Kuidas erinevad roostevabast terasest klassid 304 ja 316 kütteplaatide korrosioonikindlus?

Mittekleepumiseks on vaja teflonplaate. Roostevabast terasest kütteplaadid on vajalikud vastupidavuse ja korrosioonikindluse tagamiseks. Kaks kõige levinumat austeniitklassi, 304 ja 316, näevad välja peaaegu ühesugused, kuid erinevad kriitiliselt oma vastupidavuse poolest teatud söövitavatele ainetele-, mis võib määrata plaadi kasutusea. Varajase rikke ja planeerimata seisakuaja minimeerimiseks on oluline, et insenerid oleksid teadlikud roostevaba terase 304 ja 316 erinevast korrosioonikäitumisest, kui valivad kütteplaati tööstusliku protsessi kuumutamiseks, laboriseadmeteks või toiduainete töötlemiseks.

Keemiline koostis: Molübdeeni roll
304 ja 316 on mõlemad austeniitsed roostevabad terased, mis tähendab, et neil on kuubikujuline kristallstruktuur (pinna -keskne kuup), mis annab neile hea vormitavuse ja vastupidavuse. Mõlemad sisaldavad peamiste legeerivate elementidena kroomi (Cr) ja niklit (Ni). Roostevaba teras on korrosioonikindel tänu passiivsele oksiidikihile, mille pinnale tekib kroom. Nikkel stabiliseerib austeniitset struktuuri ja suurendab vastupidavust redutseerivatele hapetele.

Erinevuse teeb molübdeen (Mo). Klass 304 ei sisalda molübdeeni. Klass 316 sisaldab umbes 2-3 massiprotsenti molübdeeni. See näiliselt väike tõus muudab oluliselt sulami elektrokeemilist käitumist kloriidide ja teatud hapete juuresolekul.

304 roostevaba teras - Tüüpiline koostis: 18% kroomi, 8% niklit, rauasisaldus. Maksimaalne süsinikusisaldus tavaklassis 0,08% (304L on parema keevitatavuse huvides madalama süsinikusisaldusega).

316 Roostevaba teras Tüüpiline koostis: 16-18% kroom, 10-14% nikkel, 2-3% molübdeen, tasakaaluraud. Peamine legeeriv lisaaine on molübdeen.

Samuti on nikli kontsentratsioon 316-s oluliselt kõrgem (10-14% vs 8-10,5% 304-s), mis suurendab vastupidavust redutseerivatele tingimustele.

Kuidas molübdeen aitab kaasa korrosioonikindlusele
Molübdeen aitab parandada korrosioonikindlust mitmel viisil. See paksendab passiivset oksiidkilet, mille tulemuseks on stabiilsem kile ja see on vähem tundlik kloriidioonide lagunemise suhtes. Molübdeen piirab ka väikeste lokaalsete korrosioonikohtade teket ja laienemist, mis võivad tungida sügavale metalli.

Peamine eristaja on punktkorrosiooni ekvivalentide arv (PREN), mis on empiiriline valem, mida kasutatakse roostevaba terase punktkorrosioonikindluse järjestamiseks kloriidi sisaldavates keskkondades. PREN-i tüüpiline valem on:

PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N

Tavaliste klasside jaoks (ilma tahtliku lämmastiku lisamiseta):

304 roostevaba teras: PREN ≈ 18 + 3.3 × 0 + 0=18 (tavaliselt 18–19)

316 roostevaba teras: PREN ≈ 17 + 3.3 × 2.5 + 0=25.25 (tavaliselt 24–26)

Kõrgem PREN väärtus 316 tähendab palju paremat vastupidavust punkt- ja pragukorrosioonile, eriti soojades kloriiditingimustes, nagu merevesi, jääsulatussoolad või rannikukeskkond.

Kütteplaatide korrosioonikindluse võrdlus
Lisaks protsessikeskkonnale puutuvad kuumutusplaadid kokku ka kõrgete temperatuuridega, mis võivad korrosiooni kiirendada. Suur osa roostevabast terasest kuumutusplaadi 304 ja 316 võrdlusest sõltub kasutatavatest söövitavatest kemikaalidest.

