Thép không gỉ 304H so với 304L: Độ bền nhiệt độ-cao và khả năng hàn

Tiêu chuẩn và chỉ định

304H (UNS S30409) và 304L (UNS S30403) là các biến thể-được kiểm soát bằng carbon của Loại 304 (UNS S30400). Cả hai đều được bao phủ đối với tấm, tấm và dải theo tiêu chuẩn ASTM A240, đối với ống liền mạch theo tiêu chuẩn ASTM A312, đối với ống nồi hơi và ống quá nhiệt theo tiêu chuẩn ASTM A213, và trong dòng EN 10088; ký hiệu JIS là SUS304H và SUS304L. Hai loại này giống hệt nhau về hàm lượng crom và niken nhưng khác nhau về cacbon và sự khác biệt duy nhất đó dẫn đến các phạm vi dịch vụ hoàn toàn khác nhau: 304H là cấp nhiệt độ cao, trong khi 304L là cấp hàn đầu tiên.

Thành phần hóa học

Các giới hạn thành phần dưới đây tuân theo tiêu chuẩn ASTM A240.

Phần tử (% trọng lượng)	304H (S30409)	304L (S30403)
Cacbon	0.04-0.10	0,03, tối đa
Mangan, tối đa	2.0	2.0
Silicon, tối đa	0.75	0.75
Phốt pho, tối đa	0.045	0.045
Lưu huỳnh, tối đa	0.030	0.030
crom	18.0-20.0	18.0-20.0
Niken	8.0-10.5	8.0-12.0
Nitơ, tối đa	0.10	0.10

304H yêu cầu hàm lượng cacbon tối thiểu là 0,04%, điều này trái ngược với thiết kế-cacbon thấp của 304L. Lượng carbon tối thiểu này là có chủ ý: nó đảm bảo sự kết tủa của cacbua giúp xác định ranh giới hạt và hỗ trợ độ bền rão ở nhiệt độ cao.

Tính chất cơ học

Các giá trị nhiệt độ-phòng tối thiểu cho tấm ủ theo tiêu chuẩn ASTM A240 được liệt kê bên dưới.

Tài sản	304H	304L
Độ bền kéo, tối thiểu (MPa)	515	485
Cường độ năng suất 0,2%, tối thiểu (MPa)	205	170
Độ giãn dài tính bằng 50 mm, tối thiểu (%)	40	40

Ở nhiệt độ phòng sự khác biệt là khiêm tốn, nhưng nó tăng lên theo nhiệt độ. Do hàm lượng carbon được đảm bảo, ứng suất cho phép của thiết kế ASME đối với 304H vẫn hữu ích ở mức khoảng 815 độ trong đường ống áp lực, trong khi 304L bị giới hạn ở khoảng 425 độ trong cùng các ứng dụng; trên nhiệt độ đó, cấp độ cacbon-thấp sẽ mềm đi và bò ra nhanh chóng.

Hiệu suất nhiệt độ-cao và cường độ rão

Độ rão là biến dạng dẻo phụ thuộc vào thời gian-dưới tải trọng liên tục ở nhiệt độ cao. Các cacbua crom được hình thành bởi 0,04-0,10% cacbon của 304H kết tủa ở cả ranh giới hạt và bên trong hạt, chống lại sự trượt{11}}ranh giới hạt và mang lại cho cấp độ bền đứt rão tốt hơn rõ rệt so với 304L ở trên khoảng 500 độ. Các bộ phận hoạt động liên tục trong khoảng từ 500 độ đến 815 độ được hưởng lợi từ 304H: khay và thiết bị cố định của lò công nghiệp, bộ quá nhiệt và ống hâm nóng nồi hơi, bộ phận xả động cơ và tuabin khí, thiết bị xử lý nhiệt và đường ống nhiệt độ cao. Trong nhiệm vụ làm nóng và làm mát theo chu kỳ, cấu trúc ổn định của 304H cũng làm giảm thiệt hại do mỏi nhiệt so với loại carbon thấp mềm hơn.

