Sự khác biệt giữa thép không gỉ dòng 300
Thép không gỉ austenit dòng 300 là một tập hợp các hợp kim crom-niken gốc sắt được thiết kế để chống ăn mòn. Điều này kết hợp với khả năng định dạng tuyệt vời, khả năng chống mài mòn và độ bền ở nhiệt độ khiến chúng trở thành vật liệu xây dựng phổ biến trong các hệ thống đường ống.
Sự khác biệt giữa các hợp kim là nhỏ nhưng có chủ ý. Mặc dù chúng có thể được sử dụng thay thế cho nhau trong nhiều ứng dụng nhưng đôi khi vẫn có một giải pháp lý tưởng. Việc thay thế trong những tình huống như vậy có thể đồng nghĩa với việc giảm tuổi thọ sử dụng.
Chống ăn mòn
Vì khả năng chống ăn mòn là một trong những lý do chính khiến người dùng cuối lựa chọn ống kim loại nên phương tiện ứng dụng thường hướng dẫn lựa chọn hợp kim. 304 thường được sử dụng vì đây là lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất, mặc dù đặc biệt là 321 và 316, có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Vì lý do này, hầu hết các ống Penflex đều được sản xuất bằng 321 hoặc 316L.
Braid thường là 304L vì nó sẽ không tiếp xúc với môi trường dòng chảy, mặc dù 316L là một lựa chọn nếu ứng dụng ở trong môi trường ăn mòn - như trong, trên hoặc gần đại dương - hoặc nếu bên ngoài ống sẽ bị ăn mòn phương tiện thông qua nhỏ giọt, phun, chảy, vv.
Đối với các ứng dụng đặc biệt có tính ăn mòn, đặc tính chống ăn mòn vượt trội có thể được tìm thấy ở các hợp kim có hàm lượng niken cao hơn như Monel® 400 và Hastelloy® C276.
Thép không gỉ dòng 300: Thành phần hóa học
Biểu đồ dưới đây cho thấy thành phần hóa học của các loại thép không gỉ dòng 300 phổ biến nhất được sử dụng trong ngành ống kim loại. Các số đơn biểu thị tỷ lệ phần trăm tối đa cho phép theo yêu cầu của ASTM 240.
| 304 | 304L | 316 | 316L | 321 | |
| crom | 18% – 20% | 18% – 20% | 16% – 18% | 16% – 18% | 17% – 19% |
| Niken | 8% – 10.5% | 8% – 12% | 10% – 14% | 10% – 14% | 9% – 12% |
| Molypden | 2% – 3% | 2% – 3% | |||
| Cacbon | 0.08% | 0.03% | 0.08% | 0.03% | 0.08% |
| Mangan | 2% | 2% | 2% | 2% | 2% |
| Phốt pho | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% |
| lưu huỳnh | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% |
| Silic | .75% | .75% | .75% | .75% | .75% |
| Titan | 5 x (C + N) tối thiểu – 0,70% | ||||
| Nitơ | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% |
| Sắt | Sự cân bằng | Sự cân bằng | Sự cân bằng | Sự cân bằng | Sự cân bằng |
304 được coi là cơ sở khi nói đến khả năng chống ăn mòn. Các thành phần hợp kim khác nhau đã được thêm vào loại 321 và 316 để tăng khả năng chống ăn mòn.
Trong trường hợp 304L và 316L, carbon đã được loại bỏ. Chữ "L" là viết tắt của "carbon thấp". Các hợp kim cacbon thấp ít bị ảnh hưởng bởi sự kết tủa cacbua trong Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) so với các loại hợp kim tiêu chuẩn của chúng.
Crom và carbon có thể trộn lẫn dưới sức nóng của quá trình hàn để tạo ra cacbua crom ở ranh giới hạt. Phản ứng này làm cạn kiệt lớp crom mang lại đặc tính chống ăn mòn cho thép không gỉ, cuối cùng khiến HAZ trở thành mục tiêu tấn công hóa học. Một cách để chống lại sự kết tủa cacbua là giảm lượng cacbon trong vật liệu gốc.
Một cách khác hiệu quả hơn là thêm titan vào kim loại, như trường hợp của 321. Với Loại 321, thay vì bị thu hút bởi crom, carbon lại bị thu hút bởi titan. Điều này giúp đảm bảo lớp crom thụ động vẫn còn nguyên vẹn.
Với cả 316L và 321, quy trình làm sạch sau hàn có thể loại bỏ sự ăn mòn do lượng mưa cacbua dư.
