Placa d'acer inoxidable 304 vs 316: composició química i soldabilitat per a la fabricació de recipients a pressió

Els dos graus són acers inoxidables austenítics de crom-níquel i tots dos figuren a la llista ASTM A240 per a la placa del recipient a pressió. Tota la diferència es redueix a un element: el molibdè. 316 en porta entre el 2,00 i el 3,00 per cent i el 304 no en porta cap. Aquesta única línia del certificat de prova del molí canvia el comportament de la perforació de clorur, canvia la prova de corrosió intergranular que s'aplica, canvia el preu i, si esteu dissenyant segons ASME Secció VIII, no canvia gairebé res sobre el procediment de soldadura. Aquesta guia separa la química que importa de la química que és màrqueting.

Quina diferència hi ha entre la placa d'acer inoxidable 304 i 316?

Un element: el molibdè. 316 i el 316L contenen entre un 2,00 i un 3,00% de molibdè i els 304 i 304L no en contenen cap. Els rangs de crom i níquel es mouen lleugerament en la direcció oposada - 304 té el rang de crom més alt, 316 el rang de níquel més alt, i les variants baixes en carboni d'ambdós carboni cap al 0,030 per cent. Tot el que t'importa en el servei i en la soldadura es desprèn d'aquestes quatre línies.

La manera més ràpida de llegir una especificació és deixar de pensar-hi304i316com dos materials diferents i comenceu a pensar-hi com un sol material amb una opció d'aliatge. Tots dos són austenítics, el que significa que tots dos tenen una estructura de cristall cúbic centrat en la cara a temperatura ambient, tots dos són no magnètics en estat de recuit, tots dos no es poden endurir amb tractament tèrmic i tots dos són resistents fins a temperatures criogèniques. Els bàsics d'acer inoxidable de la sèrie 300 són idèntics per als dos graus.

Requisits químics ASTM A240/ASME SA-240, percentatge en pes

Dos detalls d'aquesta taula sorprenen a la gent. En primer lloc, el 304 té el rang de crom més alt - 17.5 al 19,5 per cent enfront del 16,0 al 18,0 per cent per al 316. La resistència addicional a la corrosió del 316 no és més crom; és el molibdè. En segon lloc, els rangs de níquel són prou amplis perquè una calor determinada de 316 pot ser gairebé tan rica en níquel com molts graus especials amb níquel, cosa que és part de la raó per la qual el recàrrec de molibdè per si sol no explica la bretxa de preus.

Especifiqueu a partir de l'anàlisi de calor del certificat de prova del molí, mai dels valors típics impresos en un fulletó del molí.

Una calor de 316 al 2,02 per cent de molibdè i una altra al 2,95 per cent tenen les especificacions i no es comporten igual en una escletxa de clorur calent. Si l'embarcació es troba en un servei on la picada és el mecanisme de govern, especifiqueu un mínim de molibdè del 2,5 per cent com a requisit addicional a l'ordre de compra.

Com canvia el molibdè el comportament a la corrosió de la placa 316?

El molibdè frena l'inici i el creixement primerenc de l'atac de fosses i esquerdes en entorns que porten clorur. Això ho fa enriquint-se en la pel·lícula passiva i en la solució dins d'un pou de creixement, la qual cosa fa que la química local sigui menys agressiva i dóna més temps a la superfície per repassivar. No fa que el 316 sigui immune i no compra resistència a l'esquerda per corrosió per estrès de clorur.

L'acer inoxidable es protegeix amb una pel·lícula d'òxid de crom d'uns pocs nanòmetres de gruix. En l'aigua que conté clorurs, aquesta pel·lícula s'ataca als punts febles -una inclusió, una rascada, un cordó de sulfur- i s'inicia una fossa. Un cop oberta una fossa, la química a l'interior es torna àcida i es concentra en clorur, i la fossa s'excava més ràpid que al començament. El molibdè intervé en dos punts: les espècies de molibdè a la pel·lícula fan que sigui més difícil de descompondre en primer lloc, i el molibdè dissolt del metall dins d'una fossa activa amortigua l'acidesa local i ajuda a repassar la paret de la fossa abans que es torni autosuficient.

On el molibdè en 316 ajuda, i on no

El malentès més car d'aquesta taula és la fila d'esquerdes per corrosió per tensió de clorur. El molibdè no ajuda. Un vaixell 316 aïllat en un lloc costaner pot trencar-se des de l'exterior amb la mateixa facilitat que un 304, perquè el mecanisme necessita clorurs, oxigen, esforç de tracció i una temperatura superior als 60 ºC, i el molibdè no canvia cap dels quatre. La solució és un recobriment, un aïllament baix en clorurs i mantenir el metall sec. Si necessiteu el vaixell per sobreviure a aquest deure al metall nu, ho necessiteudúplex 2205o un material d'aliatge superior.

Quins són els valors PREN de 304 i 316 i què prediuen realment?

Utilitzant PREN=per cent de Cr + 3.3 x per cent de Mo + 16 x per cent de N, el típic 304 aterra a uns 18 a 20 i el típic 316 a uns 23 a 26 per cent. Aquesta és una diferència real de classificació d'aproximadament un 25 per cent, i és una manera útil de comparar calors, però PREN es va desenvolupar per a acer inoxidable i altament validat per a acers inoxidables i altament validats. no és un número de disseny per a un recipient a pressió.

El coeficient de molibdè de 3,3 és la raó per la qual existeix la bretxa: amb un 2,1 per cent de molibdè, aquest terme per si sol aporta uns 6,9 punts, més que eliminar el dèficit de crom. El nitrogen també contribueix, i és per això que el 316LN, la variant aliada amb nitrogen, es troba per sobre del 316L amb el mateix contingut de molibdè. Vegeuacer inoxidable 316LNper a la versió reforçada amb nitrogen.

