Acer inoxidable 317L vs 316L: quan el molibdè extra marca la diferència en la resistència a la picada

Acer 316Lés l'acer inoxidable més utilitzat en servei corrosiu, i per una bona raó: solda fàcilment, resisteix la corrosió general i costa menys que la majoria d'aliatges superiors. Però hi ha un mode de fallada en què el 316L permet als enginyers - eliminar la corrosió en entorns rics en clorurs-. L'aigua de mar, l'aigua de refrigeració salobre, la sal de la carretera, les salmorres de procés i fins i tot la humitat costanera poden fer que el 316L desenvolupi petites fosses profundes que travessen la paret metàl·lica i provoquen fuites - sovint sense cap avís visible.

317L existeix exactament per a aquesta situació. Tota la diferència entre 316L i 317L es redueix a un sol element: el molibdè. 316L conté un 2-3% de molibdè; 317L conté un 3-4%. Aquest 1% addicional de molibdè, combinat amb una mica més de crom (18-20% vs 16-18%), augmenta la resistència a la picada de l'aliatge aproximadament un 25%, suficient per significar la diferència entre un intercanviador de calor que dura 3 anys i un que dura 15. La "L" en ambdós graus significa "Menys, 0,0% o 3% de carboni igual a" netament sense sensibilització.

Si el vostre component 316L veurà ions de clorur (Cl⁻) - clorurs especialment càlids o àcids - i la picada és el mode de fallada que us preocupa, actualitzeu a 317L. La prima de cost del 15-30% us ofereix aproximadament un 25% més de resistència a la picada, que és una assegurança barata contra una fallada de clorur. Si l'entorn no té clorurs, el 316L sol ser suficient i més econòmic. En resum: 316L és el valor predeterminat, 317L és l'actualització de clorur.

Composició química

316L i 317L comparteixen la mateixa base austenítica i el mateix carboni ultra-(menor o igual al 0,03%), però es diferencien en tres elements d'aliatge: molibdè (2-3% vs 3-4%), crom (16-18% vs 18-20% vs 18-20% (%) i 0,1-14% (%) i níquel. El molibdè addicional és la diferència decisiva: és l'element que resisteix a la corrosió per picades i esquerdes en ambients de clorur. Tota la resta dels dos graus és essencialment el mateix.

Tots dos graus pertanyen a la família d'acers inoxidables austenítics de la sèrie 300-i porten el sufix "L", que significa "Baix carboni" (menys o igual al 0,03%) per a la màxima resistència a la sensibilització de la soldadura. El molibdè és l'element d'aliatge definitori que separa la família 316/317 de la plana 304. En 316L, el molibdè oscil·la entre el 2% i el 3%. En 317L, oscil·la entre el 3% i el 4%. Aquest és un salt significatiu: el molibdè és car i potent, i passar de ~ 2,5% a ~ 3,5% de molibdè és el que transforma el 316L en un aliatge "de grau marí".

Per què el molibdè resisteix a la picada - La ciència en llenguatge senzill

El molibdè resisteix a les picades perquè fa que la pel·lícula protectora d'òxid de crom de la superfície d'acer sigui més resistent i més auto{0}}reparable. Quan un ió clorur ataca un punt feble de la pel·lícula, el molibdè de l'aliatge reacciona amb l'aigua per formar molibdats, que re-pedaguen la pel·lícula danyada. Més molibdè=més ràpid i més complet auto-reparació=menys pous que es converteixen en fuites. És per això que la resistència a la picada de l'acer inoxidable s'escalfa gairebé directament amb el contingut de molibdè.

L'acer inoxidable resisteix la corrosió a causa d'una pel·lícula invisible d'òxid de crom (Cr₂O₃) que es forma a la seva superfície en presència d'oxigen. Aquesta pel·lícula només té uns pocs nanòmetres de gruix - milers de vegades més prima que un cabell humà -, però és el que fa que l'acer inoxidable sigui "inoxidable". El problema és que els ions de clorur són-agressius trencadors de pel·lícules. Un ió clorur pot travessar la pel·lícula d'òxid en un punt feble microscòpic (una inclusió de sulfur, una rascada, un límit de gra) i atacar el metall nu que hi ha a sota.

