316 vs 316Ti teräslevy: kumpi on parempi?

Nkumpi tahansa laatu on yleisesti "parempi". 316 on taloudellisempi, laajalti saatavilla oleva valinta hehkutetussa tilassa käytettäville osille. 316Ti ansaitsee huippunsa, kun hitsatut komponentit pysyvät 425 - 850 asteen lämpötiloissa ilman jälki-hitsauksen lämpökäsittelyä - tilanne, jossa standardi 316 ei ole herkistynyt.

Ennen kuin sukeltaa teknisiin yksityiskohtiin, tässä on suora vertailu, joka vastaa useimpien ostajien ensimmäiseen kysymykseen. Taulukossa käytetään vihreää korostusta osoittamaan, millä arvosanalla on etu kussakin luokassa:

Suorituskykyluokka	316 Vakio	316Ti
Herkistyskestävyys (hitsattu, ei hehkutusta)	Huonoja --karbideja muodostuu raerajoilla yli 425 asteen kulmassa	Erinomainen - Ti sitoo hiiltä, ehkäisee herkistymistä
Pohjalevyn korroosionkestävyys (hehkutettu)	Erinomainen -, joka vastaa 316Ti:tä tehdaskunnossa	Erinomainen - vastaa 316 hehkutetussa kunnossa
High-temperature strength (>500 astetta)	Kohtalainen	Hieman paremmin - Ti kiinnittää raerajat
Pitting vastus (PREN)	Yhtä - PREN ≈25 molemmille arvosanoille	Sama - Cr- ja Mo-sisältö
Materiaalikustannukset	Alempi - ei titaanin lisäystä	5–15 % palkkio yli 316
Maailmanlaajuinen saatavuus	Erinomaiset - hyödykkeet kaikkialla varastossa	Hyvä - saattaa edellyttää tehdastilausta joillakin markkinoilla
Koneistettavuus	Hyvä	Hieman kovempi TiC-sulkeutumien ansiosta
Hitsausalueen korroosionkestävyys (ei hehkutusta)	Pienempi - herkistymisriski HAZ:ssa	Täysi vastus säilyy HAZ:ssa
Pintakäsittelyn laatu (levy)	Erinomainen - sileämpi, ei TiC-pinnan jälkiä	Hyvät - TiC-hiukkaset voivat aiheuttaa pieniä pintavirheitä
Yhdenmukaisuus: ydin- ja elintarvikesäännöstö	Laajalti hyväksytty	Hyväksytty; tarkista Ti koodivaltuutetulla

Molemmat lajit kuuluvat molybdeeni{1}}-laakeroitujen austeniittisten ruostumattomien terästen 316-perheeseen. Perheelle on ominaista 16–18 % kromi, 10–14 % nikkeli ja 2–3 % molybdeeni - yhdistelmä, joka tarjoaa hyvän yleisen korroosionkestävyyden ja tähtää erityisesti kloridipisteen kestävyyteen, joka on vanhemman 304-perheen heikkous.

AISI 316 (UNS S31600) on perheen vakiotyöhevonen, jota käytetään elintarvikejalostuksessa, lääkkeiden valmistuksessa, merenkulun laitteistoissa, kemiantehtaissa ja arkkitehtonisissa sovelluksissa. Se on yksi maailman laajimmin tuotetuista ruostumattomista teräslajeista, jolla on laaja saatavuus ja kilpailukykyinen hinta.

AISI 316Ti (UNS S31635) lisää tarkoituksellisen titaanin lisäyksen - tyypillisesti 5 × %C - 0,70 painoprosenttia - 316-standardikoostumukseen. Tämä titaani toimii "hiilenpoistoaineena": sillä on vahvempi kemiallinen affiniteetti hiileen kuin kromilla, joten korotetuissa lämpötiloissa hiili muodostaa mieluiten titaanikarbideja (TiC) kromikarbidien (Cr23C6) sijaan. Tämä on 316Tin olemassaolon koko suunnitteluperuste.