Khả năng chống ăn mòn rỗ
Molypden được thêm vào loại 316 để tăng khả năng chống ăn mòn rỗ, đặc biệt khi có clorua. Để giúp lựa chọn hợp kim thích hợp, một phương trình dựa trên thành phần hóa học đã được phát triển. PREN, hay con số tương đương về khả năng chống rỗ, là một cách lý thuyết để so sánh khả năng chống ăn mòn rỗ giữa các hợp kim khác nhau.
| hợp kim | PREN |
| 304, 304L, 309, 310, 321 | 18.0 – 20.0 |
| 316, 316L | 22.6 – 27.9 |
| 317, 317L | 27.9 – 33.2 |
| AL{0}}XN | 39.8 – 45.1 |
| Inconel® 625 | 46.4 – 56.0 |
| Hastelloy® C-276 | 64.0 – 73.8 |
Thực hiện các biện pháp phòng ngừa để đảm bảo HAZ giống vật liệu gốc hơn về khả năng chống ăn mòn và lập kế hoạch chống ăn mòn rỗ là điều quan trọng nếu khả năng chống ăn mòn là ưu tiên hàng đầu. Trong các ứng dụng mà ăn mòn không phải là vấn đề, bất kỳ hợp kim nào trong số 300 dòng hợp kim đều có thể mang lại kết quả tương tự.
Tỷ lệ ăn mòn giữa các loại thép không gỉ dòng 300
Một cách khác để chứng minh mức độ chống ăn mòn khác nhau giữa các hợp kim này là xem xét tốc độ ăn mòn dự kiến. Tỷ lệ thay đổi tùy theo từng hóa chất và được minh họa trong biểu đồ chống ăn mòn của Penflex. Khi nghĩ về lượng kim loại sẽ bị hao mòn mỗi năm, có thể dễ dàng nhận thấy sự khác biệt giữa khả năng chống ăn mòn.
Và khi nói đến khả năng chống ăn mòn, không chỉ cần xem xét hợp kim mà còn phải xem xét độ dày thành của hợp kim. Chúng tôi đã tập hợp một bản tin khác để đề cập cụ thể đến chủ đề này.
Các yếu tố giảm tải ở nhiệt độ cao
Không có vật liệu nào khác có thể duy trì đặc tính của chúng thông qua chênh lệch nhiệt độ rộng như kim loại. Mọi thứ dưới 0 độ F đều có thể cần kim loại nên các ứng dụng đông lạnh là trường hợp sử dụng phổ biến đối với ống kim loại. Một số tính chất cơ học của thép không gỉ austenit thực sự tăng lên ở nhiệt độ thấp! Bất cứ điều gì ở nhiệt độ trên 400 độ F cũng sẽ yêu cầu kim loại, vì vậy các ứng dụng có hơi nước siêu bão hòa hoặc những ứng dụng trong nhà máy hoặc lò luyện thép cũng có thể là những kịch bản dành cho ống kim loại.
Điều quan trọng cần nhớ là khi nhiệt độ tăng lên sẽ làm giảm xếp hạng áp suất và có một số khác biệt về các yếu tố đó giữa các loại thép không gỉ dòng 300 phổ biến. Các yếu tố giảm tải được dựa trên hợp kim bện.
| Nhiệt độ độ 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 |
Hệ số giảm nhiệt độ của 321 và 304 cao hơn 316 cho đến khoảng 700 độ F và điều ngược lại là đúng với 316 có hệ số giảm cao hơn 321 và 304. Hệ số giảm dần càng cao thì xếp hạng áp suất sẽ càng cao.
Ví dụ: để tính áp suất làm việc tối đa cho ống lượn sóng bằng thép không gỉ P4 Series ¾" 321 với một lớp bện 304L sẽ hoạt động ở 800 độ F, hãy nhân áp suất làm việc (940 PSIG) với hệ số giảm tải thích hợp (0,73) .
Áp suất làm việc của ống ở 800 độ F là 686 PSIG.
Penflex đã phát triển hệ số suy giảm sau khi thu thập dữ liệu thô về độ bền kéo ở nhiệt độ cao từ các nhà cung cấp vật liệu chính và lấy giá trị thấp nhất trong mỗi danh mục cho các hợp kim khác nhau. Vì lý do này, chúng có thể thận trọng hơn các hệ số giảm do NAHAD hoặc ISO 10380 công bố.
Điều quan trọng cần nhớ là nhiệt độ làm việc tối đa của các phụ kiện cuối và phương pháp gắn chúng cũng cần được xem xét khi làm việc với nhiệt độ vận hành tăng.
Đối với nhiệt độ ứng dụng trên 1000 độ F, chúng tôi thường đề xuất Inconel® 625.
Xem xét toàn bộ ứng dụng
Như đã đề cập ở trên, trong nhiều ứng dụng, việc thay thế hợp kim ống sẽ ít ảnh hưởng đến hiệu suất của ống. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, áp suất tăng hoặc ống mềm quay vòng thường xuyên, chúng ta phải chú ý hơn.
Tác động của nhiệt độ, áp suất và chuyển động có thể phức tạp dẫn đến ăn mòn sớm hơn dự đoán nếu phương tiện ứng dụng là yếu tố duy nhất trong tính toán ăn mòn của chúng tôi. Mặc dù sự khác biệt giữa các loại thép không gỉ dòng 300 có vẻ nhỏ nhưng chúng ta có thể bắt đầu thấy chúng có thể được phóng to nhanh như thế nào.
