สแตนเลส 304 กับ 316: คุณควรเลือกอันไหน?

304 และ 316 เป็นเกรดสเตนเลสออสเทนนิติกที่ได้รับการระบุกันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสองเกรดทั่วโลก ทั้งสองชนิดมีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม มีคุณสมบัติทางกลที่ดี และสามารถรีไซเคิลได้เต็มรูปแบบ ความแตกต่างที่สำคัญคือโมลิบดีนัม (Mo): สแตนเลส 316 มี Mo 2–3% ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนของรูพรุนและรอยแยกที่เกิดจากคลอไรด์-ได้อย่างมาก

การทำความเข้าใจเกรด: คำจำกัดความและมาตรฐาน

สแตนเลส 304 คืออะไร?

สแตนเลสเกรด304- ยังถูกกำหนดให้เป็น UNS S30400 และครอบคลุมโดย ASTM A240, EN 1.4301 และ JIS SUS304 - เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่ผลิตโดยทั่วไปมากที่สุดในโลก เป็นของตระกูลออสเทนนิติก 300 ซีรีส์ ซึ่งมีคุณลักษณะพิเศษด้วยโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ศูนย์กลาง (FCC) ที่ผิวหน้า- ซึ่งให้ความเหนียวเป็นเลิศทั้งที่อุณหภูมิแช่แข็งและอุณหภูมิสูง

องค์ประกอบของโครเมียม-นิกเกิล (โครเมียม 18% / 8% Ni หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า '18-8') ก่อตัวเป็นฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ที่ซ่อมแซมตัวเองได้- ซึ่งป้องกันสภาพแวดล้อมที่ออกซิไดซ์ กรดอ่อน และสภาพบรรยากาศในชีวิตประจำวัน ไม่เป็นแม่เหล็กในสถานะอบอ่อน และกลายเป็นแม่เหล็กเล็กน้อยหลังจากทำงานเย็น

สแตนเลส 316 คืออะไร?

สแตนเลสเกรด316- UNS S31600, ASTM A240, EN 1.4401, JIS SUS316 - เป็นเกรดสเตนเลสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นอันดับสองทั่วโลก มีโครงสร้างออสเทนนิติกเช่นเดียวกับ 304 แต่รวมโมลิบดีนัม 2-3% ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก และการโจมตีจากสารเคมีในกระบวนการหลายชนิดได้อย่างมีนัยสำคัญ

ตัวแปรคาร์บอนต่ำ- 316L (UNS S31603) จำกัดคาร์บอนให้น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.03% ซึ่งป้องกันการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ (อาการแพ้) ในระหว่างการเชื่อม ทำให้ 316L เป็นข้อกำหนดเริ่มต้นสำหรับชุดประกอบที่มีการเชื่อมส่วนใหญ่ในการให้บริการเชิงรุก

มาตรฐานและการรับรองที่บังคับใช้

ASTM A240 / ASME SA-240: แผ่น แผ่น และแถบรีดแบนสำหรับภาชนะรับความดันและการใช้งานทั่วไป

ASTM A312 / ASME SA-312: ท่อสเตนเลสออสเทนนิติกแบบไม่มีรอยต่อและแบบเชื่อม

ASTM A276 / ASME SA-276: แท่งและรูปทรงสแตนเลส

EN 10088-2 / EN 10088-3: มาตรฐานยุโรปสำหรับผลิตภัณฑ์ทรงแบนและยาว (เกรดเทียบเท่า: 1.4301=304; 1.4404=316L)

ISO 15510: องค์ประกอบทางเคมีของเหล็กกล้าไร้สนิม

ASME BPE: มาตรฐานอุปกรณ์การประมวลผลทางชีวภาพ (ข้อบังคับ 316L สำหรับผลิตภัณฑ์-พื้นผิวสัมผัส)

