316Ti kontra 316L: stabilizowana vs nisko-węglowa austenityczna stal nierdzewna do konstrukcji spawanych

Stal 316L jest właściwym materiałem domyślnym dla większości konstrukcji spawanych w temperaturach otoczenia i umiarkowanych, ponieważ jej-bardzo niska zawartość węgla (maks. 0,030%) zapobiega już uczuleniu podczas standardowego spawania jedno- i wielo-przejściowego.316Ti (UNS S31635)zasługuje na swoje miejsce tylko w przypadku długotrwałej pracy w-podwyższonych temperaturach (około 425-815 stopni / 800-1500 stopni F), takich jak układy wydechowe, kotły i niektóre europejskie zbiorniki ciśnieniowe, gdzie stabilizacja tytanowa jest odporna na wytrącanie się węglików lepiej niż sama niskoemisyjna powłoka podczas długotrwałej ekspozycji na wysoką temperaturę.

Co to jest stal nierdzewna 316Ti i 316L?

316Ti (UNS S31635) to stabilizowana tytanem-wersja stali nierdzewnej typu 316, podczas gdy 316L (UNS S31603) to ultra-niskowęglowa-wersja tego samego stopu bazowego -, oba istnieją w celu rozwiązania tego samego problemu, korozji międzykrystalicznej po spawaniu, ale dwoma różnymi metodami metalurgicznymi.

Typ standardowyStal nierdzewna 316jest podatny na uczulenie: podczas spawania metal w pobliżu spoiny (strefa-wpływu ciepła, HAZ) powoli ochładza się w zakresie temperatur 425–815 stopni (800–1500 stopni F), umożliwiając chromowi łączenie się z węglem i wytrącanie się w postaci węglików chromu na granicach ziaren.

Powoduje to miejscowe zubożenie chromu, pozostawiając-obszary graniczne ziaren podatne na korozję międzykrystaliczną. 316L rozwiązuje ten problem, po prostu usuwając większość węgla, tak aby pozostało niewiele do wytrącenia.. 316Ti rozwiązuje problem inaczej: dodaje tytan, który wiąże się preferencyjnie z węglem, tworząc węgliki tytanu, pozostawiając chrom wolny, aby utrzymać warstwę pasywną, mimo że nadal obecne są zwykłe (wyższe) poziomy węgla.

Źródła: Specyfikacje norm ASTM A240/A240M, ASTM A312/A312M, ASTM A276/A276M.

Jak porównują się skład chemiczny 316Ti i 316L?

316Ti i 316L mają prawie identyczne zakresy chromu, niklu i molibdenu; zdecydowaną różnicą jest to, że 316Ti pozwala na ponad dwukrotnie większą ilość węgla niż 316L, ponieważ to dodatek tytanu, a nie niska zawartość węgla, kontroluje uczulenie.

Źródło: Wymagania dotyczące składu ASTM A240/A240M dla UNS S31635 i UNS S31603.

Minimalna ilość tytanu nie jest stałą wartością procentową; jest on powiązany bezpośrednio z zawartością węgla i azotu faktycznie zawierającą ciepło, wyrażoną jako współczynnik stabilizacji.

Jaki jest współczynnik stabilizacji Ti i dlaczego kontroluje rezystancję IGC?

Wymóg stabilizacji ASTM A240 dla 316Ti to Ti większy lub równy 5 x (%C + %N), co gwarantuje, że tytanu jest wystarczająco dużo, aby związać się z każdym dostępnym atomem węgla i azotu, zanim chrom będzie mógł - ten stosunek, a nie procent surowego tytanu, decyduje o tym, czy dane ciepło jest odpowiednio stabilizowane.

W praktyce oznacza to, że certyfikat walcowni dla 316Ti należy sprawdzić pod kątem rzeczywistej zawartości węgla i azotu w tym konkretnym wytopie, a nie tylko pod kątem maksymalnego pułapu tytanu wynoszącego 0,70%. Ciepło z węglem w pobliżu maksimum 0,08% wymaga proporcjonalnie więcej tytanu, aby zachować pełną stabilizację, niż ciepło z węglem w pobliżu 0,03%. EETA dostarcza 316Ti raporty z pełnych testów młyna (MTR), dzięki czemu współczynnik stabilizacji można zweryfikować metodą cieplną.

Jak 316Ti i 316L są odporne na uczulenie w różnych temperaturach?

Materiał 316L jest odpowiednio odporny na uczulenie w zakresie temperatur, przez który przechodzi większość spawów konstrukcyjnych i procesowych, ale 316Ti utrzymuje tę odporność nawet w przypadku znacznie dłuższej ekspozycji na-wysoką temperaturę, dlatego jest zalecany do pracy w ciągłej podwyższonej-temperaturze, a nie do samego spawania.