PREN va funcionar a partir d'anàlisis de calor típiques

El que no et digui PREN és igual de important. No diu res sobre la temperatura crítica de l'escletxa, que sempre és inferior a la temperatura crítica de picat i és el nombre que regeix una brida amb junta o una junta solapada. No diu res sobre el metall de soldadura, on la segregació durant la solidificació pot deixar que l'últim metall es congeli amb una composició diferent de la massa. I és un índex de classificació, no un llindar: un PREN de 24 no us indica la concentració de clorur o la temperatura a la qual s'enfrontarà un recipient específic. Per a això, necessiteu dades de temperatura crítiques mesurades per a l'entorn real o un historial de servei.

Per què el contingut de carboni decideix si compreu placa de 304L o 316L?

Com que el carboni és el que fa que una zona afectada per la calor de soldadura perdi la seva resistència a la corrosió. Per sobre d'un 0,03 per cent de carboni n'hi ha prou per combinar-se amb el crom i precipitar el carbur de crom als límits del gra quan el metall passa entre 425 i 815 C. El carbur treu el crom del metall immediatament al seu voltant, aquest metall cau per sota de l'aproximadament 12 per cent de crom necessari per mantenir-se inoxidable i té un camí intergranular per seguir la corrosió.

Una soldadura fa a la zona afectada per la calor el que faria un tractament tèrmic. El metall a pocs mil·límetres de la línia de fusió s'escalfa a l'interval de precipitació del carbur i s'hi manté el temps suficient per importar, i després es refreda. En una soldadura multipass en placa gruixuda, la zona es reescalfa diverses vegades. En un grau amb un 0,06 per cent de carboni, la precipitació de carbur de crom pot començar en minuts prop de 675 C. En un grau amb un 0,02 per cent de carboni, el mateix cicle tèrmic no produeix una xarxa de carbur contínua, perquè simplement no hi ha prou carboni en solució per formar-ne una.

Carboni, sensibilització i conseqüència pràctica

El grau L no és un dinar gratuït. El seu límit elàstic és de 170 MPa contra 205 MPa per al grau recte, i la Secció II Part D enumera la seva tensió permesa a 16,7 ksi contra 20,0 ksi. Pagueu aproximadament el 17 per cent de la força del disseny per la soldabilitat. I l'exempció no és permanent: manteniu un grau L entre 500 i 800 C durant anys i encara es sensibilitzarà, un fenomen anomenat sensibilització a baixa temperatura. Això és important per als vaixells que s'escalfen, i és una de les raons per les quals existeix 316H: vegeuacer inoxidable 316Hper a la variant alta en carboni.

Què és la placa de doble certificació 304/304L o 316/316L i ajuda?

La placa de doble certificació és una calor única que compleix tots els requisits tant del grau recte com del grau L: carboni al 0,030 per cent o menys, i tracció i rendiment als mínims de grau recte. És la manera estàndard en què els molins subministren placa inoxidable avui en dia i permet que un article d'estoc serveixi tant per una especificació de soldadura de grau L com per un disseny de grau recte.

Aquí no hi ha cap truc metal·lúrgic. La calor és simplement una calor baixa en carboni que també es va provar per sobre dels mínims mecànics de grau directe, que fan la majoria de les foses modernes un cop es controla el nitrogen. El molí ho certifica amb les dues especificacions i el certificat enumera ambdues.

Què et dóna i què no t'ofereix la doble certificació

Per a un vaixell que es soldarà i que no estigui en servei de fluència a alta temperatura, especifiqueu 304/304L o 316/316L amb doble certificació i dissenyeu-lo amb el grau recte permès quan el vostre inspector autoritzat ho accepti. És la manera més barata d'aconseguir una soldadura de grau L sense renunciar al 17 per cent de la tensió permesa. Confirmeu que el certificat mostra carboni igual o inferior al 0,030 per cent abans d'acceptar-lo i assegureu-vos queGuia de compra de plaques d'acer inoxidableEls requisits de marcatge i traçabilitat estan escrits a la comanda.

Quines són les propietats mecàniques de les plaques 304 i 316 segons ASTM A240?

304 i 316 són idèntics: 515 MPa (75 ksi) de tracció mínima, 205 MPa (30 ksi) de rendiment mínim del 0,2 per cent, 40 per cent d'allargament mínim. 304L i 316L també són idèntics entre si i més baixos: 485 MPa (70 ksi) i tracció (70 ksi) i ksiaiel (70 ksi) MPa (70 ksi) de tracció. El molibdè canvia el comportament a la corrosió; no canvia la força. L'única diferència mecànica en tota la comparació és la causada pel carboni.

ASTM A240 propietats mecàniques mínimes, estat recuit

Les dues darreres files són les que importen més a la botiga que al dibuix. L'acer inoxidable austenític condueix aproximadament un terç de la calor que l'acer al carboni i s'expandeix aproximadament entre un 40 i un 50 per cent més per al mateix augment de temperatura. Aquests dos fets junts són el motiu pel qual un recipient inoxidable es distorsiona d'una manera que no ho fa un recipient d'acer al carboni de geometria idèntica, i són els mateixos per a 304 i per 316 - triar entre els graus no canviarà el vostre problema de distorsió.

Quin grau dóna una carcassa del recipient a pressió més prima i més barata?

Ni . 304 ni 316 porten la mateixa tensió permesa ASME a temperatura ambient, de manera que el gruix de la closca calculat és el mateix. El que canvia el gruix és la variant de carboni: dissenyar a 304L o 316L a 16,7 ksi en lloc de 304 o 316 a 20,0 ksi fa que la closca sigui un 20 per cent més gruixuda. El molibdè compra resistència a la corrosió; no compra cap força.

Treballeu-ho a través d'un shell representatiu. Preneu una pressió interna de 150 psi, un radi interior de 30 polzades i una unió a tope de doble soldadura tipus 1 amb radiografia completa que ofereix una eficiència conjunta d'1,0 per UW-12. L'equació UG-27 per a l'articulació longitudinal és t=PR / (SE - 0.6P).

