Высокая коррозионная устойчивость 317L нержавеющая сталь для химической обработки

Пластина из нержавеющей стали 317L с высокой коррозионной стойкостью для химической обработки

Пластина из нержавеющей стали 317L с высокой коррозионной стойкостью для химической обработки

Введение

В сложных условиях химической обработки выбор материала играет решающую роль в обеспечении долговечности, безопасности и эффективности. Среди множества доступных вариантов сплав, известный как нержавеющая сталь 317L (также известный как UNS S31703), выделяется своей повышенной коррозионной стойкостью, особенно в агрессивных кислотных и хлоридных средах. В этой статье подробно рассматриваются состав, свойства, изготовление и применение пластин из нержавеющей стали 317L: почему она особенно подходит для химической обработки, что отличает ее от более распространенных марок и как ее лучше всего использовать.

Состав сплава и металлургическая основа

Превосходные характеристики нержавеющей стали 317L обусловлены, прежде всего, ее химическим составом и микроструктурой. По сравнению со стандартными аустенитными нержавеющими сталями, такими как марки 316L или 304/304L, 317L содержит более высокие уровни хрома (Cr), никеля (Ni) и особенно молибдена (Mo) — элементов, которые вносят значительный вклад в коррозионную стойкость.

По данным технических источников:

• Содержание хрома: приблизительноот 18,0 % до 20,0 %.

• Содержание никеля: околоот 11,0 % до 15,0 %.

• Содержание молибдена: обычноот 3,0 % до 4,0 %(или иногда указывается как минимум 3%).

• Содержание углерода (для марки «Л»): максимум ~0,030 % (или низкоуглеродистое) для снижения риска сенсибилизации при сварке.

• Другие второстепенные элементы: марганец (Mn), кремний (Si), фосфор (P), сера (S), азот (N) в контролируемых количествах.

Чего достигают эти решения по легированию?

• Хром образует на поверхности стали защитную пассивную пленку оксида хрома (Cr₂O₃), обеспечивающую стойкость к общей коррозии и окислению.

• Никель стабилизирует аустенитную структуру (гранецентрированную кубическую решетку), что обеспечивает хорошую пластичность, вязкость и свариваемость.

• Молибден значительно повышает устойчивость клокализованныйкоррозия, такая как точечная и щелевая коррозия, особенно в хлоридсодержащих и серосодержащих средах.

• Низкое содержание углерода (марка «L») сводит к минимуму выделение карбидов на границах зерен во время сварки или эксплуатации при высоких температурах, тем самым защищая от межкристаллитной коррозии.

Короче говоря, 317L — это высоколегированная аустенитная нержавеющая сталь, оптимизированная для сложных условий эксплуатации, где важны коррозия, температура и свариваемость.

Ключевые свойства пластины из нержавеющей стали 317L

Коррозионная стойкость

Основное преимущество 317L заключается в его коррозионной стойкости — как в целом, так и в высокоагрессивных условиях. Некоторые из ключевых моментов включают в себя:

• Устойчивость к точечной и щелевой коррозии: Из-за повышенного содержания молибдена и никеля 317L демонстрирует значительно улучшенную стойкость по сравнению с 316L и стандартными аустенитными марками. Один источник отмечает, чтоКритическая питтинговая температура(CPT) 317L обычно на 40–50 °C выше, чем у 316L в стандартных растворах для определения хлоридов.

• Устойчивость в кислой и хлоридной среде: 317L часто используется в кислотных, хлоридных и серосодержащих средах. Например: сообщалось: «устойчив к воздействию серной кислоты с концентрацией до 5 % при температуре 120 °F (49 °C)».

• Межкристаллитная коррозия/сенсибилизация: Низкое содержание углерода в 317L помогает снизить риск выделения карбидов (карбидов хрома) на границах зерен во время сварки или воздействия высоких температур, тем самым сохраняя коррозионную стойкость в зоне термического влияния (ЗТВ).

• Окисление/высокотемпературное обслуживание: 317L демонстрирует хорошую устойчивость к окислению и образованию накипи при повышенных температурах — сообщалось о непрерывной эксплуатации до ~925 °C (1700 °F), а в некоторых источниках о периодической эксплуатации до ~879 °C (1620 °F).

• Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC): Хотя ни одна аустенитная нержавеющая сталь не является полностью защищенной, 317L имеет повышенные пороговые значения для SCC, вызванного хлоридами, благодаря сочетанию более высокого содержания никеля и молибдена.

