Διαφορά AISI 316 και 316L: σωστή επιλογή στις υδραυλικές συνδέσεις

Στις ανοξείδωτες υδραυλικές συνδέσεις, η επιλογή υλικού γίνεται συχνά με τη λογική «αρκεί να είναι ανοξείδωτο». Όμως όταν υπάρχουν αλμυρό νερό, χημικά καθαρισμού με χλωριόντα ή συγκολλητές ενώσεις, η διαφορά μεταξύ 304, 316 και 316L καθορίζει άμεσα τη διάρκεια ζωής της σύνδεσης. Σε αυτό το άρθρο συγκρίνουμε τις τρεις ποιότητες ως προς τη χημική σύσταση, τη συμπεριφορά στη διάβρωση και τη συγκολλησιμότητα, και εξηγούμε ποια έχει νόημα σε κάθε εφαρμογή.

Τρεις ποιότητες, ένας πίνακας

Οι παρακάτω τιμές είναι τα όρια σύστασης σε διαδεδομένα πρότυπα υλικών, όπως τα ASTM A240 και A276 (ποσοστό κατά βάρος). Ενδέχεται να υπάρχουν μικρές διαφορές ανάλογα με τη μορφή του προϊόντος και το πρότυπο.

Ο ρόλος του μολυβδαινίου: αντοχή στα χλωριόντα

Αυτό που προστατεύει τον ανοξείδωτο χάλυβα είναι ένα πολύ λεπτό στρώμα οξειδίου του χρωμίου που σχηματίζεται αυθόρμητα στην επιφάνεια (παθητικό υμένιο). Τα ιόντα χλωρίου μπορούν να διατρήσουν τοπικά αυτό το υμένιο. Το αποτέλεσμα είναι η διάβρωση με βελονισμούς (pitting), που ξεκινά στην επιφάνεια σε μέγεθος μύτης βελόνας και προχωρά σε βάθος, καθώς και η διάβρωση σχισμών (crevice), που αναπτύσσεται σε στενά διάκενα, όπως κάτω από παρεμβύσματα ή σφιγκτήρες.

Το 2-3% μολυβδαίνιο της οικογένειας 316 αυξάνει την αντοχή του παθητικού υμενίου στα χλωριόντα. Γι' αυτό ο δείκτης PREN (%Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N), που χρησιμοποιείται για τη σύγκριση της αντοχής σε βελονισμούς, είναι σαφώς υψηλότερος στο 316 απ' ό,τι στο 304. Αυτός είναι ο βασικός λόγος για τον οποίο προτιμάται το 316/316L σε περιβάλλοντα με ψεκασμό θαλασσινού νερού, αλμυρό αέρα και χλωριωμένα χημικά καθαρισμού και απολύμανσης.

Η μόνη διαφορά μεταξύ 316 και 316L: ο άνθρακας

Το 316 και το 316L έχουν τα ίδια εύρη χρωμίου, νικελίου και μολυβδαινίου. Η διαφορά βρίσκεται στο όριο άνθρακα: έως 0,08% στο 316 και έως 0,03% στο 316L (L: low carbon, χαμηλού άνθρακα).

Αυτή η μικρή διαφορά έχει μεγάλη σημασία στη συγκόλληση. Αν ο ανοξείδωτος χάλυβας παραμείνει κατά τη συγκόλληση αρκετό χρόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασιών (περίπου 450-850 °C), ο άνθρακας ενώνεται με το χρώμιο στα όρια των κόκκων και σχηματίζει καρβίδια του χρωμίου. Η περιοχή γύρω από τα όρια των κόκκων απογυμνώνεται από χρώμιο και μένει απροστάτευτη απέναντι στη διάβρωση. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ευαισθητοποίηση (sensitization) και η βλάβη που ακολουθεί περικρυσταλλική διάβρωση. Η βλάβη εμφανίζεται συνήθως ως λωρίδα ακριβώς δίπλα στη ραφή, στη θερμικά επηρεαζόμενη ζώνη.

