316Ti vs 316L: aço inoxidável austenítico estabilizado vs baixo{2}}carbono para estruturas soldadas

316L é o padrão correto para a maioria da fabricação soldada em temperaturas ambiente e moderadas, porque seu teor de carbono ultra-baixo (0,030% no máximo) já evita a sensibilização durante a soldagem padrão de passe único- e multi-passagem.316Ti (UNS S31635)ganha seu lugar apenas em serviços sustentados de-temperatura elevada (aproximadamente 425-815 graus/800-1.500 graus F), como sistemas de exaustão, caldeiras e alguns códigos europeus de vasos de pressão, onde sua estabilização de titânio resiste melhor à precipitação de carboneto do que o baixo teor de carbono sozinho durante uma longa exposição a altas temperaturas.

O que são aço inoxidável 316Ti e 316L?

316Ti (UNS S31635) é uma versão estabilizada-de titânio do aço inoxidável Tipo 316, enquanto 316L (UNS S31603) é a versão de carbono ultra-baixo-de carbono da mesma liga base - ambos existem para resolver o mesmo problema, corrosão intergranular após a soldagem, mas por duas rotas metalúrgicas diferentes.

Tipo padrão316 aço inoxidávelé propenso à sensibilização: durante a soldagem, o metal próximo à solda (a zona-afetada pelo calor, ou HAZ) esfria lentamente na faixa de 425 a 815 graus (800 a 1.500 graus F), permitindo que o cromo se combine com o carbono e precipite como carbonetos de cromo nos limites dos grãos.

Isso esgota localmente o cromo, deixando as regiões{0}}limites dos grãos vulneráveis ​​à corrosão intergranular. 316L resolve isso simplesmente removendo a maior parte do carbono para que haja pouco para precipitar. 316Ti resolve o problema de maneira diferente: adiciona titânio, que se liga preferencialmente ao carbono para formar carbonetos de titânio, deixando o cromo livre para manter a camada passiva, mesmo que níveis comuns (mais altos) de carbono ainda estejam presentes.

Fontes: especificações padrão ASTM A240/A240M, ASTM A312/A312M, ASTM A276/A276M.

Como o 316Ti e o 316L se comparam na composição química?

316Ti e 316L compartilham faixas quase idênticas de cromo, níquel e molibdênio; a diferença definidora é que o 316Ti permite mais que o dobro do carbono do 316L porque sua adição de titânio, e não baixo carbono, é o que controla a sensibilização.

Fonte: Requisitos de composição ASTM A240/A240M para UNS S31635 e UNS S31603.

O mínimo de titânio não é uma percentagem fixa; está diretamente ligado ao teor de carbono e nitrogênio que o calor realmente contém, expresso como uma taxa de estabilização.

Qual é a taxa de estabilização do Ti e por que ela controla a resistência do IGC?

O requisito de estabilização ASTM A240 para 316Ti é Ti maior ou igual a 5 x (%C +%N), o que garante a presença de titânio suficiente para se ligar a todos os átomos de carbono e nitrogênio disponíveis antes que o cromo possa - esta proporção, e não a porcentagem de titânio bruto, é o que determina se um determinado calor está adequadamente estabilizado.

Na prática, isso significa que um certificado de fábrica para 316Ti deve ser verificado em relação ao conteúdo real de carbono e nitrogênio desse calor específico, e não apenas em relação ao limite máximo de titânio de 0,70%. Um calor com carbono próximo do máximo de 0,08% requer proporcionalmente mais titânio para permanecer totalmente estabilizado do que um calor com carbono próximo de 0,03%. A EETA fornece 316Ti com relatórios completos de testes de moinho (MTRs) para que a taxa de estabilização possa ser verificada calor por calor.

Como o 316Ti e o 316L resistem à sensibilização em diferentes temperaturas?

O 316L resiste adequadamente à sensibilização durante a faixa de temperatura pela qual a maior parte da soldagem estrutural e de processo passa, mas o 316Ti mantém essa resistência durante uma exposição muito mais longa a altas-temperaturas, e é por isso que ele é especificado para serviços contínuos em-temperaturas elevadas, em vez de apenas para soldagem.

