Нерђајући челик 304 против 304Л: када је ниско угљеник важно за заваривање и отпорност на корозију

Ако сте икада наручили нерђајући челик за заварени резервоар, посуду под притиском или систем хемијских цевовода, суочили сте се са питањем: "304 или 304Л?" Разлика у цени изгледа мала на папиру - можда 200 УСД за поруџбину од 5000 УСД. Продавац би могао рећи: „У основи су исти“. Али та одлука од 200 долара одређује да ли ће ваши заварени спојеви и даље бити структурално здрави пет година касније - или ће интергрануларна корозија прогутати зону{10}}захваћену топлотом сваког завареног споја, претварајући посуду под притиском у темпирану бомбу.

Цела разлика између 304 и 304Л се своди на један број: садржај угљеника. 304 дозвољава до 0,08% угљеника. 304Л - „Л“ означава „ниско угљеник“ - ограничава угљеник на 0,03%. Та разлика од 0,05% је невидљива голим оком, невидљива магнетом и неважна за затезну чврстоћу. Али током заваривања - у минутима када се челик охлади од 1500 степени до 400 степени -, 0,05% додатног угљеника у 304 се исталожи као карбиди хрома на границама зрна, исцрпљујући околни метал хромом и стварајући микроскопске путеве за напад корозије. Ова појава се назива сензибилизација, а резултујући режим квара - интергрануларна корозија, или „распад завара“ - је изазвао више кварова опреме од нерђајућег челика него сви други механизми корозије заједно.

Правило одлуке је једноставно: ако заварите, изаберите 304Л. Премија трошкова од 3-8% за 304Л је тривијална у поређењу са ценом једног квара заваривања. Ако, на пример, не заварите -, навођење хладно-делова од хладног лима, причвршћивача или жарених шипки за машинску обраду - 304 је технички довољно и нешто јефтиније. Али у савременим ланцима снабдевања, двоструки-сертификовани 304/304Л материјали су постали толико уобичајени да је премија цена практично нестала за већину стандардних облика производа. Када сте у недоумици, наведите двоструки-сертификовани 304/304Л - и добијате гаранцију ниске емисије угљеника од 304Л без додатног плаћања.

Хемијски састав - 0,05% који мења све

304 и 304Л деле исту основну хемију - 18-20% хрома и 8-10,5% никла - и разликују се само по максималном дозвољеном садржају угљеника: 304 дозвољава до 0,08% угљеника, док га 304Л ограничава на 0,03%. Ова разлика у једном елементу нема мерљив утицај на механичка својства на собној температури, али је одлучујући фактор за отпорност завара на корозију.

И 304 и 304Л припадају породици аустенитног нерђајућег челика серије 300-. Они нису-магнетни у жареном стању, имају одличну способност обликовања и заварљивост и пружају добру општу отпорност на корозију у атмосферском, воденом и благо киселом окружењу. Надимак „18-8“ односи се на њихов састав од приближно 18% хрома + 8% никла – формула која је учинила 304 најраспрострањенијом врстом нерђајућег челика на Земљи, што чини преко 50% глобалне производње нерђајућег челика.

Зашто је 0,05% угљеника толико важно? - Механизам сензибилизације

Када304 нерђајући челиксе загрева на 425-870 степени - температурни опсег постигнут у зони погођеној топлотом-(ХАЗ) поред шава - атоми угљеника који су растворени у металној матрици постају покретни и мигрирају до граница зрна, где реагују са хромом да би формирали хром₂Цхром₂ преципитати. Свака честица хром карбида троши приближно 16 атома хрома на сваких 6 атома угљеника, исцрпљујући суседни гранични регион хрома испод прага од 12% потребног за одржавање филма пасивног оксида. Резултат: микроскопска зона осиромашене хромом{10}}на свакој граници зрна, која првенствено кородира када је изложена електролиту – начин квара познат као интергрануларна корозија (ИГЦ) или „распадање завара“.

Да бисте разумели зашто 0,05% угљеника чини разлику између отпорности на корозију и квара на корозију, замислите атоме угљеника као „крадљивце хрома“. У 304, са до 0,08% угљеника, има довољно атома угљеника у челику да украде хром из отприлике 1,3% укупног садржаја хрома када се формирају карбиди. Ово спушта ниво хрома на граници зрна испод 12% - критичног прага пасивног филма. У 304Л, са само 0,03% угљеника, количина хрома која може да се „украде” је мања од 0,5% укупног хрома - није довољна да се било која граница зрна спусти испод прага од 12%. Границе зрна у завареном 304Л задржавају своју пуну отпорност на корозију, чак и без термичке обраде након{16}}заваривања.