Механические и физические свойства

Помимо коррозионной стойкости, 317L предлагает подходящие механические и технологические характеристики для использования пластин в химической обработке:

• Типичная прочность на разрыв: около75 тысяч фунтов на квадратный дюйм (≈ 520 МПа), с минимальным пределом текучести около30 тысяч фунтов на квадратный дюйм (≈ 205 МПа).

• Удлинение: во многих случаях ≥ 40 %, что указывает на хорошую пластичность.

• Термические свойства: Плотность ~ 7,8–8,0 г/см³ (≈ 0,289 фунта/дюйм³) для пластины из сплава.

• Коэффициент термического расширения (20 – 100 °С): ~ 16,0 ×10⁻⁶/°С.

• Хорошая свариваемость и формуемость: как аустенитную нержавеющую сталь 317L можно сваривать обычными методами плавления и сопротивления (хотя с должным вниманием к сварочным материалам и контролю температуры).

Изготовление / Наличие пластин

• Толщина пластин для 317/317L коммерчески доступна в широком диапазоне: например, от 3/16 дюйма до 4 дюймов и более, в зависимости от поставщика.

• Для листов марки 317L возможны такие производственные процессы, как плазменная резка, резка, гидроабразивная резка, формовка, сварка и механическая обработка.

Почему стоит выбирать пластину 317L специально для химической обработки?

Заводы по химической переработке представляют собой сложную среду для материалов: воздействие кислот, галогенидов (хлоридов, бромидов, йодидов), повышенных температур, конденсации агрессивных паров, давления и циклической работы. Следующие причины подчеркивают, почему пластина из нержавеющей стали 317L является отличным выбором для таких применений:

1. Агрессивная толерантность СМИ: Оборудование химических заводов часто работает с серной кислотой, фосфорной кислотой, органическими кислотами, растворами с высоким содержанием хлоридов, отбеливателями, окислительными и восстановительными условиями. Улучшенное легирование 317L обеспечивает запас прочности по сравнению с обычными 316/316L.

2. Локальная коррозионная стойкость: Многие неисправности при химической обработке происходят из-за точечной и щелевой коррозии — особенно в местах соединений, фланцев, уплотнений, застойных зон. Более высокое содержание молибдена в 317L повышает устойчивость к этим режимам.

3. Целостность сварного шва и предотвращение межкристаллитной коррозии: На химических заводах широко распространены сварные сосуды, резервуары и трубопроводы. Низкоуглеродистый сплав 317L ограничивает выделение карбидов во время сварки, сохраняя коррозионную стойкость в ЗТВ, что делает его более подходящим в таких ситуациях, чем его стандартный углеродный аналог (317) или семейство 304.

4. Высокая температура и предел ползучести: Некоторые химические процессы происходят при повышенной температуре или включают термоциклирование. 317L имеет более высокий предел ползучести и устойчивость к разрыву при температуре, чем многие стандартные нержавеющие стали, что способствует длительной эксплуатации при высоких температурах.

5. Более длительный срок службы и более низкие затраты на техническое обслуживание: На дорогостоящих установках с высоким уровнем риска (например, в установках сероочистки дымовых газов, химических реакторах, морских/морских химических заводах) решающее значение имеет сокращение времени простоев и частоты замены. Выбор пластины из 317L может обеспечить более длительный срок службы и меньшее количество отказов, связанных с коррозией.

6. Доступность в виде пластины: Многие химические емкости, резервуары, теплообменники, опорные плиты и крышки изготавливаются из пластин. Тот факт, что 317L доступен в виде пластин (а иногда и большой толщины), позволяет напрямую заменять требовательные компоненты.

Типичные применения в химической обработке

Ниже приведены некоторые конкретные области применения, в которых часто используется пластинчатый материал 317L:

• Резервуары для хранения и сосуды под давлением для кислотных растворов и технологических химикатов.

• Оборудование для переработки целлюлозы и бумаги (например, отбеливающие башни, варочные котлы), в котором присутствуют хлориды, сульфаты и другие агрессивные среды.

• Теплообменники и конденсаторы на химических заводах, в том числе на морских или морских установках, где присутствие морской воды и хлоридов требует высокой коррозионной стойкости.

• Системы десульфурации дымовых газов (ДДГ) в энергетике, работающие с серной кислотой, диоксидом серы и галоидсодержащими газами.

