Baja Tahan Karat 316L vs 316H: Kandungan Karbon, Kekuatan Mulur, dan Pemilihan Suhu-Tinggi

Mintalah insinyur material mana pun untuk menyebutkan dua baja tahan karat austenitik yang paling umum, dan mereka akan menjawabnya316Ldan 316H - sering kali tanpa disadari bahwa kedua "saudara kandung" ini dirancang untuk pekerjaan yang benar-benar berlawanan. 316L adalah pekerja keras-yang dapat dilas dan tahan korosi untuk pabrik kimia, peralatan kelautan, dan pengolahan makanan. 316H adalah-spesialis suhu tinggi, yang dibuat untuk menahan creep - deformasi permanen dan lambat yang dialami logam saat ditahan di bawah tekanan pada suhu tinggi selama bertahun-tahun atau puluhan tahun.

Perbedaan keseluruhan antara kedua tingkatan tersebut disebabkan oleh dua variabel: kandungan karbon dan ukuran butir. 316L membatasi karbon sebesar 0,03% untuk mencegah sensitisasi las. 316H memerlukan karbon antara 0,04% dan 0,10% ditambah ukuran butir kasar ASTM No. 7 atau lebih kasar, keduanya memaksimalkan kekuatan mulur. Ini bukan perbandingan "lebih baik atau lebih buruk" - ini adalah perbandingan "alat yang tepat untuk suhu yang tepat". Menggunakan 316L di atas 425 derajat (800 derajat F) dalam layanan tekanan berisiko mengalami kegagalan mulur; menggunakan 316H untuk tangki kimia yang dilas mengundang korosi intergranular. Pemilihan kemiringan yang salah pada salah satu arah telah menyebabkan penutupan pabrik, pecahnya kapal, dan kegagalan besar.

Aturan pengambilan keputusan dalam satu kalimat: di bawah 425 derajat (800 derajat F) dan dilas atau korosi-kritis, pilih 316L; di atas 425 derajat di mana kekuatan mulur dan peringkat suhu tinggi-Kode ASME penting, pilih 316H. Kedua tingkatan tersebut saling melengkapi, tidak dapat dipertukarkan - dan membingungkan keduanya adalah salah satu kesalahan-pemilihan material yang paling umum dalam industri proses dan tenaga listrik.

Komposisi Kimia - Kandungan Karbon dan Persyaratan Ukuran Butir

316L dan316Hmemiliki kimia inti yang sama - 16-18% kromium, 10-14% nikel, dan 2-3% molibdenum - serta berbeda dalam kandungan karbon dan ukuran butir. 316L membatasi karbon pada 0,03% (kemampuan las maksimum), sedangkan 316H menetapkan karbon 0,04-0,10% ditambah ukuran butir kasar wajib ASTM No. 7 atau lebih kasar. Molibdenum di kedua tingkatan inilah yang membedakan keseluruhan keluarga 316 dari 304: molibdenum memberikan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah di lingkungan klorida.

Baik 316L (UNS S31603) maupun 316H (UNS S31609) adalah baja tahan karat austenitik yang mengandung molibdenum dalam seri 300. Huruf "L" pada 316L adalah singkatan dari "Low Carbon" (Kurang dari atau sama dengan 0,03%). Huruf "H" pada 316H berarti "Karbon Tinggi" (0,04-0,10%), dan memiliki persyaratan tambahan yang tidak dimiliki oleh grade seri 300 lainnya: ukuran butir kasar ASTM No. 7 atau lebih kasar. Persyaratan ukuran butiran inilah yang menjadikan 316H berbeda secara mendasar dari 316 biasa yang hanya memiliki karbon tinggi - butiran kasar sangat penting untuk ketahanan mulur, dan hal ini diverifikasi melalui pemeriksaan mikrostruktur pada laporan pengujian pabrik.

Mengapa Kandungan Karbon Menunjukkan Dua Tingkatan dalam Arah yang Berlawanan?

Karbon memainkan dua peran yang berlawanan dalam baja tahan karat seri 316-. Pada suhu tinggi, karbon memperkuat logam dengan membentuk endapan kromium karbida halus yang menyematkan batas butir terhadap deformasi mulur - inilah sebabnya 316H memerlukan karbon minimum 0,04%. Namun selama pengelasan, karbon yang sama bermigrasi ke batas butir dan menghabiskan kromium, menyebabkan korosi antar butir (sensitisasi) - inilah sebabnya 316L membatasi karbon sebesar 0,03%. Singkatnya: karbon adalah sumber kekuatan suhu tinggi pada 316H, dan tidak adanya karbon pada 316L adalah sumber integritas lasnya. Anda tidak dapat memperoleh kedua manfaat dalam satu kimia - itulah sebabnya ada dua tingkatan tersebut.

