Razlike med nerjavnimi jekli serije 300
Avstenitna nerjavna jekla serije 300 so niz zlitin kroma in niklja na osnovi železa, ki so odporne proti koroziji. Zaradi tega v kombinaciji z odlično sposobnostjo oblikovanja, odpornostjo proti obrabi in trdnostjo pri temperaturi so pogosti gradbeni materiali v cevovodnih sistemih.
Razlike med zlitinami so majhne, a premišljene. Čeprav jih je mogoče zamenjati v številnih aplikacijah, včasih obstaja idealna rešitev. Zamenjave v takšnih situacijah lahko pomenijo ogroženo življenjsko dobo.
Odpornost proti koroziji
Ker je odpornost proti koroziji eden glavnih razlogov, zakaj se končni uporabniki odločijo za kovinsko cev, so nosilci za nanašanje običajno vodilo pri izbiri zlitine. 304 se pogosto uporablja, saj je to stroškovno najučinkovitejša možnost, čeprav 321 in še posebej 316 nudita boljšo odpornost proti koroziji. Iz tega razloga je večina cevi Penflex narejenih iz 321 ali 316L.
Pletenica je običajno 304L, saj ne bo v stiku s pretočnim medijem, čeprav je 316L možnost, če je aplikacija v jedkem okolju, na primer v oceanu, na njem ali blizu njega, ali če bo zunanji del cevi izpostavljen korozivnim mediji prek kapljanja, pršenja, odtekanja itd.
Za posebno korozivne aplikacije lahko vrhunske lastnosti odpornosti proti koroziji najdemo med zlitinami z večjo vsebnostjo niklja, kot sta Monel® 400 in Hastelloy® C276.
Nerjavna jekla serije 300: kemična sestava
Spodnja tabela prikazuje kemično sestavo najpogostejših nerjavnih jekel serije 300, ki se uporabljajo v industriji kovinskih cevi. Posamezne številke pomenijo največji dovoljeni odstotek v skladu z zahtevami ASTM 240.
| 304 | 304L | 316 | 316L | 321 | |
| Krom | 18% – 20% | 18% – 20% | 16% – 18% | 16% – 18% | 17% – 19% |
| Nikelj | 8% – 10.5% | 8% – 12% | 10% – 14% | 10% – 14% | 9% – 12% |
| molibden | 2% – 3% | 2% – 3% | |||
| Ogljik | 0.08% | 0.03% | 0.08% | 0.03% | 0.08% |
| Mangan | 2% | 2% | 2% | 2% | 2% |
| Fosforna | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% |
| Žveplo | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% |
| Silicij | .75% | .75% | .75% | .75% | .75% |
| Titan | 5 x (C + N) min – 0,70 % | ||||
| Dušik | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% |
| Železo | Ravnovesje | Ravnovesje | Ravnovesje | Ravnovesje | Ravnovesje |
304 velja za izhodišče, ko gre za odpornost proti koroziji. Gradema 321 in 316 so bile dodane različne legirne komponente za povečanje odpornosti proti koroziji.
V primeru 304L in 316L je bil odstranjen ogljik. "L" pomeni "low carbon." Zlitine z nižjo vsebnostjo ogljika so manj dovzetne za obarjanje karbida v toplotno prizadetem območju (HAZ) kot njihove standardne zlitine.
Krom in ogljik se lahko mešata pod vročino varjenja, da nastanejo kromovi karbidi na mejah zrn. Ta reakcija izčrpa plast kroma, ki daje nerjavnemu jeklu lastnosti, odporne proti koroziji, zaradi česar postane HAZ tarča kemičnega napada. Eden od načinov za boj proti obarjanju karbida je zmanjšanje količine ogljika v osnovnem materialu.
Drug učinkovitejši način je dodajanje titana kovini, kot je v primeru 321. Pri tipu 321 namesto krom privlači ogljik titan. To pomaga zagotoviti, da pasivna plast kroma ostane nedotaknjena.
Tako pri 316L kot pri 321 lahko postopki čiščenja po varjenju odpravijo korozijo zaradi ostankov obarjanja karbida.
Odpornost proti luknjičasti koroziji
Molibden je dodan razredom 316 za povečanje odpornosti proti jamičasti koroziji, zlasti v prisotnosti kloridov. Za pomoč pri izbiri ustrezne zlitine je bila razvita enačba, ki temelji na kemični sestavi. PREN ali ekvivalentno število odpornosti proti jamičasti koroziji je teoretičen način primerjave odpornosti proti jamičasti koroziji med različnimi zlitinami.
| Zlitina | PREN |
| 304, 304L, 309, 310, 321 | 18.0 – 20.0 |
| 316, 316L | 22.6 – 27.9 |
| 317, 317L | 27.9 – 33.2 |
| AL-6XN | 39.8 – 45.1 |
| Inconel® 625 | 46.4 – 56.0 |
| Hastelloy® C-276 | 64.0 – 73.8 |
Sprejemanje previdnostnih ukrepov za zagotovitev, da je HAZ bolj podobna osnovnim materialom v smislu odpornosti proti koroziji, in načrtovanje luknjičaste korozije je pomembno, če je odpornost proti koroziji prednostna naloga. V aplikacijah, kjer korozija ni problem, bo katera koli zlitina serije 300 verjetno dala podobne rezultate.
