Acciaio inossidabile 304L vs 304H: Un confronto completo

I. Introduzione

Durante la costruzione di un particolare progetto nel 2014, abbiamo riscontrato problemi di costruzione delle saldature che coinvolgevano i materiali dei tubi 304 e 304H.

Attraverso una serie di attività di progetto relative alla gestione dei materiali, alla gestione della costruzione, alle tecniche di saldatura e alle ispezioni, abbiamo osservato che i materiali della serie 304 presentano caratteristiche comuni all'interno di un certo intervallo, ma anche chiare distinzioni e separazioni rigorose.

Pertanto, la sintesi di queste somiglianze e differenze contribuisce alla sistematizzazione delle conoscenze e all'accumulo di esperienze costruttive future.

II. Introduzione ai materiali in acciaio inossidabile austenitico 304

L'acciaio inossidabile austenitico rientra generalmente nella categoria degli acciai resistenti alla corrosione ed è il più utilizzato. tipo di acciaio.

L'acciaio inossidabile di tipo 18-8 è il più rappresentativo, presenta proprietà meccaniche favorevoli ed è adatto alla lavorazione meccanica, allo stampaggio e alla saldatura.

Offre un'eccellente resistenza alla corrosione in ambienti ossidativi e una buona resistenza al calore. Tuttavia, è particolarmente sensibile ai mezzi contenenti ioni cloruro (Cl-), che possono portare alla corrosione da stress. L'acciaio inossidabile 18-8, principalmente 304, 304L, 304H, è disponibile in varie forme, tra cui lamiere, barre e piastre.

La lega 304H (UNS S30409) è una versione modificata della lega austenitica 304 a 18% di cromo e 8% di nichel. La lega contenuto di carbonio in questo prodotto è controllato tra 0,04 e 0,10, migliorando la resistenza alle alte temperature dei componenti del prodotto in ambienti con temperatura superiore a 800°F.

Questa sezione illustra principalmente i gradi di acciaio, la composizione chimica e le prestazioni dell'acciaio austenitico 304. materiali in acciaio inox, confrontando principalmente piastre e tubi d'acciaio.

Tabella equivalente approssimativa dei gradi di acciaio per le lamiere di acciaio inossidabile austenitico di grado 304

Tabella equivalente approssimativa dei gradi di acciaio per tubi saldati in acciaio inox austenitico di grado 304

Tabella di composizione chimica degli austenitici Acciaio inox 304 e acciaio resistente al calore

Tabella delle sollecitazioni ammissibili per l'acciaio inossidabile austenitico Piastra in acciaio Grado 304

Tabella delle sollecitazioni ammissibili per tubi in acciaio inossidabile austenitico grado 304

Quando si utilizzano materiali in acciaio inossidabile austenitico per tubazioni in pressione, è essenziale notare che l'acciaio inossidabile austenitico al cromo-nichel può subire un'infragilimento di fase sigma se utilizzato per un periodo prolungato a temperature comprese tra 540°C e 900°C.

È consigliabile controllare il contenuto di ferrite e il grado di deformazione a freddo dell'acciaio austenitico. In condizioni di alta temperatura (temperatura di esercizio superiore a 540°C), l'acciaio inossidabile austenitico a basso tenore di carbonio (C ≤ 0,08%) deve soddisfare ulteriori requisiti:

1) Il contenuto di carbonio del materiale madre deve essere ≥ 0,04;

2) Stato di trattamento termico: Raffreddamento rapido >1040°C;

3) La granulometria media deve essere di grado 7 o più grossolana. Se questi requisiti aggiuntivi non possono essere soddisfatti, la sollecitazione ammissibile deve essere selezionata in base all'acciaio inossidabile a bassissimo tenore di carbonio.