Khả năng hàn, chế tạo và lựa chọn

304L tồn tại để hàn. Giới hạn carbon 0,03% giúp cacbua crom không kết tủa trong vùng-bị ảnh hưởng nhiệt, do đó, các cấu trúc hàn lớn như bể chứa hóa chất, tàu chế biến thực phẩm và thiết bị dược phẩm có thể được sử dụng trong điều kiện-hàn mà không cần xử lý nhiệt sau mối hàn. 304H, ngược lại, có nguy cơ nhạy cảm cao hơn trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt-mối hàn và thường không được chọn cho các cụm hàn ăn mòn; khi hàn 304H, có thể cần ủ dung dịch để khôi phục hoàn toàn độ dẻo và khả năng chống ăn mòn. 304H thường đắt hơn 304L do kiểm soát cacbon chặt chẽ hơn. Quy tắc lựa chọn: chọn 304H cho các bộ phận có nhiệt độ-chịu tải-cao trên khoảng 500 độ và chọn 304L cho các bình, bể chứa và đường ống hàn trong môi trường ăn mòn dưới khoảng 425 độ .

Câu hỏi thường gặp

Chữ H trong 304H có nghĩa là gì?H biểu thị phạm vi cacbon được kiểm soát là 0,04-0,10% được chỉ định cho độ bền nhiệt độ cao, đặc biệt là khả năng chống rão.

Tại sao 304L được gọi là carbon thấp?Lượng carbon của nó được giới hạn ở mức tối đa 0,03%, khoảng một-so với tiêu chuẩn 304, để tránh hiện tượng mẫn cảm trong quá trình hàn.

304L có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao?Không dành cho dịch vụ chịu tải-; 304L bị giới hạn ở khoảng 425 độ trong các ứng dụng áp suất vì độ bền rão của nó thấp.

304H có phù hợp cho bể chứa hóa chất hàn không?Nói chung là không; lượng carbon cao hơn sẽ làm tăng nguy cơ mẫn cảm ở vùng-bị ảnh hưởng bởi nhiệt, vì vậy 304L được ưu tiên sử dụng cho dịch vụ hàn ăn mòn.

304H và 304L có từ tính không?Về cơ bản, cả hai đều không có từ tính trong điều kiện ủ; gia công nguội có thể gây ra phản ứng từ tính nhẹ.

Tiêu chuẩn nào bao gồm ống nồi hơi 304H?ASTM A213 TP304H cho nồi hơi liền mạch, ống quá nhiệt và ống trao đổi nhiệt, và ASTM A240 cho tấm và tấm.

Câu hỏi thường gặp

Q1. Giới hạn carbon của 304H và 304L là gì?
304H (UNS S30409) yêu cầu phạm vi carbon được kiểm soát là 0,04-0,10 phần trăm, trong khi 304L (UNS S30403) giới hạn lượng carbon ở mức tối đa 0,03 phần trăm; crom 18,0-20,0 và niken 8,0-10,5 đều phổ biến cho cả hai, với 304L cho phép chứa tới 12,0% niken.

Q2. Làm thế nào để so sánh các đặc tính cơ học ở nhiệt độ phòng-của chúng?
Theo tiêu chuẩn ASTM A240, 304H cho thấy độ bền kéo tối thiểu là 515 MPa và 0,2% giới hạn chảy là 205 MPa, trong khi 304L lần lượt hiển thị 485 MPa và 170 MPa; cả hai đều có độ giãn dài tối thiểu 40 phần trăm trong 50 mm.

Q3. Giới hạn nhiệt độ nào áp dụng trong thiết kế áp suất?
Do hàm lượng carbon được đảm bảo, ứng suất cho phép theo thiết kế ASME đối với 304H vẫn hữu ích ở nhiệt độ lên tới khoảng 815 C trong đường ống áp lực, trong khi 304L bị giới hạn ở khoảng 425 C trong cùng các ứng dụng; trên nhiệt độ đó, cấp độ cacbon-thấp sẽ mềm đi và bò ra nhanh chóng.

Q4. Tại sao carbon mang lại cho 304H sức mạnh leo của nó?
Các cacbua crom được hình thành bởi 0,04-0,10 phần trăm carbon kết tủa cả ở ranh giới hạt và bên trong hạt, chống trượt ranh giới hạt và tạo ra độ bền đứt gãy tốt hơn rõ rệt so với 304L trên khoảng 500 C.

Q5. Khi nào nên chọn từng lớp?
Chọn 304H cho các bộ phận có nhiệt độ-chịu tải-cao trên khoảng 500 C, chẳng hạn như khay lò, bộ quá nhiệt của nồi hơi và ống hâm nóng được bao phủ bởi tiêu chuẩn ASTM A213 TP304H và các bộ phận xả; chọn 304L cho các bình, bể chứa và đường ống hàn trong điều kiện ăn mòn dưới khoảng 425 C, nơi nó có thể được sử dụng làm-hàn mà không cần-xử lý nhiệt sau hàn.