Untuk memahami pertukaran-ini, bayangkan atom karbon melakukan dua pekerjaan berbeda pada dua suhu berbeda. Dalam kisaran sensitisasi 425-870 derajat (800-1.600 derajat F) - yang dicapai di zona yang terkena panas-zona pengelasan - karbon bereaksi dengan kromium membentuk kromium karbida pada batas butir, mencuri kromium dari logam di sekitarnya dan menciptakan jalur korosi mikroskopis. 316L yang sangat-karbon rendah berarti tidak ada cukup karbon untuk menyebabkan kerusakan ini, sehingga 316L yang dilas tetap tahan korosi tanpa perlakuan panas pasca-pengelasan.

Namun pada suhu tinggi yang berkelanjutan (kira-kira 500-700 derajat ), keadaan akan berbalik. Creep - regangan lambat logam di bawah beban - terjadi terutama karena batas butir bergeser satu sama lain dan karena gerakan dislokasi. Penyebaran halus partikel kromium karbida pada batas butir bertindak seperti pin yang mengunci batas pada tempatnya, sehingga memperlambat mulur secara dramatis. Ini adalah mekanisme penguatan yang dihasilkan oleh karbon 316H yang lebih tinggi. 316L, dengan hampir tidak ada karbon yang membentuk karbida pengikat ini, merambat lebih cepat pada suhu tinggi. Keuntungan lainnya adalah ukuran butir kasar 316H berarti lebih sedikit batas butir per satuan volume - dan karena batas butir merupakan titik lemah dalam mulur, batas butir yang lebih sedikit berarti ketahanan mulur yang lebih baik.

Persyaratan Ukuran Butir - Yang Membuat 316H Benar-benar "H"

Persyaratan ukuran butir ASTM No. 7 atau lebih kasar adalah fitur penentu yang membedakan 316H dari karbon tinggi-karbon 316 biasa. Butir kasar mengurangi luas batas butir total, dan karena deformasi mulur terkonsentrasi pada batas butir, material berbutir kasar lebih tahan terhadap mulur dibandingkan material berbutir halus dengan kimia yang sama. Inilah sebabnya mengapa laporan pengujian material untuk 316H harus menunjukkan ukuran butiran - material 316 dengan karbon yang tepat tetapi butiran halus BUKAN 316H dan tidak akan melakukan hal yang sama dalam layanan mulur.

Ukuran butir diukur dengan ASTM E112 dan dilaporkan sebagai angka; angka yang lebih tinggi berarti butiran yang lebih halus. 316L anil tipikal memiliki ukuran butir ASTM No. 5-8, sering kali lebih halus setelah anil larutan. 316H sengaja diproduksi dengan ukuran butir ASTM No. 7 atau lebih kasar (biasanya No. 3-7 dalam praktiknya), dicapai melalui suhu dan waktu anil larutan yang terkontrol. Ini adalah salah satu dari sedikit kasus dalam baja tahan karat di mana struktur mikro yang "lebih kasar" adalah "lebih baik" - hal yang berlawanan dengan intuisi yang membingungkan para insinyur yang mengetahui bahwa ukuran butiran halus meningkatkan kekuatan dan ketangguhan suhu ruangan. Faktanya adalah butiran halus membantu pada suhu kamar, tetapi butiran kasar menang pada suhu merayap.

[Sumber] ASTM A240/A240M - Spesifikasi Standar untuk Kromium dan Kromium-Pelat, Lembaran, dan Strip Baja Tahan Karat Nikel. ASTM E112 - Metode Uji Standar untuk Menentukan Ukuran Butir Rata-rata.

Sifat Mekanik

Pada suhu kamar dalam kondisi anil, 316H memiliki kekuatan tarik dan luluh minimum yang sedikit lebih tinggi daripada 316L (tarik 515 MPa vs 485 MPa; hasil 205 MPa vs 170 MPa), karena kandungan karbon yang lebih tinggi memberikan sedikit penguatan presipitasi. Namun, perbedaan 6-15% ini kecil, dan kedua kualitas tersebut ulet dan dapat dibentuk. Perbedaan-kekuatan suhu ruangan BUKAN menjadi alasan untuk memilih satu tingkat dibandingkan yang lain - pembeda sebenarnya hanya muncul pada suhu tinggi.

