Placa de aço inoxidável 304 vs 316: composição química e soldabilidade para fabricação de vasos de pressão

Ambas as classes são aços inoxidáveis ​​austeníticos de cromo-níquel e ambos estão listados na ASTM A240 para placas de vasos de pressão. Toda a diferença se resume a um elemento: o molibdênio . 316 carrega 2,00 a 3,00 por cento dele e 304 não carrega nenhum. Essa única linha no certificado de teste do moinho altera o comportamento de corrosão por cloreto, altera o teste de corrosão intergranular aplicado, altera o preço e - se você estiver projetando de acordo com a Seção VIII da ASME - não altera quase nada no procedimento de soldagem. Este guia separa a química que importa da química que é o marketing.

Qual é a diferença entre a placa de aço inoxidável 304 e 316?

Um elemento: molibdênio. 316 e 316L contêm 2,00 a 3,00 por cento de molibdênio e 304 e 304L não contêm nenhum. As faixas de cromo e níquel se movem ligeiramente na direção oposta - 304 tem a faixa mais alta de cromo, 316 a faixa mais alta de níquel - e as variantes de baixo carbono de ambos os carbonos de limite em 0,030 por cento. Tudo o que importa no serviço e na soldagem segue essas quatro linhas.

A maneira mais rápida de ler uma especificação é parar de pensar304e316como dois materiais diferentes e comece a pensar neles como um só material com opção de liga. Ambos são austeníticos, o que significa que ambos têm uma estrutura cristalina cúbica de face centrada à temperatura ambiente, ambos não são magnéticos na condição recozida, ambos não podem ser endurecidos por tratamento térmico e ambos são resistentes até temperaturas criogênicas. Os princípios básicos do aço inoxidável da série 300 são idênticos para os dois tipos.

Requisitos químicos ASTM A240 / ASME SA-240, porcentagem em peso

Dois detalhes dessa mesa surpreendem as pessoas. Primeiro, 304 tem a faixa de cromo mais alta - 17.5 a 19,5 por cento contra 16,0 a 18,0 por cento para 316. A resistência extra à corrosão de 316 não é maior que o cromo; é o molibdênio. Em segundo lugar, as gamas de níquel são suficientemente amplas para que um determinado calor de 316 possa ser quase tão rico em níquel como muitas classes especiais contendo níquel, o que é parte da razão pela qual a sobretaxa de molibdénio por si só não explica a diferença de preço.

Especifique a partir da análise térmica no certificado de teste do moinho, nunca a partir dos valores típicos impressos em um folheto do moinho.

Um calor 316 com 2,02% de molibdênio e outro com 2,95% estão ambos na especificação e não se comportam da mesma forma em uma fenda quente de cloreto. Se a embarcação estiver em um serviço onde a corrosão seja o mecanismo regulador, especifique um mínimo de 2,5% de molibdênio como requisito suplementar no pedido de compra.

Como o molibdênio altera o comportamento de corrosão da placa 316?

O molibdênio retarda o início e o crescimento inicial de poços e ataques em fendas em ambientes contendo cloreto. Isso é feito enriquecendo-se no filme passivo e na solução dentro de uma cova de cultivo, o que torna a química local menos agressiva e dá à superfície mais tempo para repassivar. Não torna o 316 imune e não adquire resistência à corrosão sob tensão por cloreto.

O aço inoxidável se protege com uma película de óxido de cromo com alguns nanômetros de espessura. Na água contendo cloretos, esse filme é atacado em pontos fracos – uma inclusão, um arranhão, uma longarina de sulfeto – e um buraco começa. Uma vez aberta a fossa, a química no seu interior torna-se ácida e concentrada em cloreto, e a fossa escava mais rapidamente do que no início. O molibdênio intervém em dois pontos: as espécies de molibdato no filme dificultam sua decomposição, e o molibdênio dissolvido do metal dentro de uma fossa ativa amortece a acidez local e ajuda a repassivar a parede da fossa antes de se tornar autossustentável.

Onde o molibdênio em 316 ajuda e onde não ajuda

O mal-entendido mais caro nesta tabela é a linha de fissuração por corrosão sob tensão por cloreto. O molibdênio não ajuda. Um navio 316 isolado num local costeiro pode rachar por fora tão facilmente quanto um 304, porque o mecanismo precisa de cloretos, oxigênio, tensão de tração e uma temperatura acima de aproximadamente 60°C - e o molibdênio não altera nenhum dos quatro. A solução é um revestimento, isolamento com baixo teor de cloreto e manutenção do metal seco. Se você precisa que a embarcação sobreviva a esse dever no metal puro, você precisadúplex 2205ou um material de liga superior.

Quais são os valores PREN de 304 e 316 e o ​​que eles realmente prevêem?

Usando PREN=por cento Cr + 3.3 x por cento Mo + 16 x por cento N, o típico 304 fica em aproximadamente 18 a 20 e o típico 316 em aproximadamente 23 a 26. Essa é uma diferença de classificação real de cerca de 25 por cento, e é uma maneira útil de comparar calores - mas o PREN foi desenvolvido e validado em aços inoxidáveis ​​duplex e altamente ligados, e por si só não é um número de projeto para um vaso de pressão.

O coeficiente de molibdénio de 3,3 é a razão pela qual existe a diferença: com 2,1 por cento de molibdénio, esse termo por si só contribui com cerca de 6,9 ​​pontos, mais do que eliminar o défice de crómio. O nitrogênio também contribui, e é por isso que o 316LN – a variante com liga de nitrogênio – fica acima do 316L simples para o mesmo teor de molibdênio. Veraço inoxidável 316LNpara a versão reforçada com nitrogênio.