Опсег температуре сензибилизације од 425-870 степени (800-1.600 степени Ф) је критично важан јер је управо то температурни опсег кроз који зона завареног -захваћена топлотом пролази током хлађења. Типичан ГТАВ (ТИГ) завар на 304 лиму дебљине 3 мм одржава ХАЗ у опсегу сензибилизације приближно 30-60 секунди – довољно дуго да таложење карбида почне у 304, али недовољно дуго да изазове мерљиву сензибилизацију у 304Л. За дебље делове (10 мм+), спорија брзина хлађења продужава време у опсегу сензибилизације на неколико минута, што чини 304Л неопходним.

Двоструки-сертификовани 304/304Л - савремени стандард

У пракси, већина производа од нерђајућег челика који се данас производе -, посебно равних-ваљаних производа (лимови, плоча, котур) и цевастих производа (цеви, цеви) - има двоструки-сертификовани сертификат да испуњава и 304 и 304Л хемију. То значи да материјал има угљеника мање од или једнако 0,03% (задовољава 304Л), хрома 18,0-20,0% и никла 8,0-10,5% (задовољава оба). Двоструки{16}}сертификовани материјал елиминише потребу за избором – аутоматски добијате заварљивост од 304Л по цени од 304. Увек питајте свог добављача да ли је материјал двоструко сертификован; ако јесте, дебата 304 против 304Л је решена.

Двострука сертификација је постала широко распрострањена јер модерна рафинација аргона-разугљиковања кисеоником (АОД), која производи преко 95% светског нерђајућег челика, природно постиже нивое угљеника испод 0,03% без значајних додатних трошкова. АОД процес убризгава мешавину аргона и кисеоника у растопљени челик да би се уклонио угљеник - и лакше је и јефтиније уклонити угљеник до 0,02-0,03% него зауставити тачно на 0,08%. То значи да је за модерног произвођача челика производња хемије 304Л заправо подразумевана -, а производња 304 са већим угљеником захтева намерно додавање угљеника назад у растоп. Због тога је 304/304Л са двоструким сертификатом постао индустријски стандард, а не изузетак.

[Извор] АСТМ А240/А240М - Стандардна спецификација за хром и хром-Никалне плоче, лимове и траке од нерђајућег челика. АСТМ А312/А312М - Стандардна спецификација за бешавне, заварене и јако хладно обрађене аустенитне цеви од нерђајућег челика.

Механичка својства - Да ли су 304 и 304Л исте снаге?

На собној температури у жареном стању, 304 и 304Л имају суштински идентична својства затезања. Обе класе испуњавају исте минималне захтеве АСТМ А240: затезна чврстоћа већа или једнака 515 МПа (75 кси), граница течења већа или једнака 205 МПа (30 кси) и издужење веће или једнако 40%. Свака разлика у чврстоћи између два комада 304 и 304Л може се приписати величини зрна, историји хладног рада и пракси жарења -, а не разлици у садржају угљеника.

Високо{0}}температурна чврстоћа: суптилна разлика на повишеним температурама

Изнад приближно 425 степени (800 степени Ф), 304 задржава нешто већу чврстоћу од 304Л јер већи садржај угљеника обезбеђује мали ефекат-јачања таложења услед финих дисперзија карбида. Међутим, ова предност долази са великим компромисом-: на истим температурама, 304 је подложан сензибилизацији ако је претходно био заварен. За апликације на високим{9}}применама изнад 425 степени где је потребно заваривање, узмите у обзир 304Х (0,04-0,10% Ц, УНС С30409) уместо - који комбинује високотемпературну чврстоћу вишег угљеника са контролисаном величином зрна за отпорност на пузање, према захтевима АСМЕ кода за котлове.

АСМЕ код за котлове и посуде под притиском, одељак ИИ, део Д даје дозвољене вредности напона за оба типа на повишеним температурама. На 500 степени (932 степена Ф), 304 има дозвољени напон од приближно 102 МПа наспрам 94 МПа за 304Л -, што је разлика од око 8%. На 600 степени (1.112 степени Ф), разлика се сужава на око 5%. За већину индустријских примена испод 400 степени -, што укључује огромну већину хемијске обраде, хране и пића, фармацеутских, третмана воде и архитектонских апликација - ова висока{{18}разлика у чврстоћи температуре је ирелевантна, а предност корозије 304Л надмашује било коју теоријску снагу304.