Peningkatan-Kekuatan Suhu dan Pembagian Stres yang Diizinkan ASME

Perbedaan mekanis yang menentukan muncul di atas sekitar 425 derajat (800 derajat F). Kode Boiler dan Bejana Tekan ASME Bagian II, Bagian D mencantumkan nilai tegangan yang diizinkan untuk 316L hanya hingga 800 derajat F (427 derajat ) - lebih dari itu, 316L tidak memiliki Kode-yang mencantumkan tegangan yang diizinkan karena kekuatan mulurnya tidak dijamin secara andal. 316H, sebaliknya, tercantum hingga 1.500 derajat F (816 derajat ). Fakta tunggal ini adalah aturan praktis yang mengatur keseluruhan keputusan pemilihan 316L vs 316H dalam desain bejana tekan dan perpipaan.

Alasan langit-langit 800 derajat F (427 derajat) pada 316L adalah merayap. Pada suhu di atas kira-kira 0,4 kali titik leleh (dinyatakan dalam Kelvin), logam mulai berubah bentuk secara permanen di bawah beban yang jauh di bawah kekuatan luluh-suhu ruangannya. Untuk baja tahan karat austenitik, rezim mulur ini dimulai sekitar 500 derajat (930 derajat F), dan pada 600 derajat (1.112 derajat F) mendominasi desain. Karena 316L tidak memiliki karbon maupun butiran kasar untuk menahan mulur, ASME tidak mempublikasikan tegangan yang diijinkan untuk 316L di atas 800 derajat F - seorang perancang benar-benar tidak dapat menggunakan 316L untuk komponen tekanan yang diberi kode-di 600 derajat . 316H, yang dirancang khusus untuk mulur, mempertahankan tegangan yang diijinkan dalam Kode-tercantum hingga 1.500 derajat F (816 gelar).

[Sumber] Kode Boiler dan Bejana Tekan ASME, Bagian II, Bagian D - Properti (Metrik). Nilai yang ditampilkan mewakili; lihat edisi Kode saat ini untuk desain.

Kekuatan Merayap

Creep adalah deformasi permanen yang lambat pada logam yang ditahan di bawah tekanan pada suhu tinggi - bahkan pada tegangan yang jauh di bawah kekuatan luluh-suhu ruangan. Sebuah pipa yang dengan mudah menahan 100 bar pada suhu 20 derajat, pada suhu 600 derajat, perlahan membengkak, menipis, dan pecah selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun di bawah tekanan yang sama. Creep adalah mekanisme kegagalan yang dominan dalam-peralatan bersuhu tinggi seperti tabung boiler, header superheater, tabung tungku pengilangan, dan pipa uap - dan justru mode kegagalan inilah yang direkayasa untuk ditahan oleh 316H dan 316L tidak.

Untuk memahami creep secara intuitif, bayangkan meregangkan sepotong karamel hangat atau keju lembut. Tarik perlahan dan ia akan meregang secara perlahan dan permanen - tidak akan tertarik kembali. Logam melakukan hal yang sama pada suhu tinggi: atom-atom di dalam logam memperoleh energi panas yang cukup untuk bergerak dan tersusun ulang di bawah beban. Seiring waktu, gerakan atom ini terakumulasi sebagai deformasi permanen. Pada suhu kamar, pergerakan ini sangat lambat sehingga tidak relevan seumur hidup manusia. Pada suhu 600 derajat , hal ini terjadi cukup cepat untuk memecahkan bejana bertekanan dalam beberapa tahun - itulah sebabnya mulur, bukan kekuatan luluh, yang menentukan-desain suhu tinggi.

Creep biasanya dicirikan oleh kekuatan pecah creep: tegangan yang menyebabkan patahan setelah waktu tertentu pada suhu tertentu, biasanya dilaporkan pada 100.000 jam (sekitar 11,4 tahun). Misalnya, suatu material mungkin memiliki kekuatan pecah mulur sebesar 100 MPa pada suhu 600 derajat selama 100.000{12}}jam, yang berarti bahwa komponen yang dimuat hingga 100 MPa rata-rata akan bertahan 100.000 jam sebelum pecah. Kode desain menggunakan nilai pecah mulur ini, dibagi dengan faktor keamanan, untuk menetapkan tegangan izin pada suhu tinggi - itulah sebabnya 316L tidak memiliki tegangan izin di atas 800 derajat F.

