ cao trong nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ.

Toàn bộ sự khác biệt giữa hai loại này thuộc về hai biến số: hàm lượng carbon và kích thước hạt. 316L giới hạn lượng carbon ở mức 0,03% để ngăn chặn sự nhạy cảm của mối hàn. 316H yêu cầu carbon từ 0,04% đến 0,10% cộng với kích thước hạt thô theo tiêu chuẩn ASTM No. 7 hoặc thô hơn, cả hai đều tối đa hóa độ bền rão. Đây không phải là so sánh "tốt hơn hay tệ hơn" - mà là so sánh "công cụ phù hợp với nhiệt độ phù hợp". Sử dụng 316L trên 425 độ (800 độ F) trong dịch vụ chịu áp lực có nguy cơ bị hư hỏng; sử dụng 316H cho bể chứa hóa chất hàn sẽ gây ra sự ăn mòn giữa các hạt. Việc chọn sai loại theo cả hai hướng đều có thể khiến nhà máy ngừng hoạt động, vỡ bình chứa và hư hỏng nghiêm trọng.

Quy tắc quyết định trong một câu: dưới 425 độ (800 độ F) và hàn hoặc ăn mòn-nghiêm trọng, chọn 316L; trên 425 độ trong đó cường độ rão và xếp hạng nhiệt độ cao-theo Mã ASME đóng vai trò quan trọng, hãy chọn 316H. Hai loại này bổ sung cho nhau, không thể hoán đổi cho nhau - và việc nhầm lẫn chúng là một trong những lỗi lựa chọn vật liệu-phổ biến nhất trong ngành công nghiệp chế biến và điện.

Thành phần hóa học - Hàm lượng cacbon và yêu cầu về kích thước hạt

316L và316Hcó chung thành phần hóa học cốt lõi - 16-18% crom, 10-14% niken và 2-3% molypden - đồng thời khác nhau về hàm lượng cacbon và kích thước hạt. 316L giới hạn cacbon ở mức 0,03% (khả năng hàn tối đa), trong khi 316H chỉ định cacbon ở mức 0,04-0,10% cộng với kích thước hạt thô bắt buộc là ASTM No{8}} hoặc thô hơn. Molypden ở cả hai loại là thứ phân biệt toàn bộ dòng 316 với 304: nó cung cấp khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở trong môi trường clorua.

Cả 316L (UNS S31603) và 316H (UNS S31609) đều là thép không gỉ austenit chứa molypden-trong dòng 300. Chữ "L" trong 316L là viết tắt của "Carbon thấp" (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03%). "H" trong 316H là viết tắt của "Cacbon cao" (0,04-0,10%) và nó mang đến một yêu cầu bổ sung mà không loại 300-series nào khác có: kích thước hạt thô theo tiêu chuẩn ASTM No{13}} hoặc thô hơn. Yêu cầu về kích thước hạt này là điều làm cho 316H khác biệt cơ bản so với 316 thông thường chỉ có lượng carbon tăng cao - hạt thô rất cần thiết cho khả năng chống rão và nó được xác minh bằng cách kiểm tra cấu trúc vi mô trong báo cáo thử nghiệm của nhà máy.

Tại sao hàm lượng cacbon lại chỉ ra hai loại theo hướng ngược nhau?

Carbon đóng hai vai trò đối lập trong thép không gỉ dòng 316-. Ở nhiệt độ cao, carbon tăng cường độ cứng cho kim loại bằng cách hình thành các kết tủa cacbua crom mịn giúp xác định ranh giới hạt chống lại biến dạng rão -, đây là lý do tại sao 316H cần lượng carbon tối thiểu 0,04%. Nhưng trong quá trình hàn, chính lượng carbon đó di chuyển đến các ranh giới hạt và làm cạn kiệt crom, gây ra sự ăn mòn giữa các hạt (sự nhạy cảm) - đây là lý do tại sao 316L giới hạn lượng carbon ở mức 0,03%. Tóm lại: cacbon là nguồn tạo nên độ bền nhiệt-cao của 316H và việc không có cacbon của 316L là nguồn đảm bảo tính toàn vẹn của mối hàn. Bạn không thể có cả hai lợi ích trong một hóa chất duy nhất - đó là lý do tại sao có hai loại tồn tại.

Để hiểu được sự cân bằng này{0}}, hãy hình dung các nguyên tử carbon đang thực hiện hai công việc khác nhau ở hai nhiệt độ khác nhau. Trong phạm vi nhạy cảm 425-870 độ (800{6}}1.600 độ F), - đạt đến vùng chịu ảnh hưởng nhiệt-của mối hàn, - carbon phản ứng với crom để tạo thành cacbua crom ở ranh giới hạt, đánh cắp crom từ kim loại xung quanh và tạo ra các đường ăn mòn cực nhỏ. 316Cacbon cực thấp-của L có nghĩa là không có đủ cacbon để gây ra hư hỏng này, vì vậy 316L hàn vẫn có khả năng chống ăn mòn mà không cần xử lý nhiệt sau hàn.

