316L versus 316H roestvrij staal: koolstofgehalte, kruipsterkte en selectie op hoge temperatuur

Vraag een materiaalingenieur om de twee meest voorkomende austenitische roestvaste staalsoorten te noemen, en hij zal zeggen316Len 316H - vaak zonder te beseffen dat deze twee 'broers en zussen' zijn ontworpen voor volledig tegenovergestelde taken.. 316L is het lasbare, corrosie-bestendige werkpaard van chemische fabrieken, maritieme apparatuur en voedselverwerking. 316H is de hoge- temperatuurspecialist, gebouwd om weerstand te bieden aan kruip - de langzame, permanente vervorming die metalen ondergaan wanneer ze jarenlang of decennia onder spanning worden gehouden bij hoge temperaturen.

Het hele verschil tussen de twee kwaliteiten komt neer op twee variabelen: koolstofgehalte en korrelgrootte. 316L sluit koolstof af op 0,03% om lassensibilisatie te voorkomen. 316H vereist koolstof tussen 0,04% en 0,10% plus een grove korrelgrootte van ASTM Nee. 7 of grover, die beide de kruipsterkte maximaliseren. Dit is geen "beter of slechter" vergelijking - het is een "juiste tool voor de juiste temperatuur" vergelijking. Als u 316L boven 425 graden (800 graden F) onder druk gebruikt, bestaat het risico dat er kruip optreedt; het gebruik van 316H voor een gelaste chemicaliëntank leidt tot interkristallijne corrosie. Het selecteren van de verkeerde kwaliteit in beide richtingen heeft geleid tot stilleggingen van fabrieken, scheepsbreuken en catastrofale storingen.

De beslissingsregel in één zin: onder 425 graden (800 graden F) en gelast of corrosie-kritisch, kies 316L; boven 425 graden waar kruipsterkte en hoge -temperatuurwaarden volgens de ASME-code van belang zijn, kiest u 316H. De twee kwaliteiten zijn complementair en niet uitwisselbaar - en het verwarren ervan is een van de meest voorkomende materiële-selectiefouten in de proces- en energie-industrie.

Chemische samenstelling - Koolstofgehalte en vereiste korrelgrootte

316L en316Hdelen dezelfde kernchemie - 16-18% chroom, 10-14% nikkel en 2-3% molybdeen - en verschillen in koolstofgehalte en korrelgrootte. 316L omvat koolstof op 0,03% (maximale lasbaarheid), terwijl 316H koolstof specificeert van 0,04-0,10% plus een verplichte grove korrelgrootte van ASTM No. 7 of grover. Het molybdeen in beide kwaliteiten is wat de hele 316-familie onderscheidt van 304: het biedt weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie in chloride-omgevingen.

Zowel 316L (UNS S31603) als 316H (UNS S31609) zijn molybdeen-dragende austenitische roestvaste staalsoorten uit de 300-serie. De "L" in 316L staat voor "Low Carbon" (minder dan of gelijk aan 0,03%). De "H" in 316H staat voor "High Carbon" (0,04-0,10%), en er is een aanvullende vereiste aan verbonden die geen enkele andere kwaliteit uit de 300-serie heeft: een grove korrelgrootte van ASTM No. 7 of grover. Deze vereiste korrelgrootte is wat 316H fundamenteel anders maakt dan gewoon 316 met slechts een verhoogd koolstofgehalte - de grove korrel is essentieel voor de kruipweerstand en wordt geverifieerd door microstructureel onderzoek in het testrapport van de molen.

Waarom wijst het koolstofgehalte de twee kwaliteiten in tegengestelde richtingen?

Koolstof speelt twee tegengestelde rollen in roestvrij staal uit de 316-serie. Bij hoge temperaturen versterkt koolstof het metaal door fijne chroomcarbide-neerslag te vormen die korrelgrenzen vastlegt tegen kruipvervorming. - Dit is de reden waarom 316H minimaal 0,04% koolstof nodig heeft. Maar tijdens het lassen migreert diezelfde koolstof naar de korrelgrenzen en put het chroom uit, wat intergranulaire corrosie (sensibilisatie) veroorzaakt. - Dit is de reden waarom 316L de koolstof op 0,03% afsluit. Kortom: koolstof is de bron van hoge-temperatuursterkte van 316H, en de afwezigheid van koolstof van 316L is de bron van lasintegriteit. Je kunt niet beide voordelen hebben in één enkele chemie - daarom bestaan ​​er twee kwaliteiten.