Atmosfääri korrosioon üldiselt
Nii 304 kui ka 316 on puhtas sisekeskkonnas või madala saastusega kuivades välispiirkondades sarnased. Passiivne oksiidikiht on endiselt olemas ja korrosioonimäär on tagasihoidlik. 304 on sageli sobiv ja odavam laboriahjude, kuivprotsessikuumutite või reguleeritud korpuste kuumutatavate plaatide soojendamiseks.

Kloriidist põhjustatud täppide ja pragude korrosioon
Roostevabast terasest kuumutusplaatide lokaalset korrosiooni põhjustavad kõige sagedamini kloriidid (soolad). Allikad: postitus:

Riimvesi või pihustatud merevesi

Toidutöötlemisrajatistesse kantud-jääsulatussoolad

Klooritud puhastusvahendid (valgendi, naatriumhüpoklorit)

vesinikkloriidhape või metallkloriidid protsessivedelikes

Soolaprits (atmosfääriline) rannikult

Kloriidide ja hapniku juuresolekul võib 304 passiivne kiht nõrkades kohtades (sulgud, kriimustused või praod) puruneda. Kui kaev on alanud, kiirendab kaevu kohalik happesus lahustumisprotsessi. Süvendid võivad kütteplaadi perforeerida nädalate või kuude jooksul, mille tulemuseks on elektrikomponentide lekkimine või protsessi saastumine.

Molübdeeniga roostevaba teras 316 on aukude initsiatsioonile palju vastupidavam. See umbes 7-punktine PREN-i erinevus tähendab, et oluliselt kõrgem punktkorrosioonitemperatuur (PCPT) . 304 korrodeerub merevees ümbritseva õhu temperatuuril lühikese aja jooksul, kuid 316 see praktiliselt ei mõjuta. Kütteplaadid, mida võib pesta klooritud puhastusvahenditega või soolaga pihustatud, on tungivalt soovitatavad valmistada 316-st.

Happekindlus
Kütteplaate kasutatakse mõnikord kokkupuutel happeliste tööstuslike vedelike või puhastuslahustega:

Väävelhape (H₂SO₄) – 316 on suurendanud vastupidavust, eriti mõõdukatel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel. Molübdeen suurendab vastupidavust redutseerivatele hapetele. Mõlemad klassid on aga piiratud kuuma kontsentreeritud väävelhappega.

Vesinikkloriidhape (HCl) – Kumbagi klassi ei soovitata olulisel määral HCl-ga kokkupuutel, kuid 316 toimib mõnevõrra paremini madalatel kontsentratsioonidel ja toatemperatuuril.

Lämmastikhape (HNO3) - Nii 304-l kui ka 316-l on hea vastupidavus oksüdeerivatele hapetele, nagu lämmastikhape,. 304 kasutatakse tavaliselt lämmastikhappe kasutamisel, kuna 316-s sisalduv molübdeen ei anna kasu.

Molübdeeni kontsentratsiooni tõttu eelistatakse sageli fosforhapet (H3PO4) – 316, eriti kõrgetel temperatuuridel.

Äädikhape ja orgaanilised happed - Mõlemad klassid on head, üldiselt piisab 304-st.

Tegelikult kasutatakse 304 sageli toiduainete töötlemisel plaatide soojendamiseks (kus esinevad puuviljade või piimatoodete orgaanilised happed). Kui teil on keemilise protsessiga kuumutusplaadid väävel- või fosforhappes, on parem kui 316.

Pingekorrosioonipragu (SCC)
Kloriidist tingitud korrosioonipragud võivad mõjutada austeniitset roostevaba terast, kui samaaegselt on täidetud kolm tingimust: tõmbepinge (sealhulgas tootmisest tulenev jääkpinge), kloriidid ja äärmuslikud temperatuurid (tavaliselt üle 60 kraadi). Kütteplaadid on sageli termilise pinge all ja neil võib olla vormimise või keevitamise jääkpingeid.