Nhưng ở nhiệt độ cao duy trì (khoảng 500-700 độ ), câu chuyện sẽ đảo ngược. Leo - sự giãn nở chậm của kim loại dưới tải trọng - xảy ra chủ yếu do các ranh giới hạt trượt qua nhau và do chuyển động lệch vị trí. Sự phân tán mịn của các hạt cacbua crom tại các ranh giới hạt hoạt động giống như những chiếc ghim khóa các ranh giới tại chỗ, làm chậm đáng kể quá trình rão. Đây chính xác là cơ chế tăng cường mà lượng carbon cao hơn của 316H cung cấp. 316L, hầu như không có carbon để tạo thành các cacbua ghim này, bò nhanh hơn ở nhiệt độ cao. Thêm vào lợi thế, kích thước hạt thô của 316H có nghĩa là có ít ranh giới hạt hơn trên một đơn vị thể tích - và vì ranh giới hạt là liên kết yếu trong từ biến nên ít ranh giới hơn đồng nghĩa với khả năng chống rão tốt hơn.

Yêu cầu về kích thước hạt - Điều gì tạo nên 316H thực sự là "H"

Yêu cầu về kích thước hạt theo tiêu chuẩn ASTM No{0}} hoặc thô hơn là đặc điểm xác định giúp tách 316H khỏi cacbon 316-cao thông thường. Các hạt thô làm giảm tổng diện tích ranh giới-của hạt và do biến dạng rão tập trung ở các ranh giới hạt nên vật liệu-hạt thô có khả năng chống rão tốt hơn nhiều so với vật liệu-hạt mịn có cùng thành phần hóa học. Đây là lý do tại sao báo cáo thử nghiệm vật liệu cho 316H phải hiển thị kích thước hạt - của vật liệu 316 với lượng carbon phù hợp nhưng hạt mịn KHÔNG phải là 316H và sẽ không hoạt động tương tự trong dịch vụ rão.

Kích thước hạt được đo bằng tiêu chuẩn ASTM E112 và được báo cáo dưới dạng số; số cao hơn có nghĩa là hạt mịn hơn. 316L được ủ thông thường có kích thước hạt ASTM No. 5-8, thường ở mặt mịn hơn sau khi ủ dung dịch. 316H được sản xuất có chủ ý với kích thước hạt ASTM No. 7 hoặc thô hơn (thường là Không. 3-7 trong thực tế), đạt được thông qua nhiệt độ và thời gian ủ dung dịch-được kiểm soát. Đây là một trong số ít trường hợp ở thép không gỉ trong đó cấu trúc vi mô "thô hơn" sẽ "tốt hơn" - một điểm phản trực giác khiến các kỹ sư bối rối khi biết rằng kích thước hạt mịn giúp cải thiện độ bền và độ bền nhiệt độ phòng. Sự thật là hạt mịn có tác dụng ở nhiệt độ phòng, nhưng hạt thô sẽ thắng ở nhiệt độ rão.

[Nguồn] ASTM A240/A240M - Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho Crom và Crom-Tấm, tấm và dải thép không gỉ Niken. Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM E112 - để xác định kích thước hạt trung bình.

Tính chất cơ học

Ở nhiệt độ phòng trong điều kiện ủ, 316H có độ bền kéo tối thiểu và cường độ chảy cao hơn một chút so với 316L (độ bền kéo 515 MPa so với 485 MPa; hiệu suất 205 MPa so với 170 MPa), vì hàm lượng carbon cao hơn giúp tăng cường lượng mưa khiêm tốn. Tuy nhiên, mức chênh lệch 6-15% này là nhỏ và cả hai loại đều dẻo và có thể tạo hình được. Sự chênh lệch về cường độ nhiệt độ trong phòng KHÔNG phải là lý do để chọn loại này hơn loại kia - điểm khác biệt thực sự chỉ xuất hiện ở nhiệt độ cao.

Cường độ nhiệt độ-cao và mức phân chia ứng suất cho phép của ASME

Sự khác biệt cơ học quyết định xuất hiện ở trên khoảng 425 độ (800 độ F). Mã nồi hơi và bình áp lực ASME Phần II, Phần D liệt kê các giá trị ứng suất cho phép đối với 316L chỉ lên tới 800 độ F (427 độ ) - ngoài điều đó, 316L không có ứng suất cho phép-được liệt kê trong Mã vì cường độ rão của nó không được đảm bảo một cách đáng tin cậy. 316H, ngược lại, được liệt kê lên tới 1.500 độ F (816 độ ). Thực tế duy nhất này là quy tắc thực tế chi phối toàn bộ quyết định lựa chọn 316L và 316H trong thiết kế đường ống và bình chịu áp.