O comportamento de sensibilização descrito aqui segue o mecanismo estabelecido de precipitação de-carboneto de cromo (métodos de teste ASTM A262) aplicado a graus austeníticos estabilizados versus com baixo-carbono.

Qual metal de adição de soldagem deve ser usado para 316Ti e 316L?

As soldas 316Ti e 316L são quase sempre feitas com metal de adição ER316L ou E316L, porque o titânio não pode ser transferido de maneira confiável através de um arco de soldagem -, o que significa que o benefício de estabilização do 316Ti protege o metal base e a zona afetada pelo calor-, mas o depósito de solda em si normalmente depende de baixo carbono, exatamente como uma solda 316L.

Este é um ponto frequentemente esquecido na seleção de materiais. O titânio oxida preferencialmente e é amplamente perdido em escória e respingos quando transferido através de um arco de soldagem, portanto, um metal de adição-correspondente ao titânio não é uma prática comercial padrão. Implicações práticas:

Especifique a carga ER316L (GTAW/GMAW) ou E316L-16/17 (SMAW) para metal base 316Ti e 316L, a menos que uma especificação de projeto exija uma carga estabilizada correspondente por um motivo específico

Como o metal de solda tem efetivamente baixo-carbono, independentemente do grau do metal-base, o desempenho de corrosão do próprio depósito de solda é governado pela química do tipo 316L-em ambos os casos

A vantagem de estabilização do 316Ti é obtida no metal base não afetado e na ZTA externa, onde o equilíbrio original de-carbono do titânio é preservado

A limpeza pós{0}}soldagem (decapagem e passivação de acordo com ASTM A967) continua necessária para ambas as classes para remover a coloração térmica e restaurar a camada passiva na solda

Como as propriedades mecânicas do 316Ti e do 316L se comparam?

O 316Ti tem um rendimento mínimo e resistência à tração modestamente mais altos do que o 316L na condição recozida e retém melhor a resistência em temperaturas elevadas sustentadas, enquanto ambas as classes compartilham o mesmo alongamento mínimo.

Fonte: Requisitos mínimos de propriedades mecânicas ASTM A240/A240M para UNS S31635 e UNS S31603, temperatura ambiente, condição recozida.

O 316Ti e o 316L diferem na resistência geral à corrosão por corrosão em fendas e corrosão?

Não - 316Ti e 316L têm essencialmente a mesma resistência geral à corrosão por pites e frestas, porque titânio não é um termo na fórmula PREN e ambos os graus compartilham as mesmas faixas de cromo, molibdênio e nitrogênio; toda a distinção entre eles é a resistência à corrosão intergranular após soldagem ou exposição ao calor, e não a resistência à corrosão por cloretos.

Quais indústrias e aplicações favorecem cada categoria?

O 316L domina a fabricação soldada em geral, alimentos, produtos farmacêuticos e trabalhos arquitetônicos em temperaturas ambientes e moderadas, enquanto o 316Ti é especificado principalmente para equipamentos de temperatura-elevada sustentada e em regiões ou códigos com preferência histórica por classes estabilizadas.

Como o custo e a disponibilidade se comparam entre 316Ti e 316L?

O 316Ti normalmente tem apenas um modesto custo adicional em relação ao 316L, geralmente na faixa de cerca de 5 a 15 por cento, mas sua disponibilidade prática é muito mais desigual regionalmente - 316L é estocado essencialmente em todos os lugares, enquanto o 316Ti é mais comum na Europa e pode ter prazos de entrega mais longos ou pedidos mínimos-de usinagem em outros lugares.

