Un ingegnere di manutenzione presso uno stabilimento chimico una volta chiese perché le sue tubazioni in 316L avevano iniziato a bucarsi entro diciotto mesi dalla messa in servizio. Il ruscello era un acido caldo contenente cloruro, il tipo di ambiente che punisce la selezione marginale. La risposta di cui aveva bisogno non era una marca diversa di pipa ma una qualità diversa. L'acciaio inossidabile 317L (UNS S31703) esiste esattamente per questa situazione: quando il 316L si corrode troppo rapidamente, ma un duplex o una lega di nichel hanno una capacità maggiore di quella richiesta dal processo. Fornisce un aumento significativo nella resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale, grazie alla maggiore quantità di molibdeno, pur rimanendo completamente austenitico e facilmente saldabile.
Cos'è l'acciaio inossidabile 317L?
Il 317L è un acciaio inossidabile austenitico a basso tenore di carbonio, contenente molibdeno, un gradino sopra il 316L in cromo, nichel e in particolare molibdeno. La designazione L mantiene il carbonio a un massimo dello 0,030%, il che limita la precipitazione di carburo di cromo ai bordi dei grani durante la saldatura. Ciò rende possibile fabbricare attrezzature di grandi dimensioni e saldare sezioni pesanti senza perdere la resistenza alla corrosione nella zona interessata dal calore.
Il grado è conosciuto con diverse designazioni. UNS S31703 è il numero registrato; AISI 317L e la designazione EN 1.4438 si riferiscono allo stesso materiale. Gli standard che lo riguardano includono ASTM A240 per piastre, fogli e nastri, ASTM A312 per tubi senza saldatura e saldati, ASTM A269 per tubi di servizio generale e ASTM A213 per tubi per caldaie, surriscaldatori e scambiatori di calore.
Composizione chimica e ruolo di ciascun elemento
L'intervallo di composizione nella tabella seguente è tipico per i prodotti piatti secondo ASTM A240. La linea importante è il molibdeno: dal 3,0 al 4,0% nel 317L contro dal 2,0 al 3,0% nel 316L.
| Element | 317L (UNS S31703) | 316L (UNS S31603) |
|---|---|---|
| Carbon | 0,030 massimo | 0,030 massimo |
| Manganese | 2,00 massimo | 2,00 massimo |
| Fosforo | 0,045 massimo | 0,045 massimo |
| Zolfo | 0,030 massimo | 0,030 massimo |
| Silicon | 0.75 max | 0.75 max |
| Chromium | dalle 18:00 alle 20:00 | dalle 16:00 alle 18:00 |
| Nichel | dalle 11.00 alle 15.00 | 10.0 to 14.0 |
| Molybdenum | 3.0-4.0 | da 2.0 a 3.0 |
| Azoto | 0.10 max | 0.10 max |
Il molibdeno è l'elemento di controllo. Rafforza la pellicola passiva di ossido e ne rallenta la degradazione in mezzi acidi e contenenti cloruro. La quantità extra di molibdeno nel 317L aumenta il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura (PREN) a circa 30, rispetto a 24-26 per il 316L. Il cromo supporta la resistenza generale alla corrosione e la resistenza all'ossidazione; il nichel stabilizza la struttura austenitica e migliora la tenacità; e l'azoto, anche in piccole quantità, contribuisce alla resistenza e alla resistenza alla vaiolatura.
Resistenza alla corrosione: dove il 317L guadagna terreno
317L è stato sviluppato per servizi che sconfiggono 316L. Funziona bene nell'acido solforico a concentrazioni e temperature moderate, nell'acido fosforico, negli acidi organici come l'acido acetico e formico e nei flussi carichi di cloruro dove vaiolatura e corrosione interstiziale sono i meccanismi di cedimento dominanti.
L'effetto pratico si manifesta negli impianti di candeggina e nei sistemi di desolforazione dei gas di scarico, che combinano entrambi cloruri, acidità e temperature calde. In questi servizi, il 316L spesso sviluppa buche nel giro di poche stagioni; Il 317L prolunga significativamente la durata dei componenti. Ciò non la rende una risposta universale. L'acido cloridrico concentrato a caldo, l'acido solforico concentrato a caldo e le forti tensocorrosioni richiedono leghe di nichel o gradi duplex. Il divario tra i gradi 304, 316L e duplex in servizio corrosivo è trattato in modo più approfondito nel nostro confronto della resistenza alla corrosione tra i gradi di acciaio inossidabile .
Proprietà meccaniche e comportamento alla temperatura
Il 317L offre temperature ambiente minime leggermente più elevate rispetto al 316L. La tabella seguente elenca i valori minimi tipici per la lamiera secondo ASTM A240.
| Proprietà | 317L |
|---|---|
| Resistenza alla trazione, min | 75 ksi (515 MPa) |
| Limite di snervamento, compensazione dello 0,2%, min | 30 ksi (205 MPa) |
| Allungamento in 2 pollici, min | 40% |
| Durezza, max | 217HB |
La microstruttura completamente austenitica mantiene l'acciaio 317L resistente alle basse temperature, quindi viene occasionalmente utilizzato in applicazioni criogeniche che non comportano condizioni estreme di cloruro. D'altro canto, non è una lega resistente al creep, ma si ossida in modo accettabile in servizio continuo fino a circa 1600°F (870°C). Per la progettazione della pressione a temperatura elevata, utilizzare i valori di sollecitazione ammissibili del codice ASME applicabile anziché i dati della temperatura ambiente.
