Aço inoxidável 304L vs 304H: Uma comparação exaustiva

I. Introdução

Durante a construção de um determinado projeto em 2014, deparámo-nos com problemas de construção de soldadura envolvendo materiais de tubos 304 e 304H.

Através de uma série de actividades de projeto relacionadas com a gestão de materiais, a gestão da construção, as técnicas de soldadura e as inspecções, observámos que os materiais da série 304 partilham características comuns dentro de um determinado intervalo, mas também têm distinções claras e separações rigorosas.

Por conseguinte, a síntese destas semelhanças e diferenças contribui para a sistematização do conhecimento e para a acumulação de futuras experiências de construção.

II. Introdução aos materiais de aço inoxidável austenítico 304

O aço inoxidável austenítico insere-se geralmente na categoria de aço resistente à corrosão e é o mais utilizado tipo de aço.

O aço inoxidável do tipo 18-8 é o mais representativo, apresentando propriedades mecânicas favoráveis, e é conveniente para o processamento mecânico, estampagem e soldadura.

Oferece uma excelente resistência à corrosão em ambientes oxidantes e uma boa resistência ao calor. No entanto, é particularmente sensível a meios que contêm iões cloreto (Cl-), o que pode levar à corrosão sob tensão. O aço inoxidável 18-8, principalmente 304, 304L, 304H, está disponível em várias formas, incluindo chapas, barras e placas.

A liga 304H (UNS S30409) é uma versão modificada da liga austenítica 304 com 18% de crómio e 8% de níquel. A liga teor de carbono neste produto é controlado entre 0,04 e 0,10, melhorando a resistência a altas temperaturas dos componentes do produto em ambientes acima de 800°F.

Esta secção aborda principalmente os tipos de aço, a composição química e o desempenho do aço austenítico 304 materiais em aço inoxidável, principalmente comparando chapas de aço e tubos de aço.

Tabela de equivalência aproximada de graus de aço para chapas de aço inoxidável austenítico de grau 304

Tabela de equivalência aproximada de graus de aço para tubos soldados de aço inoxidável austenítico de grau 304

Tabela de composição química de austeníticos Aço inoxidável 304 e aço resistente ao calor

Tabela de tensões admissíveis para aço inoxidável austenítico Chapa de aço Grau 304

Tabela de tensões admissíveis para tubos de aço inoxidável austenítico de grau 304

Quando se utilizam materiais de aço inoxidável austenítico para condutas de pressão, é essencial ter em atenção que o aço inoxidável austenítico com crómio-níquel pode sofrer fragilização por fase sigma quando utilizado durante um período prolongado a temperaturas entre 540°C e 900°C.

É aconselhável controlar o teor de ferrite e o grau de deformação a frio no aço austenítico. Em condições de temperatura elevada (temperatura de funcionamento superior a 540°C), o aço inoxidável austenítico de baixo teor de carbono (C ≤ 0,08%) deve também cumprir requisitos adicionais:

1) O teor de carbono do material de origem deve ser ≥ 0,04;

2) Estado do tratamento térmico: Arrefecimento rápido >1040°C;

3) O tamanho médio do grão deve ser de grau 7 ou mais grosseiro. Se estes requisitos adicionais não puderem ser cumpridos, a tensão admissível deve ser selecionada de acordo com o aço inoxidável de carbono ultra-baixo.

Propriedades mecânicas

Alta temperatura Resistência ao escoamento Tabela para chapa de aço inoxidável austenítico de grau 304

Tabela de limite de elasticidade a alta temperatura para tubos de aço inoxidável austenítico de grau 304

Em GB/T20878-2007 "Classes e composição química de aço inoxidável e aço resistente ao calor", um novo aço austenítico de alta temperatura grau de aço inoxidável S30409 (07Cr19Ni10) com um teor de carbono de 0,04%~0,10% foi adicionado.

No entanto, existe um problema de dupla classificação com a classificação 304, ou seja, existe uma sobreposição do teor de carbono entre S30409 (07Cr19Ni10) e S30408 (06Cr19Ni10). O mesmo problema de dupla classificação também existe com o S31609 (07Cr17Ni12Mo2), que tem um teor de carbono de 0,04%~0,10%, e há também uma sobreposição no teor de carbono com o S31608 (06Cr17Ni12Mo2).

III. Gestão de materiais em aço inoxidável austenítico 304

Etiquetagem de materiais e documentos de garantia de qualidade

Os materiais fornecidos e recebidos para tubagens sob pressão devem ser etiquetados de acordo com as normas correspondentes e as estipulações contratuais. Cada peça de material deve ter marcas claras e firmes e, no caso de materiais com um diâmetro nominal inferior ou igual a DN40, a rotulagem pode ser efectuada utilizando etiquetas ou outros métodos de substituição.

O conteúdo da rotulagem deve, no mínimo, incluir as marcações do fabricante e o nome (código) do material. Para os componentes dos tubos de aço inoxidável austenítico (tipo H) utilizados em condições de alta temperatura, devem também ser incluídos os números ou códigos dos lotes de material.

Os documentos de garantia de qualidade correspondentes incluem os resultados das inspecções e dos ensaios especificados nas normas e nos contratos, e devem ser rastreáveis.

IV. Soldadura de aço inoxidável austenítico 304

1. Avaliação do processo de soldadura

O material de base para a soldadura de equipamentos sob pressão é classificado e agrupado de acordo com a composição química, as propriedades mecânicas e a soldabilidade do material material metálico.