PREN trabalhou a partir de análises típicas de calor

O que o PREN não lhe diz é igualmente importante. Não diz nada sobre a temperatura crítica da fenda, que é sempre inferior à temperatura crítica de corrosão e é o número que rege um flange vedado ou uma junta sobreposta. Não diz nada sobre o metal de solda, onde a segregação durante a solidificação pode deixar o último metal congelar com uma composição diferente da massa. E é um índice de classificação, não um limite: um PREN de 24 não informa a concentração de cloreto ou a temperatura na qual um recipiente específico irá perfurar. Para isso, você precisa de dados de temperatura crítica de corrosão medidos para o ambiente real ou de um histórico de serviço.

Por que o conteúdo de carbono decide se você compra placa 304L ou 316L?

Porque o carbono é o que faz com que uma zona afetada pelo calor da solda perca sua resistência à corrosão. Acima de cerca de 0,03 por cento de carbono, há o suficiente para se combinar com o cromo e precipitar o carboneto de cromo nos limites dos grãos quando o metal passa de 425 a 815 C. O carboneto puxa o cromo para fora do metal imediatamente ao seu redor, esse metal cai abaixo dos cerca de 12 por cento de cromo necessários para permanecer inoxidável, e a corrosão intergranular tem um caminho a seguir.

Uma solda faz com a zona afetada pelo calor o que um tratamento térmico faria. O metal a alguns milímetros da linha de fusão é aquecido até a faixa de precipitação de carboneto e mantido lá por tempo suficiente para formar matéria, e então resfriado. Em uma solda multipasse em chapa grossa a zona é reaquecida diversas vezes. Numa classe com 0,06 por cento de carbono, a precipitação de carboneto de crómio pode começar em minutos perto de 675 C. Numa classe com 0,02 por cento de carbono, o mesmo ciclo térmico não produz uma rede contínua de carboneto, porque simplesmente não há carbono suficiente em solução para formar uma.

Carbono, sensibilização e as consequências práticas

A nota L não é almoço grátis. Sua resistência ao escoamento é de 170 MPa contra 205 MPa para o tipo reto, e a Seção II, Parte D, lista sua tensão admissível em 16,7 ksi contra 20,0 ksi. Você paga cerca de 17% da resistência do projeto pela soldabilidade. E a isenção não é permanente: mantenha um grau L entre cerca de 500 e 800 C durante anos e ainda irá sensibilizar, um fenómeno chamado sensibilização a baixa temperatura. Isso é importante para embarcações que aquecem e é uma das razões pelas quais o 316H existe - vejaaço inoxidável 316Hpara a variante de alto carbono.

O que é placa 304/304L ou 316/316L com certificação dupla e isso ajuda?

A placa com certificação dupla é um calor único que atende a todos os requisitos da classe reta e da classe L - carbono a 0,030 por cento ou menos, e tração e rendimento nos mínimos da classe reta. É a maneira padrão pela qual as usinas fornecem chapas inoxidáveis ​​atualmente e permite que um item de estoque atenda tanto a uma especificação de soldagem de grau L quanto a um projeto de grau reto permitido.

Não há nenhum truque metalúrgico aqui. O calor é simplesmente um calor de baixo carbono que também foi testado acima dos mínimos mecânicos de grau direto, o que a maioria dos fundidos modernos fazem quando o nitrogênio é controlado. A fábrica certifica ambas as especificações e o certificado lista ambas.

O que a certificação dupla oferece e o que não oferece

Para uma embarcação que será soldada e não estará em serviço de fluência em alta temperatura, especifique 304/304L ou 316/316L com certificação dupla e projete para o grau reto permitido quando seu Inspetor Autorizado concordar. É a maneira mais barata de obter soldabilidade grau L sem abrir mão de 17% da tensão admissível. Confirme se o certificado mostra carbono igual ou inferior a 0,030 por cento antes de aceitá-lo e certifique-se de que oguia de compra de chapa de aço inoxidávelos requisitos de marcação e rastreabilidade estão escritos no pedido.

Quais são as propriedades mecânicas das placas 304 e 316 de acordo com ASTM A240?

304 e 316 são idênticos: 515 MPa (75 ksi) de tração mínima, 205 MPa (30 ksi) de rendimento mínimo de 0,2 por cento, 40 por cento de alongamento mínimo. 304L e 316L também são idênticos entre si e inferiores: 485 MPa (70 ksi) de tração e 170 MPa (25 ksi) de rendimento. O molibdênio altera o comportamento à corrosão; isso não muda a força. A única diferença mecânica em toda a comparação é aquela causada pelo carbono.

Propriedades mecânicas mínimas ASTM A240, condição recozida

As duas últimas linhas são as que mais importam na loja do que no desenho. O aço inoxidável austenítico conduz cerca de um terço do calor que o aço carbono e se expande cerca de 40 a 50 por cento mais para o mesmo aumento de temperatura. Esses dois fatos juntos são o motivo pelo qual um recipiente de aço inoxidável distorce de uma forma que um recipiente de aço carbono de geometria idêntica não distorce, e eles são os mesmos para 304 e para 316 - escolher entre as classes não mudará seu problema de distorção.

Qual classe proporciona uma carcaça de vaso de pressão mais fina e barata?

Nem . 304 nem 316 suportam a mesma tensão admissível ASME à temperatura ambiente, portanto a espessura calculada do casco é a mesma. O que muda a espessura é a variante de carbono: projetar para 304L ou 316L a 16,7 ksi em vez de 304 ou 316 a 20,0 ksi torna a carcaça cerca de 20% mais espessa. O molibdênio adquire resistência à corrosão; não compra força alguma.

Trabalhe através de um shell representativo. Tome uma pressão interna de 150 psi, um raio interno de 30 pol e uma junta de topo duplamente soldada Tipo 1 com radiografia completa, proporcionando uma eficiência de junta de 1,0 por UW-12. A equação UG-27 para a junta longitudinal é t=PR / (SE - 0.6P).