Ο χαμηλός άνθρακας του 316L περιορίζει τον άνθρακα που απαιτείται για τον σχηματισμό καρβιδίων και έτσι μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο περικρυσταλλικής διάβρωσης μετά τη συγκόλληση. Για συγκολλητά νίπελ, ενώσεις σωλήνα-φλάντζας και κάθε εξάρτημα που προστίθεται με συγκόλληση στη σωληνογραμμή, το 316L είναι το σωστό σημείο εκκίνησης.

Μηχανική αντοχή και κατεργασιμότητα

Ο χαμηλός άνθρακας μειώνει ελαφρώς το όριο διαρροής του 316L σε σχέση με το 316. Γι' αυτό στην αγορά είναι διαδεδομένη η πρώτη ύλη διπλής πιστοποίησης «316/316L», που πληροί ταυτόχρονα τις απαιτήσεις και των δύο ποιοτήτων. Στην κατεργασία CNC δεν υπάρχει αξιοσημείωτη διαφορά μεταξύ των δύο ποιοτήτων· και οι δύο, όπως όλοι οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι, τείνουν σε ενδοτράχυνση κατά την κατεργασία. Κοφτερό εργαλείο, σωστές παράμετροι κοπής και επαρκής ψύξη είναι προϋπόθεση για να βγει καθαρή η επιφάνεια του σπειρώματος και λεία η επιφάνεια στεγανοποίησης.

Ένα ακόμη χαρακτηριστικό των ανοξείδωτων σπειρωμάτων είναι η τάση για ψυχροσυγκόλληση (galling). Όταν ένα ανοξείδωτο αρσενικό εξάρτημα βιδώνεται σε ανοξείδωτη θηλυκή θύρα, καθαρά σπειρώματα και κατάλληλη πάστα συναρμολόγησης μειώνουν σημαντικά αυτόν τον κίνδυνο.

316L ή 316Ti (1.4571);

Στην Ευρώπη, ιδίως στις σειρές υδραυλικών ρακόρ προέλευσης DIN, η ποιότητα ανοξείδωτου που συναντάται συχνότερα είναι η 1.4571, που αντιστοιχεί στην AISI 316Ti. Ο αριθμός αυτός εμφανίζεται συχνά και σε καταλόγους προμηθειών και σχέδια στην Τουρκία. Το 316Ti έχει τα ίδια εύρη χρωμίου, νικελίου και μολυβδαινίου με το 316· η διαφορά του είναι το τιτάνιο που προστίθεται στη σύστασή του.

Το τιτάνιο δεσμεύει τον άνθρακα πριν από το χρώμιο, σχηματίζοντας καρβίδια του τιτανίου. Έτσι ο άνθρακας δεν μπορεί να σχηματίσει καρβίδια του χρωμίου και αποτρέπεται η απογύμνωση των ορίων των κόκκων από χρώμιο· η μέθοδος αυτή ονομάζεται σταθεροποίηση. Το 316L λύνει το ίδιο πρόβλημα μειώνοντας τον άνθρακα, ενώ το 316Ti δεσμεύοντάς τον με τιτάνιο. Και οι δύο ποιότητες προστατεύονται από την περικρυσταλλική διάβρωση μετά τη συγκόλληση· η γενική αντοχή τους στη διάβρωση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι πολύ κοντινή.

Τα όρια άνθρακα είναι τιμές ASTM· το EN 10088 δίνει για ορισμένες ποιότητες ελαφρώς διαφορετικά όρια.