Càlcul de l'intèrpret UG-27 treballat: P=150 psi, R=30 en, E=1.00

La tensió permesa en si es deriva de la mateixa manera per a cada línia d'aquesta taula. La Secció II Part D estableix S com la menor de dues fraccions de les propietats mínimes especificades a la temperatura: dos terços de la resistència elàstica i una 3,5a part de la resistència a la tracció. A l'ambient que dóna 2/3 x 30=20.0 ksi contra 75 / 3.5=21.4 ksi per als graus rectes, de manera que regeix 20,0; i 2/3 x 25=16.7 ksi contra 70 / 3.5=20.0 ksi per als graus L, de manera que regeix 16,7. Per sobre d'aproximadament 540 C, les propietats de fluència i ruptura de tensió prenen el relleu i les dues famílies divergeixen, així que llegiu la taula 1A per obtenir el grau exacte i la temperatura de disseny en lloc d'interpolar.

La conclusió pràctica és que la variant de carboni és una variable de disseny i el molibdè no. Si el vostre vaixell està dissenyat per a 304L i després canvieu a 316L per motius de corrosió, el gruix de la closca no canvia i l'única factura que es mou és el preu de la placa. Si canvieu de 316 a 316L, la closca creix aproximadament una cinquena part. Confirmeu l'eficiència conjunta a la qual teniu dret a UW-12 abans de finalitzar el mur, perquè la radiografia completa a E=1.00 val més material del que sol ser l'elecció de la qualificació.

A quina temperatura hauríeu de deixar d'utilitzar 304L o 316L?

S'apliquen tres límits separats i regeix el més baix. La sensibilització a baixa temperatura comença a importar per sobre d'aproximadament 500 C en un servei llarg, l'estrès admissible disminueix bruscament per sobre d'aproximadament 540 C a mesura que es fa càrrec de la fluència, i el 316L que porta molibdè és el més propens a sigma dels dos a la banda de 550 a 900 C. Per a una temperatura de metall sostinguda per sobre d'uns 540 C, passeu a 304H o 316H, o a un grau estabilitzat.

Límits de temperatura i què regeix a cada banda

La fase Sigma mereix una nota perquè és específica del costat del molibdè d'aquesta comparació. Sigma és un intermetàl·lic dur i trencadís que es forma a partir de ferrita entre 550 i 900 C, i el molibdè l'accelera. Al metall base 316L normalment no hi ha ferrita per convertir, de manera que el risc es troba en el metall de soldadura, on s'hi va posar deliberadament un nombre de ferrita de 3 a 10 per evitar l'esquerdament en calent. Si un recipient de 316 L funcionarà en aquesta banda de temperatura, manteniu la ferrita metàl·lica de soldadura a la part inferior del rang recomanat i mantingueu baix el nombre de ferrita de la calor de farciment.

El 316 és millor que el 304 per a l'esquerdament per corrosió per tensió de clorur?

No. Aquest és l'error més comú i més costós de tota la decisió 304 versus 316. El molibdè millora la resistència a la picada i a les esquerdes; no millora la resistència a les esquerdes per corrosió per tensió de clorur. Els dos graus s'esquerden i un vaixell 316 sota aïllament en un lloc càlid i amb clorur fallarà de la mateixa manera que ho fa un 304.

L'esquerda per corrosió per tensió de clorur necessita quatre coses alhora: clorurs, oxigen dissolt, esforç de tracció i una temperatura per sobre d'aproximadament 50 a 60 C. Traieu-ne qualsevol i no us fiqueu. El molibdè no té cap efecte en cap dels quatre. El que sí canvia és la picada que sovint precedeix l'esquerda, i en una finestra de laboratori estreta que pot canviar lleugerament el llindar, però un canvi en un llindar de laboratori no és una base de llicència per a un recipient a pressió.

El que realment evita l'esquerda per corrosió per estrès de clorur

Si esteu escrivint la línia de material per a un vaixell que estarà aïllat i situat a l'aire lliure o en un lloc costaner, no escriviu 316 com a mitigació de l'esquerda per corrosió per tensió de clorur externa. Escriviu l'especificació del recobriment, el requisit d'aïllament baix en clorur i el detall de la impermeabilització i el pressupost per mantenir-los. L'actualització de material que funciona en aquesta funció és un canvi de família d'aliatges, no un canvi dins del parell 304 i 316.

Quant costa més la placa 316 que la 304, i importa en un vaixell?

La placa 316 normalment comporta una prima del 25 al 45 per cent sobre la 304, impulsada principalment pels recàrrecs d'aliatge de molibdè i níquel. En un recipient a pressió acabat, la penalització és menor del que suggereix aquesta bretxa, perquè la placa només és una part del cost lliurat i la soldadura, l'examen i el tractament tèrmic són idèntics per als dos graus.

On apareix la diferència de costos i on no

L'última fila no és una broma. Quan un vaixell de 304 fos perquè el procés va resultar que contenia clorurs, la causa principal és fàcil de trobar i la solució - actualitzar el material - és senzilla. Quan un vaixell 316 s'esquerda sota l'aïllament, el fabricant sol ser el primer sospitós tot i que el material mai va ser capaç de resistir aquest mecanisme. Pagar la prima per 316 i després utilitzar-la per resoldre un problema que el molibdè no aborda és el pitjor dels dos resultats.

Per a les opcions d'aliatge més enllà d'aquest parell,904L versus 254 SMO versus 316Lcobertes on els graus súper austenítics prenen el relleu, iacer inoxidable 904Ldóna la composició i propietats dels més utilitzats d'ells.

Quin metall de farciment utilitzeu per a la placa 304 versus la 316?

Coincideix amb la nota i mantén el carboni baix. Soldar 304 i 304L amb ER308L per a GTAW i GMAW o E308L per a SMAW; soldar 316 i 316L amb ER316L o E316L. Utilitzeu les variants de silici per a GMAW per millorar la humectació. Tots dos metalls bàsics es troben al grup P-No. 8 1 i tots aquests farcits es troben a F-No. 6, de manera que una estructura de qualificació del procediment cobreix tota la família.

