254SMO vs 316L από ανοξείδωτο χάλυβα: Σούπερ ωστενιτική απόδοση σε περιβάλλοντα θαλασσινού νερού και χλωρίου

Τι είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας 254SMO και 316L;

Το 254SMO (UNS S31254) είναι ένας σούπερ-ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας κατασκευασμένος γύρω από 6% μολυβδαίνιο, υψηλής-χημικής χρήσης αζώτου-σχεδιασμένος για θαλασσινό νερό και άλλα επιθετικά περιβάλλοντα χλωρίου.316L (UNS S31603)είναι ωστενιτικού τύπου γενικής χρήσης χαμηλής-άνθρακας-που χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες επεξεργασίας, τροφίμων και αρχιτεκτονικής, αλλά δεν έχει σχεδιαστεί για πλήρη έκθεση στο θαλασσινό νερό.

Και οι δύο ποιότητες μοιράζονται μια κρυσταλλική δομή ωστενιτικού{-κεντρικού-κυβικού προσώπου, δεν είναι-μαγνητικές στην κατάσταση ανόπτησης και είναι εύκολα συγκολλήσιμες. Η διαφορά έγκειται στην περιεκτικότητα σε κράμα: το 254SMO μεταφέρει περίπου 2,5 φορές το μολυβδαίνιο, σχεδόν το διπλάσιο του νικελίου και περίπου τέσσερις φορές το άζωτο των 316 λίτρων. Αυτές οι προσθήκες αυξάνουν τόσο το κόστος όσο και το ανώτατο όριο αντίστασης στη διάβρωση-του υλικού, γι' αυτό το 254SMO ταξινομείται ως κατηγορίας "υπερωστενιτικού" και όχι ως τυπικό ανοξείδωτο της σειράς 300.

Πηγές: ASTM A240/A240M, ASTM A312/A312M, ASTM A182/A182M τυπικές προδιαγραφές.

Πώς συγκρίνονται το 254SMO και το 316L στη χημική σύνθεση;

Το 254SMO περιέχει ουσιαστικά περισσότερο χρώμιο, νικέλιο, μολυβδαίνιο και άζωτο από 316L και είναι το συνδυασμένο βάρος αυτών των τεσσάρων στοιχείων - όχι κάποιου - που παράγει την ανώτερη αντοχή του στην προσβολή χλωρίου.

Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τα όρια σύνθεσης ASTM A240/A240M για πλάκα και φύλλο. Οι πραγματικές πιστοποιημένες θερμότητες μύλου-πέφτουν συνήθως καλά μέσα σε αυτά τα εύρη και η ΕΕΤΑ προμηθεύει και τις δύο ποιότητες με πλήρεις αναφορές δοκιμών μύλου (MTR) ανιχνεύσιμες στον αριθμό θερμότητας.

Πηγή: Απαιτήσεις σύνθεσης ASTM A240/A240M για UNS S31254 και UNS S31603.

Τρεις από αυτές τις διαφορές έχουν μεγαλύτερη σημασία για την υπηρεσία χλωρίου: το μολυβδαίνιο και το άζωτο αυξάνουν άμεσα την αντίσταση στο άνοιγμα, ενώ η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο σταθεροποιεί τη φάση ωστενίτη έναντι των εύθραυστων διαμεταλλικών φάσεων (σίγμα, τσι) που διαφορετικά μπορούν να σχηματιστούν κράματα μολυβδαινίου με υψηλή περιεκτικότητα σε μολυβδαίνιο κατά τη συγκόλληση ή την υψηλή θερμοκρασία{1}.

Τι είναι το PREN και γιατί προβλέπει την αντοχή στη διάβρωση του χλωρίου;

Το PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) είναι ένας μεμονωμένος δείκτης που υπολογίζεται από την περιεκτικότητα σε χρώμιο, μολυβδαίνιο και άζωτο ενός κράματος, και το PREN του 254SMO περίπου 43-45 είναι σχεδόν διπλάσιο του PREN του 316L του χονδρικά {{3}MOΣΤΑΝ τοπικοποιηθεί σε υψηλότερη συγκέντρωση σε 24. ξεκινά η διάβρωση.

