Kako se nehrđajući čelik razreda 304 i 316 razlikuju u otpornosti na koroziju za primjene grijaćih ploča?

Za{0}}neljepljive su potrebne teflonske ploče. Za izdržljivost i otpornost na koroziju potrebne su grijaće ploče od nehrđajućeg čelika. Dvije najzastupljenije austenitne klase, 304 i 316, izgledaju gotovo isto, ali se kritično razlikuju po svojoj otpornosti na određene korozivne agense-što je razlika koja može odrediti vijek trajanja ploče. Da bi se smanjili rani kvarovi i neplanirani zastoji, važno je da inženjeri budu svjesni različitog ponašanja korozije nehrđajućeg čelika 304 i 316 kada biraju grijaću ploču za grijanje u industrijskom procesu, laboratorijsku opremu ili aplikacije za preradu hrane.

Hemijski sastav: Molibdenova uloga
304 i 316 su oba austenitni nehrđajući čelici, što znači da imaju kubičnu kristalnu strukturu (-centrirana kubna) što im daje dobru formabilnost i izdržljivost. Oba sadrže hrom (Cr) i nikal (Ni) kao glavne legirne elemente. Nehrđajući čelik je otporan na koroziju zbog sloja pasivnog oksida koji krom razvija na površini. Nikl stabilizira austenitnu strukturu i povećava otpornost na redukcijske kiseline.

Razliku čini molibden (Mo). Razred 304 ne uključuje molibden. Grade 316 ima oko 2-3% molibdena po težini. Ovo naizgled neznatno povećanje bitno mijenja elektrohemijsko ponašanje legure u prisustvu hlorida i određenih kiselina.

304 nerđajući čelik - Tipičan sastav: 18% hroma, 8% nikla, balans gvožđa. Maksimalni sadržaj ugljika 0,08% u običnom razredu (304L ima niži ugljik za bolju zavarljivost).

316 nerđajući čelik Tipičan sastav: 16-18% hroma, 10-14% nikla, 2-3% molibdena, balans gvožđa. Glavni aditiv za legiranje je molibden.

Takođe, koncentracija nikla je značajno veća u 316 (10-14% naspram 8-10,5% u 304) što povećava otpornost na uslove smanjenja.

Kako molibden doprinosi otpornosti na koroziju
Molibden pomaže kod otpornosti na koroziju na brojne načine. On zgušnjava pasivni oksidni film što dovodi do stabilnijeg filma i manje osjetljivog na degradaciju kloridnim jonima. Molibden također ograničava formiranje i širenje rupica-malih lokaliziranih mjesta korozije koja mogu prodrijeti duboko u metal.

Glavni diferencijator je Ekvivalentni broj otpornosti na piting (PREN) koji je empirijska formula koja se koristi za rangiranje otpornosti nehrđajućeg čelika na koroziju u obliku talog u sredinama koje sadrže klorid. Tipična formula za PREN je:

PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N

Za normalne vrste (bez namjernog dodavanja dušika):

304 nerđajući čelik: PREN ≈ 18 + 3.3 × 0 + 0=18 (obično 18-19)

316 nerđajući čelik: PREN ≈ 17 + 3.3 × 2.5 + 0=25.25 (obično 24–26)

Veća PREN vrijednost od 316 znači mnogo superiorniju otpornost na koroziju udubljenja i pukotina, posebno u toplim hloridnim uvjetima kao što su morska voda, soli za odmrzavanje ili obalna atmosfera.

Poređenje otpornosti grijaćih ploča na koroziju
Pored procesnog okruženja, grejne ploče su takođe izložene visokim temperaturama koje mogu ubrzati koroziju. Velik dio poređenja performansi grijaće ploče od nehrđajućeg čelika 304 i 316 ovisi o prisutnim korozivnim kemikalijama.