Om deze afweging te begrijpen- moeten we ons voorstellen dat koolstofatomen twee verschillende taken uitvoeren bij twee verschillende temperaturen. In het sensibilisatiebereik van 425-870 graden (800-1600 graden F) - bereikt in de hitte-getroffen zone van een las - reageert koolstof met chroom om chroomcarbiden te vormen op de korrelgrenzen, waardoor chroom uit het omringende metaal wordt gestolen en microscopische corrosiepaden ontstaan. 316L's ultra-koolstofarme betekent dat daar Er is niet genoeg koolstof om deze schade te veroorzaken, dus gelast 316L blijft corrosiebestendig zonder warmtebehandeling na het lassen.

Maar bij aanhoudend hoge temperaturen (ongeveer 500-700 graden ) is het verhaal omgekeerd. Kruip - het langzame uitrekken van metaal onder belasting - gebeurt voornamelijk doordat korrelgrenzen langs elkaar schuiven en door dislocatiebewegingen. Een fijne dispersie van chroomcarbidedeeltjes aan de korrelgrenzen werkt als pinnen die de grenzen op hun plaats houden, waardoor het kruipen dramatisch wordt vertraagd. Dit is precies het versterkingsmechanisme dat het hogere koolstofgehalte van 316H biedt.. 316L, met bijna geen koolstof om deze vastzittende carbiden te vormen, kruipt sneller bij hoge temperaturen. Als bijkomend voordeel betekent de grove korrelgrootte van 316H minder korrelgrenzen per volume-eenheid - en aangezien korrelgrenzen de zwakke schakel zijn bij kruip, staan ​​minder grenzen gelijk aan een betere kruipweerstand.

De vereiste korrelgrootte - Wat 316H echt "H" maakt

De korrelgroottevereiste van ASTM Nee. 7 of grover is het bepalende kenmerk dat 316H scheidt van gewoon hoog-koolstof 316. Grove korrels verkleinen het totale korrel-grensgebied, en aangezien kruipvervorming zich concentreert op de korrelgrenzen, is grof-korrelig materiaal veel beter bestand tegen kruip dan fijn-korrelig materiaal met dezelfde chemie. Dit is de reden waarom een ​​materiaaltestrapport voor 316H de korrelgrootte moet tonen - een 316-materiaal met de juiste koolstof, maar een fijne korrel is NIET 316H en zal niet hetzelfde presteren bij kruipgebruik.

De korrelgrootte wordt gemeten volgens ASTM E112 en gerapporteerd als een getal; hogere cijfers betekenen fijnere korrels. Een typisch gegloeid 316L heeft een korrelgrootte van ASTM Nee. 5-8, vaak aan de fijnere kant na oplossingsgloeien.. 316H wordt opzettelijk geproduceerd met een korrelgrootte van ASTM Nee. 7 of grover (doorgaans Nee. 3-7 in de praktijk), bereikt door gecontroleerde oplossing--gloeiende temperatuur en tijd. Dit is een van de weinige gevallen bij roestvrij staal waar een 'grovere' microstructuur 'beter' is - een contra-intuïtief punt dat ingenieurs in verwarring brengt die hebben geleerd dat een fijne korrelgrootte de sterkte en taaiheid bij kamertemperatuur verbetert. De waarheid is dat fijne korrels helpen bij kamertemperatuur, maar grove korrels winnen bij kruiptemperaturen.

[Bron] ASTM A240/A240M - Standaardspecificatie voor chroom en chroom-Nikkelroestvrij stalen platen, platen en strippen. ASTM E112 - standaardtestmethoden voor het bepalen van de gemiddelde korrelgrootte.

Mechanische eigenschappen

Bij kamertemperatuur in de gegloeide toestand heeft 316H een iets hogere minimale trek- en vloeigrens dan 316L (515 MPa versus 485 MPa trek; 205 MPa versus 170 MPa opbrengst), omdat het hogere koolstofgehalte zorgt voor een bescheiden versterking van de neerslag. Dit verschil van 6-15% is echter klein, en beide kwaliteiten zijn ductiel en vervormbaar. Het sterkteverschil in de kamertemperatuur-is NIET de reden om de ene kwaliteit boven de andere te verkiezen; het echte verschil ontstaat pas bij verhoogde temperaturen.