Opisane tutaj zachowanie uczulające jest zgodne z ustalonym mechanizmem wytrącania-węglika chromu (metody testowe ASTM A262) stosowanym w przypadku gatunków austenitu stabilizowanego i niskowęglowego.

Jakiego spoiwa spawalniczego należy użyć do stali 316Ti i 316L?

Spoiny 316Ti i 316L są prawie zawsze wykonywane z dodatkiem ER316L lub E316L, ponieważ tytan nie może niezawodnie przenosić się przez łuk spawalniczy, - co oznacza, że ​​316Ti zapewnia stabilizację, chroniąc metal nieszlachetny i-strefę wpływu ciepła, ale samo napoiwo zwykle opiera się na niskiej zawartości węgla, dokładnie tak jak spoina 316L.

Jest to często pomijany punkt przy wyborze materiału. Tytan utlenia się preferencyjnie i podczas przenoszenia przez łuk spawalniczy jest w dużej mierze tracony w postaci żużla i odprysków, dlatego spoiwo pasujące do tytanu-nie jest standardową praktyką handlową. Praktyczne implikacje:

Określ wypełniacz ER316L (GTAW/GMAW) lub E316L-16/17 (SMAW) zarówno dla metalu nieszlachetnego 316Ti, jak i 316L, chyba że specyfikacja projektu wymaga pasującego stabilizowanego wypełniacza z konkretnego powodu

Ponieważ metal spoiny jest faktycznie nisko-węglowy, niezależnie od gatunku-metalu nieszlachetnego, w obu przypadkach odporność korozyjna samego stopiwa zależy od składu chemicznego typu 316L-

Przewaga stabilizacyjna 316Ti jest realizowana w nienaruszonym metalu nieszlachetnym i zewnętrznej strefie HAZ, gdzie zachowana jest pierwotna równowaga węgla w tytanie-

W przypadku obydwu gatunków konieczne jest-czyszczenie spoin (trawienie i pasywacja zgodnie z normą ASTM A967) w celu usunięcia przebarwień cieplnych i przywrócenia warstwy pasywnej na spoinie

Jak porównać właściwości mechaniczne 316Ti i 316L?

Stal 316Ti ma nieznacznie wyższą minimalną granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie niż 316L w stanie wyżarzonym i lepiej zachowuje wytrzymałość w utrzymującej się podwyższonej temperaturze, podczas gdy oba gatunki mają to samo minimalne wydłużenie.

Źródło: Minimalne wymagania dotyczące właściwości mechanicznych ASTM A240/A240M dla UNS S31635 i UNS S31603, temperatura pokojowa, stan wyżarzony.

Czy 316Ti i 316L różnią się ogólną odpornością na korozję wżerową i szczelinową?

Nie - 316Ti i 316L mają zasadniczo tę samą ogólną odporność na korozję wżerową i szczelinową, ponieważ tytan nie jest terminem we wzorze PREN, a oba gatunki mają ten sam zakres zawartości chromu, molibdenu i azotu; cała różnica między nimi polega na odporności na korozję międzykrystaliczną po spawaniu lub działaniu ciepła, a nie na odporność na wżery chlorkowe.

Które branże i zastosowania preferują każdą klasę?

Stal 316L dominuje w ogólnych pracach spawalniczych, przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i architektonicznym w temperaturach otoczenia i umiarkowanych, podczas gdy 316Ti jest przeznaczony głównie do sprzętu utrzymującego-podwyższoną temperaturę oraz w regionach lub normach, w których historycznie preferowano gatunki stabilizowane.

Jak porównują się koszty i dostępność modeli 316Ti i 316L?

W porównaniu z 316L 316Ti cena jest zazwyczaj niewielka, zwykle w zakresie od około 5 do 15 procent, ale jego praktyczna dostępność jest znacznie bardziej nierówna regionalnie. - 316L jest dostępny w zasadzie wszędzie, podczas gdy 316Ti jest bardziej powszechny w Europie i może mieć dłuższe terminy realizacji lub-minimalne zamówienia frezowane gdzie indziej.

Czynnik kosztów stopu: tytan jest stosunkowo tanim-dodatkiem stabilizującym koszty, więc premia-surowca w przypadku stali 316Ti w przypadku stali 316L jest znacznie mniejsza niż na przykład premia w przypadku super-gatunku superaustenitycznego o zawartości 6% molibdenu w przypadku stali 316L

Zapasy regionalne: stal 316Ti jest tradycyjnie bardziej popularna na rynku europejskim (co odzwierciedla jej długą historię w specyfikacjach DIN/EN), podczas gdy stal 316L jest standardową stalą nierdzewną magazynowaną w większości łańcuchów dostaw w Ameryce Północnej i Azji

Czas realizacji: określenie 316Ti poza głównymi regionami magazynowania może oznaczać-czas realizacji zamówień z fabryki, a nie dostawę ex-z magazynu - potwierdzenie dostępności przed zatwierdzeniem harmonogramu

Trend substytucji: ponieważ nowoczesne gatunki L-spełniają większość warunków pracy, które kiedyś wymagały stabilizacji, wiele specyfikacji domyślnie przesunęło się w stronę stali 316L, rezerwując stal 316Ti do zastosowań w określonych przypadkach-podwyższonych temperatur, gdzie jest to nadal wyraźnie uzasadnione

Kiedy wybrać 316Ti zamiast 316L?