Lý do cho mức trần 800 độ F (427 độ) trên 316L là đáng sợ. Ở nhiệt độ trên khoảng 0,4 lần điểm nóng chảy (tính bằng Kelvin), kim loại bắt đầu biến dạng vĩnh viễn dưới tải trọng thấp hơn nhiều-cường độ năng suất ở nhiệt độ phòng của chúng. Đối với thép không gỉ austenit, chế độ rão này bắt đầu ở khoảng 500 độ (930 độ F) và đến 600 độ (1.112 độ F), nó chiếm ưu thế trong thiết kế. Bởi vì 316L không có cacbon hay hạt thô để chống dão nên ASME không công bố ứng suất cho phép đối với nó trên 800 độ F - một nhà thiết kế thực sự không thể sử dụng 316L cho thành phần áp suất được đóng dấu Mã-ở 600 độ . 316H, được thiết kế đặc biệt cho từ biến, giữ lại ứng suất cho phép-được liệt kê trong Mã đến 1.500 độ F (816 độ ).

[Nguồn] Mã nồi hơi và bình áp suất ASME, Phần II, Phần D - Thuộc tính (Hệ mét). Các giá trị hiển thị mang tính đại diện; tham khảo phiên bản Code hiện tại để thiết kế.

Sức mạnh leo

Độ dãn là sự biến dạng chậm, vĩnh viễn của kim loại được giữ dưới tác dụng của ứng suất ở nhiệt độ cao - ngay cả ở ứng suất thấp hơn nhiều so với cường độ chảy-ở nhiệt độ phòng của nó. Một đường ống dễ dàng giữ được 100 bar ở 20 độ có thể, ở 600 độ, từ từ phồng lên, mỏng đi và vỡ trong nhiều tháng hoặc nhiều năm dưới cùng một áp suất. Creep là cơ chế hỏng hóc chủ yếu trong các thiết bị có nhiệt độ-cao như ống nồi hơi, đầu bộ quá nhiệt, ống lò lọc và đường ống hơi nước - và chính xác là chế độ hỏng hóc mà 316H được thiết kế để chống lại còn 316L thì không.

Để hiểu được sự leo thang bằng trực giác, hãy nghĩ đến việc kéo dài một miếng caramen ấm hoặc một miếng pho mát mềm. Kéo nhẹ nhàng và nó giãn ra từ từ và vĩnh viễn - nó không bị giật lại. Kim loại cũng làm điều tương tự ở nhiệt độ cao: các nguyên tử bên trong kim loại thu đủ năng lượng nhiệt để di chuyển và sắp xếp lại khi chịu tải. Theo thời gian, chuyển động nguyên tử này tích tụ dưới dạng biến dạng vĩnh viễn. Ở nhiệt độ phòng, chuyển động này chậm đến mức nó không liên quan đến cuộc đời con người. Ở nhiệt độ 600 độ, nó xảy ra đủ nhanh để làm vỡ bình chịu áp trong vài năm -, đó là lý do tại sao độ rão, chứ không phải cường độ chảy, chi phối thiết kế nhiệt độ-cao.

Độ rão thường được đặc trưng bởi cường độ đứt gãy của rão: ứng suất gây ra đứt gãy sau một thời gian xác định ở nhiệt độ xác định, thường được báo cáo ở mức 100.000 giờ (khoảng 11,4 năm). Ví dụ: một vật liệu có thể có cường độ đứt dão trong 100.000{12}}giờ là 100 MPa ở 600 độ, nghĩa là một thành phần được tải tới 100 MPa sẽ tồn tại trung bình 100.000 giờ trước khi bị đứt. Mã thiết kế sử dụng các giá trị đứt gãy này, chia cho hệ số an toàn, để đặt ứng suất cho phép ở nhiệt độ cao - đó là lý do tại sao 316L không có ứng suất cho phép trên 800 độ F.

Tại sao 316H chống leo tốt hơn 316L

316H chống rão thông qua hai cơ chế gia cố mà 316L thiếu: (1) lượng carbon cao hơn (0,04-0,10%) tạo thành kết tủa cacbua crom mịn ở các ranh giới hạt, giúp ghim các ranh giới và ngăn chúng trượt; (2) kích thước hạt thô (ASTM No. 7 hoặc thô hơn) có nghĩa là có ít ranh giới hạt trên một đơn vị thể tích hơn và vì ranh giới hạt là liên kết yếu trong từ biến nên ít ranh giới hơn đồng nghĩa với ít từ biến hơn{6}}L không có cơ chế nên nó bò nhanh hơn đáng kể ở nhiệt độ cao.