Verhoogde-temperatuursterkte en de ASME toegestane spanningsverdeling

Het beslissende mechanische verschil verschijnt boven ongeveer 425 graden (800 graden F). ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section II, Part D vermeldt toegestane spanningswaarden voor 316L alleen tot 800 graden F (427 graden) - daarbuiten heeft 316L geen in de Code-vermelde toegestane spanning omdat de kruipsterkte ervan niet op betrouwbare wijze wordt gegarandeerd.. 316H wordt daarentegen vermeld tot 1.500 graden F (816 graden). Dit ene feit is de praktische regel die van toepassing is op de gehele keuze tussen de 316L en de 316H bij het ontwerp van drukvaten en leidingen.

De reden voor het plafond van 800 graden F (427 graden) op de 316L is kruip. Bij temperaturen boven grofweg 0,4 keer het smeltpunt (uitgedrukt in Kelvin) beginnen metalen permanent te vervormen onder belastingen die ruim onder hun vloeigrens bij kamertemperatuur liggen. Voor austenitisch roestvrij staal begint dit kruipregime rond 500 graden (930 graden F), en bij 600 graden (1112 graden F) domineert het het ontwerp. Omdat 316L noch de koolstof, noch de grove korrel heeft om kruip tegen te gaan, publiceert ASME simpelweg geen toegestane spanningen boven 800 graden F. - een ontwerper kan 316L letterlijk niet gebruiken voor een Code-gestempelde drukcomponent op 600 graden . 316H, speciaal ontworpen voor kruip, behoudt de Code-vermelde toegestane spanning helemaal tot 1500 graden F (816 graden ).

[Bron] ASME ketel- en drukvatcode, sectie II, deel D - eigenschappen (metrisch). Getoonde waarden zijn representatief; raadpleeg de huidige Code-editie voor ontwerp.

Kruipsterkte

Kruip is de langzame, permanente vervorming van een metaal dat onder spanning wordt gehouden bij hoge temperaturen - zelfs bij een spanning die ver onder de vloeigrens bij kamertemperatuur- ligt. Een pijp die bij 20 graden gemakkelijk 100 bar kan houden, kan bij 600 graden langzaam opzwellen, dun worden en scheuren gedurende maanden of jaren onder dezelfde druk. Kruip is het dominante faalmechanisme in apparatuur met hoge -temperaturen, zoals ketelbuizen, oververhitter-headers, raffinaderijovenbuizen en stoomleidingen - en het is precies de faalmodus waartegen de 316H is ontworpen en de 316L niet.

Om kruipen intuïtief te begrijpen, denk aan het uitrekken van een stuk warme karamel of een zachte kaas. Trek zachtjes en het rekt langzaam en permanent uit - het springt niet terug. Metalen doen hetzelfde bij hoge temperaturen: de atomen in het metaal krijgen voldoende thermische energie om onder belasting te bewegen en te herschikken. Na verloop van tijd stapelt deze atomaire beweging zich op als permanente vervorming. Bij kamertemperatuur is deze beweging zo langzaam dat deze gedurende een mensenleven niet relevant is. Bij 600 graden gebeurt het snel genoeg om binnen een paar jaar een drukvat te laten scheuren -. Daarom is kruip, en niet de vloeigrens, bepalend voor het ontwerp bij hoge- temperaturen.

Kruip wordt doorgaans gekenmerkt door de kruipbreuksterkte: de spanning die breuk veroorzaakt na een bepaalde tijd bij een bepaalde temperatuur, gewoonlijk gerapporteerd na 100.000 uur (ongeveer 11,4 jaar). Een materiaal kan bijvoorbeeld een kruip-breeksterkte van 100.000-uur hebben van 100 MPa bij 600 graden, wat betekent dat een component belast tot 100 MPa gemiddeld 100.000 uur zal overleven voordat het breekt. Ontwerpcodes gebruiken deze kruipbreukwaarden, gedeeld door een veiligheidsfactor, om de toegestane spanning bij hoge temperaturen in te stellen. Daarom heeft 316L geen toegestane spanning boven 800 graden F.