Mengapa 316H Menolak Creep Lebih Baik Dari 316L

316H menolak mulur melalui dua mekanisme penguat yang tidak dimiliki 316L: (1) karbon yang lebih tinggi (0,04-0,10%) membentuk endapan kromium karbida halus pada batas butir, yang menyematkan batas dan mencegahnya tergelincir; (2) ukuran butir kasar (ASTM No. 7 atau lebih kasar) berarti lebih sedikit batas butir per satuan volume, dan karena batas butir merupakan titik lemah dalam creep, lebih sedikit batas sama dengan lebih sedikit creep. 316L tidak memiliki mekanisme apa pun, sehingga ia merambat jauh lebih cepat pada suhu tinggi.

Mekanisme 1 - penyematan karbida. Pada 316H, karbon membentuk dispersi karbida M₂₃C₆ yang kaya kromium-pada batas butir. Karbida ini bertindak seperti pin yang didorong menembus batas butir, mengunci butiran yang berdekatan dan menahan geseran batas yang mendorong deformasi mulur.. 316L, dengan hampir tanpa karbon, bentuk karbida pengikat ini jauh lebih sedikit, sehingga batas butirnya meluncur lebih bebas di bawah beban pada suhu tinggi.

Mekanisme 2 - butiran kasar. Deformasi mulur terkonsentrasi pada batas butir karena batas tersebut merupakan tempat struktur atom tidak teratur. Material-berbutir halus memiliki banyak batas (lebih banyak tautan lemah); bahan berbutir kasar-memiliki sedikit. Dengan mensyaratkan ukuran butir ASTM No. 7 atau lebih kasar, 316H meminimalkan jumlah tautan lemah, sehingga secara langsung mengurangi laju mulur. Ini adalah kasus yang jarang terjadi dalam metalurgi di mana lebih kasar lebih baik - kebalikan dari preferensi-butir halus untuk kekuatan dan ketangguhan{11}}suhu ruangan.

Efek gabungannya sangat besar. Pada suhu 600 derajat (1.112 derajat F), kekuatan pecah mulur 316H selama 100.000-jam kira-kira 30-60% lebih tinggi dibandingkan 316L bahan kimia dasar yang setara. Secara praktis, tabung ketel 316H dapat membawa beban uap yang sama pada suhu 600 derajat selama dua hingga tiga kali lebih lama dibandingkan tabung 316L - atau membawa beban lebih tinggi untuk umur desain yang sama. Untuk peralatan dengan umur desain 20-30 tahun, perbedaan ini merupakan perbedaan antara keberhasilan dan kegagalan dini.

Aplikasi Creep - Tempat 316H Mendapatkan Penghasilannya

316H adalah material standar untuk layanan-suhu tinggi dalam kisaran 500-700 derajat (930-1.290 derajat F), terutama dalam pembangkit listrik dan pengilangan: tabung pemanas super dan pemanas ulang ketel, header uap dan pipa uap, tabung tungku pengilangan dan reformer, serta bejana reaktor suhu tinggi dan pipa penukar panas. Ini dipilih secara spesifik jika-kekuatan mulur jangka panjang - bukan hanya kekuatan panas jangka pendek - yang menjadi kriteria desain utama.

Tinggi-Pemilihan Suhu

Angka terpenting dalam keputusan 316L vs 316H adalah 425 derajat (800 derajat F). Di bawah suhu ini, 316L sepenuhnya dapat diterima dan biasanya merupakan pilihan yang lebih baik karena kemampuan lasnya yang unggul dan ketahanan terhadap korosi antar butir. Di atas suhu ini, dalam penerapan tekanan apa pun yang diatur Kode-, 316L tidak diizinkan dan 316H (atau paduan dengan nilai creep{10}}lainnya) menjadi wajib. Hafalkan ambang batas ini: ini menyelesaikan sebagian besar pertanyaan 316L vs 316H.