Un cop comença una fossa, s'-accelera automàticament: l'interior de la fossa es torna àcida i l'oxigen-es fa fam, la qual cosa evita que la pel·lícula es torni a-formar, mentre que el metall circumdant es manté passiu. Això crea una petita cel·la galvànica - una bateria en miniatura - on l'interior de la fossa és l'ànode (corrosió ràpida) i la superfície circumdant és el càtode (protegit). El resultat és un forat estret i profund que pot travessar tot el gruix de la paret mentre que la resta de la superfície sembla intacte. Les perforacions són perilloses precisament perquè estan localitzades: una canonada pot perdre un 0,01% del seu pes total a causa de la corrosió, però fallar completament des d'una única fossa-de paret.

El molibdè interromp aquest procés. El molibdè de l'aliatge es dissol a la solució de fossa i ajuda a re-passivar la superfície metàl·lica, formant compostos de molibdat que tapen l'atac i permeten que la pel·lícula d'òxid es torni-formar. Un molibdè més alt significa que l'aliatge pot reparar els danys a la pel·lícula més ràpidament del que els clorurs poden trencar-lo. És per això que el 317L, amb ~ 3,5% de molibdè, resisteix significativament millor a la picada que el 316L amb ~ 2,5%.

PREN - El nombre que quantifica la resistència a la picadura

El PREN (número equivalent de resistència a la picadura) és la forma estàndard de classificar els acers inoxidables per a la resistència a la picadura: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L té un PREN d'aproximadament 24-26; 317L té un PREN d'aproximadament 29-31. Aquesta bretxa de 5 punts representa una millora real i mesurable de la resistència a la picada de clorur, i es deu gairebé completament a l'1% addicional de molibdè.

La fórmula PREN és una eina de cribratge ràpida, no una garantia. Us indica, en un sol número, si una nota és un candidat raonable per a un determinat entorn de clorur. Com a regla general: PREN per sota de 20 no és adequat per a qualsevol exposició significativa a clorur; PREN 20-30 maneja clorurs lleus a moderats (aigua salobre, esquitxades lleugeres d'aigua de mar); PREN 30-40 maneja clorurs agressius (immersió en aigua de mar, salmorres càlides); Es requereix un PREN superior a 40 per a un servei sever (aigua de mar calenta, lleixiu, clorurs àcids). Observeu on cauen el 316L i el 317L: el 316L es troba a la part inferior de la banda "moderada", mentre que el 317L n'arriba a la part superior, un pas significatiu, encara que encara per sota dels veritables aliatges de qualitat d'aigua de mar.

Resistència a la corrosió

En entorns que contenen-clorur, el 317L és decisivament més resistent a la corrosió per picades i esquerdes que el 316L. La temperatura crítica de picat (CPT) de 317L és d'aproximadament 25-35 graus, enfront dels 15-20 graus per a 316L, el que significa que 317L pot tolerar solucions de clorur 10-15 graus més calentes abans que comenci la picada. Per a la corrosió de les esquerdes, la bretxa és similar: el 317L sobreviu en condicions de clorur que corrodrien ràpidament el 316L, especialment sota les juntes, els dipòsits i els elements de fixació.

La corrosió per picat és l'atac localitzat que produeix forats petits i profunds en una superfície llisa. La corrosió de les escletxes és la seva prima propera: atac que es produeix en espais tancats - sota juntes, volanderes, caps de cargol, esquitxades de soldadura, creixement marin o dipòsits acumulats - on l'entorn s'estanca, s'esgota l'oxigen- i s'acidifica. La corrosió de les esquerdes és generalment més agressiva que la picada perquè la geometria de les esquerdes atrapa els clorurs i l'àcid mentre exclou l'oxigen necessari per reparar la pel·lícula protectora.