Cálculo de concha UG-27 trabalhado: P=150 psi, R=30 in, E=1.00

A tensão admissível em si é derivada da mesma maneira para cada linha da tabela. A Seção II, Parte D, define S como a menor das duas frações das propriedades mínimas especificadas à temperatura: dois terços da resistência ao escoamento e um 3,5 da resistência à tração. No ambiente isso dá 2/3 x 30=20.0 ksi contra 75 / 3.5=21.4 ksi para as notas retas, então 20,0 governa; e 2/3 x 25=16.7 ksi contra 70 / 3.5=20.0 ksi para as notas L, então 16,7 prevalece. Acima de aproximadamente 540 C, as propriedades de fluência e ruptura por tensão assumem o controle e as duas famílias divergem, portanto leia a Tabela 1A para obter o grau exato e a temperatura de projeto, em vez de interpolar.

A conclusão prática é que a variante de carbono é uma variável de projeto e o molibdênio não. Se a sua embarcação for projetada para 304L e você trocar para 316L por motivos de corrosão, a espessura do casco permanece inalterada e a única conta que muda é o preço da placa. Se você trocar de 316 para 316L, o casco aumentará cerca de um quinto. Confirme a eficiência da junta a que tem direito em UW-12 antes de finalizar a parede, porque a radiografia completa em E=1.00 vale mais material do que normalmente vale a escolha do grau.

Em que temperatura você deve parar de usar 304L ou 316L?

Aplicam-se três limites separados e o mais baixo prevalece. A sensibilização a baixas temperaturas começa a ser importante acima de aproximadamente 500 C em serviço prolongado, a tensão admissível cai drasticamente acima de aproximadamente 540 C à medida que a fluência assume o controle, e o 316L contendo molibdênio é o mais propenso a sigma dos dois na faixa de 550 a 900 C. Para uma temperatura sustentada do metal acima de cerca de 540°C, mude para 304H ou 316H, ou para um grau estabilizado.

Limites de temperatura e o que rege cada faixa

A fase Sigma merece uma nota porque é específica para o lado do molibdênio nesta comparação. Sigma é um intermetálico duro e quebradiço que se forma a partir da ferrita aproximadamente na faixa de 550 a 900 C, e o molibdênio o acelera. No metal base 316L normalmente não há ferrita para converter, então o risco está no metal de solda, onde um número de ferrita de 3 a 10 foi deliberadamente colocado lá para evitar trincas a quente. Se um vaso 316L for operar nessa faixa de temperatura, mantenha a ferrita do metal de solda na parte inferior da faixa recomendada e mantenha o número de ferrita do calor de enchimento baixo.

316 é melhor que 304 para corrosão sob tensão por cloreto?

Não. Este é o erro mais comum e mais caro em toda a decisão 304 versus 316. O molibdênio melhora a resistência a corrosão e fissuras; não melhora a resistência à corrosão sob tensão por cloreto. Ambas as classes racham, e um vaso 316 sob isolamento em um local quente e contendo cloreto irá falhar da mesma forma que um vaso 304.

A corrosão sob tensão por cloreto precisa de quatro coisas ao mesmo tempo: cloretos, oxigênio dissolvido, tensão de tração e uma temperatura acima de aproximadamente 50 a 60 C. Remova qualquer uma delas e você não terá rachaduras. O molibdênio não tem efeito em nenhum dos quatro. O que isso muda é a corrosão que muitas vezes precede a fissura e, em janelas estreitas de laboratório, que pode alterar ligeiramente o limite - mas uma mudança no limite de um laboratório não é uma base de licenciamento para um vaso de pressão.

O que realmente evita a fissuração por corrosão sob tensão por cloreto

Se você estiver escrevendo a linha de material para uma embarcação que será isolada e localizada ao ar livre ou em um local costeiro, não escreva 316 como mitigação para fissuração por corrosão sob tensão externa por cloreto. Escreva a especificação do revestimento, o requisito de isolamento com baixo teor de cloreto e os detalhes de proteção contra intempéries e o orçamento para sua manutenção. A atualização de material que funciona nessa tarefa é uma mudança na família da liga, não uma mudança no par 304 e 316.

Quanto custa a placa 316 a mais do que 304, e isso importa em uma embarcação?

A chapa 316 normalmente tem um prêmio de 25 a 45 por cento sobre a 304, impulsionada principalmente pelas sobretaxas de molibdênio e liga de níquel. Em um vaso de pressão acabado, a penalidade é menor do que a lacuna sugere, porque a chapa é apenas parte do custo entregue e a soldagem, o exame e o tratamento térmico são idênticos para os dois tipos.

Onde a diferença de custo aparece e onde não aparece

A última linha não é uma piada. Quando um vaso 304 rompe porque o processo contém cloretos, a causa raiz é fácil de encontrar e a correção – atualizar o material – é simples. Quando um vaso 316 quebra sob o isolamento, o fabricante geralmente é o primeiro suspeito, embora o material nunca tenha sido capaz de resistir a esse mecanismo. Pagar o prêmio pelo 316 e depois usá-lo para resolver um problema que o molibdênio não resolve é o pior dos dois resultados.

Para as opções de liga além deste par,904L versus 254 SMO versus 316Lcobre onde as classes superausteníticas assumem o controle, eaço inoxidável 904Lfornece a composição e as propriedades dos mais utilizados.

Qual metal de adição você usa para placas 304 versus 316?

Combine o grau e mantenha o carbono baixo. Soldar 304 e 304L com ER308L para GTAW e GMAW ou E308L para SMAW; solde 316 e 316L com ER316L ou E316L. Use as variantes com silicone para GMAW para melhorar a umectação. Ambos os metais básicos ficam no P-No. 8 Grupo 1 e todos esses enchimentos ficam no F-No. 6, portanto, uma estrutura de qualificação de procedimento cobre toda a família.

