เหล็กกล้าไร้สนิม 254SMO เทียบกับ 316L: ประสิทธิภาพออสเทนนิติกขั้นสูงในสภาพแวดล้อมน้ำทะเลและคลอไรด์

สแตนเลส 254SMO และ 316L คืออะไร

254SMO (UNS S31254) เป็นสเตนเลสสตีลออสเทนนิติกระดับซุปเปอร์-ที่สร้างขึ้นโดยใช้โมลิบดีนัม 6% -จุดประสงค์ทางเคมีของไนโตรเจนสูง- ออกแบบมาเพื่อน้ำทะเลและสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์รุนแรงอื่นๆ316L (ยูเอ็นเอส S31603)เป็นเกรดออสเทนนิติกสำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไป-คาร์บอนต่ำ-ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมกระบวนการ อาหาร และสถาปัตยกรรม แต่ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อการสัมผัสน้ำทะเลเต็มรูปแบบ

เกรดทั้งสองมีโครงสร้างผลึกออสเทนนิติกร่วมกัน (ด้าน-มีศูนย์กลาง-ลูกบาศก์) ร่วมกัน ไม่เป็น-แม่เหล็กในสภาวะอบอ่อน และสามารถเชื่อมได้อย่างง่ายดาย ความแตกต่างอยู่ที่ปริมาณโลหะผสม: 254SMO มีโมลิบดีนัมประมาณ 2.5 เท่า นิกเกิลเกือบสองเท่า และไนโตรเจนประมาณ 4 เท่าของ 316L การเพิ่มเติมเหล่านี้ทำให้ทั้งต้นทุนและเพดานต้านทานการกัดกร่อน-ของวัสดุเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม 254SMO จึงจัดอยู่ในเกรด "ซูเปอร์ออสเทนนิติก" แทนที่จะเป็นสเตนเลสมาตรฐาน 300 ซีรีส์

แหล่งที่มา: ข้อกำหนดมาตรฐาน ASTM A240/A240M, ASTM A312/A312M, ASTM A182/A182M

254SMO และ 316L เปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมีได้อย่างไร

254SMO มีโครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม และไนโตรเจนมากกว่า 316L อย่างมาก และเป็นน้ำหนักรวมของธาตุทั้งสี่นี้ - ไม่ใช่ธาตุใดธาตุหนึ่ง - ที่สร้างความต้านทานต่อการโจมตีของคลอไรด์ได้เหนือกว่า

ตารางด้านล่างแสดงรายการขีดจำกัดองค์ประกอบ ASTM A240/A240M สำหรับเพลตและชีต โดยทั่วไปแล้วความร้อนที่ได้รับการรับรองของโรงสีจริง-จะอยู่ภายในช่วงเหล่านี้ และ EETA จะจัดส่งรายงานการทดสอบโรงสี (MTR) แบบเต็มให้กับทั้งสองเกรดซึ่งสามารถติดตามไปยังหมายเลขความร้อนได้

ที่มา: ข้อกำหนดด้านองค์ประกอบ ASTM A240/A240M สำหรับ UNS S31254 และ UNS S31603

ความแตกต่างสามประการเหล่านี้มีความสำคัญมากที่สุดสำหรับการบริการคลอไรด์: โมลิบดีนัมและไนโตรเจนเพิ่มความต้านทานแบบรูพรุนโดยตรง ในขณะที่ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นจะทำให้เฟสออสเทนไนต์คงที่เมื่อเทียบกับเฟสระหว่างโลหะที่เกิดการเปราะ (ซิกมา, ไค) ซึ่งโลหะผสมโมลิบดีนัมสูง-สามารถก่อตัวได้ในระหว่างการเชื่อมหรือบริการที่มีอุณหภูมิสูง-

PREN คืออะไร และเหตุใดจึงสามารถทำนายความต้านทานการกัดกร่อนของคลอไรด์ได้

PREN (หมายเลขเทียบเท่าความต้านทานต่อการเกิดหลุม) เป็นดัชนีเดียวที่คำนวณจากปริมาณโครเมียม โมลิบดีนัม และไนโตรเจนของโลหะผสม และ PREN ของ 254SMO ที่ประมาณ 43-45 นั้นเกือบสองเท่าของ 316L's PREN ที่ประมาณ 24-26 - ซึ่งหมายความว่า 254SMO จะทนต่อความเข้มข้นของคลอไรด์ที่สูงขึ้นอย่างมากก่อนที่การกัดกร่อนเฉพาะจุดจะเริ่มต้นขึ้น

สูตรมาตรฐานคือ:

เพรน=%Cr + (3.3 x %Mo) + (16 x %N)

การใช้สูตรนี้กับองค์ประกอบภาพช่วงกลาง-ด้านบน:

*ไนโตรเจน 316L ไม่ใช่ค่าขั้นต่ำที่ระบุภายใต้ ASTM A240 0.05% คือค่าโรงสีตัวแทนที่ใช้สำหรับการคำนวณ PREN ที่เป็นภาพประกอบ ตามกฎทั่วไปของอุตสาหกรรม ค่า PREN ที่สูงกว่าประมาณ 40 บ่งชี้ถึงความเหมาะสมสำหรับการแช่น้ำทะเลจนเต็ม ในขณะที่ค่า PREN ในช่วงอายุ 20 ต่ำ-ถึง-กลางๆ มักถูกจำกัดไว้เฉพาะน้ำกร่อยหรือน้ำคลอไรด์ต่ำ-

PREN เป็นเครื่องมือคัดกรอง ไม่ใช่การรับประกัน โดยจะคาดการณ์ความต้านทานการเกิดรูพรุนสัมพัทธ์ภายใต้สภาพพื้นผิว อุณหภูมิ และสภาพความซบเซาที่เทียบเคียงได้ แต่ไม่ได้คำนึงถึงรูปทรงของรอยแยก การเปรอะเปื้อนทางชีวภาพ หรือ{0}}การเกิดอาการแพ้ที่เกี่ยวข้องกับการประดิษฐ์ สำหรับการเลือกวัสดุขั้นสุดท้าย ควรใช้ PREN ควบคู่ไปกับข้อมูลการทดสอบอุณหภูมิการเจาะวิกฤต (CPT) ตามจริง ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป

254SMO และ 316L มีประสิทธิภาพอย่างไรในการทดสอบแบบบ่อน้ำทะเลและคลอไรด์

254SMO ทนทานต่อน้ำทะเลที่มีความเข้มข้นเต็มที่-ที่อุณหภูมิโดยรอบและสูงขึ้นปานกลางโดยไม่มีการเกิดเป็นหลุม ในขณะที่ 316L มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและการกัดกร่อนตามรอยแยกในน้ำทะเลนิ่งหรือต่ำ-ที่อุณหภูมิต่ำถึงประมาณ 15-25 องศา

การวัดมาตรฐานในห้องปฏิบัติการสำหรับความแตกต่างนี้คืออุณหภูมิจุดวิกฤต (CPT) ซึ่งกำหนดตาม ASTM G48 วิธี A (การแช่เฟอร์ริกคลอไรด์) CPT คืออุณหภูมิต่ำสุดที่การเกิดรูพรุนบนพื้นผิวที่กำหนดภายในระยะเวลาการทดสอบ CPT ที่สูงขึ้นหมายถึงโลหะผสมที่ทนต่อการสัมผัสคลอไรด์ที่ร้อนและรุนแรงมากขึ้นก่อนที่มันจะเกิดเป็นหลุม

แหล่งที่มา: วิธี ASTM G48 วิธีการทดสอบ A/B; ช่วง CPT/CCT ที่เผยแพร่เป็นตัวแทนของข้อมูลการทดสอบของผู้ผลิตโม่และโลหะผสม- และแตกต่างกันไปตามผิวสำเร็จและความร้อน

นี่คือเหตุผลว่าทำไม 254SMO จึงเป็น-วัสดุมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับส่วนประกอบแรงดัน-ออสโมซิสย้อนกลับของน้ำทะเล (SWRO) สูง- ท่อนำเข้าและทำความเย็นของน้ำทะเล ระบบน้ำดับเพลิงนอกชายฝั่ง และ-เครื่องฟอกก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากไอเสีย ในขณะที่ 316L โดยทั่วไปจะถูกจำกัดให้ใช้เฉพาะในน้ำจืด กระแสน้ำจากกระบวนการคลอไรด์-ต่ำ หรือมี-การระบายอากาศที่ดีเป็นระยะๆ การสัมผัสทางทะเลซึ่งคลอไรด์ไม่มีความเข้มข้น

คุณสมบัติทางกลของ 254SMO และ 316L เปรียบเทียบกันอย่างไร

254SMO ให้กำลังรับผลผลิตขั้นต่ำประมาณ 1.7 ถึง 2 เท่าของ 316L โดยมีการยืดตัวขั้นต่ำที่เทียบเคียงหรือต่ำกว่าเล็กน้อย ซึ่งช่วยให้ส่วนของผนังบางลงและน้ำหนักวัสดุลดลงสำหรับพิกัดแรงดันที่เท่ากัน