Batas 800 derajat F untuk nilai L-tidak sewenang-wenang - hal ini tertulis dalam ASME BPVC Bagian II, Bagian D, yang tidak mencantumkan tegangan izin untuk 316L di atas 800 derajat F. Karena ASME Bagian VIII (bejana tekan) dan ASME B31.3 (perpipaan proses) mengharuskan perancang untuk menggunakan tegangan izin yang tercantum ini, komponen yang diberi stempel Kode-tidak dapat menggunakan 316L di atas secara legal 800 derajat F. Hal ini berlaku meskipun pemasok memberi tahu Anda bahwa 316L "harus bertahan" pada suhu 600 derajat - material secara fisik dapat bertahan untuk sementara waktu, namun tidak memiliki basis tegangan-yang disetujui oleh Kode, dan umur mulurnya tidak dijamin.

Tangga Pemilihan Suhu

Oksidasi - Batas Suhu Tinggi-Lainnya

Bahkan 316H memiliki suhu servis yang lebih tinggi. Di atas sekitar 870 derajat (1.600 derajat F) di udara, kerak oksida kromium pelindung pada 316H mulai rusak, dan servis terus-menerus menyebabkan oksidasi progresif (kerak) dan hilangnya bagian. Untuk servis berkelanjutan di atas sekitar 870 derajat , beralihlah ke kelas-yang tahan panas (seperti 310S atau 253MA) atau paduan nikel (seperti Inconel 625 atau 601). Antara 816 derajat dan 870 derajat, 316H dapat digunakan sesekali atau di bawah beban ringan, namun umur oksidasi harus dievaluasi kasus per kasus.

Korosi-suhu tinggi pada dasarnya berbeda dengan korosi air yang mendominasi pada suhu rendah. Pada suhu rendah, korosi bersifat elektrokimia - memerlukan elektrolit cair. Pada suhu tinggi, korosi adalah oksidasi - logam bereaksi langsung dengan oksigen, belerang, atau karbon dalam gas. Kromium dalam 316H membentuk skala pelindung Cr₂O₃ yang tahan terhadap oksidasi hingga sekitar 870 derajat. Jika melebihi batas tersebut, kerak menjadi kurang protektif dan logam di bawahnya semakin terkuras.

Inilah sebabnya mengapa pemilihan material "suhu tinggi" memiliki dua pertanyaan independen: "Apakah kekuatan mulurnya mencukupi?" dan "Apakah logam akan teroksidasi?" - dan keduanya harus dijawab sebelum nilai dipilih.

Pengelasan dan Sensitisasi

Inilah ironi inti dari kelompok 316: karbon yang memberikan 316H kekuatan mulur-suhu tinggi adalah karbon yang sama yang membuat 316H rentan terhadap sensitisasi las. Ketika 316H dilas dan zona yang terkena panas-melewati 425-870 derajat , karbonnya mengendap sebagai kromium karbida pada batas butir, menghabiskan kromium dan menciptakan kerentanan terhadap korosi antar butir jika komponen tersebut kemudian terkena lingkungan berair yang korosif. 316L, dengan hampir tanpa karbon, pengelasan yang bersih tanpa risiko ini - itulah alasannya 316L adalah pilihan standar untuk layanan pengelasan, suhu rendah, dan korosif.

Pertukaran ini-adalah alasan mengapa kedua kelas tersebut saling melengkapi dan bukan bersaing. 316Komponen H (tabung ketel, header uap) beroperasi di atas 500 derajat dalam uap atau gas pembakaran - lingkungan di mana korosi antar butir berair tidak terjadi, sehingga sensitisasi bukanlah masalah praktis. 316Komponen L (tangki kimia, pipa laut, peralatan makanan) beroperasi di bawah 425 derajat dalam lingkungan berair atau sedikit asam di mana korosi antar butir benar-benar terjadi ancaman, jadi keunggulan-rendah karbon sangatlah penting. Memilih nilai yang salah akan membalikkan logika ini dan mengundang kegagalan.

Latihan Pengelasan untuk 316L vs 316H

Bisakah Anda Mengelas 316L hingga 316H?

Ya - 316L dan 316H kompatibel secara metalurgi dan dapat dilas bersama-sama, namun logam pengisi dan suhu servis harus dipertimbangkan secara bersamaan. Untuk sambungan bersuhu-rendah, gunakan pengisi ER316L agar logam las tahan terhadap sensitisasi. Untuk sambungan mulur-bersuhu tinggi, logam las harus memiliki karbon yang sesuai dan kekuatan mulur yang sama dengan logam dasar 316H - menggunakan pengisi-karbon rendah pada sambungan mulur akan menciptakan tautan lemah yang akan gagal-lebih dulu. Lihat kode yang berlaku (ASME B31.3, Bagian VIII) untuk persyaratan logam pengisi spesifik sambungan 316H bersuhu tinggi.