Atmosferska korozija općenito
I 304 i 316 su slični u čistom unutrašnjem okruženju ili suhim vanjskim prostorima s niskim zagađenjem. Sloj pasivnog oksida je još uvijek prisutan i stope korozije su skromne. 304 često je pogodno i jeftinije za grijaće ploče za laboratorijske peći, grijače za suhe procese ili grijane ploče unutar reguliranih kućišta.

Pitting i korozija izazvana hloridom
Lokaliziranu koroziju na grijaćim pločama od nehrđajućeg čelika najčešće uzrokuju kloridi (soli). Izvori: Objava:

Slatka voda ili sprej s morskom vodom

Soli za odleđivanje koje se unose u pogone za preradu hrane

Hlorirana sredstva za čišćenje (izbjeljivač, natrijum hipoklorit)

hlorovodonična kiselina ili metalni hloridi u procesnim fluidima

Slani sprej (atmosferski) sa obale

U prisustvu hlorida i kiseonika pasivni sloj na 304 može pokvariti u slabim tačkama (inkluzije, ogrebotine ili pukotine). Kada se jama pokrene, lokalna kiselost unutar jame ubrzava proces rastvaranja. Jame mogu probušiti ploču za grijanje za nekoliko sedmica ili mjeseci, što rezultira curenjem električnih komponenti ili kontaminacijom procesa.

Nerđajući čelik 316 sa molibdenom je daleko otporniji na inicijaciju u jami. Ova razlika PREN-a od oko 7 poena znači da će znatno viša temperatura korozije pitinga (PCPT). 304 korodirati u morskoj vodi na temperaturama okoline u kratkom vremenu, ali 316 je u suštini nepromijenjeno. Toplo se preporučuje da se ploče za grijanje koje se mogu prati hloriranim deterdžentima ili podvrgnuti slanom spreju izraditi od 316.

Otpornost na kiseline
Grijaće ploče se ponekad koriste u kontaktu s kiselim industrijskim tekućinama ili otopinama za čišćenje:

Sumporna kiselina (H₂SO₄) – 316 ima povećanu otpornost, posebno pri umjerenim koncentracijama i temperaturama. Molibden podiže otpornost na redukcijske kiseline. Obje vrste su, međutim, ograničene u vrućoj koncentrovanoj sumpornoj kiselini.

Hlorovodonična kiselina (HCl) – Nijedan stepen se ne preporučuje za značajno izlaganje HCl, ali 316 radi nešto bolje pri niskim koncentracijama i sobnoj temperaturi.

Azotna kiselina (HNO3) - I 304 i 316 imaju dobru otpornost na oksidirajuće kiseline kao što je azotna kiselina. 304 se obično koristi u servisu azotne kiseline jer molibden u 316 ne nudi nikakvu korist.

Fosforna kiselina (H3PO4) – 316 je često favorizovana, posebno na povišenim temperaturama, zbog koncentracije molibdena.

Sirćetna kiselina i organske kiseline - Obje ocjene su dobre, 304 je općenito dovoljno.

Zapravo, 304 se često koristi za grijanje ploča u preradi hrane (gdje su prisutne organske kiseline iz voća ili mliječnih proizvoda). Ako imate ploče za grijanje hemijskim procesom u sumpornoj ili fosfornoj kiselini, onda je 316 pravi način.

Pukotina od korozije pod naprezanjem (SCC)
Pucanje korozije pod hloridnim naprezanjem može uticati na austenitne nerđajuće čelike kada su istovremeno ispunjena tri uslova: zatezni napon (uključujući zaostalo naprezanje od proizvodnje), hloridi i ekstremne temperature (obično iznad 60 stepeni). Grijaće ploče su često pod termičkim naprezanjem i mogu imati zaostalu napetost od formiranja ili zavarivanja.

I 304 i 316 su osjetljivi na hlorid SCC, međutim, 316 ima nešto bolju otpornost zbog većeg sadržaja nikla i molibdena. Niti jedan tip nije stvarno siguran u teškim uvjetima hlorida na visokim temperaturama. U takvim okruženjima treba istražiti visokolegirane materijale (npr. dupleks nerđajući čelik ili legure nikla). Ali, za većinu primjena ploča za grijanje ispod 80C, 316 daje značajno smanjenje rizika od SCC u poređenju sa 304.