Ambdós modes de fallada es caracteritzen per una temperatura crítica: per sota de la CPT (temperatura crítica de perforació) o CCT (temperatura crítica de l'escletxa), l'aliatge resisteix l'atac; per sobre, l'atac s'inicia i es propaga. Aquestes temperatures es mesuren mitjançant proves estandarditzades (ASTM G48) en una solució de clorur fèrric. El CPT de 316L sol ser d'uns 15-20 graus, mentre que el 317L prova uns 25-35 graus. Aquesta diferència de 10-15 graus és molt significativa a la pràctica: és la diferència entre un intercanviador de calor que sobreviu a l'aigua de mar tropical i un que s'enfonsa en pocs mesos.

Àcid sulfúric i fosfòric - L'altre avantatge del 317L

Més enllà de la picadura, el 317L també supera el 316L en àcids reductors -, especialment àcid sulfúric i fosfòric -, perquè el seu contingut més elevat de molibdè, crom i níquel millora la resistència a les condicions reductores (sense oxigen-) que es troben dins d'aquests àcids. És per això que 317L és el material tradicional per als evaporadors d'àcid fosfòric, el processament d'àcids grassos i la manipulació d'àcid sulfúric a les indústries química i alimentària.

Aquest és un punt important que molts enginyers passen per alt: el 317L no és només un "316L més resistent a les picades--, sinó que també és més resistent a determinats àcids. L'àcid sulfúric (H₂SO₄) i l'àcid fosfòric (H₃PO₄) són àcids reductors, el que significa que ataquen el metall on l'oxigen és escàs - dins del propi àcid - més que a la superfície rica en oxigen-. El crom (18-20%) més alt, el molibdè (3-4%) i el níquel (11-15%) en 317L li donen una millor resistència a aquestes condicions reductores que el 316L.

L'exemple clàssic és la producció i l'evaporació d'àcid fosfòric. L'àcid fosfòric de procés humit-conté clorurs i fluorurs que podrien 316L, de manera que el 317L és el material estàndard per a tubs d'evaporador, escalfadors i bombes en aquest servei. De la mateixa manera, en el processament d'àcids grassos (olis comestibles, sabons, detergents), el 317L resisteix millor les condicions àcides calents que el 316L. Si la vostra aplicació inclou àcid sulfúric o fosfòric - fins i tot en concentracions modestes - 317L és l'opció més segura.

Corrosió general

Per a la corrosió general (uniforme) en ambients no {{-clorurs, no-àcids - exposició atmosfèrica, aigua dolça, àcids orgànics suaus en aliments - 316L i 317L funcionen essencialment de manera idèntica, perquè la resistència a la corrosió general es regeix principalment pel contingut de crom, que és proper en ambdós graus. La prima del 317L no et compra res en aquests entorns suaus, i és per això que el 316L segueix sent l'opció econòmica predeterminada per al servei corrosiu-general.

Aquest és el contrapunt crucial a l'avantatge del 317L: no és universalment millor. En entorns sense clorurs ni àcids reductors, el molibdè addicional de 317L es malgasta i pagueu un 15-30% més per la resistència a la corrosió que no utilitzareu mai. Per al processament d'aliments sense salmorres, equips farmacèutics, aplicacions arquitectòniques i manipulació general de productes químics sense clorurs, 316L és l'opció correcta i econòmica. L'habilitat en la selecció de materials és saber quan l'amenaça de clorur o àcid és prou real per justificar l'actualització del 317L.

