Трубы из нержавеющей стали 316 Vs. 316L: полупроводниковые проекты

Если вы приобретаете трубы из нержавеющей стали 316L для предприятий по производству полупроводников,-будь то для газа сверхвысокого давления, сверхчистой воды (UPW), подачи химикатов или трубопроводов для оборудования-только цена и толщина стенок не являются единственными факторами, которые следует учитывать. В полупроводниковых проектах большее внимание уделяется чистоте материала, шероховатости внутренней поверхности, качеству электрополировки (EP), свариваемости, контролю частиц, чистой упаковке и отслеживанию номера плавки.

 

Единственное фундаментальное различие между 316 и 316L заключается в содержании углерода (менее или равно 0,08% против менее или равно 0,03%), однако это напрямую определяет риск межкристаллитной коррозии после сварки. Сорт 316 может подвергнуться сенсибилизации всего за 50 секунд при температуре 650 градусов, тогда как для 316L требуется 8 часов; эта тысяче-кратная разница является основной причиной выбора 316L для полупроводниковых трубопроводных систем.

 

316 против. 316Л:Химический состав

Элемент	316 (мас.%)	316Л (мас.%)
Углерод (С)	Меньше или равно 0,08	Меньше или равно 0,03
Хром (Cr)	16.00–18.00	16.00–18.00
Никель (Ni)	10.00–14.00	10.00–14.00
Молибден (Мо)	2.00–3.00	2.00–3.00
Марганец (Mn)	Меньше или равно 2,00	Меньше или равно 2,00
Кремний (Si)	Меньше или равно 0,75	Меньше или равно 0,75
Фосфор (Р)	Меньше или равно 0,045	Меньше или равно 0,045
Сера (S)	Меньше или равно 0,030	Меньше или равно 0,030
Азот (Н)	Меньше или равно 0,10	Меньше или равно 0,10

 

Примечание:Хотя разница в содержании углерода невелика (0,05 процентных пункта), она оказывает сильное влияние на микроструктуру после-сварки. Углерод соединяется с хромом с образованием карбидов Cr₂₃C₆ (в которых содержание хрома может достигать до 70 мас.%), что приводит к обеднению хромом вблизи границ зерен. Из-за низкого общего содержания углерода 316L образует ограниченное количество карбидов, в результате чего степень обеднения хромом на границах зерен - намного ниже, чем у 316.

 

 

316 против. 316L (отожженный, ASTM A269):Механическое свойство

Свойство	ТП316	ТП316Л
Предел прочности (мин.)	515 МПа	485 МПа
Предел текучести, 0,2% (мин.)	205 МПа	170 МПа
Удлинение	Больше или равно 40 %	Больше или равно 40 %
Твердость (HB макс.)	217	217
ПРЕН	25–28	25–28

 

 

316 против. 316L: сенсибилизация и межкристаллитная коррозия

Когда аустенитная нержавеющая сталь подвергается воздействию температурного диапазона 425–850 градусов -диапазон, который неизбежно пересекает зона термического воздействия (ЗТВ) во время термических циклов сварки-углерод вступает в реакцию с хромом с образованием карбидов хрома (M₂₃C₆, в первую очередь Cr₂₃C₆). Эти карбиды выделяются по границам зерен, содержание хрома достигает 70 мас.%. Это осаждение истощает хром в областях, прилегающих к границам зерен, создавая «зону, обедненную хромом». В этой зоне содержание хрома падает ниже порога 12,5%, необходимого для пассивации, что приводит к значительному снижению коррозионной стойкости и, как следствие, к межкристаллитной коррозии (МКК).

Оценка	Содержание углерода	Время сенсибилизации при 650 градусах	Относительная разница
316	Меньше или равно 0,08%	~50 секунд	1×
316L	Меньше или равно 0,03%	~8 часов	~1,000×

 

316 против. 316L: различия в сварочных характеристиках

В полупроводниковых трубопроводных системах используется автоматическая орбитальная GTAW, требующая большого количества высококачественных, повторяемых сварных швов. Качество сварки является решающим фактором при выборе между материалами 316 и 316L.

Сварочные характеристики	316	316L
После-риск чувствительности к сварке	Высокий (~ 50 секунд при 650 градусах)	Очень низкий (~ 8 часов при 650 градусах)
Межкристаллитная коррозия после-сварки	Существует риск (разрушение сварного шва)	Высокое сопротивление
Сенсибилизация HAZ (DOS)	Может превышать 1%	<1%
Выделение карбида в зоне сварки	Значительный (видимый с помощью SEM)	Следовые количества (трудно обнаружить с помощью SEM)
Назад-Продувка защиты аргоном	Требуется, с расширенным охлаждением	Обязательно (стандартная процедура)
После-Коррозионная стойкость сварных швов	Снижается из-за обеднения хромом на границах зерен.	Обычно поддерживается
Рекомендуемое применение	Не-сварные применения или требования к прочности при высоких-температурах	Предпочтительный выбор для сварных трубопроводных систем.