Waarom 316H beter bestand is tegen kruip dan 316L

316H is bestand tegen kruip door twee versterkingsmechanismen die 316L ontbeert: (1) hogere koolstof (0,04-0,10%) vormt fijne chroomcarbide-neerslag bij korrelgrenzen, die de grenzen vastzetten en voorkomen dat ze glijden; (2) Grove korrelgrootte (ASTM Nee. 7 of grover) betekent minder korrelgrenzen per volume-eenheid, en aangezien korrelgrenzen de zwakke schakel zijn bij kruip, zijn minder grenzen gelijk aan minder kruip.. 316L heeft geen van beide mechanismen, dus kruipt het aanzienlijk sneller bij hoge temperaturen.

Mechanisme 1 - hardmetalen pinnen. In 316H vormt de koolstof een dispersie van chroom-rijke M₂₃C₆-carbiden aan de korrelgrenzen. Deze carbiden werken als pennen die door de korrelgrenzen worden gedreven, waardoor aangrenzende korrels aan elkaar worden vastgezet en weerstand worden geboden aan het glijden van de grens dat kruipvervorming veroorzaakt.. 316L vormt, met bijna geen koolstof, veel minder van deze vastzettende carbiden, zodat de korrelgrenzen vrijer glijden onder belasting bij hoge temperaturen.

Mechanisme 2 - grove korrel. Kruipvervorming concentreert zich op de korrelgrenzen, omdat de grenzen daar liggen waar de atomaire structuur verstoord is. Een fijn-korrelig materiaal heeft veel grenzen (meer zwakke schakels); een grof-korrelig materiaal heeft er weinig. Door ASTM-korrelgrootte nr.. 7 of grover te vereisen, minimaliseert 316H het aantal zwakke schakels, waardoor de kruipsnelheid direct wordt verminderd. Dit is een zeldzaam geval in de metallurgie, waar grover beter is - precies het tegenovergestelde van de fijne-korrelvoorkeur voor sterkte en taaiheid bij kamertemperatuur-.

Het gecombineerde effect is aanzienlijk. Bij 600 graden (1112 graden F) is de kruip-breeksterkte van 316H na 100.000-uur ongeveer 30-60% hoger dan die van 316L met een gelijkwaardige basischemie. Praktisch gezien kan een 316H-ketelbuis dezelfde stoombelasting bij 600 graden twee tot drie keer langer dragen dan een 316L-buis - of een hogere belasting dragen voor dezelfde ontwerplevensduur. Voor apparatuur met een ontwerplevensduur van 20-30 jaar is dit verschil het verschil tussen succes en voortijdig falen.

Creep-applicaties - Waar 316H zijn geld verdient

316H is het standaardmateriaal voor gebruik bij hoge- temperaturen in het bereik van 500-700 graden (930-1290 graden F), vooral bij energieopwekking en raffinage: oververhittings- en herverhittingsbuizen van ketels, stoomkoppen en stoomleidingen, raffinaderijovens en reformerbuizen, en hoge- reactorvaten en warmtewisselaarbuizen-. Er wordt specifiek voor gekozen als de kruipsterkte op de lange-termijn - en niet alleen op de korte termijn bij hitte het bepalende ontwerpcriterium is.

Hoge-Temperatuurselectie

Het allerbelangrijkste getal in de beslissing 316L versus 316H is 425 graden (800 graden F). Beneden deze temperatuur is 316L volledig acceptabel en meestal de betere keuze vanwege zijn superieure lasbaarheid en weerstand tegen interkristallijne corrosie. Boven deze temperatuur is 316L bij elke door de Code-gecontroleerde druktoepassing niet toegestaan ​​en wordt 316H (of een andere kruip-geclassificeerde legering) verplicht. Onthoud deze drempel: deze lost de overgrote meerderheid van de 316L versus 316H-vragen op.

De limiet van 800 graden F voor L--kwaliteiten is niet willekeurig - deze is geschreven in ASME BPVC Sectie II, Deel D, waarin eenvoudigweg niet de toegestane spanningen worden vermeld voor 316L boven 800 graden F. Omdat ASME Sectie VIII (drukvaten) en ASME B31.3 (procesleidingen) vereisen dat ontwerpers deze vermelde toegestane spanningen gebruiken, kan een met een Code--code gestempeld onderdeel 316L hierboven niet legaal gebruiken 800 graden F. Dit geldt zelfs als een leverancier u vertelt dat 316L "het moet volhouden" bij 600 graden - het materiaal kan fysiek een tijdje overleven, maar het heeft geen door de Code-goedgekeurde spanningsbasis en de kruiplevensduur is niet gegarandeerd.

