Što je nehrđajući čelik razreda 304H? Visoko{1}}temperaturna svojstva i upotreba

Što je materijal SS304H?

Nehrđajući čelik stupnja 304H (UNS S30409, EN 1.4948 / X6CrNi18-10) je visoko-ugljična varijanta široko korištene porodice austenitnog nehrđajućeg čelika 304. Njegov sadržaj ugljika je posebno kontroliran u rasponu od 0,04% do 0,10% (za razliku od standarda 304, koji ima najveću granicu ugljika od 0,08%). Napravljen je da poboljša puzanje-čvrstoću materijala na pucanje u okruženjima visoke temperature, gdje bi standardni 304 omekšao i 304L izgubio svoj strukturni integritet.

 

Zašto je "H" u 304H važno za primjene na visokim-temperaturama?

"H" je kratica za "High Carbon". Veći sadržaj ugljika osigurava veću čvrstoću zatezanja i čvrstoću tečenja na temperaturama višim
525 stupnjeva (975 stupnjeva F). Za razliku od 304L, koji gubi strukturni integritet pri ekstremnoj vrućini, 304H zadržava svoja mehanička svojstva i otpornost na puzanje.

 

Ekvivalenti čelika bez stiana razreda 304H

STANDARD / REGIJA	OZNAKA	BILJEŠKE
UNS	S30409	Univerzalni identifikator za 304H
EN	1.4948 / X6CrNi18-10	Prema EN 10088-1 i EN 10028-7. Ne 1,4307 (1.4307=X2CrNi18-9=304L)
ZIS	SUS304H	Prema JIS G 4303 (šipke), JIS G 4304 (ploče), JIS G 3459 (cijevi)
GB	0Cr18Ni9H	Oznaka naslijeđa; još uvijek nalaze u starijoj dokumentaciji o nabavi
GB	07Cr19Ni10	Prema GB/T 20878-2007 i GB/T 1220-2007
GOST	08X18H10	Prema GOST 5632-2014

 

304 vs. 304L vs. 304H: Kemijski sastav

ELEMENT	304H (UNS S30409)	304 (UNS S30400)	304L (UNS S30403)
Ugljik (C)	0.04–0.10	Manje ili jednako 0,08	Manje ili jednako 0,03
Krom (Cr)	18.0–20.0	18.0–20.0	18.0–20.0
Nikal (Ni)	8.0–10.5	8.0–10.5	8.0–12.0
mangan (Mn)	Manje od ili jednako 2,00	Manje od ili jednako 2,00	Manje od ili jednako 2,00
Silicij (Si)	Manje ili jednako 0,75(a)	Manje ili jednako 0,75	Manje ili jednako 0,75
fosfor (P)	Manje od ili jednako 0,045	Manje od ili jednako 0,045	Manje od ili jednako 0,045
Sumpor (S)	Manje ili jednako 0,030	Manje ili jednako 0,030	Manje ili jednako 0,030

304 vs. 304L vs. 304H: Mehanička svojstva na sobnoj temperaturi

IMOVINA	304H (S30409)	304 (S30400)	304L (S30403)	METODA ISPITIVANJA
Vlačna čvrstoća (min.)	515 MPa	515 MPa	485 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Granica razvlačenja 0,2% Offset (min.)	205 MPa	205 MPa	170 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Istezanje u 50 mm (min.)	40%	40%	40%	ASTM A370
Tvrdoća (maks.)	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	ASTM E18 / ISO 6506
Modul elastičnosti (tipično)	193 GPa	193 GPa	193 GPa	-

 

304 nasuprot . 304H: Prednost snage puzanja

U usporedbi sa standardnim 304, primarna prednost 304H leži u njegovoj otpornosti na puzanje-na pucanje unutar temperaturnog raspona od 540–870 stupnjeva. Puzanje, definirano kao plastična deformacija koja se događa tijekom vremena pod stalnim naprezanjem na visokim temperaturama, primarni je mehanizam kvara za visoko{6}}temperaturnu tlačnu opremu. Prema dopuštenim vrijednostima intenziteta naprezanja u tablici 1A odjeljka II, dijela D ASME BPVC, dopušteno naprezanje za 304H je približno 15%–25% veće od onoga za 304 na temperaturi od 600 stupnjeva i projektiranom vijeku trajanja od 100 000 sati. To znači da za određeni proračunski tlak može ili smanjiti debljinu stijenke (čime se štede troškovi materijala) ili produžiti životni vijek.

 

 

Nehrđajući čelik 304H: Otpornost na oksidaciju

Listovi od nehrđajućeg čelika 304H sadrže sadržaj kroma od 18%–20%, što omogućuje stvaranje kontinuiranog i dobro-prianjajućeg kamenca kromovog oksida (Cr₂O₃) na izloženoj površini. U oksidirajućim atmosferama na temperaturama do približno 870 stupnjeva, ovaj oksidni sloj je termodinamički stabilan i ima sposobnost samo-ozdravljenja. Pod cikličkim radnim uvjetima (ponovljeno zagrijavanje i hlađenje), ovaj oksidni sloj nastavlja pružati zaštitu, pod uvjetom da neusklađenost toplinske ekspanzije između oksidnog sloja i osnovnog metala ne dovodi do pucanja kamenca.