Nii 304 kui ka 316 on vastuvõtlikud kloriid-SCC-le, kuid 316-l on pisut parem vastupidavus suurema nikli- ja molübdeenisisalduse tõttu. Kumbki klass pole tõsistes kloriiditingimustes kõrgel temperatuuril ohutu. Sellistes seadetes tuleks uurida tugevamalt legeeritud materjale (nt roostevaba dupleksteras või niklisulamid). Kuid enamiku kuumutusplaatide rakenduste puhul, mille temperatuur on alla 80 ° C, vähendab 316 oluliselt SCC riski võrreldes 304-ga.

Roostevabast terasest kütteplaatide 304 vs 316 võrdlustabel
304 roostevaba teras 316 roostevaba teras
Tüüpiline koostis 18% Cr, 8% Ni,<0.08% C 16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo Molybdenum Content 0% 2-3% PREN (Pitting Resistance) ~18-19 ~24-26
Vastupidavus kloriidide tekkele nõrk kuni mõõdukas (soojas merevees või valgendis tekivad kergesti süvendid) hea kuni väga hea (vastupidav täppide tekkele ümbritseva temperatuuriga merevees)
Lõhede korrosioonikindlus halb Mõõdukas (parem kui 304, kuid kitsastes pragudes haavatav)
Vastupidavus väävelhappele Madal (madal kontsentratsioon, madal temperatuur) Mõõdukas (parem kui 304, eriti õhutamisega)
Resistentsus lämmastikhappele Suurepärane Suurepärane (ei ole Mo eelist)
Orgaaniliste hapete vastupidavus Hea Hea (natuke parem)
Vastuvõtlik pingekorrosioonipragunemisele (Chloride SCC) > ~60 kraadi Vähem mõjutatud (kuid mitte immuunne)
Maksimaalne pidev töötemperatuur õhus ~870 kraadi (tundlikkuse oht keevitamisel) ~870 kraadi (sarnane)
Soojusjuhtivus (100 kraadi) ~16,2 W/m-K ~16,3 W/m-K
Materjali maksumus madalam (põhiklass) kõrgem (umbes . 30-50% rohkem kui 304)
Kütteplaatide tavaline kasutamine Kuivad ahjud Sisetöötlemissoojendid Toiduseadmed (-kloorivaba puhastus) Üldine tööstusMereseaded, rannikualad, klooripuhastus, keemiline töötlemine, farmaatsia
Juhised praktiliseks kasutamiseks
Kui 304 on piisav
304 klassi roostevabast terasest kütteplaadid sobivad:

Kuivkuumutusega rakendused (ei puutu kokku vedelikuga või lihtsalt puutub kokku madala kloriidisisaldusega puhta veega)

Sisekeskkond, kontrollitud kliima, soolaga kokkupuude puudub.

Toidutöötlemine, kus puhastamisel kasutatakse mitte-klooritud pesuaineid (nt söövitavad või happelised{3}}puhastusvahendid).

Laboris kasutamiseks mõeldud kuumutusplaadid. Mitte-söövitavate ainete jaoks.

Üldine tööstuslik küte, kus plaat ei ole sukeldatud söövitavatesse ainetesse.

304-l on teatud rakendustes piisav korrosioonikindlus ja odavam hind. Sulami kõrge soojusjuhtivus ja vormitavus hõlbustab keerukate plaadikujude valmistamist.

Millal kasutada 316 roostevaba terast
Rakendustes, kus on kasutatud kloriide või teatud happeid, on 316 väga eelistatud:

Ranniku- või merepaigaldised - 304 korrodeeruvad kiiresti õhus oleva soolapihustusega. 316, mis on ette nähtud laevade, avamereplatvormide või randade läheduses olevate plaatide soojendamiseks.

Kastmine riimveesse või merevette – soolase vee sukelsoojendid peavad olema 316 sulamist või sulamitest, nagu super-austeniit või titaan.

Puhastamine klooripõhiste ühenditega – paljud toidu- ja farmaatsiaettevõtted kasutavad desinfitseerimisvahendina naatriumhüpokloriti (valgendit) või kloordioksiidi. 304, mis võib pärast sagedast kokkupuudet 316 nende ainetega vastu pidada.

Protsessi vedelikud kloriididega - Galvaneerimisvannid (nt tsinkkloriid), peitsimislahused või suure kloriidisisaldusega jahutusvesi.

