Нержавіюча сталь марки 304L: пояснення стійкості до міжкристалітної корозії

Що таке міжкристалітна корозія і чому це важливо?

Міжкристалітна корозія — це локалізоване ураження вздовж меж зерен аустенітної нержавіючої сталі, спричинене збідненням хрому, що прилягає до меж. Коли сталь витримується в діапазоні температур приблизно від 425 до 815 градусів, вуглець дифундує до меж зерен і випадає у вигляді багатих хромом карбідів типу M23C6. Оскільки ці карбіди утворюються швидше, ніж хром може дифундувати назад із внутрішньої частини зерна, у вузькій зоні поруч із межею залишається менше приблизно 11-12 відсотків хрому, необхідного для підтримки пасивної плівки. У корозійному середовищі ця виснажена зона кородує переважно, і сталь може втратити міцність або витікати, навіть якщо самі зерна виглядають здоровими.

Цей стан називається сенсибілізацією. Найчастіше воно виникає під час зварювання, коли зона-термічного впливу, що прилягає до зварювального шва, повільно охолоджується в діапазоні сенсибілізації, або під час експлуатації, як-от неправильна термічна обробка чи вплив вогню. Стандартний сорт 304 із максимальним вмістом вуглецю 0,08 відсотка чутливий до цієї форми впливу у важких-зварних конструкціях. Клас 304L існує спеціально для того, щоб цього уникнути.

Хімічний склад 304L

У таблиці нижче наведено вимоги до-аналізу тепла для 304L відповідно до ASTM A240, керівного стандарту для пластин, листів і смуг з нержавіючої сталі для посудин під тиском і загального застосування. Європейський аналог – EN 1.4307 (X2CrNi18-9) відповідно до EN 10088-2.

елемент	ASTM A240 304L, мас.%	EN 1.4307, мас.%
Карбон, С	0,030 макс	0,030 макс
Марганець, Мн	2,00 макс	2,00 макс
Фосфор, П	0,045 макс	0,045 макс
Сірка, С	0,030 макс	0,015 макс
Кремній, Si	0,75 макс	1,00 макс
Хром, Cr	17.5 - 19.5	17.5 - 19.5
Нікель, Ni	8.0 - 10.5	8.0 - 10.5
Азот, Н	0,10 макс	0,11 макс
Залізо, Fe	Баланс	Баланс

Як низько{0}}вуглецевий дизайн запобігає сенсибілізації

Обмеження вмісту вуглецю в максимум 0,030 відсотка є серцевиною дизайну 304L. На цьому рівні кількість карбіду -хрому, яка може випадати в осад під час циклу зварювання, настільки мала, що виснаження хрому залишається нижчим за порогове значення, яке спричиняє міжкристальну атаку під час експлуатації. З цього випливають два практичних наслідки:

Зварні вироби з 304L зазвичай можна використовувати в-зварному стані без-термічної обробки після-зварювання, що є головною перевагою щодо вартості та планування для великих резервуарів, ємностей і систем труб.

Важкі зрізи та багато{0}}зварні шви, які повільно охолоджуються та проводять більше часу в діапазоні чутливості, набагато безпечніші в 304L, ніж у стандартному 304.

Хорошою практикою все ще є контроль підведення тепла при зварюванні та міжпрохідної температури, а також уникнення непотрібного впливу на готову деталь діапазону від 425 до 815 градусів, наприклад, під час гарячого формування або зняття напруги. Там, де робочі температури самі по собі високі, необхідно перевірити код конструкції, оскільки низькі-вуглецеві рівні обмежені при високій-температурі під тиском.

Механічні властивості 304L

Відповідно до ASTM A240 пластини, листи та стрічки 304L,-відпалені в розчині, мають відповідати таким вимогам-до кімнатної температури:

Власність	Вимога
Міцність на розрив	485 МПа мін
Межа текучості, зміщення 0,2 %	170 МПа мін
Подовження в 2 дюймах (50 мм)	40 % мін
Твердість	217 HBW макс., 95 HRB макс

Ці значення кімнатної-температури такі самі, як і ті, які необхідні для стандарту 304; Основною відмінністю між двома класами є корозійна поведінка під час зварювання, а не міцність.