Seleção de preenchimento para soldas de placas 304 e 316

O enchimento deliberadamente não combina perfeitamente com o metal base. O ER308L executa cerca de 19,5 a 22,0 por cento de cromo contra 17,5 a 19,5 por cento na placa, e o ER316L executa cerca de 18,0 a 20,0 por cento de cromo contra 16,0 a 18,0 por cento na placa. Esse enriquecimento de cromo é o que coloca o metal de solda no caminho de solidificação ferrítico-austenítico em vez do totalmente austenítico, que é a próxima questão - e é também por que uma solda depositada com o enchimento errado pode parecer perfeita na radiografia e ainda assim ser um problema de trincas.

A estrutura de qualificação é comum a ambos os graus. A Seção IX da ASME atribui 304, 304L, 316 e 316L ao P-No. 8 Grupo 1, atribui todas essas cargas inoxidáveis ​​austeníticas ao F-No. 6 e cobre a composição do metal de solda sob o sistema A-Number. Consequência prática: qualificar um procedimento no 316L geralmente qualifica as variáveis ​​essenciais para o resto da família, razão pela qual a maioria das lojas se qualifica no 316L e trabalha em vez de qualificar cada grau separadamente.

Por que o número de ferrita é importante no metal de solda inoxidável austenítico?

Porque uma pequena quantidade de ferrita delta é a única coisa que fica entre uma solda austenítica e uma trinca de solidificação. Alvo número de ferrite de 3 a 10. Abaixo de cerca de 3 FN o metal de solda solidifica como grãos grossos de austenita colunares com filmes líquidos ricos em impurezas entre eles e pode rachar enquanto esfria; acima de cerca de 10 FN, a ferrita pode se converter em fase sigma frágil em serviço quente.

A ferrita é magnética e a austenita não, por isso toda a medição pode ser feita com um instrumento magnético calibrado na solda acabada. O número de ferrite é definido pelo AWS A4.2 e não é exatamente a porcentagem de volume - abaixo de 8 a 10 os dois estão próximos, acima disso eles divergem - o que é mais uma razão pela qual a banda alvo recomendada fica onde está.

Bandas numéricas de ferrite e o que cada uma significa

A previsão antes da soldagem é feita com o diagrama de constituição WRC-1992, que usa equivalentes de cromo e níquel calculados a partir da composição diluída do metal de solda: equivalente de Cr é igual a porcentagem de Cr mais porcentagem de Mo mais 0,7 vezes por cento de Nb, e equivalente de Ni é igual a porcentagem de Ni mais 35 vezes por cento de C mais 20 vezes por cento de N mais 0,25 vezes por cento de Cu. O termo nitrogênio é a razão pela qual WRC-1992 deslocou o antigo diagrama de Schaeffler para calores modernos com baixo teor de carbono e nitrogênio.

O número de ferrite previsto é um cálculo; o número de ferrite medido é o registro de aceitação. Meça-o no cupom de qualificação do procedimento com um instrumento calibrado e novamente nos cupons de teste de produção se o calor do enchimento mudar. Observe também que as isenções de teste de impacto criogênico em UHA-51 possuem seus próprios limites de ferrita que ficam abaixo da faixa de 3 a 10. Se a sua embarcação precisar de soldas resistentes a rachaduras e de uma temperatura do metal projetada muito baixa, resolva esse conflito no PQR com seu Inspetor Autorizado, em vez de descobri-lo depois que as soldas forem feitas.

Você precisa de tratamento térmico de pré-aquecimento ou pós-soldagem para soldas de vasos 304 e 316?

Não para ambos, no sentido usual. Não há mecanismo de craqueamento de hidrogênio para pré-aquecer, porque a austenita não se transforma em martensita no resfriamento e tem alta solubilidade em hidrogênio. E a seção VIII-1 Tabela UHA-32 da ASME afirma que o tratamento térmico pós-soldagem para aço inoxidável austenítico P-No. 8 não é obrigatório nem proibido - não há nenhum gatilho de espessura.

Tratamento térmico de soldas em vasos de aço inoxidável austenítico

A posição UHA-32 é genuinamente diferente do mundo do aço carbono e surpreende os fabricantes. Para um vaso de aço carbono P-No. 1 há um limite de espessura dura - 38 mm (1,5 pol.) para o P-No. 1 Grupo 1 - acima do qual o PWHT é obrigatório. Para o aço inoxidável austenítico não há limite, tempo de espera e temperatura mínima. Se o usuário especificar o tratamento térmico de qualquer maneira, o ciclo correto é um recozimento em solução seguido de resfriamento rápido, e não um alívio de tensão subcrítica. Um alívio de tensão de 650 C em um vaso soldado a partir de uma placa não-L é uma excelente maneira de sensibilizar toda a zona afetada pelo calor.

Cabeças formadas são a exceção que vale a pena conhecer. A deformação a frio e qualquer ciclo de conformação a quente alteram o material, e as cabeças austeníticas fortemente formadas a frio são frequentemente recozidas em solução após a conformação para remover a deformação e restaurar a resistência à corrosão. Esse é um tratamento térmico de operação de conformação, não um PWHT de solda, e acontece antes da cabeça ser soldada na carcaça.

Como você interrompe a sensibilização na zona afetada pelo calor de uma solda de vaso?

Controle primeiro o carbono, depois o tempo e a temperatura. Solicite material de classe L ou com certificação dupla para que não haja carbono suficiente para formar uma rede contínua de metal duro e, em seguida, mantenha a temperatura entre passagens baixa e a entrada de calor moderada para que a ZTA gaste o mínimo de tempo possível entre 425 e 815 C. Onde o recipiente permanecerá quente durante anos, considere uma classe estabilizada, e onde a consequência for alta, verifique com um teste ASTM A262.