Cơ chế ghim cacbua 1 -. Trong 316H, cacbon tạo thành sự phân tán cacbua M₂₃C₆ giàu crom-ở ranh giới hạt. Các cacbua này hoạt động giống như các chốt được dẫn động qua các ranh giới hạt, khóa các hạt liền kề lại với nhau và chống lại sự trượt biên dẫn đến biến dạng rão. 316L, hầu như không có cacbon, tạo thành ít cacbua ghim này hơn nhiều, do đó các ranh giới hạt của nó trượt tự do hơn dưới tải trọng ở nhiệt độ cao.

Cơ chế 2 - hạt thô. Biến dạng rão tập trung ở ranh giới hạt vì ranh giới là nơi cấu trúc nguyên tử bị rối loạn. Chất liệu-hạt mịn có nhiều ranh giới (nhiều liên kết yếu hơn); vật liệu có hạt thô-có rất ít. Bằng cách yêu cầu kích thước hạt ASTM No{6}} hoặc thô hơn, 316H giảm thiểu số lượng liên kết yếu, trực tiếp giảm tốc độ rão. Đây là một trường hợp hiếm gặp trong luyện kim, trong đó càng thô thì tốt hơn - trái ngược hoàn toàn với ưu tiên của hạt mịn{10}}về độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng.

Hiệu quả kết hợp là đáng kể. Ở 600 độ (1.112 độ F), cường độ đứt gãy dão 100.000{13}}giờ của 316H cao hơn khoảng 30-60% so với cường độ đứt gãy của 316L hóa học cơ bản tương đương. Về mặt thực tế, ống nồi hơi 316H có thể mang cùng tải hơi ở 600 độ với thời gian dài gấp hai đến ba lần so với ống 316L - hoặc mang tải cao hơn với cùng tuổi thọ thiết kế. Đối với thiết bị có tuổi thọ thiết kế 20-30 năm, sự khác biệt này là sự khác biệt giữa thành công và thất bại sớm.

Ứng dụng Creep - Nơi 316H kiếm được tiền

316H là vật liệu tiêu chuẩn cho dịch vụ nhiệt độ-nâng cao ở phạm vi 500-700 độ (930-1.290 độ F), đặc biệt là trong sản xuất và tinh chế điện: ống quá nhiệt và hâm nóng nồi hơi, đầu hơi và đường ống hơi, lò luyện và ống cải cách, cũng như các bình phản ứng-nhiệt độ cao và ống trao đổi nhiệt-. Nó được chọn cụ thể trong đó{10}}độ bền rão dài hạn - chứ không chỉ độ bền nóng ngắn hạn - là tiêu chí thiết kế chủ đạo.

Lựa chọn nhiệt độ-cao

Con số quan trọng nhất trong quyết định 316L so với 316H là 425 độ (800 độ F). Dưới nhiệt độ này, 316L hoàn toàn có thể chấp nhận được và thường là lựa chọn tốt hơn vì khả năng hàn vượt trội và khả năng chống ăn mòn giữa các hạt. Trên nhiệt độ này, trong bất kỳ ứng dụng áp suất-do Mã điều chỉnh nào, 316L không được phép và 316H (hoặc một hợp kim có xếp hạng rão khác) trở thành bắt buộc. Hãy ghi nhớ ngưỡng này: nó giải quyết được phần lớn các câu hỏi 316L so với 316H.

Giới hạn 800 độ F đối với cấp L-không phải là tùy ý - nó được viết trong ASME BPVC Phần II, Phần D, đơn giản là không liệt kê các ứng suất cho phép đối với 316L trên 800 độ F. Bởi vì ASME Phần VIII (bình áp lực) và ASME B31.3 (đường ống xử lý) yêu cầu các nhà thiết kế sử dụng các ứng suất cho phép được liệt kê này, một bộ phận có đóng dấu Mã không thể sử dụng hợp pháp 316L trên 800 độ F. Điều này đúng ngay cả khi nhà cung cấp nói với bạn rằng 316L "nên giữ" ở 600 độ - vật liệu có thể tồn tại trong một thời gian, nhưng nó không có cơ sở ứng suất-được Mã phê duyệt và tuổi thọ rão của nó không được đảm bảo.