Selecció de farciment per a soldadures de plaques 304 i 316

El farciment no és deliberadament una combinació perfecta amb el metall base. ER308L funciona entre un 19,5 i un 22,0 per cent de crom contra un 17,5 a un 19,5 per cent a la placa, i l'ER316L funciona entre un 18,0 i un 20,0 per cent de crom contra un 16,0 a un 18,0 per cent a la placa. Aquest enriquiment de crom és el que posa el metall de soldadura en el camí de solidificació ferrític-austenític en lloc de la totalment austenítica, que és la següent pregunta, i també és per què una soldadura dipositada amb el farciment incorrecte pot semblar perfecta a la radiografia i encara ser un problema d'esquerdes.

L'estructura de la qualificació és comuna a ambdós graus. La secció IX d'ASME assigna 304, 304L, 316 i 316L al P-No. 8 Grup 1, assigna tots aquests farcits inoxidables austenítics a F-No. 6 i cobreix la composició del metall de soldadura sota el sistema A-Number. Conseqüència pràctica: qualificar un procediment en 316L generalment qualifica les variables essencials per a la resta de la família, per això la majoria de botigues es qualifiquen en 316L i baixen en lloc de qualificar cada grau per separat.

Per què importa el nombre de ferrita en el metall de soldadura inoxidable austenític?

Perquè una petita quantitat de ferrita delta és l'únic que s'interposa entre una soldadura austenítica i l'esquerda de solidificació. Número de ferrita objectiu del 3 al 10. Per sota d'uns 3 FN, el metall de soldadura es solidifica com a grans d'austenita columnar gruixut amb pel·lícules líquides riques en impureses entre ells i es poden esquerdar mentre es refreda; per sobre d'uns 10 FN, la ferrita es pot convertir en fase sigma trencadissa en servei càlid.

La ferrita és magnètica i l'austenita no, és per això que tota la mesura es pot fer amb un instrument magnètic calibrat a la soldadura acabada. El nombre de ferrita està definit per AWS A4.2 i no és exactament el percentatge de volum: per sota d'uns 8 a 10, els dos estan a prop, per sobre divergeixen, que és una raó més per la qual la banda objectiu recomanada es troba on està.

Bandes numèriques de ferrita i què significa cadascuna

La predicció abans de soldar es fa amb el diagrama de constitució WRC-1992, que utilitza equivalents de crom i níquel calculats a partir de la composició del metall de soldadura diluït: l'equivalent de Cr és igual al percentatge de Cr més el percentatge de Mo més 0,7 vegades per cent de Nb, i l'equivalent de Ni és igual al percentatge de Ni més 35 vegades per cent de C més 20 vegades per cent de N més 0,25 vegades per cent de Cu. El terme nitrogen és el motiu pel qual WRC-1992 va desplaçar el diagrama de Schaeffler més antic per a les calors modernes amb baixes emissions de carboni i nitrogen.

El nombre de ferrita previst és un càlcul; El nombre de ferrita mesurat és el registre d'acceptació. Mesureu-lo al cupó de qualificació del procediment amb un instrument calibrat i, de nou, als cupons de prova de producció si la calor de farciment canvia. Tingueu en compte també que les exempcions de proves d'impacte criogènic a UHA-51 porten els seus propis límits de ferrita que se situen per sota de la banda de 3 a 10. Si el vostre vaixell necessita tant soldadures resistents a esquerdes com una temperatura metàl·lica de disseny molt baixa, resoleu aquest conflicte al PQR amb el vostre inspector autoritzat en comptes de descobrir-lo després de les soldadures.

Necessiteu un tractament tèrmic de preescalfament o postsoldadura per a les soldadures de vaixells 304 i 316?

No a tots dos, en el sentit habitual. No hi ha cap mecanisme de craqueig de l'hidrogen per preescalfar-se, perquè l'austenita no es transforma en martensita en refredar-se i té una alta solubilitat en hidrogen. I la taula UHA-32 de la secció ASME VIII-1 indica que el tractament tèrmic posterior a la soldadura per a l'acer inoxidable austenític P-No. 8 no és necessari ni prohibit; no hi ha cap activador de gruix.

Tractament tèrmic de soldadures de recipients inoxidables austenítics

La posició de UHA-32 és realment diferent del món de l'acer al carboni i atrapa els fabricants. Per a un recipient d'acer al carboni P-No. 1, hi ha un llindar de gruix dur - 38 mm (1,5 polzades) per al grup P-No. 1 1 - per sobre del qual PWHT és obligatori. Per a l'acer inoxidable austenític no hi ha llindar, ni temps de retenció ni temperatura mínima. Si l'usuari especifica un tractament tèrmic de totes maneres, el cicle adequat és un recuit de solució seguit d'un refredament ràpid, no un alleujament de l'estrès subcrític. Un alleujament de l'estrès de 650 C en un recipient soldat amb una placa no L és una manera excel·lent de sensibilitzar tota la zona afectada per la calor.

Els caps formats són l'excepció que val la pena conèixer. La tensió de conformació en fred i qualsevol cicle de conformació en calent canvien el material, i els capçals austenítics molt formats en fred sovint es recoixen amb solució després de la formació per eliminar la tensió i restaurar la resistència a la corrosió. Es tracta d'un tractament tèrmic d'operació de conformació, no d'un PWHT de soldadura, i passa abans que el cap es soldi a la carcassa.

Com s'atura la sensibilització a la zona afectada per la calor d'una soldadura de vas?

Primer controleu el carboni, després el temps i la temperatura. Demaneu material de grau L o de doble certificació perquè no hi hagi prou carboni per formar una xarxa de carbur contínua, a continuació, mantingueu la temperatura entre passades baixa i l'entrada de calor moderada perquè la HAZ passi el menys temps possible entre 425 i 815 C. Quan el vaixell estigui calent durant anys, considereu un grau estabilitzat i, si la conseqüència és alta, comproveu amb una prova ASTM A262.

Val la pena entendre el mecanisme una vegada perquè els controls tinguin sentit. El carbur de crom precipita als límits del gra perquè el carboni es difon cap al límit més ràpid del que el crom pot difondre fora del metall circumdant. El carbur que es forma és ric en crom, de manera que la banda estreta de metall immediatament al costat del límit s'esgota. Per sota d'aproximadament el 12 per cent de crom, aquesta banda ja no és inoxidable i en un fluid corrosiu es dissol preferentment, deixant un camí intergranular continu. La precipitació més ràpida es produeix entre 650 i 750 C, que es troba just dins del rang pel qual passa una soldadura HAZ.