Vale a pena entender o mecanismo uma vez para que os controles façam sentido. O carboneto de cromo precipita nos limites dos grãos porque o carbono se difunde para o limite mais rápido do que o cromo pode se difundir para fora do metal circundante. O carboneto formado é rico em cromo, de modo que a estreita faixa de metal imediatamente ao lado da fronteira se esgota. Abaixo de aproximadamente 12% de cromo, essa faixa não é mais inoxidável e, em um fluido corrosivo, ela se dissolve preferencialmente, deixando um caminho intergranular contínuo. A precipitação mais rápida ocorre perto de 650 a 750 C, que está dentro da faixa pela qual passa uma HAZ de solda.

Controles de sensibilização, na ordem em que devem ser aplicados

Qual prática A262 escolher depende da nota, e este é um dos poucos lugares onde a escolha 304 versus 316 muda genuinamente o método de teste. A prática B, o teste de sulfato férrico-ácido sulfúrico, é apropriada para graus austeníticos contendo molibdênio, portanto especifique-a para 316 e 316L. A Prática C, o ácido nítrico ou teste de Huey, é a escolha convencional para 304 e 304L. A Prática A é o ataque rápido com ácido oxálico usado para triagem, e a Prática E é o teste de ácido sulfúrico-sulfato de cobre usado quando uma avaliação austenítica geral é desejada.

Por que as soldas de vasos de aço inoxidável austenítico distorcem mais do que as soldas de aço carbono?

Duas propriedades físicas, ambas iguais para 304 e 316. O aço inoxidável austenítico conduz cerca de um terço do calor que o aço carbono, de modo que o calor da solda permanece na junta em vez de se espalhar; e se expande cerca de 40 a 50 por cento mais por grau, de modo que o mesmo campo de temperatura produz mais tensão térmica. Mais deformação concentrada numa zona mais estreita significa mais distorção, mais retração e mais tensão residual.

Propriedades físicas que impulsionam o comportamento de fabricação

Os controles seguem diretamente da física. Use uma entrada de calor moderada em vez das altas taxas de deposição que você usaria no aço carbono. Use barras de apoio de cobre ou alumínio para retirar o calor da raiz. Use uma sequência de soldagem balanceada - recuada ou simétrica - para que a contração seja distribuída em vez de acumulada. Fixe-o em uma parte forte onde a geometria permitir e lembre-se de que a restrição aumenta a tensão residual ao mesmo tempo em que reduz a distorção visível.

Mais uma consequência é específica para vasos de paredes finas. Uma carcaça com menos de 6 mm é limitada pela rigidez e não pela resistência, portanto, a distorção e os danos por manuseio, e não o cálculo UG-27, definem o mínimo prático. É por isso que vasos austeníticos finos são geralmente construídos com anéis de reforço ou uma parede nominal aumentada, em vez do mínimo calculado, e é por isso que a orientação de espessura emcomo escolher a espessura da placa de aço inoxidávelvale a pena ler antes de finalizar o shell.

Qual exame a Seção VIII da ASME exige em soldas de vasos de aço inoxidável austenítico?

Radiografia por UW-11 no nível necessário para obter a eficiência de junta projetada, além de exame de líquido penetrante em todas as soldas austeníticas de cromo-níquel com espessura nominal superior a 19 mm (3/4 pol.), conforme exigido por UHA-34. Caso seja realizado algum tratamento térmico, o exame é feito posteriormente. O requisito de penetrante é uma regra específica para austeníticos sem equivalente em aço carbono.

Requisitos de exame que se aplicam às soldas dos vasos 304 e 316

A regra UHA-34 é a que é esquecida com mais frequência. Um fabricante cujos hábitos vêm do aço carbono fará radiografias, talvez fará testes ultrassônicos e não pensará no exame penetrante em uma costura de concha de 25 mm. O Código exige isso, e isso é importante: o metal de solda austenítico solidifica com grãos colunares grossos, e uma radiografia tirada através de grãos colunares grossos é pobre em encontrar os defeitos de falta de fusão planares e hermeticamente fechados que esses grãos tendem a esconder.

Qual é a armadilha de teste hidrostático para vasos de pressão de aço inoxidável?

A água. Um recipiente que passa no teste hidrostático pode ser arruinado pela água de teste deixada nele, porque a água estagnada contendo cloreto perfura o aço inoxidável austenítico mais rápido do que a maioria dos fluidos de processo que o recipiente jamais verá. Limite o cloreto, drene imediatamente, seque completamente e não deixe um recipiente parcialmente cheio parado durante um fim de semana.

Controles de teste hidrostático para vasos de aço inoxidável austenítico

Há uma segunda armadilha mais silenciosa na mesma área. Os vasos são frequentemente hidrotestados, drenados e depois deixados com os bicos vazios colocados e a passagem fechada durante semanas antes do comissionamento. A película restante de água evapora e recondensa, concentrando todo o cloreto existente nas superfícies mais quentes e mais frias. Se um recipiente tiver que ficar parado, deixe-o aberto e seco ou preserve-o com nitrogênio seco. Fabricantes que lidaramaço inoxidáveldurante anos reconhecerão este padrão: os danos nunca ocorrem onde a água era mais profunda, mas sim na linha de água.

Como você verifica se realmente recebeu 316 e não 304?

Identificação positiva do material com um analisador portátil de fluorescência de raios X, verificando o molibdênio. Leva segundos, funciona na chapa e na solda acabada, e é a única maneira prática de detectar uma confusão na oficina, porque 304 e 316 são visual, magnética e dimensionalmente idênticos.

Etapas de verificação desde o pedido de compra até a placa de identificação

O molibdênio é o discriminador porque é o único elemento na especificação que uma classe possui e a outra não. As faixas de cromo e níquel se sobrepõem o suficiente para não resolverem a questão, e nenhum teste visual ou magnético consegue. Um disparo PMI de cinco segundos em cada placa antes de entrar no rolo e em cada costura após a soldagem remove um modo de erro que, de outra forma, surgiria anos depois como corrosão inexplicável. Vale a pena fazer a mesma verificação no carretel do fio de enchimento, porque o fio é o outro lugar onde uma confusão pode se esconder.