Temperatuurselectieladder

Oxidatie - De andere hoge-temperatuurlimiet

Zelfs de 316H heeft een hogere bedrijfstemperatuur. Boven ongeveer 870 graden (1600 graden F) in de lucht begint de beschermende chroomoxideaanslag op 316H af te breken, en continu gebruik veroorzaakt progressieve oxidatie (aanslag) en sectieverlies. Voor continu gebruik boven ongeveer 870 graden schakelt u over op een hittebestendige kwaliteit (zoals 310S of 253MA) of een nikkellegering (zoals Inconel 625 of 601). Tussen 816 graden en 870 graden kan 316H met tussenpozen of onder lichte belasting worden gebruikt, maar de oxidatielevensduur moet van geval tot geval worden beoordeeld.

Corrosie bij hoge-temperaturen verschilt fundamenteel van de watercorrosie die bij lage temperaturen domineert. Bij lage temperaturen is corrosie elektrochemisch - er is een vloeibare elektrolyt voor nodig. Bij hoge temperaturen is corrosie oxidatie - het metaal reageert direct met zuurstof, zwavel of koolstof in het gas. Het chroom in 316H vormt een beschermende Cr₂O₃-aanslag die oxidatie tot ongeveer 870 graden weerstaat. Daarboven wordt de schaal minder beschermend en wordt het onderliggende metaal geleidelijk verbruikt.

Dit is de reden waarom de materiaalkeuze voor "hoge temperaturen" twee onafhankelijke vragen heeft: "Is de kruipsterkte voldoende?" en "Zal het metaal wegoxideren?" - en beide moeten worden beantwoord voordat er een cijfer wordt geselecteerd.

Lassen en sensibilisatie

Hier is de kern van de ironie van de 316-familie: juist de koolstof die 316H zijn kruipsterkte bij hoge-temperaturen geeft, is dezelfde koolstof die 316H kwetsbaar maakt voor lassensibilisatie. Wanneer 316H wordt gelast en de hitte-beïnvloede zone een temperatuur van 425-870 graden passeert, slaat de koolstof neer als chroomcarbiden op de korrelgrenzen, waardoor het chroom wordt uitgeput en er gevoeligheid ontstaat voor intergranulaire corrosie als het onderdeel later wordt blootgesteld aan een corrosieve waterige omgeving. 316L, met bijna geen koolstof, las schoon zonder dit risico - en dat is de reden waarom 316L is de standaardkeuze voor gelaste, corrosieve toepassingen bij lage temperaturen.

Deze wisselwerking is de reden waarom de twee kwaliteiten elkaar aanvullen in plaats van concurreren.. 316H-componenten (ketelbuizen, stoomkoppen) werken boven 500 graden in stoom- of verbrandingsgasomgevingen - waar waterige intergranulaire corrosie niet voorkomt, dus sensibilisatie is geen praktisch probleem.. 316L-componenten (chemische tanks, maritieme leidingen, voedselapparatuur) werken onder 425 graden in waterige of lichtzure omgevingen waar intergranulaire corrosie een reële bedreiging vormt, dus de Een laag-koolstofvoordeel is essentieel. Als u het verkeerde cijfer kiest, keert u deze logica om en nodigt u uit tot falen.

Lasoefeningen voor 316L versus 316H

Kunt u 316L aan 316H lassen?

Ja - 316L en 316H zijn metallurgisch compatibel en kunnen aan elkaar worden gelast, maar het vulmetaal en de gebruikstemperatuur moeten samen worden beschouwd. Gebruik voor een verbinding bij lage-temperaturen ER316L-vulmiddel, zodat het lasmetaal bestand is tegen sensibilisatie. Voor een kruipverbinding bij hoge- temperaturen moet het lasmetaal een passende koolstof en dezelfde kruipsterkte hebben als het 316H-basismetaal. - Als u een laag-koolstofvulmiddel in een kruipverbinding gebruikt, ontstaat er een zwakke schakel die kruip-als eerste zal falen. Raadpleeg de toepasselijke code (ASME B31.3, Sectie VIII) voor de specifieke vereisten voor toevoegmetaal van 316H-verbindingen bij hoge temperaturen.