317L contro 316L: quale grado dovresti specificare?
La scelta solitamente si riduce a tre fattori: concentrazione di cloruro, temperatura e costo del guasto. Quando i cloruri sono presenti al di sopra di poche centinaia di ppm, quando la temperatura è sufficientemente elevata da accelerare la vaiolatura o quando un arresto non programmato è molto costoso, il 317L è la specifica più sicura. Quando il flusso è lieve, l'impianto è già standardizzato su 316L e gli intervalli di ispezione danno visibilità sui tassi di corrosione, 316L è la scelta economica.
Specificare 317L su un intero impianto solo perché una linea è aggressiva è un errore comune. L'approccio giusto è quello di separare i flussi corrosivi, selezionare il 316L per le linee di processo generali e riservare il grado di molibdeno più elevato per i servizi veramente aggressivi. Per le linee di processo chimico in cui il 316L è sufficiente, un SCH40 Tubo per l'industria chimica in acciaio inossidabile 316 da un produttore che controlla la ricottura e il trattamento superficiale offre prestazioni prevedibili con tempi di consegna più brevi. Questa separazione dei compiti mantiene sotto controllo i costi di capitale senza compromettere l'affidabilità.
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Il 317L si forma e si salda come gli altri gradi austenitici, ma si indurisce più velocemente del 316L. La piegatura e la trafilatura dei tubi richiedono forze più elevate, mentre la lavorazione richiede configurazioni rigide, inserti affilati e velocità di taglio inferiori. Queste caratteristiche sono ben comprese dagli stabilimenti con esperienza nella famiglia della serie 300.
Per la saldatura, il metallo d'apporto corrispondente come AWS ER317L è la scelta standard. Poiché il carbonio è limitato allo 0,030%, le sezioni pesanti possono essere saldate come saldate per la maggior parte dei servizi corrosivi e il trattamento termico post-saldatura generalmente non è necessario. Ciò che è necessario è la completa rimozione della tinta e degli ossidi dovuti al calore di saldatura, solitamente mediante decapaggio o pulizia meccanica seguita da passivazione. Lasciata in posizione, la tinta termica distrugge la pellicola passiva e diventa un punto di partenza per l'attacco alle fessure.
La finitura superficiale merita la stessa attenzione della chimica. Nei tubi in cui la superficie interna entra in contatto con il fluido di processo, la rugosità intrappola i depositi e accelera la corrosione dei sottodepositi. I tubi degli strumenti e i tubi degli scambiatori di calore destinati a servizi impegnativi sono quindi spesso forniti con un foro ricotto o lucidato.
Applicazioni comuni di 317L
Il grado si manifesta ovunque si combinino acidi e cloruri. Le applicazioni tipiche includono:
- Lavorazioni chimiche e petrolchimiche: tubazioni, recipienti e scambiatori di calore che gestiscono miscele di acido solforico, acidi organici e flussi di processo con impurità di cloruro.
- Cellulosa e carta: impianti di lavaggio, miscelatori e tubazioni esposti al biossido di cloro.
- Controllo dell'inquinamento: componenti dello scrubber per la desolforazione dei gas di scarico nelle centrali elettriche a carbone.
- Lavorazione farmaceutica e alimentare: serbatoi e linee puliti con disinfettanti contenenti cloruro durante la lavorazione di prodotti acidi.
- Scambiatori di calore e condensatori: gruppi in cui la chimica dell'acqua di raffreddamento minaccia la vaiolatura sul lato acqua.
Nel servizio dello scambiatore di calore, il metallo del tubo deve resistere al fluido di processo da un lato e all'acqua di raffreddamento dall'altro. Dove l'acqua di raffreddamento è pulita e il lato del processo è delicato, comprovato Tubi scambiatori di calore in acciaio inossidabile 316L rimanere la scelta del pacchetto più conveniente; dove entrambe le parti sono aggressive, l'incremento del molibdeno nel 317L consente di acquistare il margine che separa un decennio di servizio da ripetuti ritubamenti.
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Acquistare tubi e tubazioni in 317L non è semplicemente una questione di nominare la qualità su un ordine di acquisto. La specifica controlla il prodotto. ASTM A312 copre tubi senza saldatura e saldati; ASTM A269 copre i tubi; ASTM A213 copre i tubi della caldaia e dello scambiatore di calore; ASTM A240 copre piastre, fogli e nastri. Ciascuna specifica definisce tolleranze dimensionali, requisiti di test e marcatura che proteggono l'acquirente da materiali che sembrano corretti.
Prima di accettare una spedizione, verificare il certificato di prova del mulino rispetto all'ordine: numero di calore, analisi chimica completa, risultati di trazione di quel calore e risultati del test idrostatico o delle correnti parassite. Misurare lo spessore della parete e il diametro esterno in diversi punti e verificare che la finitura superficiale corrisponda ai requisiti concordati. Un fornitore affidabile confermerà anche come è stato ricotto il tubo e se il materiale è stato decapato o ricotto in bianco.
Un altro punto pratico: il 317L è meno comunemente immagazzinato del 316L e i tempi di consegna possono essere più lunghi. Se la valutazione della corrosione mostra che è previsto un programma di illuminazione tubo per apparecchiature chimiche resistente alla corrosione in 316L farà il lavoro, potrai abbreviare i tempi e ridurre i costi. La chiave è prendere questa decisione deliberatamente, sulla base di dati di processo reali, piuttosto che ricorrere alla qualità più costosa.
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