Відмінності між нержавіючою сталлю серії 300
Аустенітні нержавіючі сталі серії 300 — це набір хромонікелевих сплавів на основі заліза, розроблених для стійкості до корозії. Це в поєднанні з чудовою здатністю до формування, стійкістю до зношування та міцністю при температурі робить їх звичайними матеріалами конструкції в системах трубопроводів.
Відмінності між сплавами незначні, але навмисні. Хоча їх можна взаємозамінно використовувати в багатьох програмах, іноді існує ідеальне рішення. Заміна в таких ситуаціях може призвести до зниження терміну служби.
Стійкість до корозії
Оскільки стійкість до корозії є однією з основних причин, чому кінцеві користувачі обирають металеві шланги, середовище для нанесення зазвичай керує вибором сплаву. 304 часто використовується, оскільки це найбільш економічно ефективний варіант, хоча 321, і особливо 316, пропонують кращу стійкість до корозії. З цієї причини більшість шлангів Penflex виготовляються з використанням 321 або 316L.
Оплетка зазвичай має 304L, оскільки вона не буде контактувати з потоком середовища, хоча 316L є варіантом, якщо застосування відбувається в корозійному середовищі, наприклад, в океані, на або поблизу нього, або якщо зовнішня частина шланга буде піддаватися корозійному впливу середовищ за допомогою крапельниць, розпилення, стікання тощо.
Сплави з високим вмістом нікелю, такі як Monel® 400 і Hastelloy® C276, мають чудові властивості стійкості до корозії.
Нержавіюча сталь серії 300: хімічний склад
На таблиці нижче показано хімічний склад найпоширеніших нержавіючих сталей серії 300, які використовуються в металорукавній промисловості. Окремі цифри означають максимальний відсоток, допустимий згідно з вимогами ASTM 240.
| 304 | 304L | 316 | 316L | 321 | |
| Хром | 18% – 20% | 18% – 20% | 16% – 18% | 16% – 18% | 17% – 19% |
| Нікель | 8% – 10.5% | 8% – 12% | 10% – 14% | 10% – 14% | 9% – 12% |
| Молібден | 2% – 3% | 2% – 3% | |||
| Карбон | 0.08% | 0.03% | 0.08% | 0.03% | 0.08% |
| Марганець | 2% | 2% | 2% | 2% | 2% |
| Фосфорний | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% |
| Сірка | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% |
| Кремній | .75% | .75% | .75% | .75% | .75% |
| Титан | 5 x (C + N) хв – 0,70% | ||||
| Азот | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% |
| Залізо | Баланс | Баланс | Баланс | Баланс | Баланс |
304 вважається базовим показником стійкості до корозії. Для підвищення стійкості до корозії до марок 321 і 316 додано різні легуючі компоненти.
У випадку 304L і 316L вуглець було видалено. "L" означає "низький вміст вуглецю". Сплави з меншим вмістом вуглецю менш сприйнятливі до утворення карбіду в зоні термічного впливу (HAZ), ніж їх аналоги стандартного типу.
Хром і вуглець можуть змішуватися під дією тепла зварювання з утворенням карбідів хрому на межах зерен. Ця реакція виснажує шар хрому, який надає нержавіючій сталі властивості стійкості до корозії, що зрештою робить HAZ мішенню для хімічної атаки. Одним із способів боротьби з осадженням карбіду є зменшення кількості вуглецю в вихідному матеріалі.
Інший ефективніший спосіб полягає в додаванні титану до металу, як у випадку з 321. Тип 321 не притягується до хрому, а вуглець притягується до титану. Це допомагає гарантувати збереження пасивного шару хрому.
Як з 316L, так і з 321, процеси очищення після зварювання можуть усунути корозію через залишковий опад карбіду.