De acordo com a NB/T47014-2011, as categorias de materiais de base para S30403, S30408 e S30409 são Fe-8, com um grupo de Fe-8-1. Processo de soldadura pode consultar o nosso relatório de avaliação do processo de soldadura existente HN2006-02-2012.

2. Seleção de materiais de soldadura

O princípio de seleção dos materiais de soldadura é dado na norma NB/T47015-2011: para a soldadura de aço de alta liga da mesma classe, os materiais de soldadura devem assegurar que as propriedades mecânicas do metal de solda sejam iguais ou superiores aos valores-limite especificados para o material de base.

Quando necessário, a sua resistência à corrosão não deve ser inferior aos requisitos correspondentes do material de origem, ou as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão devem cumprir as condições técnicas estipuladas nos documentos de projeto.

Materiais de soldadura recomendados, conforme indicado na tabela seguinte:

3. Considerações sobre a soldadura

Em comparação com o aço-carbono, a resistência do aço inoxidável austenítico é 5 vezes superior à do aço-carbono, o que resulta numa maior entrada de calor sob as mesmas condições de corrente de soldadura e tensão do arco.

A condutividade térmica é baixa, cerca de 1/3 do aço carbono, o que resulta numa transferência de calor lenta e numa maior deformação térmica.

O coeficiente de expansão linear é cerca de 40% maior do que o do aço-carbono, o que pode facilmente levar a um aumento da expansão térmica durante o aquecimento e a uma contração durante o arrefecimento, tornando a deformação após a soldadura mais pronunciada.

Pontos-chave para a soldadura de aço inoxidável austenítico:

1) Para evitar grandes deformações e tensões de soldadura durante a soldadura, deve ser escolhido um método de soldadura com energia de soldadura concentrada.

2) Controlo rigoroso de calor de soldadura O aporte deve ser mantido para evitar que o grão de solda cresça severamente e a ocorrência de fissuras de soldadura a quente.

3) Para melhorar a resistência à fissuração por calor e a resistência à corrosão da soldadura, a área de soldadura deve ser mantida limpa para evitar a infiltração de elementos nocivos na soldadura.

4) O aço inoxidável austenítico não necessita de pré-aquecimento durante a soldadura. Para evitar o crescimento do grão na soldadura e na zona afetada pelo calor e a precipitação de carbonetos, e para assegurar a plasticidade, a tenacidade e a resistência à corrosão do junta soldadaA temperatura interpasse deve ser mantida baixa, geralmente não excedendo 100°C.

4. Problema de grão de austenite

Austenite é o grão obtido quando o aço é austenitizado, e o tamanho do grão é designado por tamanho do grão de austenite. O tamanho de grão padrão é dividido em 8 níveis, os níveis 1-4 são grãos grossos, os níveis 5-8 são grãos finos e os níveis 10-13 acima do nível 8 são grãos ultrafinos.

As observações são efectuadas com um microscópio de 100x. Na produção atual, o refinamento do grão tornou-se um dos métodos importantes para reforçar os materiais metálicos, o que pode melhorar a resistência e a tenacidade do aço ao mesmo tempo. Esperamos também obter grãos mais finos durante a soldadura de engenharia.

É necessário prestar atenção à influência da taxa de aquecimento durante o processo de soldadura. A taxa de aquecimento é essencialmente um problema de sobreaquecimento. Quanto maior for o grau de sobreaquecimento, maior será o rácio entre a taxa de nucleação e a taxa de crescimento, e menor será o tamanho inicial do grão.

Apesar disso, austenite Os grãos tendem a crescer a altas temperaturas, pelo que não pode haver um longo tempo de retenção a altas temperaturas. Por isso, é importante um rápido aquecimento e arrefecimento durante a soldadura.

O teor de carbono no aço também afecta o grão de austenite. Quando o teor de carbono no aço não é suficiente para formar não dissolvido carbonetos, à medida que o teor de carbono aumenta, os grãos de austenite tendem a crescer e a tornar-se mais grosseiros.

Por conseguinte, entre os três, o S30408 é mais suscetível de engrossar, e deve prestar-se atenção ao controlo e à prevenção do engrossamento do grão noutros aspectos.

Controlar a relação crómio-níquel no metal de solda, para o aço inoxidável 304, quando a relação crómio-níquel do material de soldadura for inferior a 1,61, é provável que ocorram fissuras a quente; quando a relação crómio-níquel atinge 2,3-3,2, as fissuras a quente podem ser evitadas.

A limitação rigorosa do teor de elementos nocivos como o boro, o enxofre, o fósforo e o selénio no metal de solda também pode evitar a ocorrência de fissuras quentes.

V. Conclusão

A conceção de equipamento petroquímico para alta temperatura, alta pressão e forte corrosão é exigente, e a escolha de materiais e a construção de soldadura devem ser cuidadosamente consideradas para garantir a estabilidade a longo prazo do equipamento.

É particularmente importante compreender as características dos materiais, distinguir as suas diferenças e semelhanças e dominar as técnicas de construção de soldadura específicas.

Com o desenvolvimento da tecnologia dos materiais, estes são cada vez mais optimizados para um desempenho específico e a "seleção e utilização de materiais" está a tornar-se mais especializada, tal como o conhecimento. Espera-se que este artigo desempenhe um papel positivo neste domínio.