Acer inoxidable 316H: explicació de la resistència a la corrosió a alta -temperatura

Què és l'acer inoxidable 316H?

316H és la variant d'alt-carboni de la família 316, designada UNS S31609 i coberta per ASTM A240 per a plaques, làmines i tires, ASTM A312 per a canonades i ASTM A213 per a tubs de calderes i sobreescalfadors, on es demana com a TP316H. El sufix H identifica un rang de carboni controlat del 0,04 al 0,10 per cent, deliberadament superior a l'estàndard 316, perquè el carboni és l'element que proporciona resistència a la fluència a alta-temperatura als acers inoxidables austenítics.

Igual que tota la família 316, 316H conté entre un 2,00 i un 3,00 per cent de molibdè. La combinació d'alt contingut de carboni i molibdè controlat el converteix en un material bàsic per a components que han de suportar tensions a temperatura elevada alhora que resisteixen la corrosió dels coixinets de sofre-, coixinets- de clorur o medis àcids. S'especifica on els graus de baix-carboni perden força massa ràpidament i on 304H no proporciona prou resistència a la corrosió.

Composició química de 316H

Els intervals d'anàlisi de calor-a continuació són requerits per ASTM A240 per a UNS S31609. La mateixa química s'aplica a TP316H sota ASTM A312 i A213.

Element	Contingut, % en pes
Carboni, C	0.04 - 0.10
Manganès, Mn	2,00 màx
Fòsfor, P	0,045 màx
sofre, S	0,030 màx
Silici, Si	0,75 màx
Crom, Cr	16.0 - 18.0
Níquel, Ni	10.0 - 14.0
Molibdè, Mo	2.00 - 3.00
Ferro, Fe	Balanç

L'equivalent japonès és SUS316H sota JIS G4303 i G4304. EN 10088-2 no inclou un grau 316H; Els projectes europeus solen creuar-referències TP316H segons ASTM A312/A213 o especifiquen una química equivalent de molibdè d'alt-carboni.

Propietats mecàniques i resistència a alta-temperatura

D'acord amb ASTM A240, la placa i el full 316H recuits en solució-han de complir els requisits següents de temperatura-ambiental:

Propietat	Requisit
Resistència a la tracció	515 MPa mín
Límit de fluència, compensació del 0,2%.	205 MPa min
Elongació en 2 polzades (50 mm)	40% min
Duresa	217 HBW màx., 95 HRB màx

A temperatura, el contingut de carboni controlat fixa els límits del gra i alenteix el moviment de dislocació, la qual cosa augmenta la força de fluència en comparació amb el 316L. La finestra de servei pràctica per a 316H és d'aproximadament 425 a 870 graus per a un funcionament continu. Codis de disseny, com ara ASME Secció VIII i B31.3, servei de retenció de pressió-tapa prop de 816 graus per a aquest grau; per sobre d'aquest rang, calen graus de-aliatges més resistents a la calor-. En atmosferes que contenen gasos de combustió-i sofre-, l'addició de molibdè ofereix una resistència notablement millor a la corrosió en calent que 304H en el mateix servei, motiu pel qual es selecciona 316H per a les seccions calentes de calderes, reactors i incineradors.

Resistència a la corrosió a temperatura elevada

Dos mecanismes són importants en el servei corrosiu{0}}d'alta temperatura:

Oxidació i sulfuració: el crom forma l'escala protectora de Cr2O3, mentre que el molibdè ajuda a resistir l'atac del sofre en atmosferes reductores i sulfurants. En els gasos de combustió que contenen sofre-a prop dels 800 graus, els graus-de molibdè són constantment més resistents que els graus simples 18-8.

Atac de clorur: el nombre equivalent de resistència a la picada de 316H, calculat a partir de la seva composició nominal, és d'aproximadament 25 a 27, en comparació amb uns 19 a 20 per a 304H, cosa que indica una resistència substancialment millor a la corrosió per picat i escletxa en dipòsits i condensats que contenen clorur-.

Encara cal tenir cura: en entorns de clorur fortament oxidant, o on hi ha sals foses o àcids politiònics, s'han d'avaluar els graus d'aliatge més elevats-dedicats o els graus estabilitzats.

Soldadura i Fabricació de 316H

Metall de farciment: utilitzeu farciment ER316H segons AWS A5.9, els nivells de carboni i molibdè coincideixen amb el metall base. El farcit ER316L de baix-carboni redueix la resistència a la fluència de la soldadura i no s'ha d'utilitzar per a dissenys a-alta temperatura.

Entrada de calor: manteniu l'entrada de calor moderada i controleu la temperatura entre passades per evitar una precipitació excessiva de carburs a la zona-afectada per la calor.

Tractament tèrmic: 316H s'utilitza normalment en condicions de recuit de solució-, de 1040 a 1120 graus seguit d'un refredament ràpid. El tractament tèrmic post-soldadura no és necessari per a la recuperació de la corrosió en la majoria dels casos i pot ser perjudicial si manté el material en el rang de sensibilització.

Formació: la conformació en calent ha d'acabar per sobre del rang de sensibilització, seguida del recuit de la solució; la conformació en fred segueix les regles austenítiques habituals amb atenció al retorn elàstic i l'enduriment per treball.