Dit is een subtiel maar belangrijk punt dat ingenieurs vaak over het hoofd zien. Bij een lasverbinding bij kamertemperatuur is het lasmetaal doorgaans sterker dan het basismetaal, dus een iets zwakkere las is nog steeds acceptabel. Maar bij kruip kunnen het lasmetaal en de door hitte beïnvloede zone-de kruip-zwakste delen van de verbinding zijn. Een 316L-vulmiddel dat in een 316H-kruipverbinding wordt afgezet, heeft minder koolstof en een fijnere korrel dan het 316H-basismetaal, dus het zal eerst kruipen en scheuren - een fenomeen dat bekend staat als "kruiplevensduurvermindering bij lassen." Voor kritische hoge-temperatuurlassen moeten de vulstofchemie, de korrelstructuur en zelfs de warmtebehandeling van de las zorgvuldig op elkaar worden afgestemd om de kruiplevensduur te behouden.

Corrosiebestendigheid - Waterig versus hoge- temperatuur

Voor algemene weerstand tegen corrosie, putcorrosie en spleetcorrosie in waterige omgevingen zijn 316L en 316H in wezen gelijkwaardig, omdat deze eigenschappen worden bepaald door chroom, nikkel en molybdeen -, die identiek zijn in de twee kwaliteiten. Beide hebben een PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) van ongeveer 24-25, waardoor beide geschikt zijn voor milde blootstelling aan chloride, maar niet voor ernstige zeewaterbelasting. Het corrosieverschil tussen de kwaliteiten treedt pas op na lassen (sensibilisatie) en bij hoge temperaturen (oxidatie).

Het molybdeengehalte (2-3%) geeft de hele 316-familie een voordeel ten opzichte van 304. Molybdeen verbetert dramatisch de weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie in chloride-omgevingen. Dit is de reden waarom 316/316L/316H de standaard roestvaste staalsoorten van "maritieme- kwaliteit" en "chemische- kwaliteit" zijn, terwijl 304 de standaard kwaliteit van "algemene- doeleinden is. Omdat 316L en 316H hetzelfde molybdeengehalte hebben, is hun weerstand tegen chlorideputvorming identiek; de aanduiding "L" of "H" heeft geen invloed op deze eigenschap.

Intergranulaire corrosie - waarbij de kwaliteiten uiteenlopen na het lassen

Na het lassen loopt het corrosiegedrag van 316L en 316H sterk uiteen.. 316L is bestand tegen intergranulaire corrosie in de-gelaste toestand, omdat het lage koolstofgehalte chroomcarbide-precipitatie voorkomt in de door hitte-beïnvloede zone. 316H, met 0,04-0,10% koolstof, sensibiliseert gemakkelijk tijdens het lassen, en een gelast 316H-onderdeel wordt blootgesteld aan een Een corrosieve waterige omgeving onder ongeveer 400 graden zal intergranulaire aantasting ondergaan in de door de laswarmte-beïnvloede zone. Daarom is gelast 316H gereserveerd voor hoge-temperaturen, niet-waterig gebruik.

Intergranulaire corrosie (IGC) is de faalwijze waarvoor de "L"-klassen zijn gemaakt om te voorkomen. Het treedt op wanneer chroomcarbiden tijdens het lassen worden gevormd op de korrelgrenzen, waardoor het aangrenzende chroommetaal wordt uitgeput tot onder de passieve- filmdrempel van ~12%. De uitgeputte grenzen corroderen vervolgens bij voorkeur, waardoor het metaal kracht verliest en uiteindelijk langs de korrelgrenzen bezwijkt.. 316H bevat met opzet een hoog koolstofgehalte, dus het is inherent gevoelig voor sensibilisatie-. Voor elk gelast onderdeel dat te maken krijgt met water, proceschemicaliën of zelfs vochtige lucht bij lage temperaturen, is 316L - en niet 316H - de juiste keuze. Omgekeerd is sensibilisatie voor een ketelbuis bij 600 graden in droge stoom niet relevant en is 316H correct.