Thang lựa chọn nhiệt độ

Quá trình oxy hóa - Giới hạn nhiệt độ cao-khác

Ngay cả 316H cũng có nhiệt độ sử dụng cao hơn. Trên nhiệt độ khoảng 870 độ (1.600 độ F) trong không khí, lớp oxit crom bảo vệ trên 316H bắt đầu bị phá vỡ và hoạt động liên tục sẽ gây ra quá trình oxy hóa tiến triển (đóng cặn) và mất tiết diện. Để sử dụng liên tục ở nhiệt độ trên khoảng 870 độ , hãy chuyển sang loại chịu nhiệt-(chẳng hạn như 310S hoặc 253MA) hoặc hợp kim niken (chẳng hạn như Inconel 625 hoặc 601). Trong khoảng từ 816 độ đến 870 độ, 316H có thể được sử dụng không liên tục hoặc dưới tải nhẹ, nhưng tuổi thọ oxy hóa phải được đánh giá theo từng trường hợp.

Sự ăn mòn ở nhiệt độ-cao về cơ bản khác với sự ăn mòn trong nước chiếm ưu thế ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ thấp, ăn mòn là chất điện hóa - nó cần chất điện phân lỏng. Ở nhiệt độ cao, ăn mòn là quá trình oxy hóa - kim loại phản ứng trực tiếp với oxy, lưu huỳnh hoặc cacbon trong khí. Crom trong 316H tạo thành lớp Cr₂O₃ bảo vệ có khả năng chống lại quá trình oxy hóa lên tới khoảng 870 độ. Trên mức đó, lớp cân trở nên kém bảo vệ hơn và kim loại bên dưới dần dần bị tiêu hao.

Đây là lý do tại sao việc lựa chọn vật liệu ở "nhiệt độ cao" có hai câu hỏi độc lập: "Độ bền từ biến có đủ không?" và "Liệu kim loại có bị oxy hóa đi không?" - và cả hai đều phải được trả lời trước khi chọn điểm.

Hàn và nhạy cảm

Đây là điều trớ trêu cốt lõi của họ 316: chính loại carbon mang lại cho 316H độ bền- rão ở nhiệt độ cao cũng chính là loại carbon khiến 316H dễ bị nhạy cảm với mối hàn. Khi hàn 316H và vùng ảnh hưởng nhiệt-đi qua 425-870 độ, carbon của nó kết tủa dưới dạng cacbua crom ở ranh giới hạt, làm cạn kiệt crom và tạo ra khả năng bị ăn mòn giữa các hạt nếu thành phần sau đó tiếp xúc với môi trường nước ăn mòn. 316L, hầu như không có carbon, hàn sạch mà không có rủi ro này - đó là lý do tại sao 316L là lựa chọn tiêu chuẩn cho dịch vụ hàn, nhiệt độ thấp, ăn mòn.

Sự cân bằng-này là lý do tại sao hai cấp này bổ sung chứ không phải cạnh tranh.. 316Các thành phần H (ống nồi hơi, đầu hơi) hoạt động ở nhiệt độ trên 500 độ trong môi trường hơi nước hoặc khí đốt - nơi không xảy ra hiện tượng ăn mòn giữa các hạt, do đó hiện tượng mẫn cảm không phải là mối lo ngại thực tế. 316Các thành phần L (bể hóa chất, đường ống hàng hải, thiết bị thực phẩm) hoạt động dưới 425 độ trong môi trường nước hoặc axit nhẹ, nơi ăn mòn giữa các hạt là mối đe dọa thực sự, do đó, lợi thế-cacbon thấp là điều cần thiết. Việc chọn sai điểm sẽ đảo ngược logic này và dẫn đến thất bại.

Thực hành hàn cho 316L so với 316H

Bạn có thể hàn 316L đến 316H không?

Có - 316L và 316H tương thích về mặt luyện kim và có thể được hàn lại với nhau, nhưng kim loại phụ và nhiệt độ sử dụng phải được xem xét cùng nhau. Đối với mối nối có nhiệt độ-thấp, hãy sử dụng chất độn ER316L để kim loại mối hàn chống lại sự nhạy cảm. Đối với mối nối rão ở nhiệt độ-cao, kim loại mối hàn phải có cacbon phù hợp và độ bền rão tương tự như kim loại cơ bản 316H - bằng cách sử dụng chất độn cacbon thấp-trong mối nối rão sẽ tạo ra một liên kết yếu sẽ-bị hỏng trước tiên. Tham khảo mã hiện hành (ASME B31.3, Phần VIII) để biết các yêu cầu cụ thể về kim loại phụ của các mối nối nhiệt độ cao 316H 316H.