[Извор] АСМЕ шифра котла и посуда под притиском, одељак ИИ, део Д - својства (метрички), издање 2023. АСТМ А240/А240М дозвољене вредности напрезања.

Перформансе заваривања - Срж одлуке 304 против 304Л

Пропадање шава (међугрануларна корозија у зони -захваћеној топлотом) се дешава у четири корака: (1) основни метал поред шава се загрева на 425-870 степени; (2) атоми угљеника дифундују до граница зрна и реагују са хромом и формирају карбиде хрома; (3) област границе зрна поред карбида је осиромашена хромом испод 12%; (4) када су изложени корозивној средини - чак и благим киселинама или влази -, границе зрна осиромашене хромом-кородирају првенствено, а метал се буквално распада дуж граница зрна. У 304Л, корак 2 никада не достиже критични праг јер нема довољно угљеника да би се формирала континуирана мрежа карбида на граници зрна.

Да бисте визуелизовали овај процес, замислите зид од цигле. Зрна од нерђајућег челика су цигле - јаке, отпорне на корозију- и појединачно неоштећене. Границе зрна су малтер између цигли. У незавареном 304 или завареном 304Л, малтер је јак као и цигле. Али у завареном 304, сензибилизација раствара хром из малтера, претварајући га у песак. Зид и даље изгледа као зид - цигле су и даље ту, геометрија је непромењена - али лагани притисак (корозивна средина) узрокује да се цигле распадну, јер је нестао малтер који их је држао заједно. Због тога је пропадање завара тако подмукло: компонента изгледа нормално све док изненада не поквари.

Заваривање 304 вс 304Л - Практична правила

Правило за СВА заваривање: Користите додатни метал од 308Л (ЕР308Л за ТИГ, Е308Л за штап), без обзира да ли заварите 304 до 304, 304Л до 304Л или 304 до 304Л. Ниско{10}}угљенична пунила обезбеђује да је сам метал шава отпоран на преосетљивост. Чак и ако је основни метал стандард 304, депоновани метал завара ће имати отпорност на корозију304Л челик.

Накнадна-термичка обрада заваривања - када 304 то захтева, а 304Л не

Основна практична разлика између 304 и 304Л је следећа: заварена компонента 304 која ће бити изложена корозији МОРА бити растворена-осветљена након заваривања да би се поново-растворили хром карбиди и повратила отпорност на корозију. Жарење раствором захтева загревање целе компоненте на 1.040-1.150 степени (1.900-2.100 степени Ф), а затим брзо гашење у води - процес који је скуп, енергетски{17}}интензиван и често физички немогућ за велике цевне спојеве, конструкције под притиском од танка (тан). Заварена компонента 304Л постиже исту отпорност на корозију у -завареном стању – није потребна термичка обрада после заваривања.

Ово је економски аргумент за 304Л у једној реченици: цена решења за жарење велике заварене производње (2.000-10.000 долара за циклус пећи плус ризик од изобличења) је 10-50 пута већа од премије за коришћење 304Л уместо 304 (200-50 долара). Када је ПВХТ немогућ - за заваривање на терену на инсталираним цевоводима, за велике резервоаре за складиштење, за поправке постојеће опреме - 304Л није само пожељан; потребно је.

Параметри заваривања за 304 и 304Л

[Извор] АВС А5.9/А5.9М - спецификација за голе електроде и шипке за заваривање од нерђајућег челика. АВС Д1.6/Д1.6М - Шифра структуралног заваривања - Нерђајући челик.

Отпорност на корозију - Тамо где је ниска-предност угљика видљива

Intergranular corrosion (IGC) is the primary corrosion mechanism that differentiates 304 from 304L. In the unwelded, annealed condition, both grades have identical general corrosion resistance to atmospheric exposure, fresh water, mild chemicals, and food products. But after welding, 304 becomes susceptible to IGC in even mildly corrosive environments - including tap water, rainwater, and humid air - because the chromium-depleted grain boundaries in the HAZ are anodic to the surrounding grains, creating microscopic galvanic cells. 304L after welding remains resistant to IGC because its grain boundaries retain >12% хрома.