Hoge-oxidatie en carburatie bij hoge temperaturen

Bij hoge temperaturen verschuiven de relevante corrosiemechanismen van waterige aantasting naar oxidatie, sulfidatie en carburatie. Hier presteert 316H net zo goed als (of iets beter dan) 316L, omdat de oxidatieweerstand wordt bepaald door chroom - identiek in beide kwaliteiten - en het hogere koolstofgehalte van 316H kan zelfs de weerstand tegen carburatie verbeteren door het oppervlak vooraf te verzadigen met koolstof. Beide kwaliteiten vormen een beschermende Cr₂O₃-schaal tot ongeveer 870 graden, waarboven een hitte{9}}bestendige legering op nikkel-basis vereist is.

Bij gebruik van ovens en reformers is carburatie - de absorptie van koolstof uit het procesgas in het metaal - een gebruikelijk degradatiemechanisme dat de legering bros maakt. Omdat 316H al meer koolstof bevat, heeft het een hogere koolstofcapaciteit voordat de carbonisatie schadelijk wordt, waardoor het in carbonatmosferen een lichte voorsprong heeft op 316L. Dit is nog een reden waarom 316H de voorkeur heeft voor raffinage- en petrochemische ovens. Voor het sulfideren (hoge-H₂S) atmosferen bij hoge temperaturen is geen van beide kwaliteiten echter ideaal en moet een hogere-nikkellegering zoals Incoloy 825 of Inconel 625 worden overwogen.

Kosten en beschikbaarheid

316L en 316H zijn in wezen identiek geprijsd - het kostenverschil is verwaarloosbaar (doorgaans binnen 2-5%, en vaak nul) omdat beide kwaliteiten worden geproduceerd via dezelfde AOD-raffinageroute en het verschil slechts een bescheiden koolstofaanpassing plus een controlestap op de korrelgrootte is. Dit betekent dat de beslissing tussen 316L en 316H nooit door de kosten mag worden bepaald; de keuze moet volledig worden gemaakt op basis van de bedrijfstemperatuur, las- en corrosievereisten.

In tegenstelling tot de 304L versus de 304 -, waar de L--kwaliteit een kleine premie heeft ten opzichte van de standaard 304 -, is de vergelijking tussen de 316L en de 316H ongeveer kosten-neutraal. Voor beide kwaliteiten geldt dezelfde prijs voor de basislegering (gedreven door het molybdeengehalte van 2-3%, wat het dure ingrediënt is), en de extra kosten voor het bereiken van het koolstofbereik en de grove korrel van 316H zijn gering. Dat is een geluk, want hierdoor wordt de prijs volledig uit het oog verloren: ingenieurs kunnen puur op technische merites selecteren, en dat is precies hoe een veiligheidskritische beslissing moet worden genomen.

Beschikbaarheid

316L is het meest opgeslagen en verkrijgbare roestvrij staal ter wereld, verkrijgbaar in elke productvorm (plaat, plaat, staaf, pijp, buis, fittingen, flenzen) van vrijwel elke roestvrijstalen distributeur en molen.. 316H is minder gebruikelijk maar nog steeds gemakkelijk verkrijgbaar, vooral in de buisvormige productvormen (ASTM A213/A312 TP316H) en plaat (ASTM A240 316H) die worden gebruikt in energie- en raffinagetoepassingen. Voor druktoepassingen met hoge- temperaturen is de beschikbaarheid van 316H goed ingeburgerd via fabrieken die de ketel- en petrochemische industrie bedienen.

Een praktische opmerking: omdat 316L zo dominant is op de markt, gebruiken veel distributeurs en fabrikanten dit standaard -, zelfs voor toepassingen die 316H zouden moeten gebruiken. Wanneer u bestelt voor gebruik bij hoge- temperaturen, specificeer dan expliciet "316H" en verifieer in het materiaaltestrapport dat (1) koolstof 0,04-0,10% is en (2) de korrelgrootte ASTM nr.. 7 of grover is. Materiaal dat alleen voldoet aan de 316-chemie (met maximaal 0,08% koolstof) maar niet aan de korrelgrootte-eis voldoet, is NIET 316H en levert niet de vereiste kruipprestaties.

Veelgestelde vragen

Vraag: Waar staat de "H" in 316H voor?

A: "H" staat voor "Hoge koolstof." 316H specificeert een koolstofgehalte van 0,04-0,10% (hoger dan de maximale 0,03% van 316L) plus een grove korrelgrootte van ASTM No. 7 of grover. Samen maximaliseren deze twee kenmerken de kruipsterkte voor gebruik bij hoge- temperaturen. De 'H'-aanduiding werd geïntroduceerd om de 316 met kruip-classificatie te onderscheiden van de gewone 316 en de 316L met een laag koolstofgehalte.