Đây là một điểm tinh tế nhưng quan trọng mà các kỹ sư thường bỏ qua. Trong mối hàn ở nhiệt độ phòng, kim loại mối hàn thường bền hơn kim loại cơ bản nên mối hàn yếu hơn một chút vẫn được chấp nhận. Nhưng trong quá trình làm việc từ biến, kim loại mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt{2}}có thể là phần yếu nhất từ ​​biến của mối nối. Chất độn 316L lắng đọng vào mối nối dão 316H có lượng carbon thấp hơn và hạt mịn hơn kim loại cơ bản 316H, do đó nó sẽ bị rão và đứt trước tiên -, một hiện tượng được gọi là "giảm tuổi thọ từ biến ở mối hàn". Đối với các mối hàn có nhiệt độ{10}cao quan trọng, hóa chất độn, cấu trúc hạt và thậm chí cả quá trình xử lý nhiệt của mối hàn phải được kết hợp cẩn thận để duy trì tuổi thọ của dây leo.

Khả năng chống ăn mòn - Nước và nhiệt độ cao-Nhiệt độ

Đối với khả năng chống ăn mòn, rỗ và kẽ hở nói chung trong môi trường nước, 316L và 316H về cơ bản là tương đương nhau, bởi vì các tính chất này bị chi phối bởi crom, niken và molypden - giống hệt nhau ở hai loại. Cả hai đều có PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) khoảng 24-25, khiến cả hai đều thích hợp cho việc tiếp xúc với clorua nhẹ nhưng không thích hợp cho dịch vụ nước biển khắc nghiệt. Sự khác biệt về ăn mòn giữa các lớp chỉ xuất hiện sau khi hàn (độ nhạy) và ở nhiệt độ cao (oxy hóa).

Hàm lượng molypden (2-3%) là yếu tố mang lại lợi thế cho toàn bộ dòng sản phẩm 316 so với 304. Molypden cải thiện đáng kể khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở trong môi trường clorua. Đây là lý do tại sao 316/316L/316H là thép không gỉ "cấp hàng hải" và "cấp hóa chất" tiêu chuẩn, trong khi 304 là cấp "mục đích chung" tiêu chuẩn. Vì 316L và 316H có cùng hàm lượng molypden nên khả năng chống rỗ clorua của chúng là giống hệt nhau - ký hiệu "L" hoặc "H" không liên quan đến đặc tính này.

Ăn mòn giữa các hạt - Trường hợp các lớp phân kỳ sau khi hàn

Sau khi hàn, đặc tính ăn mòn của 316L và 316H phân kỳ rõ rệt. 316L chống lại sự ăn mòn giữa các hạt trong điều kiện-được hàn vì lượng carbon thấp của nó ngăn chặn sự kết tủa của crom cacbua trong vùng-chịu ảnh hưởng nhiệt. 316H, với 0,04-0,10% carbon, dễ dàng nhạy cảm trong quá trình hàn và thành phần 316H được hàn tiếp xúc với môi trường nước ăn mòn bên dưới khoảng 400 độ sẽ chịu sự tấn công giữa các hạt tại vùng ảnh hưởng nhiệt{12}}của mối hàn. Đây là lý do tại sao thép hàn 316H được dành riêng cho dịch vụ không chứa nước, nhiệt độ cao.

Ăn mòn giữa các hạt (IGC) là dạng hư hỏng mà cấp "L" được tạo ra để ngăn chặn. Nó xảy ra khi cacbua crom hình thành ở ranh giới hạt trong quá trình hàn, làm suy giảm kim loại crom liền kề dưới ngưỡng màng-thụ động ~12%. Sau đó, các ranh giới cạn kiệt sẽ bị ăn mòn nhiều hơn, khiến kim loại mất đi độ bền và cuối cùng bị hỏng dọc theo các ranh giới hạt. 316H có hàm lượng cacbon cao một cách cố ý nên vốn dĩ dễ bị nhạy cảm-. Đối với bất kỳ bộ phận hàn nào có thể tiếp xúc với nước, xử lý hóa chất hoặc thậm chí không khí ẩm ở nhiệt độ thấp, 316L - chứ không phải 316H - là lựa chọn chính xác. Ngược lại, đối với ống nồi hơi ở nhiệt độ 600 độ trong hơi khô, độ nhạy là không liên quan và 316H là chính xác.

Quá trình oxy hóa và cacbon hóa ở nhiệt độ cao-

Ở nhiệt độ cao, các cơ chế ăn mòn có liên quan chuyển từ tấn công bằng nước sang oxy hóa, sunfua hóa và cacbon hóa. Ở đây, 316H hoạt động tốt bằng (hoặc tốt hơn một chút so với) 316L, vì khả năng chống oxy hóa bị chi phối bởi crom - giống hệt nhau ở cả hai cấp - và lượng carbon cao hơn của 316H thậm chí có thể cải thiện khả năng chống lại quá trình cacbon hóa bằng cách-làm bão hòa bề mặt bằng carbon. Cả hai loại đều tạo thành thang đo Cr₂O₃ bảo vệ lên tới khoảng 870 độ, trên đó cần có hợp kim gốc-chịu nhiệt hoặc niken{10}}.