Proprietà meccaniche

Alta temperatura Resistenza allo snervamento Tabella per la piastra in acciaio inossidabile austenitico grado 304

Tabella del carico di snervamento ad alta temperatura per tubi in acciaio inossidabile austenitico grado 304

Nel documento GB/T20878-2007 "Gradi e composizione chimica degli acciai inossidabili e degli acciai resistenti al calore", è stato inserito un nuovo austenitico per alte temperature. grado di acciaio inossidabile S30409 (07Cr19Ni10) con un contenuto di carbonio di 0,04%~0,10%.

Tuttavia, esiste un problema di doppio grado con il grado 304, ossia la sovrapposizione del contenuto di carbonio tra S30409 (07Cr19Ni10) e S30408 (06Cr19Ni10). Lo stesso problema di doppio grado esiste anche con l'S31609 (07Cr17Ni12Mo2), che ha un contenuto di carbonio di 0,04%~0,10%, e vi è anche una sovrapposizione del contenuto di carbonio con l'S31608 (06Cr17Ni12Mo2).

III. Gestione dei materiali in acciaio inox austenitico 304

Etichettatura dei materiali e documenti di garanzia della qualità

I materiali forniti e ricevuti per le condotte in pressione devono essere etichettati in conformità agli standard corrispondenti e alle clausole contrattuali. Per i materiali con diametro nominale inferiore o uguale a DN40, l'etichettatura può essere effettuata con cartellini o altri metodi sostitutivi.

Il contenuto dell'etichettatura deve includere almeno i marchi del produttore e il nome del materiale (codice). Per i componenti di tubi in acciaio inossidabile austenitico (tipo H) utilizzati in condizioni di alta temperatura, devono essere inclusi anche i numeri di lotto o i codici del materiale.

I corrispondenti documenti di garanzia della qualità includono i risultati delle ispezioni e dei test specificati nelle norme e nei contratti e devono essere rintracciabili.

IV. Saldatura di acciaio inossidabile austenitico 304

1. Valutazione del processo di saldatura

Il materiale di partenza per la saldatura di attrezzature a pressione è classificato e raggruppato in base alla composizione chimica, alle proprietà meccaniche e alla saldabilità del materiale. materiale metallico.

Secondo la NB/T47014-2011, le categorie di materiali parentali per S30403, S30408 e S30409 sono Fe-8, con un gruppo di Fe-8-1. Processo di saldatura La valutazione può fare riferimento al nostro rapporto di valutazione del processo di saldatura HN2006-02-2012.

2. Selezione dei materiali di saldatura

Il principio di selezione dei materiali di saldatura è riportato nella NB/T47015-2011: per la saldatura di acciai alto-legati dello stesso grado, i materiali di saldatura devono garantire che le proprietà meccaniche del metallo saldato siano uguali o superiori ai valori limite specificati per il materiale madre.

Se necessario, la sua resistenza alla corrosione non deve essere inferiore ai requisiti corrispondenti del materiale madre, oppure le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione devono soddisfare le condizioni tecniche stabilite nei documenti di progetto.

I materiali di saldatura consigliati sono quelli indicati nella tabella seguente:

3. Considerazioni sulla saldatura

Rispetto all'acciaio al carbonio, la resistenza dell'acciaio inossidabile austenitico è 5 volte superiore a quella dell'acciaio al carbonio, con conseguente maggiore apporto di calore a parità di corrente di saldatura e tensione d'arco.

La conducibilità termica è bassa, circa 1/3 rispetto all'acciaio al carbonio, con conseguente lento trasferimento di calore e maggiore deformazione termica.

Il coefficiente di espansione lineare è circa 40% maggiore di quello dell'acciaio al carbonio, il che può facilmente portare a un aumento dell'espansione termica durante il riscaldamento e al ritiro durante il raffreddamento, rendendo più pronunciata la deformazione dopo la saldatura.

Punti chiave per la saldatura dell'acciaio inossidabile austenitico:

1) Per evitare grandi deformazioni e sollecitazioni di saldatura durante la saldatura, è necessario scegliere un metodo di saldatura con energia di saldatura concentrata.