 

316 против. 316L: различия в обработке поверхности

И 316, и 316L могут пройтисветлый отжиг (БА)иэлектрополировка (ЭП). Однако из-за более низкого содержания углерода 316L обычно обеспечивает более качественную пассивную пленку-после электрополировки, что приводит к лучшей коррозионной стойкости.

Метод лечения	316	316L	Разница/Объяснение
Яркий отжиг (BA)	Доступный	Доступный	316L обычно обеспечивает более однородную поверхность.
Электрополировка (ЭП)	Доступный	Предпочтительный	316L образует более плотную пассивную пленку после EP.
Ра После EP (Стандарт)	Меньше или равно 0,25 мкм	Меньше или равно 0,25 мкм	Оба могут достичь одинаковой шероховатости поверхности.
Ра После EP (Премиум)	Меньше или равно 0,13 мкм	Меньше или равно 0,13 мкм	316L может с большей легкостью достичь этого уровня.

 

Почему полупроводниковая промышленность почти исключительно использует 316L вместо 316?

Полупроводниковые трубопроводные системы требуют обширной орбитальной сварки, часто с участием тысяч сварных соединений. При марке 316 -зона термического влияния (HAZ) очень чувствительна к сенсибилизации во время сварки,-когда карбиды хрома выпадают в осадок по границам зерен, что приводит к обеднению хромом-, что приводит к значительному снижению устойчивости к межкристаллитной коррозии. Напротив, из-за чрезвычайно низкого содержания углерода 316L демонстрирует степень сенсибилизации (DOS) менее 1% после сварки, что означает, что его коррозионная стойкость остается практически неизменной. Кроме того, стандарты полупроводниковой промышленности, такие как SEMI F20 и ASTM A270, прямо предусматривают использование 316L.

 

Стандарты полупроводниковой промышленности для 316 и 316L

Стандарты полупроводниковой промышленности явно благоприятствуют316L, а не 316для трубопроводов высокой-чистоты:

Стандартный	Указанный класс	316 Применимо	316L применимо
ПОЛУ F20	316L	Нет	Да
АСТМ А270	316L	Нет (требуется 316L)	Да
АСТМ А312	ТП316 / ТП316Л	Да (трубопроводы-общего назначения)	Да (трубопроводы-общего назначения)
АСМЭ БПЭ	316L	Нет	Да

ПОЛУ F20определяет 316L для полупроводниковых трубопроводов общего-назначения, высокой-чистоты и сверх{3}}высокой-чистоты, в то время как 316 не входит в сферу его применения.АСТМ А270Для санитарно-гигиенических трубок для этих целей также предусмотрена марка 316L.АСТМ А312 – это основная спецификация трубопроводов общего-назначения, охватывающая как TP316, так и TP316L; однако в полупроводниковых проектах обычно указываетсяТП316Лиз-за более низкого содержания углерода, повышенной устойчивости к сенсибилизации при сварке и пригодности для производства с высокой-чистотой.

 

 

316 против. 316L: Сравнение данных о коррозии

В состоянии основного-металла (без сварки) стали 316 и 316L имеют очень схожую коррозионную стойкость, при этом значения PREN обычно находятся в диапазоне 25–28. Однако после сварки скорость их коррозии может значительно различаться в определенных средах, связанных с полупроводниками.

Средний/Состояние	316	316L
Вода высокой-чистоты/деминерализованная вода (после сварки)	0,10 мм/год	0,03 мм/год
10% H₂SO₄, 60 градусов	-	0,02 мм/год
Погружение в NaCl	-	0,4260 миль в год
H₂SO₄ Погружение	-	2,5141 млн лет в год
Фторсодержащая среда-, 50 ppm F⁻, 60 градусов	-	~0,08 мм/год
Фторсодержащая среда-, F⁻ > 2000 ppm	-	>2 мм/год

 

Поставщики труб из нержавеющей стали 316L

Gnee поставляет трубы из нержавеющей стали 316L для полупроводниковых проектов, включая технологические трубопроводы высокой-чистоты, газораспределительные системы и системы водоснабжения UPW/DI. Доступные варианты включают трубки, соответствующие требованиям ASTM A270, ASTM A312 и ASME BPE-, с поверхностями BA/EP и контролируемым Ra менее или равным 0,25 мкм или менее или равным 0,13 мкм. Каждая партия может поставляться с сертификатами EN 10204 3.1 MTC, PMI, контролем размеров, контролем шероховатости поверхности, гидростатическими/вихревыми-испытаниями и отслеживанием теплового-числа, что обеспечивает высокую-чистоту производства и требования к обеспечению качества проекта.