Quando um vaso de pressão deve ser construído a partir do 304 em vez do 316?

Sempre que não houver mecanismo de corrosão localizado para o molibdênio resolver. Se o fluido não contém cloreto significativo, a temperatura permanece abaixo de aproximadamente 60°C na presença de qualquer cloreto, o serviço está oxidando, ou o recipiente está seco, limpo e interno, 304L é o material correto e mais barato e o molibdênio é dinheiro gasto em nada.

Matriz de seleção para placa de vaso de pressão 304L versus 316L

Quando a resposta for nenhuma delas, os caminhos de atualização estão bem estabelecidos.Dúplex 2205aproximadamente dobra o limite de escoamento e lida com a corrosão sob tensão por cloreto muito melhor do que qualquer um dos tipos.254 SMOe904Lassumir onde a resistência à corrosão é o requisito dominante, e para as tarefas mais agressivas a comparação torna-seInconel 625 versus 316L. Soldar esses materiais é novamente uma disciplina diferente - vejao guia de soldagem Hastelloy C276eo guia de soldagem Inconel 625para saber como os procedimentos mudam.

Como você especifica a placa 304 versus 316 para um vaso de pressão?

Trabalhe em ordem: defina o ambiente, escolha a variante de carbono, confirme a listagem e a certificação do código, projete com a tensão admissível para o tipo que você realmente comprou, qualifique o procedimento com um número de ferrita medido, controle o interpasse e a blindagem, especifique o exame e qualquer teste de corrosão intergranular, depois controle a água do hidroteste e limpe o recipiente em seguida.

Etapa 1. Anote o ambiente do processo antes de anotar a nota:Registre o teor de cloreto, a temperatura, o pH, se o fluido está oxidando ou reduzindo, o que acontece durante o desligamento e o que está sob o isolamento. 304 e 316 são ambos graus austeníticos de cromo-níquel; o molibdênio em 316 só compra alguma coisa se um mecanismo de corrosão localizado estiver realmente presente. VerPropriedades e aplicações do aço inoxidável 304 vs 316para a imagem geral da propriedade.

Passo 2. Escolha a variante de carbono a partir da temperatura de soldagem e de serviço em conjunto:Para uma embarcação soldada que não terá serviço sustentado acima de cerca de 425 C, solicite o grau L. Se a temperatura de projeto estiver na faixa de fluência, mude para 316H ou 304H em vez de tentar esticar uma classe L. Se você quiser que um item de estoque atenda a ambos, compre material com certificação dupla e certifique-se de que o certificado da fábrica liste ambas as especificações.

Etapa 3. Confirme se a placa é material de código e obtenha o certificado antes de ser cortada:A placa deve ser SA-240 (adoção ASME da ASTM A240) e listada para uso na Seção VIII-1, com um número de calor rastreável à marcação da placa e um documento EN 10204 3.1 ou 3.2. Leia a análise de calor, não o valor típico: verifique o carbono em relação a 0,030% para um grau L e o molibdênio em relação a 2,00% para 316.ASTM A240lista todos os requisitos químicos e mecânicos.

Passo 4. Projete a carcaça com a tensão permitida para o tipo exato que você comprou:Use t=PR / (SE - 0.6P) de UG-27 para a junta longitudinal e t=PR / (2SE + 0.4P) para a junta circunferencial, com S lido da Seção II Parte D Tabela 1A na temperatura de projeto e E de UW-12 para seu tipo de junta e exame. Não projete com 304 permitidos e depois compre uma placa 304L.

Passo 5. Qualifique o procedimento de soldagem com o enchimento correto e um número de ferrita medido:Qualifique-se de acordo com a Seção IX da ASME usando material de base P-No. 8 Grupo 1 com ER308L ou ER316L sob F-No. 6. Preveja o número de ferrita com o diagrama WRC-1992 no calor de enchimento real e, em seguida, confirme-o no cupom de qualificação com um instrumento magnético calibrado e mantenha 3 a 10 FN.

Etapa 6. Controle a entrada de calor, a temperatura entre passes e a proteção da raiz:Mantenha o interpasse a 175 C (350 F) no máximo para trabalhos gerais e 150 C (300 F) no máximo onde a resistência à corrosão é crítica. Purgue novamente a raiz com argônio para que o teor de oxigênio permaneça baixo o suficiente para evitar a adição de açúcar e use uma sequência de soldagem balanceada com barras de suporte de cobre ou alumínio para retirar o calor da junta.

Etapa 7. Escreva o exame e o teste de corrosão intergranular no pedido:Especifique a radiografia por UW-11 para a eficiência da junta que você projetou, líquido penetrante por UHA-34 em soldas com espessura nominal acima de 19 mm e um teste ASTM A262 em um cupom de solda de produção quando o vaso observar temperaturas sensibilizantes ou um fluido corrosivo. Use a Prática B para 316L e a Prática C para 304L.

Etapa 8. Controle a água do teste hidrostático e depois seque o recipiente:Limite o cloreto a aproximadamente 50 ppm, drene o recipiente assim que o teste for concluído e seque todas as superfícies internas. Remova a coloração térmica por decapagem conforme ASTM A380 ou por meios mecânicos com ferramentas de aço inoxidável dedicadas, passivação conforme ASTM A967 e finalize com identificação positiva do material nas soldas concluídas para confirmar a presença de molibdênio onde 316 foi especificado.

Dois hábitos fazem a diferença entre uma especificação que sobrevive ao contato com uma loja e outra que não sobrevive. Primeiro, escreva os requisitos suplementares no pedido de compra, não no corpo das notas do desenho - molibdênio mínimo, número mínimo de ferrita, teste de corrosão intergranular e tipo de certificado são todos itens do pedido de compra. Segundo, faça da verificação de identificação do material um ponto de espera no plano de inspeção e teste, em vez de uma solicitação. Para o percurso completo desde a placa até a montagem do carretel e do recipiente,fabricação de carretel de tubocobre a sequência de fabricação epré-fabricação versus soldagem em campocobre onde o trabalho é melhor executado.