USP<661>/ EP 3.1.9: มาตรฐานภาชนะบรรจุยาที่อ้างอิงถึงความเข้ากันได้ของ 316L

การเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมี

ตารางด้านล่างแสดงองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดของทั้งสองเกรดตามที่กำหนดโดย ASTM A240 การทำความเข้าใจบทบาทของแต่ละองค์ประกอบจะให้ความกระจ่างว่าเหตุใด 316 จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่า 304 ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์-สมบูรณ์

ตารางที่ 1: องค์ประกอบทางเคมี - 304 เทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิม 316 (ASTM A240)

คุณสมบัติทางกล

ทั้ง 304 และ 316 มีข้อกำหนดคุณสมบัติทางกลที่เกือบจะเหมือนกันภายใต้ ASTM A240 ในสภาวะอบอ่อน ซึ่งหมายความว่าการเลือกใช้วัสดุควรได้รับแรงผลักดันจากข้อกำหนดการกัดกร่อนและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ มากกว่าความแตกต่างด้านประสิทธิภาพทางโครงสร้าง

ตารางที่ 2: การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกล - สภาพการอบอ่อน (ASTM A240)

หมายเหตุ: เกรด-แบบรีดเย็นและแบบเทมเปอร์-แบบรีดของทั้งสองเกรดจะมีระดับความแข็งแกร่งที่สูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด ปรึกษา ASTM A177 หรือเอกสารข้อมูลของโรงงานของคุณสำหรับการกำหนดอุณหภูมิเฉพาะ

ความต้านทานการกัดกร่อน: ตัวสร้างความแตกต่างที่สำคัญ

เหล็กกล้าไร้สนิมต้านทานการกัดกร่อนผ่านฟิล์มเฉื่อย - ซึ่งเป็นชั้นโครเมียมออกไซด์ (Cr₂O₃) ที่บางจนแทบมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า (2–5 นาโนเมตร) ซึ่งก่อตัวขึ้นเองบนพื้นผิวเมื่อสัมผัสกับออกซิเจน ภาพยนตร์เรื่องนี้ซ่อมแซมตัวเองได้- หากมีรอยขีดข่วนหรือรอยถลอก ฟิล์มจะซ่อมแซมตัวเองได้ในอากาศหรือในน้ำที่มีออกซิเจนภายในมิลลิวินาที

การกัดกร่อนแบบรูพรุนเกิดขึ้นเมื่อไอออนที่มีฤทธิ์รุนแรง - โดยเฉพาะคลอไรด์ (Cl⁻) - ทะลุทะลวงและทำลายฟิล์มเฉื่อยเฉพาะที่ ทำให้เกิดโพรงขนาดเล็ก-ที่งอกเข้าไปด้านใน นี่คือโหมดความล้มเหลวหลักสำหรับ 304 ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมทางทะเล ชายฝั่ง และคลอไรด์-

หมายเลขเทียบเท่าความต้านทานต่อการกัดกร่อนของรูพรุน (PREN) เป็น-ตัวชี้วัดมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการเปรียบเทียบความต้านทานการกัดกร่อนของรูพรุน:

เพรน=%Cr + (3.3 × %Mo) + (16 × %N)

สแตนเลส 304 PREN:~19 (ไม่มีการสนับสนุน Mo; ~18% Cr)

สแตนเลส 316 PREN:~25 (เพิ่ม 3.3 × 2.5% Mo กลับไปยัง 8.25 จุด)

ค่า PREN ที่สูงขึ้นแสดงว่ามีความต้านทานต่อการเกิดรูพรุนมากขึ้น การเพิ่มขึ้นจาก ~19 เป็น ~25 แสดงถึงการปรับปรุงอย่างมากในสภาพแวดล้อมของคลอไรด์ สำหรับการอ้างอิง เกรดดูเพล็กซ์และซูเปอร์-ดูเพล็กซ์จะได้รับค่า PREN ที่ 35–50+ สำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุด

ประสิทธิภาพการกัดกร่อนตามสภาพแวดล้อม

ตารางที่ 3: ความต้านทานการกัดกร่อนตามสภาพแวดล้อม - 304 เทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิม 316

สิ่งสำคัญ: เกรดทั้งสองไม่เหมาะสำหรับการบริการกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น ไฮโดรฟลูออริก หรือกรดซัลฟิวริกร้อน สำหรับสภาพแวดล้อมดังกล่าว ให้พิจารณา-วัสดุโลหะผสมที่สูงกว่า เช่น 904L, อัลลอย 20 หรือโลหะผสมที่มีนิกเกิล- (Inconel® 625, Hastelloy® C-276)

คู่มือการสมัคร: เกรดไหนสำหรับอุตสาหกรรมของคุณ?