Väävel- või fosforhappeteenus - 316 pakub mõõdukate kontsentratsioonide korral kõrget ohutusvaru üle 304.

Kõrge temperatuur, niisked tingimused - Kloriidisisaldusega-niiskuse kondenseerumine pliidiplaadile põhjustab auke; 316 minimeerib selle ohu.

Tasub mainida, et 316 ei ole universaalne lahendus. 316 roostetab isegi väga rasketes tingimustes (nt kuum tugev vesinikkloriidhape, merevesi üle 50 kraadi). Sellised karmid tingimused nõuavad kallimaid sulameid (904L, Hastelloy või titaan).

Soojus- ja tootmiskaalutlused
Nii 304 kui ka 316 soojusjuhtivus on sarnane (umbes 16 W/m·K), mis on väiksem kui süsinikterasel või alumiiniumil, kuid on piisav kütteplaatide jaoks, kus konstruktsioon (sisseehitatud kassettküttekehad või sisse valatud elemendid) tagab ühtlase soojusjaotuse. Soojuspaisumistegur on samuti sarnane (mõlemad on ligikaudu 17 µm/mK)

Väiksed erinevused valmistamises. Mõlemad on mehaaniliselt töödeldavad, keevitatavad ja vormitavad tavaliste protsesside abil. 316 nõuab aga mõnevõrra suuremat lõikesurvet ja sellel on suurem töö-kõvenemismäär. Mõlemad klassid tuleks keevitada madala süsinikusisaldusega versioonidega (304L ja 316L), et vältida sensibiliseerimist (kroomkarbiidi sadenemist) kuumusest mõjutatud tsoonis, mis vähendab korrosioonikindlust.

Mõlema klassi puhul tuleb olla ettevaatlik kuumutusplaatidega, mis töötavad temperatuuril üle 400 kraadi, kuna pikaajalisel kokkupuutel võib tekkida katlakivi ja passiivse kihi kadu. Tüüp 304 ega tüüp 316 roostevaba teras ei ole lubatud pidevaks kasutamiseks üle 800 kraadi oksüdeerivas keskkonnas.

Majandusküsimused
316 roostevaba terase tavahind on 30–50% suurem kui 304 naela. Kütteplaadi lisakulu võib väikeste plaatide puhul olla tühine või suurte ja paksude plaatide puhul märkimisväärne. Kuid peate mõtlema kogu omamiskuludele. Kütteplaat 304 laguneb kloriidikeskkonnas kuue kuuga ja nõuab asendustööjõudu, protsessi seisakuid ja võimalikku saastepuhastust. Esialgne maksumus on kõrgem, kuid 316 plaat, mis kestab 5 aastat, on peaaegu tavaliselt odavam.

Tegelikkuses kasutavad paljud insenerid rusikareegel, et kui kloriidiga kokkupuute osas on ebaselgusi, täpsustage 316. Esialgne kulutus on väike, võrreldes enneaegse rikke riskiga.

Kokkuvõtteks
Peamine erinevus 304 ja 316 roostevabast terasest kuumutusplaatide vahel on üks koostisosa – molübdeen. Klass 304 on suhteliselt odav, üldotstarbeline roostevaba teras ilma molübdeenita, kasutamiseks kuivades või kergelt söövitavates tingimustes. Klass 316, mis sisaldab 2-3% molübdeeni, omab märkimisväärselt paremat vastupidavust kloriidist põhjustatud täpp- ja pragukorrosioonile ning toimib paremini väävel- ja fosforhappes.

316 on valitud materjal merevee, soolapihusti, klooritud puhastuskemikaalide või happeliste protsessivedelikega kokkupuutuvate plaatide soojendamiseks. Suurenenud materjalikulu kompenseerib pikem kasutusiga, vähem hooldust ja katastroofiliste kahjustuste vältimine. 304 on täiesti piisav ja odav valik puhaste, kuivade või kloriididevabade siseruumide jaoks. Materjalide valimisel tuleb arvestada tegelikku keemilist keskkonda, millele kuumutusplaat allutatakse, ning tasakaalustada korrosioonikahjustuse ja esialgse maksumusega.