Стійкість до точкової корозії
Молібден додається до марок 316 для підвищення стійкості до точкової корозії, особливо в присутності хлоридів. Щоб допомогти у виборі відповідного сплаву, було розроблено рівняння на основі хімічного складу. PREN, або еквівалентне число стійкості до точкової корозії, є теоретичним способом порівняння стійкості різних сплавів до точкової корозії.
| сплав | ПРЕН |
| 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 |
Вжиття запобіжних заходів для забезпечення більшої схожості ЗТВ з основними матеріалами щодо корозійної стійкості та планування точкової корозії є важливим, якщо стійкість до корозії є пріоритетом. У застосуваннях, де корозія не є проблемою, будь-який зі сплавів серії 300, ймовірно, забезпечить подібні результати.
Швидкість корозії серед нержавіючих сталей серії 300
Ще один спосіб продемонструвати різні рівні стійкості до корозії серед цих сплавів - розглянути очікувані швидкості корозії. Швидкість варіюється від хімічної речовини до хімічної речовини та проілюстрована в таблиці стійкості до корозії Penflex. Розмірковуючи про те, скільки металу буде зношуватися щороку, легше побачити різницю між можливостями стійкості до корозії.
А коли справа доходить до корозійної стійкості, слід враховувати не лише сплав, але й товщину стінки сплаву. Ми підготували ще один бюлетень, присвячений цій темі.
Коефіцієнти зниження при підвищених температурах
Жоден інший матеріал не може зберегти свої властивості через таку велику різницю температур, як метал. Все, що нижче 0 градуса F, імовірно, потребуватиме металу, тому кріогенні застосування є поширеним випадком використання металевих шлангів. Деякі з механічних властивостей аустенітної нержавіючої сталі фактично збільшуються при низьких температурах! Усе, що перевищує приблизно 400 градусів за Фаренгейтом, також потребуватиме металу, тому застосування з наднасиченою парою або в сталеливарних заводах чи печах також є ймовірними сценаріями для металевих шлангів.
Важливо пам’ятати, що з підвищенням температури відбувається зниження номінального тиску, і існують деякі відмінності в цих факторах серед звичайних нержавіючих сталей серії 300. Коефіцієнти зниження базуються на сплаві оплітки.
| Температурний градус 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 |
Коефіцієнти зниження температури для 321 і 304 є вищими, ніж 316, приблизно до 700 градусів за Фаренгейтом, а потім відбувається зворотне: 316 має вищі коефіцієнти зниження, ніж 321 і 304. Чим вищий коефіцієнт зниження, тим вищими будуть показники тиску.
Наприклад, щоб розрахувати максимальний робочий тиск для гофрованого шланга з нержавіючої сталі серії P4 ¾" 321 з одним шаром обплетення 304L, який працюватиме при 800 градусах F, помножте робочий тиск (940 фунтів на квадратний дюйм) на відповідний коефіцієнт зниження (0,73) .
Робочий тиск для шланга при 800 градусах F становить 686 PSIG.
Penflex розробив свої коефіцієнти зниження після збору необроблених даних про міцність на розрив при підвищених температурах від основних постачальників матеріалів і взявши найнижчі значення в кожній категорії для різних сплавів. З цієї причини вони можуть бути більш консервативними, ніж коефіцієнти зниження, опубліковані NAHAD або ISO 10380.
Важливо пам’ятати про максимальну робочу температуру кінцевих з’єднань і спосіб їх кріплення також необхідно враховувати при роботі з підвищеними робочими температурами.
Для нанесення при температурах вище 1000 градусів F ми часто пропонуємо Inconel® 625.
Розгляд всієї заявки
Як згадувалося вище, у багатьох застосуваннях заміна сплаву шланга матиме незначний вплив на продуктивність шланга. Однак, коли температура підвищується, тиск зростає або шланги часто циклюють, ми повинні приділяти пильнішу увагу.
Вплив температури, тиску та руху може стати причиною корозії раніше, ніж очікувалося, якби середовище для нанесення було єдиним фактором у наших розрахунках корозії. Хоча відмінності між нержавіючою сталлю серії 300 можуть здаватися невеликими, ми можемо побачити, як швидко вони можуть стати збільшеними.