ตารางด้านล่างให้คำแนะนำเฉพาะอุตสาหกรรม-โดยอิงจากสภาพการทำงานจริง-ในโลก ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ และการวิเคราะห์ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO)

ตารางที่ 4: คู่มือการตัดสินใจในการใช้งาน - 304 เทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ตามอุตสาหกรรม

การผลิต การเชื่อม และการตกแต่งพื้นผิว

การขึ้นรูปและการแปรรูป

ทั้งสองเกรดมีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยมและ-เหมาะสำหรับการดึงขึ้นรูปลึก การดัด การขึ้นรูปม้วน และการปั๊ม อัตราการชุบแข็งของงานเทียบเคียงได้ โดยที่ 316 จะแข็งกว่าเล็กน้อยที่ระดับงานเย็น-ที่เทียบเท่ากันเนื่องจากมีปริมาณโมลิบดีนัมอยู่ ความสามารถในการขึ้นรูปอยู่ที่ประมาณ 45–50% เทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนอิสระ-การตัดเฉือน (B1112) สำหรับทั้งสองเกรด

ข้อควรพิจารณาในการเชื่อม

304 / 304L: เชื่อมโดยใช้ฟิลเลอร์ ER308 สำหรับ 304 หรือ ER308L สำหรับ 304L เกรด L- ช่วยลดการอพยพของคาร์บอนไปยังขอบเขตของเมล็ดข้าวให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดอาการแพ้ในเขตที่ได้รับความร้อน (HAZ)

316 / 316L: เชื่อมโดยใช้โลหะเติม ER316 หรือ ER316L ระบุ 316L (คาร์บอนต่ำ-) เสมอสำหรับชิ้นส่วนที่เชื่อมซึ่งต้องได้รับการบริการที่รุนแรง เพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนตามขอบเกรนที่ HAZ

แนะนำให้ใช้ฟิล์มพาสซีฟหลังการเชื่อม- (ตาม ASTM A380 หรือ A967) สำหรับทั้งสองเกรดเพื่อคืนฟิล์มพาสซีฟและขจัดการปนเปื้อนของเหล็กอิสระออกจากบริเวณรอยเชื่อม

การตกแต่งพื้นผิวทั่วไปและการใช้งาน

ไม่ใช่. 2B (รีดเย็น-, ขัดผิวสำเร็จ): ขัดผิวที่พบมากที่สุด; ใช้สำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรม ถัง และส่วนประกอบโครงสร้าง

ไม่ใช่. 4 (แปรง / ซาติน): มาตรฐานสำหรับการแปรรูปอาหาร ยา และการใช้งานทางสถาปัตยกรรม

ไม่. 8 (ขัดเงา): การใช้สถาปัตยกรรมเพื่อการตกแต่ง; การสะท้อนแสงสูงสุด

ขัดด้วยไฟฟ้า: ขจัดชั้นพื้นผิวเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและการทำความสะอาด จำเป็นสำหรับการใช้งานด้านเภสัชกรรมและเซมิคอนดักเตอร์

พาสซีฟ (ASTM A967): การบำบัดทางเคมีเพื่อเพิ่มและตรวจสอบความสมบูรณ์ของฟิล์มพาสซีฟ

การวิเคราะห์ต้นทุน: การตัดสินใจทางการเงินที่ถูกต้อง

ราคามักเป็นปัจจัยแรกที่ผู้ซื้อพิจารณา การทำความเข้าใจโครงสร้างต้นทุนที่สมบูรณ์ - รวมถึงวัตถุดิบ การผลิต การบำรุงรักษา และ-มูลค่าอายุการใช้งาน - เป็นสิ่งสำคัญในการตัดสินใจที่ดี