Controls de sensibilització, en l'ordre en què s'han d'aplicar

Quina pràctica A262 cal destacar depèn de la nota, i aquest és un dels pocs llocs on l'elecció 304 versus 316 canvia realment un mètode de prova. La pràctica B, la prova de sulfat fèrric-àcid sulfúric, és l'adequada per als graus austenítics que contenen molibdè, així que especifiqueu-ho per a 316 i 316L. La pràctica C, la prova d'àcid nítric o Huey, és l'opció convencional per a 304 i 304L. La pràctica A és el gravat ràpid d'àcid oxàlic que s'utilitza per al cribratge, i la pràctica E és la prova de coure-sulfat de coure-àcid sulfúric que s'utilitza quan es vol una avaluació austenítica general.

Per què les soldadures de recipients inoxidables austenítiques distorsionen més que les d'acer al carboni?

Dues propietats físiques, les mateixes per al 304 i el 316. L'acer inoxidable austenític condueix aproximadament un terç de la calor que l'acer al carboni, de manera que la calor de la soldadura es manté a la unió en lloc d'estendre's; i s'expandeix aproximadament entre un 40 i un 50 per cent més per grau, de manera que el mateix camp de temperatura produeix més tensió tèrmica. Més tensió concentrada en una zona més estreta significa més distorsió, més contracció i més tensió residual.

Propietats físiques que impulsen el comportament de fabricació

Els controls segueixen directament de la física. Utilitzeu una aportació de calor moderada en lloc de les altes taxes de deposició que utilitzaríeu en l'acer al carboni. Utilitzeu barres de suport de coure o alumini per treure la calor de l'arrel. Utilitzeu una seqüència de soldadura equilibrada, enrere o simètrica, de manera que la contracció es distribueixi en lloc d'acumular-se. Fixeu-vos a una esquena forta on la geometria ho permeti i recordeu que la restricció augmenta la tensió residual fins i tot mentre redueix la distorsió visible.

Una conseqüència més és específica dels vasos de parets primes. Una carcassa d'uns 6 mm està limitada per la rigidesa i no per la força, de manera que la distorsió i els danys de manipulació, no el càlcul UG-27, estableixen el mínim pràctic. És per això que els recipients austenètics prims solen construir-se amb anells de rigidització o una paret nominal augmentada en lloc del mínim calculat, i per això la guia de gruix encom triar el gruix de la placa d'acer inoxidableval la pena llegir-lo abans de finalitzar el shell.

Quin examen requereix ASME Secció VIII a les soldadures de recipients inoxidables austenítics?

Radiografia per UW-11 al nivell necessari per obtenir l'eficiència de l'articulació per a la qual vau dissenyar, a més d'un examen de líquid penetrant en totes les soldadures austenítiques de crom-níquel amb un gruix nominal superior a 19 mm (3/4 polzades) tal com exigeix ​​UHA-34. Si es realitza algun tractament tèrmic, l'examen es fa després. El requisit de penetrant és una regla específica de l'austenític sense equivalent d'acer al carboni.

Requisits d'examen que s'apliquen a les soldadures de vaixells 304 i 316

La regla UHA-34 és la que s'omet més sovint. Un fabricant els hàbits del qual provenen de l'acer al carboni farà una radiografia, potser provarà ultrasons i no pensarà en l'examen penetrant en una costura de closca de 25 mm. El Codi ho requereix, i és important: el metall de soldadura austenític es solidifica amb grans columnars gruixuts, i una radiografia presa a través de grans columnars gruixuts és deficient per trobar els defectes de manca de fusió planars i tancats que aquests grans tendeixen a amagar.

Quina és la trampa de prova hidrostàtica per als recipients a pressió d'acer inoxidable?

L'aigua. Un recipient que passa la seva prova hidrostàtica es pot arruïnar per l'aigua de prova que hi queda, perquè l'aigua estancada que conté clorur pica l'inoxidable austenític més ràpidament que la majoria dels fluids de procés que el recipient veurà mai. Limiteu el clorur, escorreu immediatament, assequeu-lo completament i no deixeu un recipient parcialment ple durant un cap de setmana.

Controls de prova hidrostàtica per a recipients inoxidables austenítics

Hi ha un segon parany més tranquil a la mateixa zona. Els vaixells sovint es posen a prova d'hidromassatge, es drenen i després es deixen amb els broquets en blanc i el pas d'home tancat durant setmanes abans de posar-los en marxa. La pel·lícula d'aigua restant s'evapora i es torna a condensar, concentrant el clorur que hi havia a les superfícies més càlides i fresques. Si un recipient s'ha de seure, deixeu-lo obert i sec, o conserveu-lo amb nitrogen sec. Fabricants que han manipulatacer inoxidabledurant anys reconeixeran aquest patró: el dany no és mai on l'aigua era més profunda, és a la línia d'aigua.

Com comproveu que realment heu rebut 316 i no 304?

Identificació positiva del material amb un analitzador de fluorescència de raigs X de mà, comprovant el molibdè. Triga uns segons, funciona a la placa i a la soldadura acabada, i és l'única manera pràctica d'agafar una confusió a la botiga, perquè 304 i 316 són idèntics visualment, magnèticament i dimensionalment.

Passos de verificació des de la comanda de compra fins a la placa d'identificació

El molibdè és el discriminador perquè és l'únic element de l'especificació que té un grau i l'altre no. Els rangs de crom i níquel es superposen prou perquè no poden resoldre la qüestió, i cap prova visual o magnètica ho pot fer. Un tir PMI de cinc segons a cada placa abans d'entrar al rotllo i a cada costura després de la soldadura, elimina un mode d'error que, d'altra manera, apareix anys més tard com a corrosió inexplicable. Val la pena fer la mateixa comprovació a la bobina de filferro de farciment, perquè el cable és l'altre lloc on es pot amagar una barreja.

Quan s'ha de construir un recipient a pressió a partir de 304 en lloc de 316?