Интергрануларна корозија је посебно опасна јер ју је тешко открити визуелним прегледом. Сензибилизовани 304 завар изгледа нормално на површини - може чак проћи и тест пенетрантности боје, јер је површина непрекидна. Али када су изложени проводљивој течности - чак и благо киселој процесној води -, границе зрна се растварају, а метал губи снагу без губитка дебљине пресека. Сензибилизована цев 304 која је хидротестирана на 1,5к пројектовани притисак првог дана може да поквари при 0,3к пројектованом притиску након шест месеци рада, јер је интергрануларна корозија претворила непрекидни метал у лабаво повезана зрна без чврстоће везе између њих.

Отпорност на корозију због околине - 304 у односу на 304Л након заваривања

Стандардни тестови за осетљивост на интергрануларну корозију

Користе се три стандардизована теста да би се потврдило да је 304Л (или било који нерђајући челик са ниским-угљиком) отпоран на интергрануларну корозију након заваривања: АСТМ А262 пракса А (тест нагризања оксалне киселине - брзи скрининг, 15 минута), пракса Ц (азотна киселина / Хуеи-јев тест губитак тежине {{48} пет квалитативних{58} периоди кључања), и пракса Е (бакар-бакар сулфат-сумпорна киселина/Страусов тест - тест савијања после 15-сатног кључања). 304Л у-завареном стању пролази сва три; 304 у -завареном стању не испуњава сва три – пружа квантитативне, на стандардима засноване доказе о критичној разлици између класа.

Хуеи тест (АСТМ А262 пракса Ц) је најтежи и квантитативнији од три. Заварени 304 примерак куван у 65% азотној киселини током пет периода од 48-часова обично губи 0,5-5,0 мм/годишње (20-200 миља годишње) у ХАЗ-у - стопа корозије је 10{10 пута већа од основног метала од околног метала. Слично заварени 304Л узорак тестиран под идентичним условима губи мање од 0,05 мм/годишње (2 милс годишње) – приближавајући се граници детекције теста. Ова милионскострука разлика у стопи корозије на граници зрна је инжењерски доказ иза једноставног правила: „завар=користи Л-класу“.

Водич за апликације - Када изабрати 304 вс 304Л

Пет правила за избор између 304 и 304Л

Правило 1Да ли ће компонента бити заварена? - Ако је ДА, користите 304Л или 304/304Л са двоструким-цертифицирањем. Ово једно питање решава више од 80% одлука 304 против 304Л. Свако заваривање - чак и једноструко заваривање, додатак на плочици са именом, потпорни држач - ствара ХАЗ који је подложан сензибилизацији у стандарду 304.

Правило 2Да ли је дебљина зида већа од 3 мм (1/8 инча)? - Ако ДА, користите 304Л. Дебљи делови се спорије хладе од температуре заваривања, продужавајући време проведено у опсегу сензибилизације (425-870 степени). Плоча дебљине 25 мм- може остати у опсегу сензибилизације 5-10 минута након заваривања, у поређењу са 30-60 секунди за лим од 1,5 мм – преко 10 пута дуже за развој таложења карбида.

Правило 3Да ли ће компонента видети корозивно окружење? - Ако ДА и заварени, користите 304Л. „Корозивно“ укључује средине које изгледају благо: воду из славине, кишницу, влажан ваздух, прехрамбене киселине (сирће, воћни сок), хемикалије за чишћење, процесни кондензат. ИГЦ не захтева концентроване киселине -, већ је потребан само електролит да би се формирала галванска ћелија између границе зрна (аноде) и околног зрна (катоде) осиромашене хромом-.

Правило 4Да ли је жарење решењем након{0}заваривања немогуће или непрактично? - Ако ДА, користите 304Л. Жарење раствором захтева загревање на 1.040-1.150 степени након чега следи брзо гашење водом. Ово је немогуће за:-заварене цевоводе, велике резервоаре, инсталирану опрему, поправке, компоненте танког зида које би деформисале и компоненте са обрађеним површинама које би оксидирале. За ове случајеве, 304Л је једина опција.

Правило 5Да ли је радна температура изнад 425 степени (800 степени Ф)? - Ако је одговор ДА, узмите у обзир да 304Х уместо тога. 304 има нешто бољу чврстоћу на високим-температурама од 304Л, али ако је компонента заварена и ради изнад 425 степени, 304Х (УНС С30409, 0,04-0,10% Ц са величином АСТМ већом од контролисане јачине 7) Усклађеност са АСМЕ кодом. Немојте користити 304 или 304Л за АСМЕ кодиране посуде под притиском изнад 425 степени без провере дозвољених напона.

Често постављана питања

П: Шта значи "Л" у 304Л?