Ini adalah poin halus namun penting yang sering diabaikan oleh para insinyur. Pada sambungan las pada suhu kamar, logam las biasanya lebih kuat dari logam dasar, sehingga las yang sedikit lebih lemah masih dapat diterima. Namun dalam layanan mulur, logam las dan-zona yang terkena dampak panas bisa menjadi bagian sambungan-yang paling lemah. Pengisi 316L yang dimasukkan ke dalam sambungan rangkak 316H memiliki karbon lebih rendah dan butiran lebih halus dibandingkan logam dasar 316H, sehingga bahan pengisi tersebut akan merambat dan pecah terlebih dahulu - fenomena yang dikenal sebagai "pengurangan umur rambat pada pengelasan". Untuk pengelasan kritis bersuhu tinggi, bahan kimia pengisi, struktur butiran, dan bahkan perlakuan panas las harus disesuaikan secara cermat untuk mempertahankan umur mulur.

Ketahanan Korosi - Berair vs Tinggi-Suhu

Untuk ketahanan korosi umum, lubang, dan celah di lingkungan berair, 316L dan 316H pada dasarnya setara, karena sifat-sifat ini diatur oleh kromium, nikel, dan molibdenum - yang identik pada kedua tingkat tersebut. Keduanya memiliki PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) sekitar 24-25, sehingga keduanya cocok untuk paparan klorida ringan namun tidak untuk layanan air laut yang parah. Perbedaan korosi antar tingkatan hanya muncul setelah pengelasan (sensitisasi) dan pada suhu tinggi (oksidasi).

Kandungan molibdenum (2-3%) inilah yang memberi keunggulan pada seluruh keluarga 316 dibandingkan 304. Molibdenum secara dramatis meningkatkan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah di lingkungan klorida. Inilah sebabnya mengapa 316/316L/316H merupakan baja tahan karat "kelas-kelautan" dan "kelas-kimia" standar, sedangkan 304 adalah kelas standar "tujuan umum". Karena 316L dan 316H memiliki kandungan molibdenum yang sama, ketahanannya terhadap lubang klorida juga sama - sebutan "L" atau "H" tidak ada hubungannya dengan sifat ini.

Korosi Intergranular - Dimana Nilainya Berbeda Setelah Pengelasan

Setelah pengelasan, perilaku korosi 316L dan 316H sangat berbeda. 316L tahan terhadap korosi intergranular dalam kondisi seperti-pengelasan karena karbon rendahnya mencegah pengendapan kromium karbida di zona-yang terpengaruh panas. 316H, dengan 0,04-0,10% karbon, mudah peka selama pengelasan, dan komponen 316H yang dilas terkena paparan a lingkungan berair korosif di bawah sekitar 400 derajat akan mengalami serangan antar butir di zona yang terkena panas las. Inilah sebabnya mengapa 316H yang dilas dicadangkan untuk-layanan non-air bersuhu tinggi.

Korosi intergranular (IGC) adalah mode kegagalan yang ingin dicegah dengan nilai "L". Hal ini terjadi ketika kromium karbida terbentuk pada batas butir selama pengelasan, menghabiskan logam kromium di dekatnya di bawah ~12% ambang batas film pasif-. Batas yang habis kemudian lebih mudah terkorosi, menyebabkan logam kehilangan kekuatan dan akhirnya rusak di sepanjang batas butir. 316H sengaja mengandung karbon tinggi, sehingga rentan terhadap sensitisasi-. Untuk komponen las apa pun yang dapat menyerap air, bahan kimia proses, atau bahkan udara lembab pada suhu rendah, 316L - bukan 316H - adalah pilihan yang tepat. Sebaliknya, untuk tabung ketel pada suhu 600 derajat dalam uap kering, sensitisasi tidak relevan, dan 316H benar.

Oksidasi dan Karburisasi Suhu Tinggi-

Pada suhu tinggi, mekanisme korosi yang relevan bergeser dari serangan air ke oksidasi, sulfidasi, dan karburisasi. Di sini, kinerja 316H sama baiknya (atau sedikit lebih baik daripada) 316L, karena ketahanan oksidasi diatur oleh kromium - yang identik di kedua kadar - dan karbon yang lebih tinggi dari 316H bahkan dapat meningkatkan ketahanan terhadap karburisasi dengan melakukan pra-jenuhkan permukaan dengan karbon. Kedua tingkatan tersebut membentuk skala pelindung Cr₂O₃ hingga sekitar 870 derajat , yang di atasnya diperlukan paduan berbasis-tahan panas atau-nikel.