Vraag: Is 316H sterker dan 316L?

A: Bij kamertemperatuur heeft 316H een iets hogere minimumsterkte (515 MPa versus 485 MPa treksterkte; 205 MPa versus 170 MPa opbrengst). Maar het betekenisvolle verschil doet zich voor bij hoge temperaturen: boven 425 graden (800 graden F) behoudt 316H een veel hogere kruipsterkte dan 316L, en 316H is de enige van de twee met in de Code-vermelde toegestane spanningswaarden boven 800 graden F. Voor toepassingen bij kamertemperatuur-is het sterkteverschil te klein om er toe te doen.

Vraag: Kan ik 316L gebruiken in plaats van 316H bij hoge temperaturen?

A: Niet voor ASME Code-drukgebruik boven 425 graden (800 graden F). 316L heeft geen Code-vermelde toegestane spanning boven deze temperatuur, omdat het lage koolstofgehalte en de fijne korrel geen kruipweerstand kunnen garanderen. Gebruik 316H voor temperaturen boven 425 graden bij druktoepassingen. Voor toepassingen zonder-druk of licht belaste toepassingen wordt 316L soms gebruikt tot ongeveer 450 graden, maar dit valt buiten de Codepraktijk en moet met technische voorzichtigheid gebeuren.

Vraag: Is 316H lasbaar?

A: Ja, 316H is lasbaar, maar door het hogere koolstofgehalte is de door hitte-getroffen zone gevoelig voor sensibilisatie (precipitatie van chroomcarbide) tijdens het lassen. Dit is acceptabel voor hoge- temperatuur, niet- waterige toepassingen, waarbij geen intergranulaire corrosie in water optreedt. Gebruik geen gelast 316H in corrosief water bij lage- temperaturen - gebruik in plaats daarvan 316L.

Vraag: Wat is de maximale bedrijfstemperatuur van 316H?

A: 316H heeft volgens de ASME-code een toegestane spanning tot 816 graden (1500 graden F). Voor continu gebruik in lucht wordt oxidatie echter beperkend boven ongeveer 870 graden (1600 graden F). In de praktijk wordt 316H het meest gebruikt in het kruipbereik van 500-700 graden (930-1290 graden F). Boven ongeveer 870 graden continu, schakel over naar een hittebestendige kwaliteit of nikkellegering.

Vraag: Wat is de maximale bedrijfstemperatuur van 316L?

A: Voor drukservice volgens de ASME-code is 316L beperkt tot 425 graden (800 graden F). Dit is geen corrosielimiet maar een kruip-sterktelimiet: boven 800 graden F is de kruipweerstand van 316L niet op betrouwbare wijze gegarandeerd, dus er wordt geen toegestane spanning gepubliceerd. Gebruik 316H voor elk drukhoudend onderdeel boven 800 graden F.

Vraag: 316L versus 316H versus 316 - hoe kies ik?

A: Gebruik 316L voor gelaste, corrosie-kritische, lage- temperatuur (onder 425 graden) service- chemische tanks, scheepsleidingen en voedselapparatuur. Gebruik 316H voor hoge- temperatuur (425-816 graden) kruipservice - ketelbuizen, stoomleidingen, ovenbuizen. Gebruik gewoon 316 (max. 0,08% koolstof) voornamelijk als kwaliteit voor algemeen gebruik als geen van beide extremen van toepassing is, hoewel 316L in de praktijk 316 grotendeels heeft vervangen voor gelaste toepassingen.

Vraag: Hoe controleer ik of ik 316H ontvang en niet 316 of 316L?

A: Controleer het materiaaltestrapport (MTR). Voor 316H moet de MTR het volgende weergeven: (1) koolstof 0,04-0,10%, en (2) korrelgrootte ASTM Nee. 7 of grover. Handheld XRF (PMI) kan 316/316L/316H niet onderscheiden omdat het de koolstof- of korrelgrootte niet kan meten. Koolstof moet worden geverifieerd door OES of chemische laboratoriumanalyse, en de korrelgrootte door metallografisch onderzoek volgens ASTM E112. Vraag een EN 10204 Type 3.1-certificaat aan om te bevestigen dat het materiaal True 316H is.