Propietats mecàniques

El 317L és lleugerament més fort que el 316L a temperatura ambient: la seva resistència a la tracció mínima és de 515 MPa (75 ksi) enfront de 485 MPa (70 ksi) per al 316L, i el seu límit elàstic mínim és de 205 MPa (30 ksi) enfront de 170 MPa (25 ksi). Aquest avantatge del 6-20% de resistència prové del contingut més elevat de crom, molibdè i nitrogen, però és un factor menor, no un motiu per triar 317L. La decisió d'utilitzar 317L està motivada per la resistència a la corrosió, no per la força.

Formabilitat i treballabilitat

Tots dos graus són totalment austenítics i altament conformables, soldables i dúctils. 317L és una mica més difícil de treballar en fred-que el 316L a causa del seu contingut d'aliatge més elevat (funciona-s'endureix una mica més ràpid), però la diferència és menor a la pràctica. Per al mecanitzat, ambdós graus són similars, tot i que el contingut d'aliatge més elevat de 317L redueix lleugerament la mecanització. Cap dels dos graus es pot endurir mitjançant tractament tèrmic - només s'endureixen per treball en fred.

Una nota pràctica per als fabricants: com que el 317L conté més molibdè, crom i níquel, el treball-s'endureix una mica més ràpid que el 316L durant la conformació en fred i el mecanitzat. Això significa que els canvis d'eines una mica més freqüents i poden ser necessaris radis de corbat una mica més grans. Tanmateix, per a la gran majoria d'aplicacions, - canonades, accessoris, brides, plaques i xapes - 317L es fabriquen bàsicament amb la mateixa facilitat que 316L utilitzant pràctiques estàndard d'acer inoxidable.

[Font] ASTM A240/A240M - Especificació estàndard per a crom i crom-plaques, xapes i tires d'acer inoxidable de níquel.

Soldar - Tots dos solden netament, però coincideixen amb el metall de farciment

Tant el 316L com el 317L són graus L-con menys o igual al 0,03% de carboni, de manera que tots dos solden netament sense tractament tèrmic posterior a la-soldadura i resisteixen la sensibilització en condicions-soldades. La regla clau és la selecció de metall de farciment: per a una junta 317L, utilitzeu farciment ER317L (AWS A5.9) perquè el metall de soldadura coincideixi amb el contingut de molibdè més elevat del metall base. L'ús de farciment de 316L en una unió de 317L crea una -zona de soldadura PREN - més baixa, un punt feble potencial de perforació en el servei de clorur.

La trampa del metall de farciment

Quan soldeu 317L - o uniu 316L a 317L -, feu servir metall d'aportació ER317L. El metall de soldadura ha de tenir almenys tant molibdè com el metall base més resistent a la corrosió-. Si soldeu el 317L amb farciment ER316L, el cordó de soldadura es converteix en el punt feble de la corrosió i s'encararà abans del 317L - circumdant, eliminant tot el propòsit d'especificar 317L.

Aquest és un error comú i costós en el camp. Un fabricant acostumat a soldar 316L pot arribar automàticament al farcit ER316L. Quan la junta és realment de 317L (o 316L-a-317L), el metall de soldadura dipositat acaba amb només un ~2,5% de molibdè, mentre que el metall base té ~3,5%. En un entorn de clorur, el cordó de soldadura - amb el seu PREN inferior - es converteix en el primer lloc per perforar. El resultat és una soldadura que falla per corrosió preferent exactament en el punt on se suposava que el 317L de cost addicional proporcionava protecció. Especifiqueu i verifiqueu sempre el farcit ER317L per al treball 317L.

[Font] AWS A5.9/A5.9M - Especificació per a elèctrodes i barres de soldadura d'acer inoxidable nus.

Preguntes freqüents

P: Quina diferència hi ha entre 316L i 317L?

R: La diferència és el contingut de molibdè i crom. 316L té un 2-3% de molibdè i un 16-18% de crom; 317L té un 3-4% de molibdè i un 18-20% de crom. Tots dos tenen menys o igual al 0,03% de carboni. El molibdè addicional de 317L li confereix aproximadament un 25% més de resistència a la corrosió per picades i esquerdes en entorns de clorur, a més d'una millor resistència als àcids reductors com l'àcid sulfúric i fosfòric.