Stopnje korozije med nerjavnimi jekli serije 300
Drug način za prikaz različnih stopenj odpornosti proti koroziji med temi zlitinami je upoštevanje pričakovanih stopenj korozije. Stopnje se razlikujejo od kemikalije do kemikalije in so prikazane v Penflexovi tabeli odpornosti proti koroziji. Če razmišljamo o tem, koliko kovine se bo vsako leto obrabilo, je lažje opaziti razliko med zmožnostmi odpornosti proti koroziji.
In ko gre za odpornost proti koroziji, ni treba upoštevati le zlitine, ampak tudi debelino stene zlitine. Pripravili smo še en bilten, ki posebej obravnava to temo.
Faktorji zmanjšanja pri povišanih temperaturah
Noben drug material ne more ohraniti svojih lastnosti pri tako veliki temperaturni razliki kot kovina. Vse pod 0 stopinjami F bo verjetno zahtevalo kovino, zato so kriogene aplikacije običajna uporaba kovinske cevi. Nekatere mehanske lastnosti avstenitnega nerjavnega jekla se dejansko povečajo pri nizkih temperaturah! Vse, kar je nad približno 400 stopinj F, bo zahtevalo tudi kovino, zato so aplikacije s super nasičeno paro ali tiste v jeklarnah ali pečeh prav tako verjetni scenariji za kovinske cevi.
Pomembno si je zapomniti, da s povišanimi temperaturami prihaja do znižanja nazivnih tlakov in da obstajajo nekatere razlike v teh dejavnikih med običajnimi nerjavnimi jekli serije 300. Deformacijski faktorji temeljijo na zlitini pletenice.
| Temperaturna stopnja F | 304/304L | 316/316L | 321 |
| 70 | 1 | 1 | 1 |
| 150 | 0.95 | 0.93 | 0.97 |
| 200 | 0.91 | 0.89 | 0.94 |
| 250 | 0.88 | 0.86 | 0.92 |
| 300 | 0.85 | 0.83 | 0.88 |
| 350 | 0.81 | 0.81 | 0.86 |
| 400 | 0.78 | 0.78 | 0.83 |
| 450 | 0.77 | 0.78 | 0.81 |
| 500 | 0.77 | 0.77 | 0.78 |
| 600 | 0.76 | 0.76 | 0.77 |
| 700 | 0.74 | 0.76 | 0.76 |
| 800 | 0.73 | 0.75 | 0.68 |
| 900 | 0.68 | 0.74 | 0.62 |
| 1000 | 0.6 | 0.73 | 0.6 |
| 1100 | 0.58 | 0.67 | 0.58 |
| 1200 | 0.53 | 0.61 | 0.53 |
| 1300 | 0.44 | 0.55 | 0.46 |
| 1400 | 0.35 | 0.48 | 0.42 |
| 1500 | 0.26 | 0.39 | 0.37 |
Faktorji znižanja temperature za 321 in 304 so višji od 316 do približno 700 stopinj F, nato pa velja obratno, pri čemer ima 316 višje faktorje znižanja kot 321 in 304. Višji kot je faktor zmanjšanja, višje bodo ocene tlaka.
Na primer, za izračun najvišjega delovnega tlaka za valovito cev iz nerjavečega jekla serije P4 ¾" 321 z eno plastjo pletenice 304L, ki bo delovala pri 800 stopinjah F, pomnožite delovni tlak (940 PSIG) z ustreznim faktorjem zmanjšanja (.73) .
Delovni tlak za cev pri 800 stopinjah F je 686 PSIG.
Penflex je svoje faktorje znižanja razvil po zbiranju neobdelanih podatkov o natezni trdnosti pri povišanih temperaturah od glavnih dobaviteljev materialov in upoštevanju najnižjih vrednosti v vsaki kategoriji za različne zlitine. Iz tega razloga so lahko bolj konzervativni kot faktorji znižanja, ki sta jih objavila NAHAD ali ISO 10380.
Pomembno si je zapomniti najvišjo delovno temperaturo končnih fitingov in njihov način pritrditve je treba upoštevati tudi pri delu s povišanimi delovnimi temperaturami.
Za temperature uporabe nad 1000 stopinj F pogosto predlagamo Inconel® 625.
Glede na celotno aplikacijo
Kot je navedeno zgoraj, bodo v mnogih aplikacijah zamenjave v zlitini cevi le malo vplivale na delovanje cevi. Vendar pa moramo biti bolj pozorni, ko se temperature dvignejo, tlak poveča ali cevi pogosto krožijo.
Vplivi temperature, tlaka in gibanja se lahko povečajo, kar vodi do korozije prej, kot je bilo pričakovano, če bi bil medij za nanašanje edini dejavnik v naših izračunih korozije. Čeprav se razlike med nerjavnimi jekli serije 300 morda zdijo majhne, lahko vidimo, kako hitro bi se lahko povečale.