2) Controllo rigoroso di calore di saldatura L'input deve essere mantenuto per evitare una forte crescita del grano di saldatura e l'insorgere di cricche calde di saldatura.

3) Per migliorare la resistenza alle cricche termiche e alla corrosione della saldatura, l'area di saldatura deve essere mantenuta pulita per evitare che elementi nocivi si infiltrino nella saldatura.

4) L'acciaio inossidabile austenitico non richiede un preriscaldamento durante la saldatura. Per prevenire l'accrescimento dei grani nella zona di saldatura e nella zona termicamente alterata e la precipitazione di carburi, e per garantire la plasticità, la tenacità e la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile austenitico, è necessario un preriscaldamento. giunto saldatoLa temperatura di interpass deve essere mantenuta bassa, generalmente non superiore a 100°C.

4. Problema del grano dell'austenite

Austenite Il grano è il grano che si ottiene quando l'acciaio viene austenitizzato e la dimensione del grano è chiamata granulometria dell'austenite. La granulometria standard è suddivisa in 8 livelli: i livelli 1-4 sono grani grossolani, i livelli 5-8 sono grani fini e i livelli 10-13 oltre il livello 8 sono grani ultrafini.

Le osservazioni sono effettuate al microscopio 100x. Nella produzione attuale, l'affinamento dei grani è diventato uno dei metodi più importanti per rafforzare i materiali metallici, in grado di migliorare la resistenza e la tenacità dell'acciaio allo stesso tempo. Speriamo anche di ottenere grani più fini durante la saldatura meccanica.

Dobbiamo prestare attenzione all'influenza della velocità di riscaldamento durante il processo di saldatura. La velocità di riscaldamento è essenzialmente un problema di surriscaldamento. Maggiore è il grado di surriscaldamento, maggiore è il rapporto tra tasso di nucleazione e tasso di crescita e minore sarà la dimensione iniziale dei grani.

Nonostante questo, austenite I grani tendono a crescere ad alte temperature, quindi non è possibile un lungo tempo di mantenimento ad alte temperature. Per questo motivo, durante la saldatura, si privilegia il riscaldamento e il raffreddamento rapido.

Anche il contenuto di carbonio nell'acciaio influisce sul grano dell'austenite. Quando il contenuto di carbonio nell'acciaio non è sufficiente a formare non disciolto carburi, all'aumentare del contenuto di carbonio, i grani di austenite tendono a crescere e a diventare più grossolani.

Pertanto, tra i tre, l'S30408 ha maggiori probabilità di coartare e occorre prestare attenzione al controllo e alla prevenzione della coartazione della grana sotto altri aspetti.

Controllo del rapporto cromo-nichel nel metallo saldato, per l'acciaio inox 304, quando il rapporto cromo-nichel del metallo saldato è di circa 1,5 milioni di euro. materiale di saldatura è inferiore a 1,61, è probabile che si verifichino cricche a caldo; quando il rapporto cromo-nichel raggiunge 2,3-3,2, le cricche a caldo possono essere evitate.

Limitando rigorosamente il contenuto di elementi nocivi come boro, zolfo, fosforo e selenio nel metallo saldato, si può anche prevenire l'insorgere di crepe calde.

V. Conclusioni

La progettazione di apparecchiature petrolchimiche per alte temperature, alte pressioni e forte corrosione è impegnativa e la scelta dei materiali e la costruzione delle saldature devono essere considerate attentamente per garantire la stabilità a lungo termine dell'apparecchiatura.

Particolarmente importante è la comprensione delle caratteristiche dei materiali, la distinzione delle loro differenze e somiglianze e la padronanza delle tecniche di costruzione della saldatura.

Con lo sviluppo della tecnologia dei materiali, questi ultimi sono sempre più ottimizzati per prestazioni specifiche e la "selezione e l'uso dei materiali" sta diventando sempre più specializzata, così come la conoscenza. Si spera che questo articolo possa svolgere un ruolo positivo in tal senso.