Indutor de custo da liga: o titânio é uma adição estabilizadora de custo-comparativamente baixo, portanto, o prêmio da matéria-prima-para o 316Ti em relação ao 316L é muito menor do que, por exemplo, o prêmio de um grau super-austenítico de 6% de molibdênio acima do 316L

Estoque regional: o 316Ti tem sido tradicionalmente mais comum no mercado europeu (refletindo sua longa história nas especificações DIN/EN), enquanto o 316L é o aço inoxidável padrão estocado na maioria das cadeias de fornecimento norte-americanas e asiáticas

Prazo de entrega: especificar 316Ti fora de suas principais regiões de estoque pode significar prazos de entrega do-pedido da fábrica, em vez de -entrega em estoque - confirmar a disponibilidade antes de comprometer uma programação para ele

Tendência de substituição: como as classes L- modernas cobrem a maioria das condições de serviço que antes exigiam estabilização, muitas especificações mudaram para 316L por padrão, reservando 316Ti para casos específicos de-temperatura elevada onde ainda é claramente justificado

Quando você deve escolher 316Ti em vez de 316L?

Escolha 316Ti quando o componente apresentar serviço sustentado na faixa de sensibilização de 425-815 graus, quando um código regulador ou especificação do cliente exigir uma classificação estabilizada ou quando corresponder a um sistema 316Ti existente; escolha 316L para essencialmente todo o resto, incluindo ambiente padrão e fabricação soldada em temperatura moderada.

• O componente opera continuamente ou repetidamente na faixa de 425-815 graus (800-1500 graus F) → 316Ti
• O código de projeto aplicável, a especificação do cliente ou o padrão de planta existente exige uma classe estabilizada → 316Ti
• Substituição ou extensão de um sistema 316Ti existente (exaustão, caldeira, trocador de calor) → 316Ti, para consistência do material
• Estruturas, tanques e tubulações soldadas de temperatura ambiente padrão-a-moderada-→ 316L
• Aplicações alimentícias, farmacêuticas ou arquitetônicas sem exposição-a temperaturas elevadas → 316L
• O cronograma do projeto depende da-disponibilidade de estoque na América do Norte ou Ásia → 316L, a menos que o prazo de entrega do 316Ti seja confirmado como aceitável

Se a preocupação que motiva a pergunta for a corrosão por cloreto ou água do mar, em vez de sensibilização a altas-temperaturas, nenhum dos graus é o ponto de partida correto - um grau-de PREN mais alto, como 254SMO ou aço inoxidável duplex, deve ser avaliado.

Perguntas frequentes

P: O 316Ti é mais forte que o 316L?

R: Sim, modestamente. 316o Ti tem um limite de escoamento mínimo de 205 MPa versus 170 MPa para 316L e uma resistência à tração mínima de 515 MPa versus 485 MPa, de acordo com ASTM A240. Ambos compartilham o mesmo alongamento mínimo de 40%.

P: Posso soldar 316Ti com um metal de adição-de titânio que corresponda exatamente ao metal base?

R: Na prática comercial padrão, não. O titânio oxida preferencialmente e não é transferido de forma confiável através de um arco de soldagem, portanto, o enchimento ER316L ou E316L é usado para soldas 316Ti e 316L. O depósito de solda em si é, portanto, regido por uma química de baixo-carbono, independentemente do metal base que está sendo unido.

P: O 316Ti é igual ao aço inoxidável 321?

R: Não. Ambos são graus austeníticos estabilizados, mas o 321 é estabilizado com nióbio-livre e é baseado na família 18Cr-8Ni (tipo 304) sem molibdênio, enquanto o 316Ti é baseado na família do tipo 316 contendo molibdênio com estabilização de titânio. 316O Ti, portanto, tem resistência significativamente melhor à corrosão por pite e em fendas do que 321 devido ao seu conteúdo de molibdênio.

P: O 316L alguma vez precisa de uma classe estabilizada?

R: Sim, especificamente para serviços de temperatura-elevada sustentada na faixa de sensibilização de 425-815 graus, ou onde um código ou especificação vigente exige um grau estabilizado. Para fabricação soldada em temperatura ambiente padrão e moderada, o baixo carbono do 316L normalmente é suficiente por si só.

P: O 316Ti e o 316L são intercambiáveis ​​para serviço com água do mar ou cloreto?

R: Efetivamente, sim, porque o titânio não melhora a resistência à corrosão por pites ou em frestas - ambos os tipos compartilham essencialmente o mesmo PREN. Nem é a escolha preferida para cloreto agressivo ou exposição total à água do mar; um grau de molibdênio-mais alto, como 254SMO, é o caminho de atualização apropriado para esse serviço.