Acero inoxidable 304L frente a 304H: Una comparación exhaustiva

I. Introducción

Durante la construcción de un proyecto concreto en 2014, nos encontramos con problemas de construcción de soldaduras que afectaban tanto a materiales de tuberías 304 como 304H.

A través de una serie de actividades del proyecto relacionadas con la gestión de materiales, la gestión de la construcción, las técnicas de soldadura y las inspecciones, observamos que los materiales de la serie 304 comparten rasgos comunes dentro de un cierto rango, pero también tienen distinciones claras y separaciones estrictas.

Por lo tanto, resumir estas similitudes y diferencias contribuye a la sistematización del conocimiento y a la acumulación de futuras experiencias de construcción.

II. Introducción a los materiales de acero inoxidable austenítico 304

Los aceros inoxidables austeníticos suelen pertenecer a la categoría de aceros resistentes a la corrosión y son los más utilizados. tipo de acero.

El acero inoxidable de tipo 18-8 es el más representativo, presenta propiedades mecánicas favorables y es conveniente para el procesamiento mecánico, el estampado y la soldadura.

Ofrece una excelente resistencia a la corrosión en medios oxidativos y una buena resistencia al calor. Sin embargo, es especialmente sensible a los medios que contienen iones cloruro (Cl-), que pueden provocar corrosión bajo tensión. El acero inoxidable 18-8, principalmente 304, 304L, 304H, está disponible en diversas formas, como chapas, barras y placas.

La aleación 304H (UNS S30409) es una versión modificada de la aleación austenítica 304 de cromo 18% y níquel 8%. La contenido en carbono en este producto se controla entre 0,04 y 0,10, lo que mejora la resistencia a altas temperaturas de los componentes del producto en entornos de más de 800 °F.

En esta sección se analizan principalmente los grados de acero, la composición química y el rendimiento del acero 304 austenítico. materiales de acero inoxidable, comparando principalmente chapas y tubos de acero.

Tabla aproximada de equivalencias de calidades de acero para chapas de acero inoxidable austenítico de calidad 304

Tabla aproximada de equivalencias de calidades de acero para tubos soldados de acero inoxidable austenítico de calidad 304

Tabla de composición química de los austeníticos Acero inoxidable 304 y acero resistente al calor

Tabla de tensiones admisibles para acero inoxidable austenítico Chapa de acero Grado 304

Tabla de tensiones admisibles para tubos de acero inoxidable austenítico de grado 304

Cuando se utilizan materiales de acero inoxidable austenítico para tuberías a presión, es esencial tener en cuenta que el acero inoxidable austenítico al cromo-níquel puede sufrir fragilización en fase sigma cuando se utiliza durante un periodo prolongado a temperaturas comprendidas entre 540°C y 900°C.

Es aconsejable controlar el contenido de ferrita y el grado de deformación en frío del acero austenítico. En condiciones de alta temperatura (temperatura de funcionamiento superior a 540 °C), el acero inoxidable austenítico de bajo contenido en carbono (C ≤ 0,08%) también debe cumplir requisitos adicionales:

1) El contenido de carbono del material parental debe ser ≥ 0,04;

2) Estado del tratamiento térmico: Enfriamiento rápido >1040°C;

3) El tamaño medio del grano debe ser de grado 7 o más grueso. Si no pueden cumplirse estos requisitos adicionales, la tensión admisible debe seleccionarse de acuerdo con el acero inoxidable de ultrabajo contenido en carbono.

Propiedades mecánicas

Alta temperatura Límite elástico Tabla para la placa de acero inoxidable austenítico de grado 304

Tabla de límite elástico a alta temperatura para tubos de acero inoxidable austenítico de grado 304

En GB/T20878-2007 "Grados y composición química del acero inoxidable y del acero resistente al calor", un nuevo austenítico de alta temperatura grado de acero inoxidable S30409 (07Cr19Ni10) con un contenido de carbono de 0,04%~0,10%.

Sin embargo, existe un problema de doble grado con el grado 304, es decir, hay un contenido de carbono superpuesto entre S30409 (07Cr19Ni10) y S30408 (06Cr19Ni10). El mismo problema de doble grado existe también con S31609 (07Cr17Ni12Mo2), que tiene un contenido de carbono de 0,04%~0,10%, y también hay un solapamiento en el contenido de carbono con S31608 (06Cr17Ni12Mo2).

III. Gestión de materiales de acero inoxidable austenítico 304

Etiquetado de materiales y documentos de garantía de calidad

Los materiales suministrados y recibidos para tuberías a presión deben etiquetarse de acuerdo con las normas correspondientes y las estipulaciones del contrato. Cada pieza de material debe llevar marcas claras y firmes, y en el caso de materiales con un diámetro nominal inferior o igual a DN40, el etiquetado puede realizarse mediante etiquetas u otros métodos sustitutivos.

El contenido del etiquetado debe incluir, como mínimo, las marcas del fabricante y el nombre del material (código). En el caso de los componentes de tuberías de acero inoxidable austenítico (tipo H) utilizados en condiciones de alta temperatura, también deben incluirse los números de lote o códigos del material.

Los documentos de garantía de calidad correspondientes incluyen los resultados de las inspecciones y pruebas especificadas en normas y contratos, y deben ser trazables.

IV. Soldadura del acero inoxidable austenítico 304

1. Evaluación del proceso de soldadura

Los materiales de base para la soldadura de equipos a presión se clasifican y agrupan en función de su composición química, propiedades mecánicas y soldabilidad. material metálico.