Perguntas frequentes

Molibdênio. 316 e 316L contêm 2,00 a 3,00 por cento de molibdênio e 304 e 304L não contêm nenhum. As faixas de cromo diferem ligeiramente na outra direção - 304 apresenta 17,5 a 19,5 por cento de cromo contra 16,0 a 18,0 por cento para 316 - e 316 carrega a faixa mais alta de níquel de 10,0 a 14,0 por cento. Todo o resto, incluindo todas as propriedades mecânicas, é o mesmo.

Quanto molibdênio existe em uma placa de aço inoxidável 316?

ASTM A240 requer 2,00 a 3,00 por cento para 316 e 316L. Um calor a 2,02% e outro a 2,95% são ambos compatíveis, mas não apresentam desempenho idêntico em uma fenda quente de cloreto, portanto, especifique um mínimo de molibdênio como um requisito suplementar quando a corrosão for o mecanismo regulador.

316 é mais forte que 304?

A ASTM A240 lista propriedades mecânicas mínimas idênticas: 515 MPa (75 ksi) de tração e 205 MPa (30 ksi) de rendimento para ambos, e 485 MPa (70 ksi) de tração e 170 MPa (25 ksi) de rendimento para ambos os graus L. O molibdênio altera o comportamento de corrosão, não a resistência.

Qual é o PREN de 304 versus 316?

Usando PREN=por cento Cr + 3.3 x por cento Mo + 16 x por cento N, o 304 típico é cerca de 18 a 20 e o 316 típico é cerca de 23 a 26. A lacuna vem quase inteiramente do termo molibdênio. PREN é um índice de classificação, não um limite de projeto – ele não fornece uma temperatura crítica de corrosão ou uma temperatura crítica de fenda.

O que é melhor para um vaso de pressão, 304 ou 316?

Depende inteiramente da existência de um mecanismo de corrosão localizada. Se não houver cloretos, ou se houver vestígios de cloretos abaixo de cerca de 50 ppm à temperatura ambiente, 304L é o correto e mais barato. Se houver presença de cloretos ou se o fluido for um ácido redutor diluído, escolha 316L. Se os cloretos estiverem presentes acima de cerca de 60°C, nenhum deles é adequado porque a corrosão sob tensão por cloretos é então o risco dominante.

Por que o 316L é preferido ao 316 para vasos de pressão soldados?

O carbono. 316 permite até 0,08% de carbono, o que é suficiente para formar carboneto de cromo nos limites dos grãos na zona afetada pelo calor durante a soldagem, esgotando o metal adjacente de cromo e criando um caminho para a corrosão intergranular. 316L limita o carbono em 0,030%, o que é muito pouco para formar uma rede contínua de carboneto em um ciclo de soldagem normal.

Você pode soldar 304 a 316?

Sim. Use enchimento ER316L ou E316L, que corresponde à liga mais alta dos dois metais básicos. Nunca faça downgrade para um enchimento 308L em uma junta 304 a 316, porque o metal de solda diluído carregaria menos molibdênio do que qualquer um dos pais. Ambas as notas são P-No. 8 Grupo 1, portanto a junta está dentro de uma estrutura de qualificação de procedimento.

Que metal de adição você usa para soldar a placa 316?

ER316L para GTAW e GMAW, E316L para SMAW e ER316LSi para GMAW quando você deseja melhor umedecimento e formato do cordão do silício. Para 316L para aço carbono, use ER309LMo para que a zona de transição mantenha o molibdênio. Almeje um número de ferrita de 3 a 10 no metal de solda depositado.

Qual é o número correto de ferrita para metal de solda 308L e 316L?

Alvo de 3 a 10 FN, sendo 3 a 8 o ideal usual. Abaixo de cerca de 3 FN o risco de fissuração por solidificação aumenta acentuadamente porque a solda solidifica como austenita colunar grosseira com filmes de impurezas entre os grãos. Acima de cerca de 10 FN, e especialmente acima de 12 FN, a ferrita delta pode se converter em fase sigma frágil na faixa de 550 a 900 C, e o molibdênio acelera essa transformação.

Você precisa de tratamento térmico pós-soldagem para soldas de vasos 304 ou 316?

Não. A seção VIII-1 Tabela UHA-32 da ASME declara que o PWHT para aço inoxidável austenítico P-No. 8 não é obrigatório nem proibido, portanto, não há gatilho de espessura como existe para o aço carbono. Se o usuário especificar o tratamento térmico de qualquer maneira, o ciclo correto é um recozimento em solução a 1.040 a 1.095 C seguido de resfriamento rápido - e não um alívio de tensão subcrítica, que sensibilizaria qualquer material não-L.

Você pré-aquece o aço inoxidável antes de soldar?

Não para evitar trincas e nem para as temperaturas utilizadas no aço carbono. A austenita não se transforma em martensita no resfriamento e retém o hidrogênio prontamente, portanto não há mecanismo de craqueamento do hidrogênio para pré-aquecer. O pré-aquecimento é usado apenas para remover a umidade ou descongelar uma junta fria, e o pré-aquecimento excessivo piora a distorção.

Qual é a temperatura máxima de interpasse para o aço inoxidável austenítico?

175 C (350 F) é o máximo comum para fabricação geral, e 150 C (300 F) é usado onde a resistência à corrosão é crítica. O interpasse é controlado como máximo e não como mínimo, precisamente porque manter a zona afetada pelo calor na faixa de 425 a 815 C é o que causa a sensibilização.

O que é sensibilização e como evitá-la?