Uporedna tabela grijaćih ploča 304 vs 316 od nehrđajućeg čelika
304 Stainless Steel 316 Stainless Steel Property
Tipičan sastav 18% Cr, 8% Ni,<0.08% C 16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo Molybdenum Content 0% 2-3% PREN (Pitting Resistance) ~18-19 ~24-26
Otpornost na hloridne rupice slaba do umjerena (lako se udubljuje u toploj morskoj vodi ili izbjeljivaču) Dobra do izuzetno dobra (otporna na udubljenje u morskoj vodi sobne temperature)
Otpornost na koroziju u pukotinama Slaba Umjerena (bolja od 304, ali ranjiva u uskim pukotinama)
Otpornost na sumpornu kiselinu Niska (niska koncentracija, niska temperatura) Umjerena (bolja od 304, posebno uz aeraciju)
Otpornost na dušičnu kiselinu Odlična Odlična (bez prednosti Mo)
Otpornost na organske kiseline Dobra Dobra (malo bolja)
Podložan korozijskom pucanju pod stresom (hlorid SCC) > ~60 stepeni Manje pogođen (ali nije imun)
Maksimalna temperatura kontinuiranog rada u zraku ~870 stepeni (opasnost od preosetljivosti pri zavarivanju) ~870 stepeni (slično)
Toplotna provodljivost (100 stepeni) ~16,2 W/m-K ~16,3 W/m-K
Cijena materijala Niža (osnovna ocjena) Viša (približno. 30-50% više od 304)
Uobičajena upotreba ploča za grijanje Suhe peći Grijači za unutarnju obradu Prehrambena oprema (ne-čišćenje bez klora) Opće industrijske Pomorske postavke, obalni objekti, čišćenje klorom, hemijska obrada, farmaceutska
Uputstvo za praktičnu upotrebu
Kada je 304 dovoljno
Grijaće ploče od nehrđajućeg čelika 304 su dobre za:

Primene sa suvim grejanjem (bez kontakta sa tečnošću ili samo u kontaktu sa čistom vodom sa niskim sadržajem hlorida)

Unutrašnje okruženje, kontrolisana klima, bez izlaganja soli.

Prerada hrane, gdje se čišćenje vrši korištenjem deterdženata koji nisu-hlorirani (npr. sredstva za čišćenje na bazi kaustične kiseline ili{3}}).

Grejne ploče za laboratorijsku upotrebu. Za-nekorozivne supstance.

Opće industrijsko grijanje gdje ploča nije uronjena u korozivne tvari.

304 ima dovoljnu otpornost na koroziju po nižoj cijeni u određenim primjenama. Visoka toplotna provodljivost i sposobnost oblikovanja legure olakšavaju izradu složenih oblika ploča.

Kada koristiti 316 nerđajući čelik
U primjenama gdje su uključeni hloridi ili određene kiseline, 316 je jako poželjan:

Obalne ili pomorske instalacije - 304 brzo će korodirati slanom sprejom u zraku. 316 za grijanje ploča na brodovima, platformama na moru ili u blizini plaža.

Uranjanje u bočatu ili morsku vodu – Potopni grijači u slanoj vodi moraju biti od legure 316 ili više od legura poput super-austenita ili titanijuma.

Čišćenje pomoću jedinjenja na bazi hlora – Mnoge prehrambene i farmaceutske kompanije koriste natrijum hipohlorit (izbjeljivač) ili hlor dioksid kao sredstvo za dezinfekciju. 304 koje može ispasti nakon čestog izlaganja 316 otporan na ove supstance.

Procesni fluidi sa hloridima - Kupke za galvanizaciju (npr. hlorid cink), rastvori za kiseljenje ili rashladna voda sa visokim sadržajem hlorida.

Servis sumporne ili fosforne kiseline - 316 nudi visoku sigurnosnu granicu od preko 304 pri umjerenim koncentracijama.