แหล่งที่มา: ข้อกำหนดคุณสมบัติเชิงกลขั้นต่ำ ASTM A240/A240M สำหรับ UNS S31254 และ UNS S31603 อุณหภูมิห้อง สภาพอบอ่อน

ความแข็งแกร่งที่สูงกว่าของ 254SMO เป็นข้อดีรองมากกว่าเหตุผลหลักในการระบุ: นักออกแบบควรถือว่าค่าเผื่อการกัดกร่อนและ PREN/CPT เป็นเกณฑ์การเลือกควบคุมสำหรับบริการคลอไรด์ และถือว่าข้อได้เปรียบด้านความแข็งแกร่งเป็นโอกาสในการปรับความหนาของผนังให้เหมาะสม เมื่อเลือกเกรดต้านทานการกัดกร่อน-แล้ว

254SMO มีราคาสูงกว่า 316L เท่าไหร่?

โดยทั่วไป 254SMO จะมีค่าพรีเมียมต้นทุนวัตถุดิบ-ประมาณ 3 ถึง 5 เท่าของ 316L บนพื้นฐาน-สำหรับ-น้ำหนักที่เหมือนกัน ซึ่งขับเคลื่อนเกือบทั้งหมดจากปริมาณนิกเกิลและโมลิบดีนัมที่สูงขึ้น ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีราคาเป็นสินค้าโภคภัณฑ์ทั่วโลกที่มีความผันผวน

เบี้ยประกันภัยนี้มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นการลงโทษต้นทุนแบบง่ายๆ ในการใช้งานที่ 316L ต้องมีการตรวจสอบบ่อยครั้ง การซ่อมแซมจุด หรือการเปลี่ยนก่อนเวลาอันควรเนื่องจากการกัดกร่อนของรูพรุนและรอยแยก ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) - สำหรับการหยุดทำงาน การตรวจสอบ และแรงงานในการเปลี่ยนในช่วงหลาย-อายุการใช้งานของสินทรัพย์ - มักจะให้ประโยชน์ 254SMO แม้ว่าราคาซื้อจะสูงกว่าก็ตาม การเปรียบเทียบ TCO พื้นฐานควรคำนึงถึง:

1. ต้นทุนวัสดุและการผลิตเริ่มต้น (โดยทั่วไป 254SMO 3-5x 316L ต่อหน่วยน้ำหนัก)
2. อายุการใช้งานที่คาดไว้ก่อนที่จะเจาะ-ความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสคลอไรด์จริง
3. ความถี่ในการตรวจสอบและค่าใช้จ่ายในการเข้าถึง (ท่อใต้ทะเล ฝัง หรือท่อหุ้มฉนวนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว)
4. ต้นทุนการหยุดทำงานของการรั่วไหลโดยไม่ได้วางแผนเทียบกับวงจรการเปลี่ยนที่วางแผนไว้
5. การประหยัดความหนาของผนัง-เกิดขึ้นได้จากความเครียดในการออกแบบที่สูงกว่าที่อนุญาตของ 254SMO
6. สำหรับส่วนประกอบที่มีการสัมผัสกับคลอไรด์เป็นระยะๆ หรือกร่อยและเข้าถึงได้ง่ายสำหรับการตรวจสอบ 316L ยังคงเป็นตัวเลือกที่ถูกต้องในเชิงเศรษฐกิจ สำหรับการสัมผัสน้ำทะเลเต็มรูปแบบ- ใต้ทะเล หรือท่อที่ไม่สามารถเข้าถึงได้อย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปกรณี TCO สำหรับ 254SMO นั้นแข็งแกร่ง

อุตสาหกรรมและการใช้งานใดที่เหมาะกับแต่ละเกรด

254SMO เป็นที่นิยมทุกที่ที่มีคลอไรด์ - การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล นอกชายฝั่ง และระบบทำความเย็นทางทะเล - อย่างต่อเนื่องและเข้มข้น ในขณะที่ 316L ยังคงเป็นเกรดที่ใช้งานได้ดีสำหรับกระบวนการทั่วไป การสัมผัสอาหาร- และงานสถาปัตยกรรมที่การสัมผัสคลอไรด์เป็นระยะๆ หรือเจือจาง