SERVISNA TEMPERATURA	PREPORUČENA OCJENA	OBRAZLOŽENJE
Ispod 540 stupnjeva	304 ili 304L	304H ne pruža prednost puzanja; 304L preferira se ako se zavaruje bez PWHT
540–815 stupnjeva	304H (optimalni raspon)	Maksimalna prednost čvrstoće puzanja; otpornost na oksidaciju potpuno primjerena
815-870 stupnjeva	304H (prihvatljivo uz upozorenja)	Creep strength remains adequate; oxidation rate increases; monitor for sigma phase embrittlement after >1,000 h
870-980 stupnjeva	309S (UNS S30908)	Viši Cr (22–24%) za poboljšanu otpornost na oksidaciju
980–1150 stupnjeva	310S (UNS S31008) ili Incoloy 800H/HT	Maksimalna otpornost na oksidaciju i karburizaciju; 304H neadekvatan

 

Učinkovitost zavarivanja ploče od nehrđajućeg čelika 304H

Ploča od nehrđajućeg čelika kvalitete 304H ima prilično{1}}do-dobre performanse zavarivanja topljenjem korištenjem standardnih procesa (kao što su TIG, MIG i MMA), ali njen viši sadržaj ugljika (0,04–0,10%) povećava rizik od taloženja karbida i osjetljivosti u zoni-pogođenoj toplinom u usporedbi s varijantama s niskim-ugljikom kao što je 304L.

Preporuke za postupak zavarivanja

Postupci: GTAW (TIG) poželjan za korijenske prolaze i tanke presjeke (Manje od ili jednako 6 mm); GMAW (MIG) ili SMAW (štapić) za prolaze punjenja i zatvaranja na debljim dijelovima.
Unos topline: održavati 1,0–2,5 kJ/mm. Prekomjerni unos topline potiče rast zrna u zoni pod utjecajem topline (HAZ), smanjujući žilavost i na okolnoj i na povišenoj-temperaturi.
Interpass temperatura: Maksimalno 150 stupnjeva kako bi se smanjilo vrijeme taloženja karbida u rasponu osjetljivosti.
Prethodno zagrijavanje: Nije potrebno za dijelove manje ili jednake 25 mm. Za deblje dijelove, prethodno zagrijte na 50-100 stupnjeva kako biste smanjili pritisak na stezanje.
Post-weld heat treatment (PWHT): Solution anneal at 1,040–1,120°C followed by water quench or rapid air cool. Recommended for sections >12 mm ili kada su potrebna maksimalna svojstva puzanja. Za tanke presjeke u ne-kritičnoj uporabi, kao-zavareno stanje je prihvatljivo pod uvjetom da je korišteno punilo ER308H i da je temperatura među prolazom kontrolirana.
Zaštitni plin (GTAW/GMAW): čisti argon (99,995%) ili argon + 2–5% vodika za poboljšanu fluidnost zavarene kupke. Dodaci dušika (Manje od ili jednako 3%) mogu povećati čvrstoću metala zavara.

 

Primjena nehrđajućeg čelika 304H

304H naširoko se koristi u industrijama koje zahtijevaju materijale koji nude otpornost na visoke-temperature, otpornost na koroziju i visoku čvrstoću. Specifične primjene uključuju:
Petrokemijska industrija: Sustavi cjevovoda i izmjenjivači topline.
Proizvodnja električne energije: Cijevi pregrijača i dogrijača u kotlovima.
Kemijska obrada: Tlačne posude i kondenzatori.
Industrijske peći: komponente peći i ispušni sustavi.

 

 

Obrasci proizvoda i primjenjivi standardi

304H se proizvodi u svim uobičajenim oblicima proizvoda od nehrđajućeg čelika. Kada pišete specifikacije nabave, pozivajte se na ispravan ASTM/ASME standard za obrazac proizvoda:

OBRAZAC PROIZVODA	ASTM STANDARD	ASME EKVIVALENT	TIPIČAN RASPON DEBLJINE/PROMJERA
Ploča, lim, traka	A240 / A240M	SA-240	0,3–200 mm
Bešavna cijev	A312 / A312M TP304H	SA-312	NPS 1/8 – 30 (DN 6–750)
Bešavna cijev	A213 / A213M TP304H	SA-213	OD 6–127 mm
Zavarena cijev	A249 / A249M TP304H	SA-249	OD 6–127 mm
Šipka, šipka, oblici	A276 / A276M	SA-276	6–600 mm (bar)
Otkovci	A182 / A182M F304H	SA-182	Po dizajnu kovanja

FAQ

Koja je maksimalna radna temperatura za nehrđajući čelik 304H?
Odgovor: 304H pokazuje izvrsnu otpornost na oksidaciju tijekom povremenog rada (do 870 stupnjeva /1600 stupnjeva F) i može izdržati temperature do 925 stupnjeva (1700 stupnjeva F) u neprekidnom radu.
Međutim, njegov najučinkovitiji raspon radne temperature za konstrukcijske primjene koje uključuju naprezanje je između 500 stupnjeva i 800 stupnjeva.

 

Postaje li 304H krt nakon duljeg izlaganja toplini?
Odgovor: Iako je 304H dizajniran za okruženja s visokom-temperaturom, produljena izloženost unutar raspona od 425 do 815 stupnjeva može dovesti do taloženja karbida (senzibilizacija), što može utjecati na njegovu otpornost na koroziju u vodenom mediju.

 

Koja je preporučena veličina zrna za 304H?
Odgovor: Kako bi se maksimizirale performanse puzanja pri visokim{0}}temperaturama, standardi ASTM A213 i A312 obično zahtijevaju veličinu zrna ASTM br. 7 ili grublju (tj. veću veličinu zrna) za 304H. Veće veličine zrna smanjuju broj granica zrna na kojima može doći do puzanja.

 

Je li 304H prikladan za pučinsko ili morsko okruženje?
Odgovor: Iako 304H nudi dobru otpornost na koroziju (usporedivu s 304), nije optimalan izbor za morska okruženja- koja sadrže klorid. U takvim okruženjima preporučuju se dvostruki čelik 2205 ili stupnjevi 316/316H zbog većeg sadržaja molibdena, koji pruža učinkovitu otpornost na rupičastu koroziju.