Wybierz 316Ti, jeśli komponent będzie działał stale w zakresie czułości 425-815 stopni, gdy obowiązujące przepisy lub specyfikacja klienta wymagają klasy ustabilizowanej lub gdy będzie pasować do istniejącego systemu 316Ti; wybierz 316L zasadniczo do wszystkiego innego, łącznie ze standardowymi spawami w temperaturze otoczenia i umiarkowanej temperaturze.

• Komponent działa w sposób ciągły lub powtarzalny w zakresie 425-815 stopni (800-1500 stopni F) → 316Ti
• Obowiązujące przepisy projektowe, specyfikacje klienta lub istniejące normy zakładowe wymagają ustabilizowanego gatunku → 316Ti
• Wymiana lub rozbudowa istniejącego układu 316Ti (wylot, kocioł, wymiennik ciepła) → 316Ti, w celu zapewnienia spójności materiału
• Konstrukcje spawane, zbiorniki i rurociągi w standardowej temperaturze otoczenia-do-umiarkowanej- → 316L
• Zastosowania w żywności, farmaceutyce lub architekturze bez ekspozycji na podwyższoną-temperaturę → 316L
• Harmonogram projektu zależy od-dostępności z magazynu w Ameryce Północnej lub Azji → 316L, chyba że zostanie potwierdzone, że czas realizacji 316Ti jest akceptowalny

Jeśli przyczyną pytania jest korozja chlorków lub wody morskiej, a nie uczulenie-wysokotemperaturowe, żaden gatunek nie jest właściwym punktem wyjścia. Zamiast tego należy ocenić wyższy-gatunek PREN, taki jak 254SMO lub stal nierdzewna duplex.

Często zadawane pytania

P: Czy 316Ti jest mocniejszy niż 316L?

O: Tak, skromnie. 316Ti ma minimalną granicę plastyczności 205 MPa w porównaniu z 170 MPa dla 316L i minimalną wytrzymałość na rozciąganie 515 MPa w porównaniu z 485 MPa, zgodnie z ASTM A240. Obydwa mają to samo minimalne wydłużenie wynoszące 40%.

P: Czy mogę spawać stop 316Ti z tytanowym-spoiwem łożyskowym dokładnie pasującym do metalu nieszlachetnego?

Odp.: W standardowej praktyce handlowej nie. Tytan preferuje utlenianie i nie przenosi się niezawodnie przez łuk spawalniczy, dlatego do spoin 316Ti i 316L stosuje się wypełniacz ER316L lub E316L. Dlatego też sam osad spawalniczy podlega-chemii niskowęglowej, niezależnie od tego, który metal nieszlachetny jest łączony.

P: Czy 316Ti to to samo co stal nierdzewna 321?

O: Nie. Obydwa są gatunkami stabilizowanego austenitu, ale gatunek 321 jest stabilizowany-niobem i jest oparty na rodzinie 18Cr-8Ni (typ 304) bez molibdenu, natomiast gatunek 316Ti opiera się na rodzinie typu 316 zawierającej molibden ze stabilizacją tytanową. 316Ti ma zatem znacznie lepszą odporność na korozję wżerową i szczelinową niż 321 ze względu na zawartość molibdenu.

P: Czy 316L kiedykolwiek będzie potrzebował gatunku ustabilizowanego?

Odp.: Tak, szczególnie w przypadku pracy w długotrwałej-podwyższonej temperaturze w zakresie uczulania 425-815 stopni lub gdy obowiązujące przepisy lub specyfikacje wymagają gatunku ustabilizowanego. W przypadku standardowych wyrobów spawanych w temperaturze otoczenia i umiarkowanej, zwykle wystarcza sam niskoemisyjny materiał 316L.

P: Czy 316Ti i 316L są wymienne w przypadku wody morskiej lub chlorku?

Odp.: Właściwie tak, ponieważ tytan nie poprawia odporności na korozję wżerową ani szczelinową. - oba gatunki mają zasadniczo taki sam PREN. Nie jest to preferowany wybór w przypadku agresywnego chlorku lub pełnego narażenia na wodę morską; wyższa-gatunek molibdenu, taki jak 254SMO, jest odpowiednią ścieżką modernizacji w przypadku tej usługi.