ข้อควรพิจารณาในการเชื่อมใดบ้างที่นำไปใช้กับ 254SMO กับ 316L

254SMO ต้องการการควบคุมอินพุตความร้อน-ที่เข้มงวดยิ่งขึ้นและโลหะตัวเติมอัลลอยด์-ที่มากเกินไปเพื่อหลีกเลี่ยงการแยก-โลหะขนาดเล็ก-ในการเชื่อม ในขณะที่ 316L จะเชื่อมด้วยตัวเติมที่เข้ากันแบบทั่วไปและขีดจำกัดการป้อนความร้อน-ที่ผ่อนคลายโดยเปรียบเทียบ

เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนของ 254SMO ขึ้นอยู่กับโมลิบดีนัมและไนโตรเจนที่เหลืออยู่ในสารละลายที่เป็นของแข็ง ความร้อนที่มากเกินไปในระหว่างการเชื่อมอาจทำให้เฟสทุติยภูมิ (ซิกมา ไค) หรือการสูญเสียไนโตรเจนก่อตัวขึ้นในบริเวณที่ได้รับความร้อน- ซึ่งจะลดค่า PREN ลงต่ำกว่าค่าฐาน-ของโลหะเฉพาะที่ แนวปฏิบัติมาตรฐานจะบรรเทาปัญหานี้ด้วย:

การควบคุมอุณหภูมิอินพุตและอินเตอร์พาสความร้อนต่ำ (โดยทั่วไปจำกัดไว้ที่ประมาณ 150 องศา / 300 องศา F สำหรับ 254SMO เทียบกับขีดจำกัดที่อนุญาตมากกว่าสำหรับ 316L)

โลหะตัวเติมที่มีนิกเกิลอัลลอยด์-มากกว่า- (โดยทั่วไปคือ AWS A5.14 ERNiCrMo-3 เช่น ตัวเติม Alloy 625) แทนที่จะเป็นตัวเติม 254SMO ที่ตรงกัน เพื่อชดเชยการเจือจางและการแยกตัว

คุณสมบัติขั้นตอนตาม ASME มาตรา IX พร้อมการทดสอบการกัดกร่อนของรอยเชื่อมตามมาตรฐาน ASTM A262 หรือ ASTM G48 ไม่ใช่การทดสอบทางกลเพียงอย่างเดียว

ในทางตรงกันข้าม โดยทั่วไปแล้ว 316L จะถูกเชื่อมด้วยฟิลเลอร์ ER316L ที่เข้ากันภายใต้ขั้นตอน GTAW/GMAW/SMAW มาตรฐานโดยมีข้อจำกัดน้อยกว่า

สำหรับทั้งสองเกรด การทำความสะอาดหลังการเชื่อม- (การดองและการทำให้ทู่ตาม ASTM A967) เพื่อขจัดสีความร้อนออกเป็นสิ่งจำเป็นในการให้บริการคลอไรด์ เนื่องจากสีความร้อนนั้นทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการเกิดรูพรุนในท้องถิ่น โดยไม่คำนึงถึง-PREN โลหะที่เป็นฐาน

เมื่อใดที่คุณควรเลือก 254SMO มากกว่า 316L

เลือก 254SMO เมื่อใดก็ตามที่การสัมผัสคลอไรด์มีความต่อเนื่อง มีความเข้มข้น หรือรวมกับอุณหภูมิหรือรอยแยกที่สูงขึ้น และสำรอง 316L ไว้สำหรับการสัมผัสกับคลอไรด์เป็นระยะๆ เจือจาง หรือ{2}}ระบายออกได้ดี ซึ่งการตรวจสอบและการเปลี่ยนทดแทนทำได้ง่าย

รายการตรวจสอบการคัดเลือก:

• ความเข้มข้นของคลอไรด์เข้าใกล้หรือเกินระดับน้ำทะเล (19,000-20,000 ppm คลอไรด์) → 254SMO
• การบริการมีการจุ่มอย่างต่อเนื่อง หยุดนิ่ง หรือเกิดรอยแยก-ได้ง่าย (ปะเก็น คราบสะสม รอยเชื่อมใต้ฉนวน) → 254SMO
• อุณหภูมิในการทำงานเกินประมาณ 25-30 องศาในน้ำที่มีคลอไรด์ → 254SMO
• ส่วนประกอบอยู่ใต้น้ำ ถูกฝัง หรือมีค่าใช้จ่ายในการตรวจสอบหรือเปลี่ยน → 254SMO ให้ความสำคัญกับ TCO มากกว่าต้นทุนแรก
• การสัมผัสกับคลอไรด์เป็นระยะๆ เจือจาง หรือของเหลวโดยหลักแล้วไม่ใช่-ตัวกลางในกระบวนการผลิตคลอไรด์ → 316L
• งบประมาณและเวลานำเป็นข้อจำกัดหลักและอัตราการกัดกร่อนต่ำมาก → 316L พร้อมการตรวจสอบเป็นระยะ
• เมื่อการใช้งานอยู่ระหว่างกรณีเหล่านี้ - น้ำกร่อย บรรยากาศชายฝั่งชื้น หรือการกระเด็นของน้ำทะเลเป็นระยะ ๆ - เกรดดูเพล็กซ์ เช่น 2205 (UNS S32205) สามารถให้ค่า PREN ระดับกลางและจุดต้นทุนได้ และคุ้มค่าที่จะประเมินควบคู่ไปกับตัวเลือกออสเทนนิติกทั้งสอง