Ο τυπικός τύπος είναι:

PREN=%Cr + (3,3 x %Mo) + (16 x %N)

Εφαρμογή αυτού του τύπου στις παραπάνω συνθέσεις μεσαίου εύρους-:

*Το άζωτο 316 λίτρων δεν είναι καθορισμένο ελάχιστο σύμφωνα με το ASTM A240. Το 0,05% είναι μια αντιπροσωπευτική τιμή μύλου που χρησιμοποιείται για τον ενδεικτικό υπολογισμό του PREN. Ως γενικός εμπειρικός κανόνας της βιομηχανίας, ένα PREN πάνω από περίπου 40 υποδηλώνει καταλληλότητα για πλήρη βύθιση στο θαλασσινό νερό, ενώ ένα PREN στα χαμηλά-έως-μέσα της δεκαετίας του '20 συνήθως περιορίζεται σε υφάλμυρο ή χαμηλής περιεκτικότητας-χλωριούχου νερού.

Το PREN είναι ένα εργαλείο διαλογής, όχι μια εγγύηση: προβλέπει τη σχετική αντίσταση στη διάτρηση κάτω από συγκρίσιμες συνθήκες φινιρίσματος επιφάνειας, θερμοκρασίας και στασιμότητας, αλλά δεν λαμβάνει υπόψη τη γεωμετρία των ρωγμών, τη βιοαπόρριψη ή την ευαισθητοποίηση που σχετίζεται με την κατασκευή-. Για την τελική επιλογή υλικού, το PREN θα πρέπει να χρησιμοποιείται μαζί με τα δεδομένα δοκιμής της πραγματικής κρίσιμης θερμοκρασίας διάτρησης (CPT), τα οποία θα συζητηθούν στη συνέχεια.

Πώς αποδίδουν τα 254SMO και 316L σε δοκιμές θαλασσινού νερού και χλωρίου;

Το 254SMO αντέχει το θαλασσινό νερό πλήρους-δύναμης σε περιβαλλοντικές και μέτρια υψηλές θερμοκρασίες χωρίς διάβρωση, ενώ το 316L είναι επιρρεπές σε διάβρωση με κοιλώματα και ρωγμές σε στάσιμο ή χαμηλής{3}}ροή θαλασσινό νερό σε θερμοκρασίες περίπου 15-25 βαθμούς .

Το τυπικό εργαστηριακό μέτρο αυτής της διαφοράς είναι η κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης (CPT), που προσδιορίζεται σύμφωνα με τη Μέθοδο Α ASTM G48 (εμβύθιση με χλωριούχο σίδηρο). Το CPT είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ξεκινά η διάνοιξη σε ένα δεδομένο φινίρισμα επιφάνειας εντός της περιόδου δοκιμής. υψηλότερο CPT σημαίνει ότι το κράμα ανέχεται θερμότερη, πιο επιθετική έκθεση σε χλώριο πριν ανοίξει.

Πηγές: ASTM G48 Method A/B μεθοδολογία δοκιμής. Οι δημοσιευμένες σειρές CPT/CCT είναι αντιπροσωπευτικές των δεδομένων δοκιμών του παραγωγού μύλου και κραμάτων-και ποικίλλουν ανάλογα με το φινίρισμα της επιφάνειας και τη θερμότητα.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το 254SMO είναι το βιομηχανικό-τυποποιημένο υλικό για εξαρτήματα αντίστροφης-όσμωσης θαλασσινού νερού (SWRO) υψηλής-πίεσης, σωληνώσεων εισαγωγής και ψύξης θαλασσινού νερού, υπεράκτιων συστημάτων πυροσβεστικού νερού και καθαριστών αποθείωσης καυσαερίων ροές ή διαλείπουσα,-καλά αεριζόμενη θαλάσσια έκθεση όπου τα χλωρίδια δεν συγκεντρώνονται.

Πώς συγκρίνονται οι μηχανικές ιδιότητες του 254SMO και του 316L;

Το 254SMO προσφέρει περίπου 1,7 έως 2 φορές την ελάχιστη αντοχή διαρροής των 316 λίτρων, σε συγκρίσιμη ή ελαφρώς χαμηλότερη ελάχιστη επιμήκυνση, η οποία επιτρέπει λεπτότερα τμήματα τοιχώματος και χαμηλότερο βάρος υλικού για ισοδύναμες τιμές πίεσης.