Sempre que no hi hagi un mecanisme de corrosió localitzat per al molibdè. Si el fluid no conté clorur significatiu, la temperatura es manté per sota dels 60 ºC en presència de qualsevol clorur, el servei s'està oxidant o el recipient està sec, net i interior, el 304L és el material correcte i més barat i el molibdè és diners gastats en res.

Matriu de selecció per a la placa del recipient a pressió 304L versus 316L

Quan la resposta no és cap de les dues, els camins d'actualització estan ben establerts.Dúplex 2205duplica aproximadament la resistència a la fluència i maneja l'esquerda per corrosió per tensió de clorur molt millor que qualsevol dels dos graus.254 SMOi904Lprendre el control on la resistència a l'enfrontament és el requisit de govern, i per als deures més agressius la comparació esdevéInconel 625 contra 316L. Soldar aquests materials torna a ser una disciplina diferent, mireula guia de soldadura Hastelloy C276ila guia de soldadura Inconel 625per com canvien els procediments.

Com s'especifica la placa 304 versus 316 per a un recipient a pressió?

Treballeu en ordre: definiu l'entorn, trieu la variant de carboni, confirmeu la llista i la certificació del codi, dissenyeu amb la tensió permesa per al grau que heu comprat realment, qualificau el procediment amb un nombre de ferrita mesurat, controleu l'interpass i el blindatge, especifiqueu l'examen i qualsevol prova de corrosió intergranular, després controleu l'aigua de prova d'aigua i després netegeu el recipient.

Pas 1. Anoteu l'entorn del procés abans d'escriure la nota:Enregistreu el contingut de clorur, la temperatura, el pH, si el fluid s'està oxidant o es redueix, què passa durant l'aturada i el que hi ha sota l'aïllament. 304 i 316 són tots dos graus de crom-níquel austenític; el molibdè del 316 només et compra qualsevol cosa si realment hi ha un mecanisme de corrosió localitzat. VegeuPropietats i aplicacions de l'acer inoxidable 304 vs 316per a la imatge general de la propietat.

Pas 2. Trieu conjuntament la variant de carboni a partir de la temperatura de soldadura i de servei:Per a un vaixell soldat que no veurà un servei sostingut per sobre d'uns 425 C, demaneu el grau L. Si la temperatura de disseny es troba en el rang de fluència, moveu-vos a 316H o 304H en lloc d'intentar estirar un grau L. Si voleu que un article d'estoc serveixi per a tots dos, compreu material de doble certificació i assegureu-vos que el certificat de la fàbrica conti ambdues especificacions.

Pas 3. Confirmeu que la placa sigui material de codi i obteniu el certificat abans de tallar-la:La placa ha de ser SA-240 (l'adopció ASME d'ASTM A240) i ha de figurar per a l'ús de la Secció VIII-1, amb un número de calor que es pot traçar a la marca de la placa i un document EN 10204 3.1 o 3.2. Llegiu l'anàlisi de calor, no el valor típic: comproveu el carboni amb un 0,030 per cent per a un grau L i el molibdè contra un 2,00 per cent per a 316.ASTM A240enumera els requisits químics i mecànics complets.

Pas 4. Dissenyeu la carcassa amb la tensió permesa per al grau exacte que heu comprat:Utilitzeu t=PR / (SE - 0.6P) de UG-27 per a l'articulació longitudinal i t=PR / (2SE + 0.4P) per a l'articulació circumferencial, amb S llegit a la Secció II Part D Taula 1A a la temperatura de disseny i E de UW-12 per al vostre tipus d'articulació i examen. No dissenyeu amb 304 permesos i després compreu placa 304L.

Pas 5. Qualifiqueu el procediment de soldadura amb el farciment adequat i un nombre de ferrita mesurat:Qualifiqueu segons ASME Secció IX utilitzant el material base P-No. 8 Grup 1 amb ER308L o ER316L sota F-No. 6. Predigueu el nombre de ferrita amb el diagrama WRC-1992 sobre la calor real del farciment i, a continuació, confirmeu-ho al cupó de qualificació amb un instrument magnètic calibrat i manteniu premut 3 a 10 FN.

Pas 6. Controleu l'entrada de calor, la temperatura entre passades i el blindatge de l'arrel:Mantingueu l'interpass a 175 C (350 F) màxim per a treballs generals i 150 C (300 F) màxim quan la resistència a la corrosió és crítica. Purgeu l'arrel de tornada amb argó perquè el contingut d'oxigen es mantingui prou baix com per evitar l'ensucrada i utilitzeu una seqüència de soldadura equilibrada amb barres de suport de coure o alumini per treure la calor de la junta.

Pas 7. Escriviu l'examen i la prova de corrosió intergranular en l'ordre:Especifiqueu una radiografia per UW-11 per a l'eficiència de la junta per a la qual heu dissenyat, penetrant líquid per UHA-34 en soldadures de més de 19 mm de gruix nominal i una prova ASTM A262 en un cupó de soldadura de producció quan el recipient veurà temperatures sensibilitzants o un fluid corrosiu. Utilitzeu la pràctica B per al 316L i la pràctica C per al 304L.

Pas 8. Controleu l'aigua de prova hidrostàtica i després assequeu el recipient:Limiteu el clorur a aproximadament 50 ppm, dreneu el recipient tan aviat com s'hagi completat la prova i assequeu totes les superfícies internes. Elimineu el tint tèrmic per decapat segons ASTM A380 o per mitjans mecànics amb eines inoxidables dedicades, passiveu segons ASTM A967 i acabeu amb una identificació positiva del material a les soldadures acabades per confirmar que hi ha molibdè on s'ha especificat 316.

Dos hàbits marquen la diferència entre una especificació que sobreviu al contacte amb una botiga i una que no. En primer lloc, escriviu els requisits addicionals a l'ordre de compra, no al cos de les notes del dibuix: el molibdè mínim, el nombre mínim de ferrita, la prova de corrosió intergranular i el tipus de certificat són tots els articles de la comanda de compra. En segon lloc, feu que la comprovació d'identificació del material sigui un punt de retenció al pla d'inspecció i prova en lloc d'una sol·licitud. Per a la ruta completa des de la placa fins al muntatge de la bobina i el vaixell,fabricació de bobines de tubcobreix la seqüència de fabricació iprefabricació versus soldadura de campcobreix on es fa millor la feina.