Según la norma NB/T47014-2011, las categorías de materiales de base para S30403, S30408 y S30409 son Fe-8, con un grupo de Fe-8-1. Proceso de soldadura puede consultar nuestro informe de evaluación del proceso de soldadura HN2006-02-2012.

2. Selección de materiales de soldadura

El principio de selección de los materiales de soldadura figura en la norma NB/T47015-2011: para soldar aceros de alta aleación del mismo grado, los materiales de soldadura deben garantizar que las propiedades mecánicas del metal de soldadura sean iguales o superiores a los valores límite especificados para el material de base.

Cuando sea necesario, su resistencia a la corrosión no debe ser inferior a los requisitos correspondientes del material de base, o las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión deben cumplir las condiciones técnicas estipuladas en los documentos de diseño.

Materiales de soldadura recomendados según la tabla siguiente:

3. Consideraciones sobre la soldadura

En comparación con el acero al carbono, la resistencia del acero inoxidable austenítico es 5 veces superior a la del acero al carbono, lo que se traduce en un mayor aporte de calor en las mismas condiciones de corriente de soldadura y tensión de arco.

La conductividad térmica es baja, aproximadamente 1/3 de la del acero al carbono, lo que provoca una transferencia de calor lenta y una mayor deformación térmica.

El coeficiente de dilatación lineal es aproximadamente 40% mayor que el del acero al carbono, lo que puede provocar fácilmente un aumento de la dilatación térmica durante el calentamiento y la contracción durante el enfriamiento, haciendo que la deformación después de la soldadura sea más pronunciada.

Puntos clave para soldar acero inoxidable austenítico:

1) Para evitar grandes deformaciones y tensiones durante la soldadura, debe elegirse un método de soldadura con energía de soldadura concentrada.

2) Control estricto de calor de soldadura Se debe mantener la entrada para evitar que el grano de soldadura crezca severamente y la aparición de grietas calientes de soldadura.

3) Para mejorar la resistencia a las fisuras térmicas y la resistencia a la corrosión de la soldadura, la zona de soldadura debe mantenerse limpia para evitar que se infiltren elementos nocivos en la soldadura.

4) El acero inoxidable austenítico no requiere precalentamiento durante la soldadura. Para evitar el crecimiento de grano en la soldadura y en la zona afectada por el calor y la precipitación de carburos, y para garantizar la plasticidad, tenacidad y resistencia a la corrosión del junta soldadaLa temperatura entre pasadas debe mantenerse baja, generalmente no superior a 100°C.

4. Cuestión del grano de austenita

Austenita El grano de austenita es el grano que se obtiene cuando el acero se austeniza, y el tamaño del grano se denomina tamaño del grano de austenita. El tamaño de grano estándar se divide en 8 niveles, los niveles 1-4 son granos gruesos, los niveles 5-8 son granos finos, y los niveles 10-13 por encima del nivel 8 son granos ultrafinos.

Las observaciones se realizan con un microscopio de 100 aumentos. En la producción real, el refinamiento del grano se ha convertido en uno de los métodos importantes para fortalecer los materiales metálicos, lo que puede mejorar la resistencia y la tenacidad del acero al mismo tiempo. También esperamos obtener granos más finos durante la soldadura de ingeniería.

Debemos prestar atención a la influencia de la velocidad de calentamiento durante el proceso de soldadura. La tasa de calentamiento es esencialmente una cuestión de sobrecalentamiento. Cuanto mayor sea el grado de sobrecalentamiento, mayor será la relación entre la velocidad de nucleación y la velocidad de crecimiento, y menor será el tamaño inicial del grano.

A pesar de ello, austenita Los granos tienden a crecer a altas temperaturas, por lo que no puede haber un largo tiempo de mantenimiento a altas temperaturas. Por lo tanto, hacemos hincapié en el calentamiento y enfriamiento rápidos durante la soldadura.

El contenido de carbono del acero también afecta al grano de austenita. Cuando el contenido de carbono en el acero no es suficiente para formar sin disolver carburos, a medida que aumenta el contenido de carbono, los granos de austenita tienden a crecer y a engrosarse.

Por lo tanto, entre las tres, la S30408 tiene más probabilidades de engrosarse, y debe prestarse atención al control y la prevención del engrosamiento del grano en otros aspectos.

Control de la relación cromo-níquel en el metal de soldadura, para el acero inoxidable 304, cuando la relación cromo-níquel del material de soldadura es inferior a 1,61, es probable que se produzcan fisuras en caliente; cuando la relación cromo-níquel alcanza 2,3-3,2, pueden evitarse las fisuras en caliente.

Limitar estrictamente el contenido de elementos nocivos como el boro, el azufre, el fósforo y el selenio en el metal de soldadura también puede prevenir la aparición de grietas calientes.

V. Conclusión

El diseño de equipos petroquímicos para alta temperatura, alta presión y fuerte corrosión es exigente, y la elección de los materiales y la construcción de las soldaduras deben considerarse cuidadosamente para garantizar la estabilidad a largo plazo de los equipos.

Es especialmente importante comprender las características de los materiales, distinguir sus diferencias y similitudes y dominar las técnicas de construcción de soldaduras específicas.

Con el desarrollo de la tecnología de materiales, éstos se optimizan cada vez más para un rendimiento específico, y la "selección y uso de materiales" se está especializando cada vez más, al igual que los conocimientos. Es de esperar que este artículo desempeñe un papel positivo a este respecto.