Πηγή: ASTM A240/A240M ελάχιστες απαιτήσεις μηχανικής ιδιότητας για UNS S31254 και UNS S31603, θερμοκρασία δωματίου, κατάσταση ανόπτησης.

Η υψηλότερη αντοχή του 254SMO είναι ένα δευτερεύον πλεονέκτημα και όχι ο κύριος λόγος για τον προσδιορισμό του: οι σχεδιαστές θα πρέπει να αντιμετωπίζουν το επίδομα διάβρωσης και το PREN/CPT ως ελεγχόμενα κριτήρια επιλογής για την υπηρεσία χλωρίου και να αντιμετωπίζουν το πλεονέκτημα αντοχής ως ευκαιρία βελτιστοποίησης του πάχους τοιχώματος αφού έχει ήδη επιλεγεί ο βαθμός αντοχής στη διάβρωση.

Πόσο περισσότερο κοστίζει το 254SMO από τα 316 λίτρα;

Το 254SMO φέρει συνήθως ένα ασφάλιστρο κόστους ακατέργαστων υλικών περίπου 3 έως 5 φορές μεγαλύτερο από 316 λίτρα σε παρόμοια βάση-για-όμοιο βάρος, λόγω σχεδόν εξ ολοκλήρου από την υψηλότερη περιεκτικότητά του σε νικέλιο και μολυβδαίνιο, τα οποία τιμολογούνται ως ευμετάβλητα παγκόσμια εμπορεύματα.

Αυτό το ασφάλιστρο συχνά παρερμηνεύεται ως απλή ποινή κόστους. Σε εφαρμογές όπου το 316L θα απαιτούσε συχνή επιθεώρηση, επισκευή μπαλωμάτων ή πρόωρη αντικατάσταση λόγω διάβρωσης με λακκούβες και ρωγμές, το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας (TCO) - που αντιπροσωπεύει το χρόνο διακοπής λειτουργίας, την επιθεώρηση και την εργασία αντικατάστασης για μια διάρκεια πολλών-δεκαετιών ενεργητικού - παρά την υψηλότερη τιμή αγοράς του συχνά ευνοεί το 254SMO. Μια βασική σύγκριση TCO θα πρέπει να σταθμίζει:

1. Αρχικό κόστος υλικού και κατασκευής (254SMO συνήθως 3-5x316L ανά μονάδα βάρους)
2. Αναμενόμενη διάρκεια ζωής πριν από την αποτυχία που σχετίζεται με το pitting- στην πραγματική έκθεση σε χλώριο
3. Συχνότητα επιθεώρησης και κόστος πρόσβασης (υποθαλάσσιες, θαμμένες ή μονωμένες σωληνώσεις το αυξάνουν απότομα)
4. Κόστος διακοπής λειτουργίας μιας απρογραμμάτιστης διαρροής έναντι προγραμματισμένου κύκλου αντικατάστασης
5. Εξοικονόμηση πάχους{0}}τοίχου που ενεργοποιείται από την υψηλότερη επιτρεπόμενη καταπόνηση σχεδιασμού του 254SMO
6. Για εξαρτήματα με διαλείπουσα ή υφάλμυρα έκθεση σε χλωρίδιο και εύκολη πρόσβαση για επιθεώρηση, το 316L παραμένει συχνά η οικονομικά σωστή επιλογή. Για συνεχή πλήρη-έκθεση σε θαλασσινό νερό, υποθαλάσσιες ή απρόσιτες σωληνώσεις, η περίπτωση TCO για το 254SMO είναι συνήθως ισχυρή.

Ποιες βιομηχανίες και εφαρμογές ευνοούν κάθε βαθμό;

Το 254SMO ευνοείται όπου τα χλωρίδια είναι συνεχή και συμπυκνωμένα - συστήματα αφαλάτωσης θαλασσινού νερού, υπεράκτιων και θαλάσσιων συστημάτων ψύξης - ενώ το 316L παραμένει η ποιότητα εργασίας για γενικές διαδικασίες, επαφές με τρόφιμα-και αρχιτεκτονικές εργασίες όπου η έκθεση σε χλώριο είναι διακοπτόμενη ή αραιωμένη.