Η διαφορά γίνεται εμφανής σε υψηλή θερμοκρασία. Αν το εξάρτημα πρόκειται να παραμείνει για μεγάλο διάστημα στο εύρος ευαισθητοποίησης (περίπου 450-850 °C), για παράδειγμα όταν συγκολλητά εξαρτήματα μεγάλου πάχους ψύχονται αργά ή όταν το εξάρτημα λειτουργεί επί μακρόν κοντά σε αυτές τις θερμοκρασίες, ο χαμηλός άνθρακας μπορεί με τον καιρό να μην επαρκεί· στην περίπτωση αυτή η σταθεροποιημένη δομή του 316Ti θεωρείται ασφαλέστερη. Από την άλλη πλευρά, τα σωματίδια καρβιδίων του τιτανίου μπορεί να αφήνουν ίχνη σε επιφάνειες που απαιτούν γυάλισμα καθρέφτη· γι' αυτό σε εγκαταστάσεις τροφίμων και φαρμάκων, όπου απαιτούνται υγιεινές επιφάνειες, προτιμάται συνήθως το 316L.

Στις τυπικές θερμοκρασίες λειτουργίας των υδραυλικών συνδέσεων, το 316L και το 316Ti είναι στις περισσότερες εφαρμογές εναλλάξιμα. Παρ' όλα αυτά, αν η προδιαγραφή ή το σχέδιό σας αναφέρει 1.4571, σημειώστε το στο αίτημά σας. Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιεί η GÜNEYSS στα προϊόντα και στις κατασκευές της είναι AISI 316/316L· για είδη με απαίτηση 1.4571, η αποδοχή ισοδύναμου υλικού ή η επιλογή προμήθειας οριστικοποιείται πριν από την παραγγελία.

Ποια ποιότητα για ποιο περιβάλλον;

Πότε αρκεί το 304 και πότε όχι;

Το 304 μπορεί να λειτουργεί για μεγάλο διάστημα χωρίς προβλήματα σε γραμμές εσωτερικών χώρων, κλειστές, ξηρές και χωρίς επαφή με χλωριόντα. Ωστόσο, στις παρακάτω περιπτώσεις πρέπει να προτιμάται το 316/316L:

• Γραμμές καταστρώματος και μηχανοστασίου εκτεθειμένες σε θαλασσινό νερό, αλμυρό αέρα ή ψεκασμό
• Εγκαταστάσεις τροφίμων και ποτών που πλένονται με χλωριωμένα ή όξινα χημικά καθαρισμού
• Χημικές εγκαταστάσεις με ρευστά διεργασίας που περιέχουν χλωριόντα
• Γραμμές με συγκολλητές ενώσεις (στην περίπτωση αυτή 316L)
• Σημεία με δύσκολη πρόσβαση για συντήρηση, όπου το εξάρτημα αναμένεται να μείνει στη θέση του για πολλά χρόνια

Μη βασίζεστε στη διάκριση με μαγνήτη. Σε ανοπτημένη κατάσταση, το 304 και το 316 είναι σε μεγάλο βαθμό μη μαγνητικά· σε περιοχές που έχουν υποστεί ψυχρή κατεργασία, όμως, και τα δύο μπορεί να εμφανίζουν ελαφρύ μαγνητισμό. Ο μόνος τρόπος για να διακρίνετε με βεβαιότητα την ποιότητα είναι η χημική ανάλυση ή το πιστοποιητικό της πρώτης ύλης.

Και το 316L έχει τα όριά του

Το 316L είναι ισχυρή επιλογή για αλμυρό περιβάλλον, αλλά δεν επαρκεί σε κάθε συνθήκη. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, η επίδραση των χλωριόντων γίνεται εντονότερη· σε περιβάλλοντα με χλωριόντα πάνω από περίπου 60 °C, ο κίνδυνος ρωγμάτωσης λόγω διάβρωσης υπό τάση στους ωστενιτικούς ανοξείδωτους γίνεται σημαντικός. Σε κρίσιμα σημεία που βυθίζονται μόνιμα σε στάσιμο θαλασσινό νερό, λειτουργούν με χλιαρό αλμυρό νερό ή περιλαμβάνουν βαθιές σχισμές, υλικά υψηλότερης κραμάτωσης, όπως οι ανοξείδωτοι duplex, πρέπει να αξιολογούνται ανά έργο. Σε τέτοιες εφαρμογές, όταν μας γνωστοποιήσετε τις συνθήκες λειτουργίας, η πρόταση υλικού οριστικοποιείται από κοινού.