Trong lò nung và dịch vụ cải cách, cacbon hóa - sự hấp thụ carbon từ khí xử lý vào kim loại - là một cơ chế phân hủy phổ biến làm giòn hợp kim. Bởi vì 316H đã chứa nhiều cacbon hơn nên nó có "công suất" cacbon cao hơn trước khi quá trình cacbon hóa trở nên có hại, mang lại lợi thế hơn một chút so với 316L trong môi trường cacbon hóa. Đây là một lý do khác khiến 316H là loại được ưa chuộng trong dịch vụ lò lọc và hóa dầu. Tuy nhiên, đối với bầu không khí sunfua hóa (-H₂S) ở nhiệt độ cao, cả hai loại đều không lý tưởng và nên xem xét hợp kim niken-cao hơn như Incoloy 825 hoặc Inconel 625.

Chi phí và tính sẵn có

316L và 316H về cơ bản có giá giống nhau - chênh lệch chi phí là không đáng kể (thường trong khoảng 2-5% và thường bằng 0) do cả hai loại đều được sản xuất theo cùng một lộ trình tinh chế AOD và sự khác biệt chỉ là điều chỉnh cacbon khiêm tốn cộng với bước kiểm soát kích thước hạt. Điều này có nghĩa là chi phí không bao giờ ảnh hưởng đến quyết định 316L hay 316H; sự lựa chọn phải được thực hiện hoàn toàn trên cơ sở các yêu cầu về nhiệt độ vận hành, hàn và ăn mòn.

Không giống như 304L so với 304 - trong đó loại L-có mức chênh lệch nhỏ so với tiêu chuẩn 304 -, việc so sánh 316L và 316H gần như có chi phí-trung tính. Cả hai loại đều có cùng mức giá hợp kim cơ bản (do hàm lượng molypden 2{11}}3%, là thành phần đắt tiền) và chi phí gia tăng để đạt được phạm vi cacbon và hạt thô của 316H là không đáng kể. Điều này thật may mắn vì nó loại bỏ hoàn toàn giá khỏi phương trình: các kỹ sư có thể lựa chọn hoàn toàn dựa trên thành tích kỹ thuật, đó chính xác là cách đưa ra quyết định quan trọng về an toàn.

sẵn có

316L là loại thép không gỉ có sẵn và được lưu trữ rộng rãi nhất trên thế giới, có sẵn ở mọi dạng sản phẩm (tấm, tấm, thanh, ống, ống, phụ kiện, mặt bích) về cơ bản từ mọi nhà phân phối và nhà máy thép không gỉ.. 316H ít phổ biến hơn nhưng vẫn sẵn có, đặc biệt là ở dạng sản phẩm dạng ống (ASTM A213/A312 TP316H) và tấm (ASTM A240 316H) được sử dụng trong các ứng dụng điện và tinh chế. Đối với các ứng dụng-áp suất nhiệt độ cao, tính khả dụng của 316H được thiết lập tốt thông qua các nhà máy phục vụ ngành công nghiệp nồi hơi và hóa dầu.

Một lưu ý thực tế: vì 316L chiếm ưu thế trên thị trường nên nhiều nhà phân phối và nhà chế tạo mặc định sử dụng nó - ngay cả đối với các ứng dụng nên sử dụng 316H. Khi đặt hàng dịch vụ ở nhiệt độ-cao, hãy chỉ định rõ ràng "316H" và xác minh trên báo cáo thử nghiệm vật liệu rằng (1) cacbon là 0,04-0,10% và (2) kích thước hạt là ASTM No. 7 hoặc thô hơn. Vật liệu chỉ đáp ứng hóa học 316 (với hàm lượng carbon tối đa 0,08%) nhưng thiếu yêu cầu về kích thước hạt KHÔNG phải là 316H và sẽ không mang lại hiệu suất rão cần thiết.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Chữ “H” trong 316H có nghĩa là gì?

Đáp: “H” là viết tắt của “Cacbon cao”. 316H chỉ định hàm lượng cacbon là 0,04-0,10% (cao hơn mức tối đa 0,03% của 316L) cộng với kích thước hạt thô theo tiêu chuẩn ASTM No. 7 hoặc thô hơn. Cùng với nhau, hai tính năng này sẽ tối đa hóa độ bền cho dịch vụ ở nhiệt độ-cao. Ký hiệu "H" được đưa ra để phân biệt loại rão{12}}316 với loại 316 thông thường và với loại 316L có hàm lượng carbon thấp.

Hỏi: 316H có mạnh hơn 316L không?

