Нержавеющая сталь 904L и 316L: сопротивление ползучести и высокие-предельные температуры

Сопротивление ползучести аустенитных нержавеющих сталей

Ползучесть — это-зависимая от времени деформация материала под постоянным напряжением и повышенной температурой. Для сталей ползучесть становится расчетным фактором, когда рабочая температура достаточно высока по сравнению с температурой плавления, обычно выше примерно 0,4 абсолютной температуры плавления. Для аустенитных нержавеющих сталей это означает, что ползучесть начинается при температуре около 425-500 градусов Цельсия, в зависимости от уровня напряжения и требуемого срока службы. Сопротивление ползучести имеет большое значение в химической обработке, производстве электроэнергии, изготовлении сосудов под давлением и конструкции теплообменников. Однако две сравниваемые здесь марки, 316L и 904L, легированы в первую очередь для обеспечения коррозионной стойкости; ни один из них не предназначен для длительной эксплуатации в диапазоне ползучести, и это различие имеет решающее значение для правильного выбора материала.

904L и 316L: обзор марок

316L (UNS S31603, EN 1.4404, JIS SUS316L) — это аустенитная марка молибдена с низким-углеродом-содержащим содержанием, широко используемая для общей коррозионной эксплуатации, особенно в хлоридных и слабокислых средах. Максимальное содержание углерода в нем ограничено 0,03 %, чтобы предотвратить сенсибилизацию во время сварки.. 904L (UNS N08904, EN 1.4539) — это более высокий-аустенитный сплав, содержащий 23-28 % никеля, 19-23 % хрома, 4–5 % молибдена и 1–2 % меди. Она была разработана для устойчивости к серной и фосфорной кислотам, хлоридной точечной и щелевой коррозии и классифицируется как полностью аустенитная высоколегированная сталь, а не как жаропрочная марка.

Сравнение химического состава

Элемент	316Л (УНС С31603)	904Л (УНС Н08904)
Углерод, не более %	0.030	0.020
Хром %	16.0 - 18.0	19.0 - 23.0
Никель %	10.0 - 14.0	23.0 - 28.0
Молибден %	2.0 - 3.0	4.0 - 5.0
Медь %	-	1.0 - 2.0
Кремний, не более %	0.75	1.00
Марганец, не более %	2.00	2.00

Предельные значения состава соответствуют ASTM A240 для обоих марок.

Сравнение механических свойств (отожженный)

Свойство	316L	904L
Предел прочности, не менее МПа	485	490
Предел текучести (0,2%), не менее МПа	170	220
Удлинение, мин %	40	35
Плотность, г/см3	7.93	8.00

При комнатной температуре 904L демонстрирует более высокий минимальный предел текучести, чем 316L, из-за более высокого содержания легирующих элементов, а относительное удлинение немного ниже. Ни одно из этих различий не является существенным для конструкции, рассчитанной на высокие-температуры.

Высокие-температуры и ползучесть: что говорят стандарты

Способность обоих классов работать при повышенных-температурах ограничена. EN 10028-7, европейский стандарт на плоский прокат из стали, предназначенный для работы под давлением, обеспечивает повышенные-значения термостойкости как для 1,4404 (316L), так и для 1,4539 (904L) только до 400 градусов Цельсия; выше этой температуры для расчета устойчивой-нагрузки потребуются данные о ползучести, которые не стандартизированы для этих марок. На практике оба материала используются при температурах примерно до 400-450 градусов C для легконагруженных или не-компонентов, находящихся под давлением, и 904L не обеспечивает значительного преимущества ползучести по сравнению с 316L в этом диапазоне. Для оборудования, которое должно выдерживать нагрузки выше 500 градусов C, правильным выбором будет марка, рассчитанная на диапазон ползучести: H-марка 316H для эксплуатации в условиях умеренной хлоридной-подшипников, 321H для более высоких температур или жаростойкие-марки 309S и 310S для эксплуатации с преобладанием окисления-. Короче говоря, решающим фактором при выборе 904L вместо 316L является коррозионная стойкость в серной, фосфорной кислоте или средах с высоким содержанием хлоридов, а не жаропрочность. Там, где коррозия и умеренное тепло действуют вместе при температуре примерно до 400 градусов Цельсия, 904L является более устойчивым выбором; там, где речь идет о реальном режиме ползучести, ни 316L, ни 904L не подходят.

Часто задаваемые вопросы

Какой материал имеет лучшее сопротивление ползучести: 904L или 316L?

Ни одна из марок не одобрена для эксплуатации в условиях длительной-несущей нагрузки в диапазоне ползучести. При температуре выше 400-500 градусов C оба быстро теряют прочность, и 904L не дает существенного преимущества в плане ползучести по сравнению с 316L. Для режима ползучести вместо этого укажите марки H- или жаростойкие марки.

Можно ли использовать 904L при температуре 500 градусов Цельсия?

Только для слегка нагруженных или не-компонентов, находящихся под давлением, и с осторожностью. Такие стандарты, как EN 10028-7, предоставляют расчетные данные для 904L только до 400 градусов Цельсия, а сплав не классифицируется как жаростойкий.

Почему стоит выбрать 904L, а не 316L?

Выбирайте 904L, когда этого требует коррозионная среда: горячая серная или фосфорная кислота, агрессивные хлориды или сильная точечная и щелевая коррозия, например, в теплообменниках с морской водой. Более высокое содержание никеля, молибдена и меди обеспечивает явно превосходную коррозионную стойкость.

904L дороже 316L?

Да. Высокое содержание никеля и молибдена в 904L делает его значительно дороже, чем 316L, по весу. Дополнительные затраты оправданы только в том случае, если коррозионная стойкость стали 316L недостаточна.

Какие марки следует выбирать для эксплуатации в условиях ползучести выше 500°С?

Для длительных нагрузок выше 500 градусов C выберите 316H (содержание углерода 0,04-0,10%), где также присутствует хлоридная коррозия, 321H для высокотемпературной окислительной работы или 309S и 310S для работы в тяжелых условиях окисления. Допустимые расчетные напряжения должны соответствовать применимым нормам.

Можно ли сваривать стали 904L и 316L без термообработки после-сварки?

Оба являются марками с низким-углеродом, поэтому их обычно можно использовать в-сварном состоянии без отжига на раствор в коррозионно-активных средах. Рекомендуется использовать соответствующий или-перелегированный присадочный металл, а в соединениях 904L следует использовать высоколегированные-наполнители для сохранения коррозионных характеристик.