ตารางที่ 5: การเปรียบเทียบต้นทุน - 304 กับเหล็กกล้าไร้สนิม 316

การปฏิบัติตามกฎระเบียบและมาตรฐานอุตสาหกรรม

สแตนเลสทั้ง 304 และ 316 ถือว่าปลอดภัยสำหรับการสัมผัสกับอาหารภายใต้ FDA 21 CFR และกฎระเบียบของสหภาพยุโรป (EC) หมายเลข 1935/2004 อย่างไรก็ตาม 316L เป็นเกรดที่ต้องการสำหรับพื้นผิวที่สัมผัสกับอาหารโดยตรงในอุปกรณ์แปรรูปเชิงพาณิชย์ เนื่องจากน้ำยาฆ่าเชื้อที่สะอาดด้วยคลอรีน-แบบแทนที่ (CIP) (CIP) สามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนใน 304 เมื่อเวลาผ่านไป

มาตรฐาน ASME BPE ซึ่งควบคุมอุปกรณ์กระบวนการทางชีวภาพ กำหนดไว้อย่างชัดเจนถึง 316 ลิตร (ขั้นต่ำ) สำหรับผลิตภัณฑ์ทั้งหมด-พื้นผิวสัมผัสในการผลิตยา ชีวเภสัชภัณฑ์ และการดูแลส่วนบุคคล ข้อกำหนดนี้สอดคล้องกับกฎระเบียบ FDA cGMP (21 CFR ส่วนที่ 210/211) และแนวทางการผลิต ICH Q7 API

สำหรับโครงสร้างทางทะเลและแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง กฎของ DNV GL, Lloyd's Register และ ABS จะระบุเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316 ขึ้นไป-สำหรับส่วนประกอบที่เปียกน้ำทะเล- NACE MR0175 / ISO 15156 ควบคุมวัสดุสำหรับการผลิตน้ำมันและก๊าซในสภาพแวดล้อมที่มี H₂S{6}}

ในสหภาพยุโรป ข้อบังคับด้านอุปกรณ์แรงดัน (PED 2014/68/EU) และ ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) Section VIII จะควบคุมส่วนประกอบแบริ่งแรงดัน- ทั้ง 304 และ 316 เป็นวัสดุที่อยู่ในรายการ โดยมีความเค้นที่อนุญาตซึ่งจัดเป็นตารางตามอุณหภูมิในรหัสที่เกี่ยวข้อง

สรุปการคัดเลือกด่วน

ใช้เมทริกซ์การตัดสินใจด้านล่างนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงอย่างรวดเร็วเมื่อทำการเลือกเกรดของคุณ สำหรับการใช้งานที่ซับซ้อนหรือสำคัญ ควรปรึกษากับวิศวกรโลหะวิทยาที่ผ่านการรับรองเสมอ

ตารางที่ 6: เมทริกซ์การตัดสินใจเลือกเกรด - 304 เทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิม 316

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ในการใช้งานภายในอาคารที่ไม่ใช่-คลอไรด์ ความชื้นต่ำ- หรือเพื่อความสวยงามล้วนๆ ใช่ อย่างไรก็ตาม การแทนที่ 304 ด้วย 316 ในสภาพแวดล้อมทางทะเล การแปรรูปอาหาร ยา หรือสารเคมี อาจส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการกัดกร่อนก่อนเวลาอันควรและต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่สูงขึ้น ตรวจสอบการเปลี่ยนทดแทนให้เหมาะสมกับเงื่อนไขการบริการเฉพาะเสมอ

แนะนำให้ใช้ 316L (คาร์บอนต่ำ-) เมื่อใดก็ตามที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อม เนื่องจากจะช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดอาการแพ้ในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน- ในการใช้งานที่ไม่มีการเชื่อม มาตรฐาน 316 และ 316L ทำหน้าที่ต้านทานการกัดกร่อนได้แทบจะเหมือนกัน ความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่ลดลงเล็กน้อย (จากขั้นต่ำ 515 MPa เป็น 485 MPa) สำหรับ 316L นั้นแทบจะไม่ใช่ปัจจัยจำกัด