• Химическое технологическое оборудование нефтехимических заводов: реакторы, трубопроводы, арматура, в которых присутствуют высокотемпературные хлоридсодержащие жидкости.

• Пищевое, фармацевтическое или биотехнологическое оборудование, особенно там, где присутствуют агрессивные процессы очистки или стерилизации (хотя учтите, что санитарные классы могут потребовать более тонкой обработки поверхности).

Сравнение с другими марками нержавеющей стали

Чтобы понять, почему 317L выбирают из-за «высокой коррозионной стойкости», полезно сравнить ее с другими распространенными марками нержавеющей стали:

• 317Л против 316/316Л: В то время как 316/316L широко используется и обеспечивает хорошую всестороннюю коррозионную стойкость, 317L имеет более высокое содержание молибдена и никеля, что обеспечивает повышенную стойкость к точечной, щелевой коррозии и воздействию хлоридов. Многие технические паспорта подтверждают, что 317L «превосходит 316L в кислых средах с высоким содержанием хлоридов» (например, серная кислота, морская вода).

• 317Л против 304/304Л: Марки 304/304L являются более дешевыми и обеспечивают хорошую общую коррозионную стойкость, но в них отсутствует содержание молибдена и легирование высоким содержанием никеля, присутствующее в 317L, поэтому они менее подходят для высокоагрессивных химических сред.

• 317 (стандартный карбон) и 317L (низкоуглеродистый): Основное отличие заключается в более низком содержании углерода в стали 317L, что обеспечивает лучшую свариваемость и меньший риск межкристаллитной коррозии после сварки. Для многих применений пластин химической обработки, где широко распространена сварка, предпочтительна версия «L».

Таким образом, при выборе пластины для химического технологического оборудования выбор 317L означает повышение коррозионной стойкости, хотя и за несколько более высокую стоимость. Оправданием является более длительный срок службы, меньшее время простоев на техническое обслуживание и повышенная безопасность в агрессивных условиях эксплуатации.

Изготовление, сварка и лучшие практики

Использование пластины из стали 317L на химических перерабатывающих предприятиях требует соблюдения правильных методов изготовления и сварки для достижения требуемой коррозионной стойкости и структурной целостности:

• Сварка: 317L пригоден для сварки всеми распространенными методами сварки и сопротивления (TIG, MIG, дуга под флюсом и т. д.). Однако для поддержания полной коррозионной стойкости необходимо использовать соответствующие присадочные материалы (например, AWS E317L/ER317L или эквивалентный наполнитель на основе никеля с более высоким содержанием Cr/Mo).

• Контроль зоны термического влияния: Поскольку сплав устойчив к сенсибилизации, он пригоден для сварки. Тем не менее, следует соблюдать осторожность в температурных диапазонах, в которых может происходить осаждение карбида хрома (приблизительно 427–816 °C / 800–1500 °F) — здесь помогает низкоуглеродистый 317L.

• Холодная штамповка и механическая обработка: Как и в случае многих аустенитных нержавеющих сталей, обрабатываемость может быть более сложной (склонность к упрочнению), поэтому рекомендуется целенаправленный выбор инструмента, низкие скорости и стружколомы.

• Выбор пластины: Приобретая пластину 317L для химической обработки, убедитесь, что материал соответствует соответствующим спецификациям (например, ASTM A240 для пластин или эквивалентному), а толщина, качество поверхности и сертификация соответствуют предполагаемому использованию. Поставщики указывают толщину пластин от тонкой до толстой (например, до 4 дюймов и более).

• Чистота поверхности: Хотя пластина для химической обработки не всегда требует зеркальной полировки, обеспечение чистой, бездефектной поверхности важно для пассивности и предотвращения появления щелей.

• Рекомендации по проектированию: В оборудовании химической обработки следует избегать щелей, застойных зон и концентраций галогенид-ионов или соединений серы, поскольку даже самый лучший сплав может выйти из строя в экстремальных условиях или при неправильной конструкции. Поскольку 317L обладает лучшей устойчивостью к щелевой коррозии, для полного использования его преимуществ все еще требуется хорошая инженерия.

Ограничения и соображения

Хотя 317L является надежным выбором, важно понимать его ограничения и обеспечивать соответствие спецификации технологической среде:

• Не надежен во всех кислотах: Некоторые сильно окисляющие кислоты (например, концентрированная азотная кислота) могут разъедать 317L или требовать еще более специализированных сплавов.