A sensibilização é a precipitação de carboneto de cromo nos limites dos grãos quando o metal é mantido entre cerca de 425 e 815°C, o que esgota o cromo do metal imediatamente ao lado do limite e permite a corrosão intergranular. Evite isso usando material de grau L ou com certificação dupla com 0,030% de carbono no máximo, limitando a temperatura entre passagens e a entrada de calor, e usando um grau estabilizado como 347 para serviços quentes.

Que temperatura causa sensibilização no aço inoxidável?

Entre cerca de 425 e 815 C (800 e 1500 F), com a precipitação mais rápida perto de 650 a 750 C. Uma zona afetada pelo calor da solda passa por essa faixa em minutos, e é por isso que o conteúdo de carbono - e não o teor de cromo - determina se uma solda permanece resistente à corrosão.

Qual prática ASTM A262 testa sensibilização do 316L?

A prática B, o teste de sulfato férrico-ácido sulfúrico, é a prática apropriada para aço inoxidável austenítico contendo molibdênio, como 316 e 316L. A Prática C, o ácido nítrico ou teste de Huey, é a escolha convencional para 304 e 304L. A Prática A é o ataque rápido de triagem com ácido oxálico e a Prática E é o teste de ácido cobre-sulfato de cobre-sulfúrico.

Qual é a tensão admissível de SA-240 304 versus 316?

Idêntico à temperatura ambiente: 20,0 ksi (138 MPa) para 304 e 316, e 16,7 ksi (115 MPa) para 304L e 316L, de acordo com ASME Seção II Parte D Tabela 1A. Isso significa que 316 não permite construir um recipiente mais fino do que 304 - o molibdênio compra resistência à corrosão, não força.

O 316 é resistente à corrosão sob tensão por cloreto?

Não. O molibdênio melhora a resistência à corrosão por corrosão e fissuras, mas não tem nenhum efeito útil na corrosão sob tensão por cloreto, que precisa de cloretos, oxigênio, tensão de tração e uma temperatura acima de aproximadamente 60°C. O molibdênio não aborda nenhum dos quatro. A solução é remover uma das quatro condições ou alterar a família da liga para duplex, 6Mo ou liga de níquel.

O 316 pode ser usado para serviço de água do mar?

Não é adequado para imersão contínua ou qualquer serviço com fendas.. 316Os poços e fendas corroem na água do mar, especialmente em áreas estagnadas ou protegidas. Use super duplex como S32750, uma classe 6Mo como 254 SMO ou uma liga de níquel dependendo da velocidade, temperatura e geometria da fenda.

Qual é o limite de cloreto de água de teste hidrostático para vasos de aço inoxidável?

Geralmente especificado em 50 ppm no máximo e 25 ppm ou menos onde o recipiente não pode ser seco de forma confiável. Qualquer que seja o limite, drene o recipiente imediatamente após o teste e seque todas as superfícies internas. A água estagnada com cloreto desmineraliza o aço inoxidável austenítico mais rapidamente do que a maioria dos fluidos de processo que ela irá conter, e os danos geralmente aparecem na linha de água.

Como você diferencia 304 de 316 na loja?

Identificação positiva do material com um analisador portátil de fluorescência de raios X, verificando o molibdênio. Os dois graus são visualmente, magneticamente e dimensionalmente idênticos, e as faixas de cromo e níquel se sobrepõem, portanto o molibdênio é o único discriminador confiável. Verifique em cada placa no recebimento, em cada peça após o corte e nas soldas concluídas.

A placa de aço inoxidável 316 é magnética?

Não, não na condição recozida - tanto o 304 quanto o 316 são austeníticos e não magnéticos. O metal de solda em qualquer grau contém ferrita delta suficiente para fornecer uma resposta magnética fraca, que é exatamente o que um instrumento de medição de ferrita detecta. O trabalho a frio também pode induzir leve magnetismo nas áreas formadas.

Em que temperatura você deve parar de usar 304L ou 316L?

Aplicam-se três limites. A sensibilização a baixas temperaturas é importante acima de cerca de 500 C em serviço prolongado, a tensão admissível cai acima de aproximadamente 540 C conforme a fluência governa, e o 316L contendo molibdênio é o grau mais propenso a sigma na faixa de 550 a 900 C. Para uma temperatura sustentada do metal acima de cerca de 540°C, mude para 304H ou 316H, ou para um grau estabilizado como 347.

O que é placa 316/316L com certificação dupla?

Um único calor que atende a todos os requisitos de ambas as especificações: carbono no máximo de 0,030% junto com os mínimos de tração e rendimento de grau reto. Ele permite que um item de estoque satisfaça uma especificação de soldagem de grau L e um projeto de grau reto permitido, sujeito ao pedido de compra, marcação da placa e certificado, todos indicando o grau para o qual você está projetando.

O metal de solda 316 precisa de alívio de tensão?

Não há nenhuma exigência do Código para alívio de tensão em soldas inoxidáveis ​​austeníticas, e um alívio de tensão subcrítica na faixa de 600 a 700 C é ativamente prejudicial porque sensibiliza materiais não-L e pode aumentar a fase sigma em metal de solda contendo molibdênio. A tensão residual é gerenciada através do projeto da junta, sequência de soldagem e, quando necessário, métodos mecânicos.

Quanto mais custa a placa 316 do que 304?

Normalmente 25 a 45 por cento sobre o preço da chapa grossa, impulsionado principalmente pelas sobretaxas de ligas de molibdênio e níquel e acompanhando os mercados de ligas. Em um navio acabado a penalidade é menor, porque a soldagem, o exame e o tratamento térmico custam o mesmo para ambas as classes e a chapa é apenas parte do custo entregue.

316 é melhor que 304 para serviços de ácido nítrico?

Não, é pior. O molibdênio se dissolve preferencialmente em ácidos fortemente oxidantes, portanto o 304L é a escolha padrão para serviços com ácido nítrico e o 316L é evitado. Este é um dos poucos casos em que a qualidade mais cara é a tecnicamente errada.