ทั้งสองเกรดมีความทนทานต่อสนิมสูง (การกัดกร่อนของเหล็กออกไซด์) ภายใต้สภาวะปกติ อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ที่รุนแรง - โดยเฉพาะอย่างยิ่งสเปรย์เกลือที่คงอยู่ การแช่ในสารละลายน้ำเกลือ หรือการสัมผัสกับสารเคมีที่มีคลอรีน - 304 สามารถทำให้เกิดรูพรุนที่พื้นผิวซึ่งหากขั้นสูงจะทำให้เกิดสนิมที่มองเห็นได้-การย้อมสี. 316 ซึ่งต้านทานสิ่งนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก ไม่มีเกรดใดมีภูมิคุ้มกันอย่างสมบูรณ์ แนะนำให้บำรุงรักษาพื้นผิวอย่างเหมาะสมเสมอ

การตรวจสอบด้วยสายตาเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแยกความแตกต่าง 304 จาก 316 ได้ วิธีการระบุที่เชื่อถือได้ประกอบด้วย: (1) การตรวจสอบรายงานการทดสอบวัสดุ (ใบรับรอง MTR/โรงสี) ซึ่งจะต้องมาพร้อมกับผลิตภัณฑ์สแตนเลสที่ผ่านการรับรองทั้งหมด; (2) สเปกโทรสโกปี XRF (X-ray fluorescence) แบบพกพา ซึ่งสามารถตรวจจับโมลิบดีนัมได้ภายในไม่กี่วินาที (3) ชุดทดสอบจุดเคมีเฉพาะสำหรับการตรวจจับโม เครื่องหมายที่ประทับบนวัสดุ (เช่น 316L, S31603) ยังสามารถใช้ได้หากอ่านออกและตรวจสอบย้อนกลับได้

ตัวแปร H (สูง-คาร์บอน) - 304H (UNS S30409) และ 316H (UNS S31609) - ได้รับการระบุไว้สำหรับบริการที่มีอุณหภูมิสูง- (สูงกว่า 540 องศา / 1000 องศา F) ซึ่งจำเป็นต้องมีความต้านทานการคืบ อยู่ภายใต้การควบคุมของ ASTM A240 และ ASME SA-240 และค้นหาการใช้งานในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ส่วนประกอบของเตาเผา และเครื่องปฏิกรณ์ปิโตรเคมี ไม่แนะนำให้ใช้กับงานเชื่อมหรืองานไครโอเจนิค

บทสรุป

การเลือกระหว่างสเตนเลสสตีล 304 และ 316 นั้นเป็นคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับเศรษฐศาสตร์สิ่งแวดล้อมและวงจรชีวิตมากกว่าประสิทธิภาพเชิงกล

สแตนเลส 304 เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน-วัตถุประสงค์ทั่วไป ในร่ม บรรยากาศ และ-คลอไรด์ต่ำส่วนใหญ่ ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่โดดเด่น ขึ้นรูปได้ดีเยี่ยม และได้รับการยอมรับตามกฎระเบียบในวงกว้าง โดยมีต้นทุนวัสดุต่ำกว่า 316 ถึง 20–35%

สแตนเลส 316 - โดยเฉพาะรุ่นคาร์บอนต่ำ- 316L - เป็นข้อกำหนดที่ถูกต้องเมื่อใดก็ตามที่มีคลอไรด์ สารเคมีในกระบวนการผลิต สารฆ่าเชื้อที่มีฤทธิ์รุนแรง หรือข้อบังคับ (FDA, cGMP, ASME BPE) การเติมโมลิบดีนัมเป็นวิธีการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก และค่าใช้จ่ายล่วงหน้าเพิ่มเติมได้รับการพิสูจน์ให้เห็นอย่างต่อเนื่องโดยต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของที่ลดลงในสภาพแวดล้อมการบริการที่มีความต้องการสูง