• Стоимость и доступность: Поскольку нержавеющая сталь 317L является более высоколегированной, она может стоить дороже, чем стандартные марки, а время выполнения заказа может быть больше в зависимости от поставщика и толщины листа.

• Сохраняется склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC).: Несмотря на то, что 317L улучшен по сравнению со сплавами более низкого качества, он не застрахован от SCC, особенно в условиях высоких температур, с высоким содержанием хлоридов и высоких напряжений. Хороший дизайн и обслуживание по-прежнему имеют решающее значение.

• Требуется опыт изготовления: Правильная сварка, термообработка и пассивация после сварки жизненно важны для сохранения полной работоспособности сплава. Если изготовление некачественное, коррозия все равно может возникнуть.

• Тестирование с учетом условий окружающей среды: Поскольку химические заводы могут иметь очень уникальные смеси, концентрации, температуры и условия потока/щели, разумно провести эксплуатационные испытания или проконсультироваться со специалистами по коррозии, а не полагаться исключительно на общие таблицы данных.

Рекомендации и стандарты по спецификациям

При выборе пластины из нержавеющей стали 317L для химической обработки соответствие спецификациям и стандартам помогает обеспечить качество и отслеживаемость. Некоторые соответствующие стандарты включают в себя:

• ASTM A240 / ASME SA240 — Спецификация на пластины, листы и полосы из хромоникель-молибденовой нержавеющей стали для сосудов под давлением и общего применения.

• Обозначение UNS S31703 для 317L.

• В. Нр. 1.4438 — общепринятое европейское обозначение 317/317L.

• Дополнительные стандарты могут применяться к форме, сварочным материалам, изготовлению и испытаниям (например, NACE по коррозии, ASME для сосудов под давлением).

При заказе пластины укажите: марку (317L), толщину, ширину, длину, качество поверхности, состояние термообработки (отжиг), сертификат соответствия спецификации и, при необходимости, испытания на коррозию (например, испытания на питтинговую стойкость или оценку SCC).

Резюме и рекомендации

Таким образом, пластина из нержавеющей стали 317L предлагает убедительное сочетание высокой коррозионной стойкости, особенно против точечной, щелевой коррозии и воздействия хлоридов, в сочетании с хорошей свариваемостью и жаропрочностью, что делает ее особенно подходящей для сред химической обработки. Улучшенное легирование (Cr, Ni, Mo) по сравнению с обычными марками и низкое содержание углерода для устойчивости к сенсибилизации дают ему явное преимущество в агрессивной эксплуатации.

Для применений химической обработки, где оборудование подвергается воздействию кислот, хлоридов, повышенных температур или агрессивных сред, содержащих галогениды, и где простои или отказы, вызванные коррозией, недопустимы, выбор пластины из нержавеющей стали 317L является хорошим выбором. Тем не менее, наряду с выбором материала, правильное проектирование, изготовление, сварка и техническое обслуживание имеют решающее значение для достижения долгосрочной работы.

Если вы выбираете пластину для химического технологического оборудования, вот несколько практических рекомендаций:

• Подтвердите технологическую среду: тип/концентрацию кислоты, наличие хлоридов, температуру, режим потока, наличие застойных зон или щелей.

• Выберите пластину марки 317L (UNS S31703) с сертифицированным составом и прошедшими механические испытания.

• Убедитесь, что пластина правильно отожжена и поставляется с нужной толщиной, шириной и состоянием поверхности для изготовления.

• Используйте квалифицированные сварочные материалы и процедуры, а также рассмотрите возможность пассивации или очистки после сварки, чтобы гарантировать целостность пассивной пленки.

• Спроектируйте оборудование, позволяющее свести к минимуму щели, застойные зоны, улавливание хлоридов и участки дифференциальной аэрации.

• Рассмотрите возможность периодической проверки чувствительных к коррозии участков (например, соединений, сварных швов, фланцев), особенно во время раннего обслуживания.

• В случае чрезвычайно агрессивных условий (например, концентрированная азотная кислота, повышенное содержание серной кислоты при повышенных температурах) оцените, может ли потребоваться более специализированный сплав (например, дуплексная нержавеющая сталь или сплав с высоким содержанием никеля).

В заключение, когда требованием является «высокая коррозионная стойкость» в среде химической обработки, название «Плита из нержавеющей стали 317L с высокой коррозионной стойкостью для химической обработки» вполне оправдано: пластина 317L действительно предлагает высокопроизводительное решение для сложных условий эксплуатации.