Ποια θέματα συγκόλλησης ισχύουν για το 254SMO έναντι του 316L;

Το 254SMO απαιτεί αυστηρότερο-έλεγχο εισόδου θερμότητας και υπερ-κράμα μετάλλου πλήρωσης για να αποφευχθεί ο διαχωρισμός συγκόλλησης-μετάλλων μικρο-, ενώ τα 316L συγκολλούνται με συμβατικά ταιριαστά πληρωτικά και συγκριτικά χαλαρά όρια εισόδου θερμότητας{{6}.

Επειδή η αντίσταση στη διάβρωση του 254SMO εξαρτάται από το μολυβδαίνιο και το άζωτο που παραμένουν σε στερεό διάλυμα, η υπερβολική εισροή θερμότητας κατά τη συγκόλληση μπορεί να επιτρέψει τη δημιουργία δευτερογενών φάσεων (σίγμα, chi) ή απώλεια αζώτου στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα, μειώνοντας τοπικά το PREN κάτω από την τιμή βάσης-μετάλλου. Η τυπική πρακτική μετριάζει αυτό με:

Χαμηλή είσοδος θερμότητας και έλεγχος θερμοκρασίας interpass (συνήθως περιορίζεται σε περίπου 150 μοίρες / 300 βαθμούς F για 254SMO, έναντι πιο επιτρεπόμενων ορίων για 316 λίτρα)

Ένα μέταλλο πλήρωσης με βάση το πάνω-κράμα νικελίου- (συνήθως AWS A5.14 ERNiCrMo-3, δηλ. πληρωτικό κράματος 625) αντί για ένα αντίστοιχο πληρωτικό 254SMO, για αντιστάθμιση της αραίωσης και του διαχωρισμού

Πιστοποίηση διαδικασίας ανά Ενότητα IX ASME με δοκιμή διάβρωσης της συγκόλλησης ανά ASTM A262 ή ASTM G48, όχι μόνο μηχανική δοκιμή

Το 316L, αντίθετα, είναι συνήθως συγκολλημένο με αντίστοιχο πληρωτικό ER316L σύμφωνα με τις τυπικές διαδικασίες GTAW/GMAW/SMAW με λιγότερους περιορισμούς.

Και για τις δύο κατηγορίες, ο μετα{0}}καθαρισμός της συγκόλλησης (καθαρισμός και παθητικοποίηση ανά ASTM A967) για την αφαίρεση της θερμικής απόχρωσης είναι απαραίτητος στην υπηρεσία χλωρίου, καθώς η ίδια η θερμική απόχρωση λειτουργεί ως τοπική θέση έναρξης σκασίματος ανεξάρτητα από το PREN βασικού μετάλλου.

Πότε πρέπει να επιλέξετε 254SMO Over 316L;

Επιλέξτε 254SMO κάθε φορά που η έκθεση σε χλώριο είναι συνεχής, συγκεντρωμένη ή σε συνδυασμό με αυξημένη θερμοκρασία ή ρωγμές και κρατήστε 316 λίτρα για διαλείπουσα, αραιή ή καλά{2}}αποστραγγισμένη έκθεση σε χλωρίδιο όπου η επιθεώρηση και η αντικατάσταση είναι απλές.

Λίστα ελέγχου επιλογής:

• Η συγκέντρωση χλωρίου προσεγγίζει ή υπερβαίνει τα επίπεδα του θαλασσινού νερού (≈ 19.000-20.000 ppm χλωριούχο) → 254SMO
• Το σέρβις είναι συνεχής βύθιση, στάσιμο ή επιρρεπή σε ρωγμές-(φλάντζες, εναποθέσεις, συγκολλήσεις κάτω από μόνωση) → 254SMO
• Η θερμοκρασία λειτουργίας υπερβαίνει περίπου τους 25-30 βαθμούς σε χλωριούχο νερό → 254SMO
• Το εξάρτημα είναι υποθαλάσσιο, θαμμένο ή με άλλο τρόπο δαπανηρό για επιθεώρηση ή αντικατάσταση → 254SMO, υπέρ TCO έναντι του πρώτου κόστους
• Η έκθεση σε χλώριο είναι διακοπτόμενη, αραιή ή το υγρό είναι κυρίως μη-μέσα διεργασίας χλωρίου → 316L
• Ο προϋπολογισμός και ο χρόνος παράδοσης είναι κύριοι περιορισμοί και το περιθώριο διάβρωσης είναι πραγματικά χαμηλό → 316L, με περιοδική επιθεώρηση
• Όταν η εφαρμογή βρίσκεται μεταξύ αυτών των περιπτώσεων - υφάλμυρου νερού, υγρής παράκτιας ατμόσφαιρας ή διαλείπουσας εκτόξευσης θαλασσινού νερού - ένας βαθμός διπλής όψης όπως το 2205 (UNS S32205) μπορεί να προσφέρει ένα ενδιάμεσο σημείο PREN και κόστος και αξίζει να αξιολογηθεί παράλληλα με τις δύο επιλογές ωστενιτικού.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Είναι το 254SMO το ίδιο με το super duplex ανοξείδωτο χάλυβα;