Категория продукта	Поверхностная обработка	Стандарты спецификации	Диапазон размеров (НД)
Трубка BA (светлый отжиг)	Ra Меньше или равно 0,4 мкм	АСТМ А269/А632	1/8" - 2"
Трубка EP (электро-полированная)	Ra Меньше или равно 0,25 мкм	ASTM A269/ПОЛУ F19	1/8" - 2"
Бесшовная трубка	Холоднотянутый/отожженный	АСТМ А269	6 мм - 114.3 мм
Газопровод высокой чистоты	Пассивированный/ультра-чистый	ASTM A632/ПОЛУ F20	Индивидуальные
Колтюбинг	Яркий отожженный	АСТМ А269	1/4" - 1/2"

Если вы планируете или реализуете соответствующий проект, дайте мне знать:
• Вы отвечаете за специальные газовые системы, системы сверхчистой воды или вакуумные/химические трубопроводы?
• Каков приблизительный технологический узел завода по производству пластин (например, зрелый процесс или усовершенствованные узлы ниже 3 нм)?
Затем я смогу предоставить вам более конкретные рекомендации по выбору или установке стандартного оборудования.

Свяжитесь сейчас

 

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Насколько дороже 316L по сравнению с 316?
Ответ: Надбавка к цене на 316L по сравнению с 316 составляет примерно 15 %, главным образом из-за более длительного времени обезуглероживания, необходимого при очистке AOD. Учитывая, что скорость коррозии стали 316L после-сварки составляет одну-треть от скорости коррозии 316 (0,03 против. 0.10 мм/год в сверхчистой воде) и что она исключает риск доработки и простоев производства, вызванных сенсибилизацией сварки, эта надбавка в размере 15 % представляет собой весьма экономически-эффективную страховую инвестицию для полупроводниковых проектов.

 

Вопрос: В чем разница между 316Ti и 316L?
О: 316Ti — это-стабилизированная титаном версия 316; Титан добавляется для преимущественного связывания с углеродом, тем самым предотвращая осаждение карбида хрома, что делает его пригодным для сварки. Однако 316Ti на 15–30% дороже, чем 316L [18], а добавление титана может отрицательно повлиять на результаты электрополировки (ЭП). Полупроводниковая промышленность преимущественно выбирает 316L, а не 316Ti, поскольку низкоуглеродистый вариант 316L более экономичен и обеспечивает превосходные EP-покрытия.

 

Вопрос: Что такое «двойная сертификация» 316/316L?
Ответ: Некоторые сталелитейные заводы маркируют партии с содержанием углерода менее или равным 0,03% как «двойную сертификацию» 316/316L. Это означает, что партия соответствует как требованиям прочности 316 (хотя фактическая прочность немного ниже), так и требованиям 316L по содержанию углерода. Во избежание путаницы рекомендуется указывать 316L непосредственно при закупке.

 

Q: What are the disadvantages of 316L at high temperatures (>600 градусов)?
О: Предел текучести 316L снижается быстрее при высоких температурах (из-за более низкого содержания углерода, что приводит к более слабому упрочнению в твердом растворе). Для трубопроводов выхлопных газов или отработанных газов, работающих при температуре выше 600 градусов, более подходящим выбором является 316 или 316H (высокоуглеродистый 316). Однако, поскольку температура в трубопроводе технологического газа на заводах по производству полупроводников обычно ниже 200 градусов, эта разница не имеет никакого значения.

 

Вопрос: В чем разница между 316L VIM-VAR и стандартным 316L?
A: Стандартный сплав 316L производится с использованием плавления AOD (аргон-кислородное обезуглероживание), тогда как VIM-VAR использует двойной-технологический метод-вакуумной индукционной плавки (VIM) с последующим вакуумно-дуговым переплавом (VAR)-, чтобы снизить содержание кислорода до менее или равного 15 частей на миллион и ограничить размеры включений до < 10 мкм. Для изготовления полупроводниковых труб сверхвысокого давления (для предшественников ALD/CVD) требуется материал класса VIM-VAR, стоимость которого составляет 30–50 %.