Preguntes freqüents

El molibdè. 316 i el 316L contenen entre un 2,00 i un 3,00 per cent de molibdè i els 304 i 304L no en contenen cap. Els intervals de crom difereixen lleugerament en l'altra direcció - 304 té entre el 17,5 i el 19,5 per cent de crom contra el 16,0 i el 18,0 per cent per a 316 - i el 316 té el rang de níquel més alt entre el 10,0 i el 14,0 per cent. Tota la resta, incloses totes les propietats mecàniques, és igual.

Quant de molibdè hi ha a la placa d'acer inoxidable 316?

ASTM A240 requereix del 2,00 al 3,00 per cent tant per a 316 com per a 316L. Una calor al 2,02% i una al 2,95% compleixen ambdós, però no funcionen de la mateixa manera en una escletxa de clorur calent, així que especifiqueu un mínim de molibdè com a requisit suplementari quan la picada és el mecanisme de govern.

El 316 és més fort que el 304?

Núm. ASTM A240 enumera propietats mecàniques mínimes idèntiques: 515 MPa (75 ksi) de tracció i 205 MPa (30 ksi) de rendiment per a tots dos, i 485 MPa (70 ksi) de tracció i 170 MPa (25 ksi) de rendiment per als dos graus L. El molibdè canvia el comportament a la corrosió, no la resistència.

Quin és el PREN de 304 versus 316?

Utilitzant PREN=percentatge de Cr + 3.3 x percentatge de Mo + 16 x percentatge de N, el típic 304 és d'uns 18 a 20 i el típic 316 és d'uns 23 a 26. La bretxa prové gairebé totalment del terme molibdè. PREN és un índex de classificació, no un llindar de disseny; no us proporciona una temperatura crítica de perforació ni una temperatura crítica d'escletxa.

Què és millor per a un recipient a pressió, 304 o 316?

Depèn completament de si existeix un mecanisme de corrosió localitzat. Si no hi ha clorurs o traces de clorurs per sota d'unes 50 ppm a temperatura ambient, 304L és correcte i més barat. Si hi ha clorurs o el fluid és un àcid reductor diluït, trieu 316L. Si els clorurs estan presents per sobre d'uns 60 °C, cap dels dos és adequat perquè el risc que governa és el trencament per corrosió per tensió de clorur.

Per què es prefereix el 316L sobre el 316 per als recipients a pressió soldats?

El carboni. 316 permet fins a un 0,08 per cent de carboni, que és suficient per formar carbur de crom als límits del gra a la zona afectada per la calor durant la soldadura, esgotant el metall adjacent de crom i creant un camí per a la corrosió intergranular. 316L cobreix el carboni al 0,030 per cent, que és massa poc per formar una xarxa de carbur continu normal.

Es pot soldar 304 a 316?

Sí. Utilitzeu farciment ER316L o E316L, que coincideix amb l'aliatge més alt dels dos metalls bàsics. No baixeu mai a un farciment de 308L en una junta de 304 a 316, perquè el metall de soldadura diluït portaria menys molibdè que qualsevol dels pares. Els dos graus són P-No. 8 Grup 1, de manera que l'articulació es troba dins d'una estructura de qualificació de procediment.

Quin metall d'aportació feu servir per soldar la placa 316?

ER316L per a GTAW i GMAW, E316L per a SMAW i ER316LSi per a GMAW quan desitgeu una millor humitat i una forma de perla del silici. Per a l'acer al carboni 316L, utilitzeu ER309LMo perquè la zona de transició mantingui el molibdè. Nombre de ferrita objectiu del 3 al 10 al metall de soldadura tal com es diposita.

Quin és el número de ferrita correcte per al metall de soldadura 308L i 316L?

Objectiu 3 a 10 FN, amb 3 a 8 l'òptim habitual. Per sota d'uns 3 FN, el risc d'esquerdes de solidificació augmenta bruscament perquè la soldadura es solidifica com a austenita columnar gruixuda amb pel·lícules d'impureses entre els grans. Per sobre d'uns 10 FN, i especialment per sobre de 12 FN, la ferrita delta pot convertir-se en fase sigma fràgil a la banda de 550 a 900 C, i el molibdè accelera aquesta transformació.

Necessiteu un tractament tèrmic posterior a la soldadura per a soldadures de vaixells 304 o 316?

No. La taula UHA-32 de la secció ASME VIII-1 indica que el PWHT per a l'acer inoxidable austenític P-No. 8 no és obligatori ni prohibit, de manera que no hi ha cap activador de gruix com per a l'acer al carboni. Si l'usuari especifica un tractament tèrmic de totes maneres, el cicle adequat és un recuit de solució a 1040 a 1095 C seguit d'un refredament ràpid, no un alleujament de l'estrès subcrític, que sensibilitzaria qualsevol material que no sigui L.

Preescalfeu l'acer inoxidable abans de soldar?

No per evitar esquerdes, ni a les temperatures utilitzades en l'acer al carboni. L'austenita no es transforma en martensita en refredar-se i reté l'hidrogen fàcilment, de manera que no hi ha cap mecanisme de trencament d'hidrogen per preescalfar. El preescalfament només s'utilitza per eliminar la humitat o descongelar una junta freda, i un preescalfament excessiu empitjora la distorsió.

Quina és la temperatura màxima d'interpass per a l'acer inoxidable austenític?

175 C (350 F) és el màxim comú per a la fabricació general, i 150 C (300 F) s'utilitza quan la resistència a la corrosió és crítica. Interpass es controla com a màxim i no com a mínim precisament perquè mantenir la zona afectada per la calor a la banda de 425 a 815 C és el que provoca la sensibilització.

Què és la sensibilització i com la preven?