Η κατάσταση της επιφάνειας μετρά όσο και η ποιότητα

Ακόμη κι αν επιλεγεί η σωστή ποιότητα, μια πρόχειρα φινιρισμένη επιφάνεια μειώνει την αντοχή στη διάβρωση. Γρέζια που απομένουν μετά την κατεργασία, ρινίσματα σφηνωμένα στους πυθμένες των σπειρών, σωματίδια σιδήρου από εργαλεία ανθρακοχάλυβα και χρωματισμοί θερμότητας γύρω από τη συγκόλληση εμποδίζουν τον σωστό σχηματισμό του παθητικού υμενίου και γίνονται σημεία έναρξης διάβρωσης με βελονισμούς.

• Η αφαίρεση γρεζιών και ο καθαρισμός των σπειρωμάτων είναι απαραίτητα όχι μόνο για την ευκολία συναρμολόγησης, αλλά και για την αντοχή στη διάβρωση.
• Τα ανοξείδωτα εξαρτήματα δεν πρέπει να μεταφέρονται στο ίδιο κιβώτιο με ρινίσματα ανθρακοχάλυβα ούτε να καθαρίζονται με την ίδια βούρτσα.
• Στα συγκολλητά εξαρτήματα, οι χρωματισμοί θερμότητας πρέπει να απομακρύνονται με αποξείδωση (pickling) και παθητικοποίηση ή με κατάλληλη μηχανική μέθοδο. Η παθητικοποίηση απομακρύνει τον ελεύθερο σίδηρο από την επιφάνεια και βοηθά τον σωστό σχηματισμό του παθητικού υμενίου.

Ερωτήσεις για τη σωστή επιλογή

1. Σε ποιο περιβάλλον θα βρίσκεται η σύνδεση: κλειστό χώρο, κατάστρωμα, ζώνη ψεκασμού, βύθιση;
2. Περιέχει το ρευστό ή το χημικό καθαρισμού χλωριόντα;
3. Ποια είναι η θερμοκρασία λειτουργίας και περιβάλλοντος;
4. Θα ενωθεί το εξάρτημα στη γραμμή με συγκόλληση ή με σπείρωμα;
5. Από ποιο υλικό είναι τα αντίστοιχα εξαρτήματα; Τα διαφορετικά μέταλλα ενέχουν κίνδυνο γαλβανικής διάβρωσης.
6. Απαιτείται πιστοποιητικό υλικού ή ιχνηλασιμότητα παρτίδας;

Σύνοψη

Το 304 είναι η σωστή επιλογή για ξηρά περιβάλλοντα χωρίς χλωριόντα· το 316 για περιβάλλοντα με χλωριόντα και για σπειρωτές συνδέσεις· το 316L, επιπλέον, για συγκολλητές ενώσεις. Το σταθεροποιημένο με τιτάνιο 316Ti (1.4571) ξεχωρίζει σε εξαρτήματα που παραμένουν για μεγάλο διάστημα στη θερμοκρασία ευαισθητοποίησης· αν αναφέρεται στην προδιαγραφή, πρέπει να δηλώνεται στο αίτημα. Η GÜNEYSS χρησιμοποιεί στα προϊόντα και στις κατασκευές της πρώτες ύλες AISI 316/316L σε στρογγυλές ράβδους, εξάγωνες ράβδους και σωλήνες· κατά την παραλαβή της πρώτης ύλης ελέγχονται η επιφάνεια, η διάμετρος και τα στοιχεία της παρτίδας. Αν χρειάζεστε πιστοποιητικό υλικού, αναφέρετέ το στο στάδιο της προσφοράς· το πιστοποιητικό που μπορεί να παρασχεθεί οριστικοποιείται πριν από την παραγγελία.