Kemialliset koostumukset ASTM A240:n mukaan ovat lähes identtiset lukuun ottamatta titaanin lisäystä 316Ti:ssä ja vastaavaa hiilipäästöeroa:

Elementti	316 (ASTM A240)	316Ti (ASTM A240)	Merkitys
Kromi (Cr)	16.0–18.0%	16.0–18.0%	Sama - korroosionkestävyyden perusviiva
Nikkeli (Ni)	10.0–14.0%	10.0–14.0%	Sama - austeniittistabilisaattori
Molybdeeni (Mo)	2.0–3.0%	2.0–3.0%	Sama - pisteresistanssi
Hiili (C)	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,08 %	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,08 %	Sama max; mutta Ti neutraloi C:n 316Ti:ssä
Titaani (Ti)	Ei lisätty	5 × C min, pienempi tai yhtä suuri kuin 0,70 %	Avainerotin - vakauttaa herkistymistä vastaan
Typpi (N)	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,10 %	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,10 %	Sama
Mangaani (Mn)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 2,00 %	Pienempi tai yhtä suuri kuin 2,00 %	Sama
Pii (Si)	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,75 %	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,75 %	Sama
Fosfori (P)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,045 %	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,045 %	Sama
rikki (S)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,030 %	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,030 %	Sama

Titaanin vähimmäiskaava (5 × %C) varmistaa, että titaania on aina läsnä riittävästi kaiken saatavilla olevan hiilen sitomiseksi TiC:nä ennen kuin kromikarbidia voi muodostua. Levyssä, jonka hiilipitoisuus on enintään 0,08 %, tämä tarkoittaa, että vähintään 0,40 % titaania on oltava läsnä. Käytännössä useimmat tuottajat tavoittelevat 0,40–0,60 % Ti:tä luotettavan stabiloinnin saavuttamiseksi.

Ymmärtääksesi miksi 316Ti on olemassa, sinun on ymmärrettävä herkistyminen. Kun tavanomaiset austeniittiset ruostumattomat teräkset, kuten 316, altistetaan 425-850 asteen lämpötiloille - herkistysalueeksi tai karbidin saostumisalueeksi - kutsuttu alue, hiiliatomit, jotka normaalisti pidetään kiinteässä liuoksessa, siirtyvät raerajoille ja yhdistyvät lähellä olevien kromiatomien kanssa muodostaen kromikarbideja (C₆₆).

The Sensitization Problem Why 316Ti Was Invented

Seurauksena on kromi-tyhjentynyt vyöhyke välittömästi jokaisen raeraajan vieressä. Nämä köyhdytetyt vyöhykkeet, joissa paikallinen kromipitoisuus putoaa passiivisuuden kriittisen ~11 % kynnyksen alle, ovat erittäin herkkiä syövyttävälle hyökkäykselle - erityisesti happojen vaikutuksesta. Tuloksena oleva vikatila, jota kutsutaan rakeiden väliseksi korroosioksi tai hitsin rappeutumiseksi, voi aiheuttaa nopean ja rakenteellisesti merkittävän materiaalihäviön.

Hitsaus on yleisin syy. Hitsin lämpö-vaikutusalue (HAZ) kulkee herkistymislämpötila-alueen läpi sekä lämmityksen että jäähdytyksen aikana. Komponentissa, joka hitsataan ja sitten otetaan suoraan käyttöön - ilman jälki-hitsausliuoksen hehkutuslämpökäsittelyä karbidien uudelleen-liuottamiseksi - tämä vyöhyke herkistyy pysyvästi.

316Ti eliminoi tämän riskin toimittamalla hiilen "loukun" titaanin muodossa. Koska TiC on termodynaamisesti stabiilimpi kuin Cr23C6 samoissa olosuhteissa, titaani sitoo hiiltä ennen kuin kromi ehtyy ehtymään. Tulos: 316Ti voidaan hitsata ilman jälki-hitsauksen hehkutusta, ja se säilyttää täyden korroosionkestävyytensä lämmön{5}}vaikutusalueella.

Hehkutetussa tilassa molemmat lajit täyttävät samat ASTM A240 -minimivaatimukset. Korkeissa lämpötiloissa 316Ti:llä on pieni etu lujuuden säilyttämisessä:

Mekaaninen ominaisuus	316 (ASTM A240, RT)	316Ti (ASTM A240, RT)	Kumpi on parempi?
Min. vetolujuus	Suurempi tai yhtä suuri kuin 515 MPa	Suurempi tai yhtä suuri kuin 515 MPa	Tasainen huoneenlämmössä
Min. myötöraja	Suurempi tai yhtä suuri kuin 205 MPa	Suurempi tai yhtä suuri kuin 205 MPa	Tasainen huoneenlämmössä
Min. venymä	Suurempi tai yhtä suuri kuin 40 %	Suurempi tai yhtä suuri kuin 40 %	Tasainen
Kovuus (max)	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 217 HB	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 217 HB	Tasainen
Veto 500 astetta	~380 MPa (tyyppi)	~400 MPa (tyyppi)	316Ti hieman parempi
Saanto 500 asteessa	~130 MPa (tyyppi)	~145 MPa (tyyppi)	316Ti hieman parempi
Creep strength (long-term, >500 astetta)	Vakio	Parannettu (Ti-raerajojen kiinnitys)	316Ti parempi