О: „Л“ значи „ниско угљеник“. Нерђајући челик 304Л има максимални садржај угљеника од 0,03%, у поређењу са 0,08% за стандард 304. Овај нижи садржај угљеника спречава таложење хром карбида на границама зрна током заваривања, што је основни узрок интергрануларне корозије (распадање шава). Ознаку „Л“ је АСТМ увео 1950-их, посебно да би се решио проблем корозије завара у опреми за хемијску обраду.

П: Да ли је 304Л слабији од 304?

О: Нема - на собној температури, 304 и 304Л имају суштински идентичну затезност и чврстоћу течења (оба испуњавају АСТМ А240 минимуме: 515 МПа затезна, 205 МПа принос). На температурама изнад 425 степени (800 степени Ф), 304 задржава нешто већу чврстоћу (око 5-8% већи дозвољени напон на 500 степени по АСМЕ коду), али за апликације испод 400 степени -, што укључује већину индустријских употреба – ова два разреда су заменљива у смислу чврстоће.

П: Могу ли заварити 304 до 304Л?

О: Да - 304 и 304Л су потпуно компатибилни за заваривање. Користите ЕР308Л (ТИГ) или Е308Л (штап) додатни метал. Ниско{6}}угљенична пунила обезбеђује да је метал шава отпоран на преосетљивост без обзира на садржај угљеника у основном металу. Једино што треба узети у обзир је да страна 304 ХАЗ-а и даље може бити подложна преосетљивости ако компонента буде изложена корозивном раду.

П: Да ли 304Л треба термичку обраду након-варења?

О: Не - ово је основна предност 304Л. У -завареном стању, 304Л је отпоран на интергрануларну корозију без икаквог -термичког третмана након заваривања. 304, насупрот томе, захтева жарење раствором на 1.040-1.150 степени + гашење водом након заваривања да би се повратила отпорност на корозију ако компонента буде изложена корозивној употреби.

П: Шта је 304/304Л двоструко{0}}сертификовано?

О: Двоструки-сертификовани 304/304Л је материјал који истовремено испуњава захтеве за хемијски састав оба разреда: угљеник мање од или једнако 0,03% (задовољава 304Л), хром 18,0-20,0%, никл 8,0-10,5% (ме). Постао је подразумевани производ у већини фабрика нерђајућег челика јер модерна АОД рафинација природно постиже нивое угљеника испод 0,03%. Двоструко сертификовани материјал вам даје заварљивост од 304Л по цени од 304 - и увек би требало да буде ваш први избор када је доступан.

П: Да ли 304 рђа?

О: 304 и 304Л су „нерђајући“ - а не „отпорни на мрље-“. Обе врсте отпорне су на рђе у већини затворених и благих спољашњих окружења, али могу развити површинску рђу (мрље од чаја) у срединама богатим хлоридима -, посебно у обалним областима са сланим спрејом. Ово је опште ограничење породице 304, а не разлика између 304 и 304Л. За окружења богата хлоридима (морска вода, обална вода, соли за одмрзавање), надоградите на 316Л, који додаје 2-3% молибдена да би се одупирао корозији у облику јаме.

П: 304 вс 304Л вс 316Л - како да изаберем?

О: Изаберите 304/304Л (двоструки-сертификовани) за заварену производњу опште намене, прераду хране, архитектонске примене и благе хемијске услуге где хлориди нису присутни. Изаберите 316Л када околина садржи хлориде (морска вода, обална вода, соли за одмрзавање, хемијски процеси са Цл⁻) - 316Л додаје 2-3% молибдена за отпорност на точење. Изаберите 304Х за АСМЕ посуде под притиском које раде изнад 425 степени где је снага пузања критична. Никада не бирајте -Л-граде 304 за заварене компоненте које ће видети било какво корозивно окружење.

П: Како да проверим да ли је мој материјал заиста 304Л, а не 304?

О: Проверите извештај о испитивању материјала (МТР) - он мора да приказује угљеник мањи од или једнак 0,03%. ПМИ (позитивна идентификација материјала) коришћењем ручне КСРФ не може да разликује 304 од 304Л јер КСРФ не може да мери угљеник (угљеник је превише лаган елемент за КСРФ детекцију). Једина поуздана метода верификације на терену је оптичка емисиона спектроскопија (ОЕС), која може да мери садржај угљеника. Ако је провера садржаја угљеника критична, затражите лабораторијску хемијску анализу или се ослоните на МТР млина (ЕН 10204 Тип 3.1).