Dalam layanan tungku dan reformer, karburisasi - penyerapan karbon dari gas proses ke dalam logam - adalah mekanisme degradasi umum yang melemahkan paduan. Karena 316H sudah mengandung lebih banyak karbon, ia mempunyai "kapasitas" karbon yang lebih tinggi sebelum karburisasi menjadi berbahaya, sehingga memberikannya sedikit keunggulan dibandingkan 316L dalam atmosfer karburasi. Inilah alasan lain mengapa 316H menjadi grade pilihan dalam layanan tungku pengilangan dan petrokimia. Namun, untuk atmosfer sulfidisasi (-H₂S tinggi) pada suhu tinggi, tidak ada kadar yang ideal, dan paduan nikel-yang lebih tinggi seperti Incoloy 825 atau Inconel 625 sebaiknya dipertimbangkan.

Biaya dan Ketersediaan

316L dan 316H pada dasarnya diberi harga yang sama - perbedaan biaya dapat diabaikan (biasanya dalam 2-5%, dan sering kali nol) karena kedua kualitas diproduksi melalui rute pemurnian AOD yang sama dan perbedaannya hanya pada penyesuaian karbon sederhana ditambah langkah kontrol ukuran butir. Ini berarti biaya tidak seharusnya menjadi penentu keputusan 316L vs 316H; pilihan harus dibuat sepenuhnya berdasarkan suhu pengoperasian, pengelasan, dan persyaratan korosi.

Berbeda dengan 304L vs 304 - yang mana kelas L-memiliki sedikit premi dibandingkan standar 304 -, perbandingan 316L vs 316H kira-kira biaya-netral. Kedua grade tersebut memiliki harga paduan dasar yang sama (didorong oleh kandungan molibdenum 2-3%, yang merupakan bahan mahal), dan biaya tambahan untuk mencapai kisaran karbon dan butiran kasar 316H tidaklah besar. Hal ini merupakan sebuah keberuntungan, karena hal ini menghilangkan faktor harga sama sekali: para insinyur hanya dapat memilih berdasarkan kemampuan teknis, yang merupakan cara pengambilan keputusan yang kritis terhadap keselamatan.

Tersedianya

316L adalah baja tahan karat yang paling banyak stok dan tersedia di dunia, tersedia dalam setiap bentuk produk (lembaran, pelat, batangan, pipa, tabung, alat kelengkapan, flensa) dari setiap distributor dan pabrik baja tahan karat.. 316H kurang umum tetapi masih tersedia, terutama dalam bentuk produk tabung (ASTM A213/A312 TP316H) dan pelat (ASTM A240 316H) yang digunakan dalam aplikasi pembangkit listrik dan pemurnian. Untuk aplikasi tekanan-suhu tinggi, ketersediaan 316H sudah tersedia melalui pabrik yang melayani industri boiler dan petrokimia.

Catatan praktis: karena 316L sangat dominan di pasar, banyak distributor dan perakit yang menggunakan 316L secara default - bahkan untuk aplikasi yang seharusnya menggunakan 316H. Saat memesan layanan suhu-tinggi, tentukan secara eksplisit "316H" dan verifikasi pada laporan pengujian material bahwa (1) karbon adalah 0,04-0,10%, dan (2) ukuran butir adalah ASTM No. 7 atau lebih kasar. Bahan yang hanya memenuhi kimia 316 (dengan karbon maksimal 0,08%) namun tidak memenuhi persyaratan ukuran butir BUKAN 316H dan tidak akan memberikan kinerja mulur yang diperlukan.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

T: Apa kepanjangan dari "H" pada 316H?

J: "H" adalah singkatan dari "Karbon Tinggi". 316H menetapkan kandungan karbon 0,04-0,10% (lebih tinggi dari maks 0,03% 316L) ditambah ukuran butir kasar ASTM No. 7 atau lebih kasar. Bersama-sama, kedua fitur ini memaksimalkan kekuatan mulur untuk-layanan suhu tinggi. Penunjukan "H" diperkenalkan untuk membedakan creep-berperingkat 316 dari 316 biasa dan dari 316L rendah karbon.