Α: Όχι. 254Το SMO είναι ένας σούπερ ωστενιτικός βαθμός με πλήρως ωστενιτική μικροδομή, ενώ οι ποιότητες super duplex (όπως το 2507) έχουν μια μικτή δομή ωστενίτη-φερρίτη. Το Super duplex προσφέρει συνήθως υψηλότερη αντοχή και χαμηλότερο κόστος νικελίου/μολυβδαινίου από το 254SMO, αλλά το 254SMO είναι γενικά πιο εύκολο στη συγκόλληση και έχει μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας συντήρησης.

Ε: Μπορούν το 254SMO και το 316L να συγκολληθούν μεταξύ τους;

Α: Ναι, ανόμοιες συγκολλήσεις μεταξύ 254SMO και 316L είναι κοινές στις σωληνώσεις μετάβασης, αλλά η άρθρωση θα πρέπει να γίνεται με πληρωτικό μέταλλο (συνήθως ERNiCrMo-3 / κράμα 625) αντί για πληρωτικό που ταιριάζει με οποιοδήποτε βασικό μέταλλο και η διαδικασία συγκόλλησης θα πρέπει να είναι κατάλληλη.

Ε: Το 254SMO μπαίνει ποτέ σε θαλασσινό νερό;

Α: Ναι, κάτω από ακραίες συνθήκες: η πολύ υψηλή χλωρίωση για τον έλεγχο της ρύπανσης, οι έντονες ρωγμές ή η υψηλή θερμοκρασία πάνω από το περίβλημα σχεδιασμού μπορεί ακόμα να προκαλέσει τη δημιουργία λακκών. 254Το SMO αυξάνει σημαντικά το περιθώριο ασφαλείας έναντι 316 L, αλλά δεν είναι απρόσβλητο σε κάθε κατάσταση χλωρίου, επομένως η θερμοκρασία και ο έλεγχος της ρωγμής εξακολουθούν να έχουν σημασία.

Ε: Είναι ποτέ αποδεκτό το 316L για θαλασσινό νερό;

Α: Το 316L γενικά δεν συνιστάται για συνεχή, πλήρη-έκθεση σε θαλασσινό νερό. Μπορεί να είναι αποδεκτή για βραχυπρόθεσμη-χαμηλή-θερμοκρασία, καλά-πλύση ή διαλείπουσα υφάλμυρη έκθεση, αλλά τα δημοσιευμένα δεδομένα CPT δείχνουν ότι είναι επιρρεπής σε διάβρωση με κοιλότητες και ρωγμές υπό τυπικές συνθήκες περιβάλλοντος θαλασσινού νερού.

Ε: Πόσο βαρύτερο είναι ένα εξάρτημα 316L από ένα ισοδύναμο εξάρτημα 254SMO;

Α: Επειδή η ελάχιστη αντοχή διαρροής του 254SMO είναι περίπου 1,7 έως 2 φορές εκείνη των 316 λίτρων, ένα εξάρτημα με ονομαστική πίεση-254SMO μπορεί συχνά να χρησιμοποιήσει ένα λεπτότερο τμήμα τοίχου για την ίδια πίεση σχεδιασμού, αντισταθμίζοντας εν μέρει το υψηλότερο κόστος ανά μονάδα βάρους. Η ακριβής εξοικονόμηση εξαρτάται από τον ισχύοντα κώδικα σχεδιασμού και την κατηγορία πίεσης.