Tämä on ratkaiseva suorituskyvyn ulottuvuus. Molempien laatujen käyttäytyminen eroaa dramaattisesti sen mukaan, onko materiaali hitsattu ilman jälki{1}}hitsauksen hehkutusta:

Korroosiomekanismi	316 - Hehkutettu	316 - Hitsattu (ei hehkutusta)	316Ti - Kumpikin ehto
Pisteresistanssi (PREN ≈25)	Erinomainen	Alennettu HAZ	Erinomainen
Rakokorroosio	Hyvä	Hyvä	Hyvä
Rakeiden välinen korroosio	Erinomainen	Herkkä HAZ:ssa	Erinomainen
Jännityskorroosiohalkeilu (SCC)	Kohtalainen	Kohtalainen	Kohtalainen
Tasainen happokorroosio	Hyvä	Hyvä (bulk)	Hyvä
Hitsauksen rappeutuminen (-käytössä happohyökkäys)	Ei sovellu - vain hehkutettu	Korkea riski	Ei sovellu - stabiloitu

Omaisuus	316 Vakio	316Ti
Tiheys	7,98 g/cm³	7,96 g/cm³ (Ti alentaa hieman tiheyttä)
Sulamisalue	1375-1400 astetta	1370-1400 astetta
Lämmönjohtavuus	~14,4 W/(m·K) 100 asteessa	~14,2 W/(m·K) 100 asteessa
Lämpölaajeneminen (20-100 astetta)	16,5 µm/(m·aste)	16,0 µm/(m· astetta)
Kimmomoduuli	193 GPa	193 GPa
Max palvelulämpötila (jatkoa)	870 astetta	870 astetta
Magneettinen läpäisevyys	Ei--magneettinen	Ei--magneettinen
Min. palvelulämpötila	−196 astetta (kryogeeninen)	−196 astetta (kryogeeninen)

Useimmille hankintatiimeille kustannukset ja toimitusaika ovat yhtä tärkeitä kuin tekninen suorituskyky. Tässä on molempien luokkien kaupallinen todellisuus:

Kaupallinen tekijä	316 Vakio	316Ti
Suhteellinen materiaalikustannus	Perustaso	5–15 % preemio (Ti-lisämaksu)
Varaston saatavuus	Välittömästi maailmanlaajuisilta jakelijoilta	Osakkeet keskeisillä markkinoilla; tehdasjärjestys muissa
Vakiotuotelomakkeet	Levy, levy, putki, tanko, liittimet, laipat	Levy, levy, putki, tanko (putkiliittimet vähemmän yleisiä)
Tyypilliset levypaksuudet varastossa	1-100 mm (useimmat koot)	3–50 mm (paksumpi=myllyjärjestys)
Myllyn testitodistus. standardi	FI 10204 2.2 tai 3.1	FI 10204 3.1 (Ti-vahvistus vaaditaan)
Toimitusaika (muut kuin{0}}varastokoot)	2-4 viikkoa	6-12 viikkoa (valssaus)

Vastaus on tekninen-, ei kustannus-lähtöinen. Esitä ensin itseltäsi yksi kysymys: altistuuko mikään tämän levyn hitsattu osa 425–850 asteen lämpötiloille käytön aikana ilman täydellistä jälki{5}}hitsausliuoksen hehkutusta? Jos kyllä, määritä 316Ti. Jos ei, 316 on oikea ja edullisempi valinta.

Valitse 316Ti, kun:

Hitsausvyöhykkeet altistetaan 425–850 asteen käyttölämpötiloille

Jälki-hitsauksen hehkutus on epäkäytännöllistä tai kiellettyä

Raskas osien valmistus useilla hitsauksilla

Kuumat väkevät rikki- tai fosforihappoympäristöt

Pitkä{0}}käyttöikä on kriittinen, ja uudelleen{1}}tarkastus on vaikeaa

Valitse 316, kun:

Osia käytetään vain hehkutettuina (tehdas{0}}toimitus).

Hitsausta seuraa täysi liuoshehkutus

Budjetti ja materiaalin saatavuus ovat ensisijaisia rajoituksia

Käyttölämpötila pysyy jatkuvassa käytössä alle 400 astetta

Tiukat mittatoleranssit vaativat hienoa koneistusta

Jos komponenttiasi käytetään tiukasti hehkutetussa levykunnossa - ilman hitsausta tai hitsauksella, jota seuraa täysi liuoshehkutus -, 316Ti-preemion maksamiseen ei ole mitään syytä. Nämä kaksi laatua ovat olennaisesti samanarvoisia korroosionkestävyyden ja mekaanisten ominaisuuksien suhteen, kun molemmat ovat hehkutetussa tilassa.