T: Apakah 316H lebih kuat dari 316L?

J: Pada suhu kamar, 316H memiliki kekuatan minimum yang sedikit lebih tinggi (kekuatan tarik 515 MPa vs 485 MPa; hasil 205 MPa vs 170 MPa). Namun perbedaan yang berarti terjadi pada suhu tinggi: di atas 425 derajat (800 derajat F), 316H mempertahankan kekuatan mulur yang jauh lebih tinggi daripada 316L, dan 316H adalah satu-satunya dari keduanya yang Kode-mencantumkan nilai tegangan izin di atas 800 derajat F. Untuk aplikasi suhu-ruangan, perbedaan kekuatan terlalu kecil untuk menjadi masalah.

T: Dapatkah saya menggunakan 316L, bukan 316H, pada suhu tinggi?

J: Tidak untuk layanan tekanan Kode ASME di atas 425 derajat (800 derajat F). 316L tidak memiliki Kode-yang mencantumkan tegangan izin di atas suhu ini karena karbon rendah dan butiran halusnya tidak dapat menjamin ketahanan terhadap mulur. Untuk suhu di atas 425 derajat dalam aplikasi tekanan, gunakan 316H. Untuk aplikasi non-tekanan atau beban ringan, 316L terkadang digunakan hingga sekitar 450 derajat , namun hal ini di luar praktik Kode dan harus dilakukan dengan hati-hati secara teknis.

T: Apakah 316H dapat dilas?

J: Ya, 316H dapat dilas, namun kandungan karbonnya yang lebih tinggi membuat zona-yang terpengaruh panas rentan terhadap sensitisasi (presipitasi kromium karbida) selama pengelasan. Hal ini dapat diterima untuk layanan-suhu tinggi, non-berair, di mana korosi intergranular berair tidak terjadi. Jangan gunakan 316H yang dilas dalam-layanan air korosif bersuhu rendah - gunakan 316L sebagai gantinya.

T: Berapa suhu layanan maksimum 316 jam?

J: 316H memiliki tegangan yang diijinkan Kode ASME hingga 816 derajat (1.500 derajat F). Namun, untuk layanan berkelanjutan di udara, oksidasi menjadi terbatas di atas sekitar 870 derajat (1.600 derajat F). Dalam praktiknya, 316H paling sering digunakan pada rentang mulur 500-700 derajat (930-1.290 derajat F). Di atas suhu terus menerus sekitar 870 derajat, beralihlah ke grade tahan panas atau paduan nikel.

T: Berapa suhu servis maksimum 316L?

J: Untuk layanan tekanan Kode ASME, 316L dibatasi hingga 425 derajat (800 derajat F). Ini bukan batas korosi namun-batas kekuatan mulur: di atas 800 derajat F, ketahanan mulur 316L tidak dapat dijamin secara andal, sehingga tidak ada tegangan ijin yang dipublikasikan. Untuk komponen penahan tekanan apa pun di atas 800 derajat F, gunakan 316H.

T: 316L vs 316H vs 316 - bagaimana cara memilihnya?

A: Gunakan 316L untuk pengelasan, korosi-kritis, suhu-rendah (di bawah 425 derajat ) servis - tangki kimia, pipa laut, peralatan makanan. Gunakan 316H untuk layanan mulur -suhu tinggi (425-816 derajat ) - tabung ketel, pipa uap, tabung tungku. Gunakan 316 biasa (karbon maks 0,08%) terutama sebagai grade untuk keperluan umum ketika tidak ada yang ekstrim yang berlaku, meskipun dalam praktiknya 316L sebagian besar telah menggantikan 316 untuk aplikasi pengelasan.

T: Bagaimana cara memverifikasi bahwa saya menerima 316H dan bukan 316 atau 316L?

A: Periksa laporan pengujian material (MTR). Untuk 316H, MTR harus menunjukkan: (1) karbon 0,04-0,10%, dan (2) ukuran butir ASTM No. 7 atau lebih kasar. XRF Genggam (PMI) tidak dapat membedakan 316/316L/316H karena tidak dapat mengukur karbon atau ukuran butiran. Karbon harus diverifikasi melalui OES atau analisis kimia laboratorium, dan ukuran butir melalui pemeriksaan metalografi sesuai ASTM E112. Mintalah sertifikat EN 10204 Tipe 3.1 untuk mengonfirmasi bahwa material tersebut benar 316H.