Visoka temperatura, vlažni uslovi - Kondenzacija vlage bogate hloridima- na grijaćoj ploči uzrokuje pitting; 316 minimizira ovu opasnost.

Vrijedi napomenuti da 316 nije univerzalno rješenje. 316 će korodirati čak iu veoma teškim uslovima (npr. vruća jaka hlorovodonična kiselina, morska-voda iznad 50 stepeni). Ovakvi teški uslovi zahtevaju skuplje legure (904L, Hastelloy ili titanijum).

Termička i proizvodna razmatranja
I 304 i 316 imaju sličnu toplotnu provodljivost (oko 16 W/m·K), koja je manja od ugljeničnog čelika ili aluminijuma, ali je adekvatna za primjene ploča za grijanje gdje dizajn (ugrađeni grijači s kertridžom ili liveni-elementi) omogućava ravnomjernu distribuciju topline. Koeficijent toplinske ekspanzije je također sličan (oba su otprilike 17 µm/mK)

Manje varijacije u izradi. Oba se mogu obrađivati, zavariti i oblikovati normalnim procesima. Međutim, 316 zahtijeva nešto veće pritiske rezanja i ima veću brzinu radnog{3}}očvršćavanja. Oba tipa bi trebalo da se zavaruju korišćenjem verzija sa niskim sadržajem ugljenika (304L i 316L) kako bi se izbegla preosetljivost (taloženje hrom karbida) u zoni zahvaćenom toplotom koja smanjuje otpornost na koroziju.

Kod oba tipa treba biti oprezan sa grejnim pločama koje rade na temperaturama većim od 400 stepeni jer postoji mogućnost stvaranja kamenca i gubitka pasivnog sloja nakon dužeg izlaganja. Ni nerđajući čelik tipa 304 ni tip 316 nije odobren za kontinuirani rad iznad 800 stepeni u oksidacionoj atmosferi.

Ekonomska pitanja
Uobičajena cijena nehrđajućeg čelika 316 je 30 – 50% više od 304 funte. Inkrementalni trošak grijaće ploče može biti zanemariv za male ploče ili značajan za velike i debele ploče. Ali morate razmišljati o cjelokupnoj cijeni vlasništva. Grijaća ploča 304 će se degradirati za šest mjeseci u hloridnom okruženju i zahtijevat će zamjensku radnu snagu, zastoje u procesu i moguće čišćenje od kontaminacije. Početna cijena je veća, ali ploča 316 koja traje 5 godina je skoro obično jeftinija.

U stvarnosti, mnogi inženjeri koriste pravilo da ako postoji bilo kakva nejasnoća u vezi sa izloženošću hloridima, navedite 316. Početni izdaci su mali u poređenju sa rizikom od preranog kvara.

U zaključku
Glavna razlika između grijaćih ploča od nehrđajućeg čelika 304 i 316 je jedan sastojak – molibden. Razred 304 je relativno jeftin-nerđajući čelik opće namjene bez molibdena, za upotrebu u suvim ili blago korozivnim okruženjima. Razred 316, sa 2-3% molibdena, ima značajno poboljšanu otpornost na koroziju uzrokovanu hloridima i pukotinama i bolje se ponaša u sumpornoj i fosfornoj kiselini.

316 je materijal izbora za grijaće ploče u kontaktu s morskom vodom, slanim sprejom, kloriranim kemikalijama za čišćenje ili kiselim procesnim tekućinama. Povećani trošak materijala nadoknađen je dužim vijekom trajanja, manjim održavanjem i izbjegavanjem katastrofalnih kvarova na udubljenjima. 304 je potpuno adekvatan i jeftin izbor za čiste, suhe ili unutrašnje primjene koje ne sadrže hloride. Prilikom odabira materijala, potrebno je uzeti u obzir stvarno kemijsko okruženje kojem će grijaća ploča biti izložena i izbalansirati u odnosu na opasnost od korozije i početni trošak.