316 ruostumaton teräslevysovellukset

Ruoan ja juoman käsittelylaitteet (säiliöt, kuljettimet, työtasot)

Lääketeollisuuden astiat ja putket (käytetty hehkutettuna, säännöllisesti puhdistettu)

Laivojen laitteistot ja varusteet (kansilaitteet, kaiteet, laivojen pakojärjestelmät)

Arkkitehtoniset verhoukset, pylväiden kannet ja julkisivupaneelit

Kemiantehtaan putkistot ja lämmönvaihtimet toimivat alle 400 astetta

Lääketieteelliset ja kirurgiset instrumentit ja laitteet

316Ti ruostumaton teräslevysovellukset

Kattilan vaipat, ekonomaiserin kotelo ja lämmönvaihtimen kokoojat toimivat yli 500 astetta

Petrokemian jalostamoiden astiat ja putkistot, jotka on valmistettu hitsaamalla ilman jälki{0}}hitsausta

Savukaasujen rikinpoistojärjestelmän (FGD) osat, joissa on happokondensaattia

Korkean lämpötilan{0}}kemialliset reaktorit, joissa käsitellään orgaanisia happoja

Voimalaitoksen höyry- ja lauhdejärjestelmän komponentit

Meijeri- ja panimoiden CIP (puhdas-paikassa-) -järjestelmät raskaalla hitsaus- ja happopuhdistusjaksolla

K: Onko 316Ti parempi kuin 316 kaikissa tilanteissa?

V: Ei{0}}Ti on erityisen parempi, kun hitsatut komponentit toimivat herkistymislämpötila-alueella (425–850 astetta) ilman jälki-hitsauksen hehkutusta. Hehkutetussa tilassa molemmat lajit tarjoavat vastaavan korroosionkestävyyden ja mekaaniset ominaisuudet. Standardia 316 suositellaan, kun hinta, saatavuus ja työstettävyys ovat prioriteetteja.

K: Voinko korvata 316Ti:n 316:lla ilman suunnittelumuutoksia?

V: Kyllä, useimmissa tapauksissa. 316Ti on pudotus-päivityksessä yli 316 - samat mittastandardit, samat mekaaniset minimit, sama korroosionkestävyys hehkutetussa tilassa. Hitsauksen valmistusmenetelmät voivat vaihdella hieman (käytetään 316Ti-täytemetallia tai 316L-täyteainetta). Varmista aina soveltuvalla suunnittelukoodilla (ASME, EN, jne.), että 316Ti on lueteltu paineluokissasi ja käyttöolosuhteissasi.

K: Onko 316Ti sama kuin 316L hitsin suorituskyvyn suhteen?

V: Ei . 316L (vähähiilinen, pienempi tai yhtä suuri kuin 0,030 % C) vähentää -, mutta ei poista - herkistymisriskiä rajoittamalla kromikarbidien muodostamiseen käytettävissä olevan hiilen määrää. Erittäin korkeissa lämpötiloissa tai hitaalla jäähdytyksellä 316 litraa voi silti herkistää. 316Ti eliminoi riskin pidättämällä hiiltä TiC:nä lämpötila-altistumisesta riippumatta. Vaativimpiin sovelluksiin 316Ti tarjoaa luotettavimman suojan.

K: Mitä täytemetallia minun pitäisi käyttää 316Ti:n hitsaukseen?

V: Vakiosuositus on ER316Ti-täyttölanka tai E316Ti-elektrodi, joka vastaa perusmetallin kemiaa, mukaan lukien titaanistabilisaattori. Vaihtoehtoisesti ER316L:tä (vähähiilinen, ei titaania) käytetään laajalti 316Ti-hitsauksissa alhaisemman lämpötilan -sovelluksissa, koska itse hitsausmetalli ei ole stabiloitu -, mutta 316Ti-jalometalli on. Tutustu aina sovellukseesi soveltuviin hitsausmenetelmiin (WPS).

K: Mitkä ovat 316Ti:n kansainväliset nimitykset?

V: 316Ti tunnetaan useilla vastaavilla nimityksillä: AISI 316Ti (USA), UNS S31635 (USA), EN 1.4571 (Eurooppa), X6CrNiMoTi17-12-2 (saksalainen/eurooppalainen kemiallinen symboli) ja GOST 10Kh17N13M2T (RussiaM2T). Kun tilaat kansainvälisesti, varmista kemiallinen koostumus ja testiraportti sen sijaan, että luotat pelkkään nimityksen nimeen, koska '316Ti' -nimityskäytännöt vaihtelevat hieman standardeittain.