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: 254SMO เหมือนกับเหล็กกล้าไร้สนิม super duplex หรือไม่

ตอบ: ไม่ใช่. 254SMO เป็นเกรดซูเปอร์ออสเทนนิติกที่มีโครงสร้างจุลภาคออสเทนนิติกเต็มรูปแบบ ในขณะที่เกรดซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (เช่น 2507) มีโครงสร้างเฟอร์ไรต์ออสเทนไนต์-แบบผสม โดยทั่วไปแล้ว ซูเปอร์ดูเพล็กซ์จะมีความแข็งแรงสูงกว่าและมีต้นทุนนิกเกิล/โมลิบดีนัมต่ำกว่า 254SMO แต่โดยทั่วไปแล้ว 254SMO จะเชื่อมได้ง่ายกว่าและมีช่วงอุณหภูมิการใช้งานที่กว้างกว่า

ถาม: 254SMO และ 316L สามารถเชื่อมเข้าด้วยกันได้หรือไม่?

ตอบ: ใช่ การเชื่อมที่แตกต่างกันระหว่าง 254SMO และ 316L นั้นเป็นเรื่องปกติในการวางท่อเปลี่ยนผ่าน แต่ข้อต่อควรทำด้วยโลหะเติมอัลลอยด์ที่เกิน- (โดยทั่วไปคือ ERNiCrMo-3 / Alloy 625) แทนที่จะเป็นวัสดุเติมที่เข้ากันกับโลหะฐานทั้งสอง และขั้นตอนการเชื่อมควรมีคุณสมบัติตามนั้น

ถาม: 254SMO เคยขุดลงไปในน้ำทะเลหรือไม่

ตอบ: ได้ ภายใต้สภาวะที่รุนแรง: การใช้คลอรีนที่สูงมากสำหรับการควบคุมคราบจุลินทรีย์ รอยแยกที่รุนแรง หรืออุณหภูมิที่สูงขึ้นเหนือขอบเขตการออกแบบยังสามารถทำให้เกิดรูพรุนได้. 254SMO เพิ่มขอบเขตด้านความปลอดภัยอย่างมากเมื่อเทียบกับ 316L แต่ไม่สามารถต้านทานทุกสภาวะของคลอไรด์ ดังนั้นอุณหภูมิการออกแบบและการควบคุมรอยแยกจึงยังคงมีความสำคัญ

ถาม: 316L สามารถใช้ได้กับน้ำทะเลหรือไม่

ตอบ: โดยทั่วไปแล้วไม่แนะนำให้ใช้ 316L สำหรับการสัมผัสน้ำทะเลเต็ม-แรงอย่างต่อเนื่อง อาจยอมรับได้ใน-ระยะสั้น อุณหภูมิต่ำ- บ่อน้ำ- ที่ถูกชะล้าง หรือกร่อยเป็นระยะๆ แต่ข้อมูล CPT ที่เผยแพร่แสดงให้เห็นว่ามีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกภายใต้สภาวะน้ำทะเลโดยรอบโดยทั่วไป

ถาม: ส่วนประกอบ 316L หนักกว่าส่วนประกอบ 254SMO ที่เทียบเท่ากันมากน้อยเพียงใด

ตอบ: เนื่องจากกำลังรับผลผลิตขั้นต่ำของ 254SMO อยู่ที่ประมาณ 1.7 ถึง 2 เท่าของ 316L ส่วนประกอบ 254SMO ที่ได้รับการจัดอันดับแรงดัน-จึงมักจะใช้ส่วนผนังที่บางกว่าสำหรับแรงดันการออกแบบเดียวกัน ซึ่งส่วนหนึ่งสามารถชดเชยต้นทุนต่อหน่วยน้ำหนักที่สูงขึ้นได้ การประหยัดที่แน่นอนขึ้นอยู่กับรหัสการออกแบบและระดับแรงดัน