P: Quan he d'utilitzar 317L en lloc de 316L?

R: Utilitzeu 317L quan l'entorn contingui clorurs (aigua de mar, aigua salabrosa, salmorres, lleixiu) o àcids reductors (àcids sulfúrics, fosfòrics, grassos) que farien que el 316L es fossin o es corroeixin. Aplicacions típiques: depuradors de desulfuració de gasos de combustió, evaporadors d'àcid fosfòric, processament d'àcids grassos, blanqueig de pasta i paper i intercanviadors de calor aigua de mar/salobre. Si l'entorn no té clorurs ni àcids reductors, 316L és suficient i més barat.

P: El 317L és més car que el 316L?

R: Sí, el 317L normalment costa un 15-30% més que el 316L perquè conté més molibdè, crom i níquel - tots els elements d'aliatge cars. La prima es justifica quan evita una fallada de corrosió per picat, que costaria molt més que l'actualització del material. En entorns sense clorur, la prima es desaprofita i 316L és el millor valor.

P: Què és PREN?

R: PREN (número equivalent de resistència a la picadura) és una fórmula que estima la resistència a la picadura: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Més alt és millor. 316L té un PREN de ~24-26; 317L té ~29-31. Com a guia aproximada, es necessita un PREN superior a 32 per al servei d'aigua de mar i superior a 40 per a un servei intens de clorur. 317L, a ~30, és un pas significatiu per sobre de 316 L, però encara per sota d'aliatges reals de qualitat d'aigua de mar com el 904L i el superdúplex.

P: Es pot soldar 317L?

R: Sí, el 317L es solda fàcilment i, com el 316L, no requereix cap tractament tèrmic posterior a la soldadura a causa del seu menys o igual al 0,03% de carboni. La regla clau és utilitzar metall de farciment ER317L (AWS A5.9) perquè el metall de soldadura coincideixi amb el contingut més elevat de molibdè del metall base. L'ús de farciment de 316L en una unió de 317L crea un cordó de soldadura PREN inferior-que picarà davant el metall circumdant en servei de clorur.

P: 317L és bo per a l'aigua de mar?

A: 317L is better than 316L in seawater, but it is not the ultimate seawater material. For continuous seawater immersion at ambient temperature, 317L performs reasonably well. For warm seawater (>30 graus ), aigua de mar de gran flux-o condicions amb escletxes, considereu aliatges més alts: 904L, 254 SMO (S31254), súper dúplex 2507 o súper austenítics 6Mo. 316L generalment no es recomana per a la immersió en aigua de mar perquè s'enfonsarà.

P: 316L vs 317L vs 904L - com puc triar?

R: Utilitzeu 316L per a un servei corrosiu general sense clorurs ni àcids reductors (alimentari, farmacèutic, arquitectònic). Utilitzeu 317 L per a un servei moderat de clorur o àcid reductor-(aigua salabrosa, FGD, àcid fosfòric). Utilitzeu 904L per a un servei de clorur agressiu (immersió en aigua de mar, clorurs calents) on 317L no és suficient. Cada augment afegeix molibdè i resistència a la corrosió, però també costa - triar el grau més baix que compleixi els vostres requisits de corrosió.

P: Com puc verificar que estic rebent 317L i no 316L?

R: Comproveu l'informe de prova de material (MTR): 317L ha de mostrar molibdè 3,00-4,00%, crom 18,0-20,0% i níquel 11,0-15,0%. La XRF de mà (PMI) pot distingir 317L de 316L perquè detecta el contingut més elevat de molibdè; a diferència del carboni, el molibdè és detectable per XRF. Això fa que la verificació de camp del 317L sigui relativament senzilla. Sol·liciteu un certificat EN 10204 tipus 3.1 per confirmar la química.