Контрольні випробування на міжкристалітну корозію

Якщо специфікація вимагає підтвердження міжкристалітної -корозійної стійкості, стандартним набором тестів є ASTM A262, практики A–E:

Практика A: тест травлення щавлевою кислотою, швидкий метод скринінгу, який класифікує мікроструктуру як прийнятну або підозрілу.

Практика C: тест з киплячою азотною кислотою, також званий тестом Хьюї, який вимірює втрату ваги протягом п’яти 48-годинних періодів.

Практика E: випробування мідним-сульфатом міді з 16-відсотковою сірчаною кислотою, яке також називають випробуванням Штрауса, під час якого на зігнутому зразку не повинно бути тріщин після впливу.

Для стійкості до точкової корозії в хлоридних середовищах використовуються методи A і C ASTM G48 для оцінки точкової та щілинної корозії. Зразки для випробувань зазвичай беруться з тієї ж термічної та термічної обробки, що й виробничий матеріал, і результати записуються в сертифікаті випробувань на млині.

Заявки та примітки щодо вибору

Зварні резервуари, ємності та трубопроводи для харчової, молочної, пивоварної промисловості, виробництва напоїв і фармацевтичної промисловості, де присутні миючі хімікати та хлориди.

Архітектурні та конструкційні вироби, які зварюються та піддаються впливу зовнішньої або морської атмосфери.

Пластина-теплообмінника та{1}}резервуара під тиском, де вказано клас L, щоб уникнути термічної-обробки після зварювання.

Для посудин під тиском зверніть увагу, що правила проектування ASME обмежують низько{0}}углецеві класи L максимальною робочою температурою приблизно 425 градусів; більше того, слід розглянути високо{2}}вуглецевий вміст 304H або стабілізовані марки.

Часті запитання

Q1. Яка різниця між нержавіючої сталлю 304 і 304L?
Єдиною навмисною відмінністю є вуглець: 304 допускає максимум 0,08 відсотка, тоді як 304L обмежує вуглець до 0,030 відсотка. 304L протистоїть міжкристалітній корозії після зварювання та не потребує-термічної обробки після зварювання, тоді як важкі зварні секції 304 можуть викликати чутливість.

Q2. Що викликає міжкристалітну корозію нержавіючої сталі?
Вплив до 425 - 815 градусів осідає карбіди хрому на межах зерен, виснажуючи хром у суміжних зонах нижче рівня, необхідного для пасивності. Тоді корозійні середовища переважно атакують виснажені межі зерен-.

Q3. Чи потребує 304L термообробка після-зварювання?
Зазвичай ні. Низький вміст вуглецю зберігає чутливість нижче шкідливого порогу, тому зварні вироби 304L використовуються в -звареному стані. Відпал розчину потрібний, лише якщо матеріал був нагрітий до діапазону сенсибілізації під час обробки або експлуатації.

Q4. Який європейський еквівалент 304L?
EN 1.4307 (X2CrNi18-9) відповідно до EN 10088-2, з тим самим обмеженням вмісту вуглецю 0,030 відсотка, тими самими діапазонами вмісту хрому та нікелю та більш жорстким обмеженням вмісту сірки 0,015 відсотка.

Q5. Чи 304L слабший за 304?
Ні. Відповідно до ASTM A240 обидва сорти вимагають мінімальної міцності на розтяг 485 МПа та мінімальної межі текучості 170 МПа за кімнатної температури. Версія з низьким-вуглецевим вмістом вибирається для захисту від корозії, а не міцності.

Q6. Як перевіряють міжкристалітну корозію?
В основному відповідно до ASTM A262 Практики A, C і E, доповнено ASTM G48 для точкової та щілинної корозії. Результати випробувань задокументовані в сертифікаті випробувань млина на відповідність визначеній практиці.