Seleccionant entre 316H, 316L i 316Ti

Condició	Grau recomanat	Raó
Tensió contínua a 425 - 870 graus, medis corrosius	316H	Alta resistència a la fluència més resistència a la corrosió del molibdè
Servei de soldadura per sota d'uns 450 graus	316L	Baix carboni, sense sensibilització, menor cost
Grau de -servei estàtic a llarg termini 400 - 900 amb soldadura	316Ti, UNS S31635	L'estabilització de titani evita la sensibilització sense alt contingut de carboni
Servei suau d'alta-temperatura, aire sec, sensible als costos	304H	No requereix molibdè, menor cost d'aliatge

Aplicacions típiques

Components de la caldera i tubs de sobreescalfador i reescalfador en la generació d'energia

Reactors químics d'alta-temperatura i línies de transferència que manipulen medis que contenen clor- o sofre-

Calefacció de superfícies i components de gas-de combustió d'incineradores de residus

Conduccions i col·lectors d'alta-temperatura en plataformes offshore

Accessoris de forn, nuclis de vàlvules i components del ventilador en plantes de procés

Preguntes freqüents

P: Què significa la H a 316H?

R: Indica un rang de carboni controlat del 0,04 al 0,10 per cent, que proporciona la força de fluència necessària per a un servei sostingut d'-alta temperatura. El grau està cobert per ASTM A240 com a UNS S31609 i per ASTM A312/A213 com a TP316H.

P: Quina diferència hi ha entre 316H i 316L?

R: 316H té un 0.04 - 0.10 per cent de carboni enfront del 0,035 per cent màxim per a 316L. El carboni més alt proporciona al 316H una força de fluència molt millor per sobre d'aproximadament 500 graus, mentre que el 316L ofereix una millor soldabilitat i una resistència a la corrosió com a-soldat a temperatures més baixes.

P: Per què és important el molibdè a 316H?

R: El molibdè millora la resistència a la corrosió per picades i esquerdes en els medis que contenen clorur{0}}i a l'atac del sofre en els gasos de combustió calents. Aquesta és la raó per la qual el 316H supera el 304H en el servei corrosiu d'-alta temperatura.

P: Quin metall de farciment s'ha d'utilitzar per soldar 316H?

A: ER316H per AWS A5.9, amb carboni i molibdè que coincideixen amb el metall base. S'ha d'evitar el farciment ER316L perquè la soldadura de baix-carboni tindrà una resistència a la fluència significativament menor a la temperatura de disseny.

P: Quina és la temperatura màxima de funcionament de 316H?

R: El servei continu és pràctic fins a uns 870 graus, mentre que els codis de disseny de pressió limiten els càlculs de tensió de disseny a prop de 816 graus. Per sobre d'aquest rang, calen graus-resistents a la calor amb més crom i níquel.

P: Com es verifica el rendiment-a alta temperatura de 316H?

R: La prova de ruptura per fluïdesa a temperatura elevada, que normalment s'informa com a vida de ruptura sota tensió i temperatura definides, és la verificació bàsica, complementada per proves de corrosió intergranular-com ara la prova de Strauss segons ASTM A262 per a components soldats.

Preguntes freqüents

Q1. Quins estàndards cobreixen el 316H i quines són les seves designacions?
316H està designat UNS S31609 i cobert per ASTM A240 per a plaques, làmines i tires, ASTM A312 per a canonades i ASTM A213 per a tubs de calderes i sobreescalfadors, on es demana com a TP316H; l'equivalent japonès és SUS316H sota JIS G4303 i G4304, mentre que EN 10088-2 no inclou un grau 316H.

P2. Quina és la composició química de 316H?
Segons ASTM A240 per a UNS S31609: carboni 0,04-0,10, manganès 2,00 màx, fòsfor 0,045 màx, sofre 0,030 màx, silici 0,75 màx., crom 16,0-18,0, níquel 10,0-14,0 per cent, 10,0-14,0% i mo. equilibri.

P3. Quins són els requisits mecànics de-temperatura ambient?
La placa i la làmina de 316H recuits amb solució{0} han de complir una resistència a la tracció mínima de 515 MPa, un 0,2 per cent de resistència elàstica compensada de 205 MPa, un allargament del 40 per cent en 2 polzades (50 mm) i una duresa de 217 HBW o 95 HRB màxim.

P4. Quina és la finestra de servei pràctica del 316H?
El funcionament continu és pràctic d'aproximadament 425 a 870 C, i codis de disseny com ASME Secció VIII i B31.3 que mantenen el servei de retenció de pressió-a prop de 816 C per a aquest grau; el seu nombre equivalent de resistència a la picada és d'aproximadament 25 a 27, en comparació amb uns 19 a 20 per a 304H.

P5. Com es selecciona el 316H contra el 316L i el 316Ti?
Trieu 316H per a una tensió contínua a 425-870 C en medis corrosius on calgui resistència a la fluència més resistència a la corrosió del molibdè; 316L per a servei de soldadura per sota d'uns 450 C; i 316Ti, UNS S31635, per a un servei estàtic a llarg termini a 400-900 C amb soldadura perquè l'estabilització de titani evita la sensibilització sense alt contingut de carboni.