La sensibilització és la precipitació de carbur de crom als límits del gra quan el metall es manté entre uns 425 i 815 C, la qual cosa esgota el crom del metall immediatament al costat del límit i permet la corrosió intergranular. Eviteu-ho mitjançant l'ús de material de grau L o de doble certificació amb un màxim de carboni del 0,030 per cent, limitant la temperatura entre pas i l'entrada de calor, i utilitzant un grau estabilitzat com el 347 per a un servei càlid.

Quina temperatura provoca la sensibilització a l'acer inoxidable?

Entre uns 425 i 815 C (800 i 1500 F), amb la precipitació més ràpida prop de 650 a 750 C. Una zona afectada per la calor de la soldadura passa per aquesta banda en qüestió de minuts, per això el contingut de carboni, no el contingut de crom, determina si una soldadura es manté resistent a la corrosió.

Quina pràctica ASTM A262 prova 316L per a la sensibilització?

La pràctica B, la prova de sulfat fèrric-àcid sulfúric, és la pràctica adequada per a inoxidables austenètics amb molibdè com ara 316 i 316L. La pràctica C, la prova d'àcid nítric o Huey, és l'opció convencional per a 304 i 304L. La pràctica A és la prova ràpida de cribratge d'àcid oxàlic, i la pràctica E és la prova de coure-sulfat de coure-àcid sulfúric.

Quina és la tensió permesa de SA-240 304 versus 316?

Idèntic a temperatura ambient: 20,0 ksi (138 MPa) tant per a 304 com per a 316, i 16,7 ksi (115 MPa) per a 304L i 316L, segons ASME Secció II Part D Taula 1A. Això vol dir que 316 no et permet construir un recipient més prim que 304 - el molibdè compra resistència a la corrosió, no força.

El 316 és resistent a les esquerdes per corrosió per tensió de clorur?

No. El molibdè millora la resistència a la picada i les esquerdes, però no té cap efecte útil sobre l'esquerda per corrosió per tensió de clorur, que necessita clorurs, oxigen, esforç de tracció i una temperatura superior a aproximadament 60 C. El molibdè no s'adreça a cap dels quatre. La solució és eliminar una de les quatre condicions o canviar la família d'aliatges a dúplex, 6Mo o un aliatge de níquel.

Es pot utilitzar el 316 per al servei d'aigua de mar?

No per a immersió contínua ni cap escletxa. 316Les fosses i les esquerdes es corroeixen a l'aigua de mar, especialment a les zones estancades o protegides. Utilitzeu súper dúplex com S32750, un grau de 6Mo com 254 SMO o un aliatge de níquel en funció de la velocitat, la temperatura i la geometria de les esquerdes.

Quin és el límit de clorur d'aigua de prova hidrostàtica per als recipients inoxidables?

S'especifica habitualment a 50 ppm com a màxim i 25 ppm o menys quan el recipient no es pot assecar de manera fiable. Sigui quin sigui el límit, escorreu el recipient immediatament després de la prova i assequeu totes les superfícies internes. L'aigua de clorur estancada penetra l'inoxidable austenític més ràpidament que la majoria dels fluids de procés que mai contindrà, i el dany sol aparèixer a la línia d'aigua.

Com es diferencia el 304 del 316 a la botiga?

Identificació positiva del material amb un analitzador de fluorescència de raigs X de mà, comprovant el molibdè. Els dos graus són idèntics visualment, magnèticament i dimensionalment, i els rangs de crom i níquel es superposen, de manera que el molibdè és l'únic discriminador fiable. Comproveu-ho a cada placa a la recepció, a cada peça després del tall i a les soldadures acabades.

La placa d'acer inoxidable 316 és magnètica?

No, no en estat de recuit: tant el 304 com el 316 són austenètics i no magnètics. El metall de soldadura en qualsevol grau conté suficient ferrita delta per donar una resposta magnètica feble, que és exactament el que detecta un instrument de mesura de ferrita. El treball en fred també pot induir un lleuger magnetisme a les zones formades.

A quina temperatura hauríeu de deixar d'utilitzar 304L o 316L?

S'apliquen tres límits. La sensibilització a baixa temperatura importa per sobre d'uns 500 C en un servei llarg, l'estrès admissible cau per sobre d'aproximadament 540 C a mesura que governa la fluència, i el 316L amb molibdè és el grau més propens a sigma a la banda de 550 a 900 C. Per a una temperatura de metall sostinguda per sobre d'uns 540 C, passeu a 304H o 316H, o a un grau estabilitzat com ara 347.

Què és la placa 316/316L amb doble certificació?

Una única calor que compleix tots els requisits d'ambdues especificacions: carboni al 0,030 per cent màxim juntament amb els mínims de tracció i rendiment de grau recte. Permet que un article d'estoc compleixi una especificació de soldadura de grau L i un disseny de grau recte permès, subjecte a l'ordre de compra, el marcatge de la placa i el certificat que anomenin el grau al qual esteu dissenyant.

El metall de soldadura 316 necessita alleujar l'estrès?

No. No hi ha cap requisit del codi per alleujar l'estrès a les soldadures inoxidables austenítiques, i un alleujament de l'estrès subcrític en el rang de 600 a 700 C és activament perjudicial perquè sensibilitza el material no L i pot créixer la fase sigma en el metall de soldadura amb molibdè. La tensió residual es gestiona mitjançant el disseny d'unions, la seqüència de soldadura i, si cal, mitjançant mètodes mecànics.

Quant costa més la placa 316 que la 304?

Normalment, entre el 25 i el 45 per cent del preu de la placa, impulsat principalment pels recàrrecs d'aliatge de molibdè i níquel i avançant amb els mercats d'aliatge. En un vaixell acabat, la penalització és menor, perquè la soldadura, l'examen i el tractament tèrmic costen el mateix per als dos graus i la placa només és una part del cost lliurat.

El 316 és millor que el 304 per al servei d'àcid nítric?

No, és pitjor. El molibdè es dissol preferentment en àcids fortament oxidants, de manera que 304L és l'opció estàndard per al servei d'àcid nítric i s'evita el 316L. Aquest és un dels pocs casos en què la nota més cara és la tècnicament incorrecta.