Trả lời: Ở nhiệt độ phòng, 316H có cường độ tối thiểu cao hơn một chút (độ bền kéo 515 MPa so với 485 MPa; hiệu suất 205 MPa so với 170 MPa). Nhưng sự khác biệt có ý nghĩa là ở nhiệt độ cao: trên 425 độ (800 độ F), 316H duy trì độ bền rão cao hơn nhiều so với 316L và 316H là loại duy nhất trong hai loại có giá trị ứng suất cho phép-được liệt kê trong Mã trên 800 độ F. Đối với các ứng dụng-ở nhiệt độ phòng, sự chênh lệch cường độ quá nhỏ không thành vấn đề.

Hỏi: Tôi có thể sử dụng 316L thay vì 316H ở nhiệt độ cao không?

Đáp: Không áp dụng cho dịch vụ chịu áp suất theo Mã ASME trên 425 độ (800 độ F). 316L không có Mã- liệt kê ứng suất cho phép trên nhiệt độ này vì lượng carbon thấp và hạt mịn không thể đảm bảo khả năng chống rão. Đối với nhiệt độ trên 425 độ trong các ứng dụng áp suất, hãy sử dụng 316H. Đối với các ứng dụng không có-áp suất hoặc chịu tải nhẹ, 316L đôi khi được sử dụng ở nhiệt độ lên tới khoảng 450 độ, nhưng điều này nằm ngoài quy tắc thực hành của Quy tắc và cần được thực hiện một cách thận trọng về mặt kỹ thuật.

Hỏi: 316H có hàn được không?

Đáp: Có, 316H có thể hàn được, nhưng lượng carbon cao hơn của nó làm cho vùng-ảnh hưởng nhiệt dễ bị nhạy cảm (kết tủa cacbua crom) trong quá trình hàn. Điều này có thể chấp nhận được đối với dịch vụ không chứa nước, có nhiệt độ-cao, không{4}}có nước, nơi không xảy ra hiện tượng ăn mòn giữa các hạt nước. Không sử dụng 316H hàn trong dịch vụ nước ăn mòn ở nhiệt độ thấp-- thay vào đó hãy sử dụng 316L.

Hỏi: Nhiệt độ sử dụng tối đa 316H là bao nhiêu?

Trả lời: 316H có ứng suất cho phép theo Mã ASME được liệt kê lên tới 816 độ (1.500 độ F). Tuy nhiên, đối với hoạt động liên tục trong không khí, quá trình oxy hóa trở nên giới hạn ở nhiệt độ trên khoảng 870 độ (1.600 độ F). Trong thực tế, 316H được sử dụng phổ biến nhất trong phạm vi từ biến 500-700 độ (930-1.290 độ F). Trên khoảng 870 độ liên tục, hãy chuyển sang loại chịu nhiệt hoặc hợp kim niken.

Hỏi: Nhiệt độ sử dụng tối đa của 316L là bao nhiêu?

Trả lời: Đối với dịch vụ áp suất Mã ASME, 316L được giới hạn ở 425 độ (800 độ F). Đây không phải là giới hạn ăn mòn mà là giới hạn độ dão-: trên 800 độ F, khả năng chống rão của 316L không được đảm bảo một cách đáng tin cậy nên không có ứng suất cho phép nào được công bố. Đối với bất kỳ bộ phận-giữ áp suất nào trên 800 độ F, hãy sử dụng 316H.

Câu hỏi: Tôi chọn 316L so với 316H so với 316 - như thế nào?

Đáp: Sử dụng 316L cho dịch vụ hàn, chống ăn mòn-nghiêm trọng, nhiệt độ-thấp (dưới 425 độ ) - bể chứa hóa chất, đường ống hàng hải, thiết bị thực phẩm. Sử dụng 316H cho các ống nồi hơi, ống hơi, ống lò nung có nhiệt độ-cao (425-816 độ ). Sử dụng 316 trơn (tối đa 0,08% carbon) chủ yếu làm loại có mục đích chung khi không áp dụng cực đoan nào, mặc dù trên thực tế, 316L đã thay thế phần lớn 316 cho các ứng dụng hàn.

Hỏi: Làm cách nào để xác minh rằng tôi đang nhận được 316H chứ không phải 316 hay 316L?

A: Kiểm tra báo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR). Đối với 316H, MTR phải hiển thị: (1) carbon 0,04-0,10% và (2) kích thước hạt ASTM No. 7 hoặc thô hơn. XRF cầm tay (PMI) không thể phân biệt 316/316L/316H vì nó không thể đo kích thước carbon hoặc hạt. Carbon phải được xác minh bằng OES hoặc phân tích hóa học trong phòng thí nghiệm và kích thước hạt bằng kiểm tra kim loại theo tiêu chuẩn ASTM E112. Yêu cầu chứng chỉ EN 10204 Loại 3.1 để xác nhận vật liệu này là đúng 316H.