Šta je nerđajući čelik 304H? Visoka{1}}Svojstva i upotreba pri visokim temperaturama

Šta je SS304H materijal?

Nehrđajući čelik 304H (UNS S30409, EN 1.4948 / X6CrNi18-10) je visoko-ugljična varijanta široko korištene porodice 304 austenitnog nehrđajućeg čelika. Njegov sadržaj ugljika je posebno kontroliran u rasponu od 0,04% do 0,10% (za razliku od standarda 304, koji ima maksimalnu granicu ugljika od 0,08%). Dizajniran je da poveća otpornost materijala na puzanje{14}}u okruženjima na visokim temperaturama, gdje bi standard 304 omekšao, a 304L izgubio strukturni integritet.

 

Zašto je "H" u 304H važno za primjene na visokim-temperaturama?

"H" znači "High Carbon". Veći sadržaj ugljika osigurava veću zateznu i granicu tečenja na temperaturama većim
525 stepeni (975 stepeni F). Za razliku od 304L, koji gubi strukturni integritet pri ekstremnoj vrućini, 304H zadržava svoja mehanička svojstva i otpornost na puzanje.

 

Ekvivalenata od nerđajućeg čelika klase 304H

STANDARD / REGIJA	DESIGNATION	NAPOMENE
UNS	S30409	Univerzalni identifikator za 304H
EN	1.4948 / X6CrNi18-10	Prema EN 10088-1 i EN 10028-7. Ne 1.4307 (1.4307=X2CrNi18-9=304L)
JIS	SUS304H	Po JIS G 4303 (šipke), JIS G 4304 (ploče), JIS G 3459 (cijevi)
GB	0Cr18Ni9H	Oznaka naslijeđa; i dalje nalazi u starijoj dokumentaciji nabavke
GB	07Cr19Ni10	Po GB/T 20878-2007 i GB/T 1220-2007
GOST	08X18H10	Prema GOST 5632-2014

 

304 vs. 304L vs. 304H: Hemijski sastav

ELEMENT	304H (UNS S30409)	304 (UNS S30400)	304L (UNS S30403)
ugljik (C)	0.04–0.10	Manje ili jednako 0,08	Manje ili jednako 0,03
hrom (Cr)	18.0–20.0	18.0–20.0	18.0–20.0
nikl (Ni)	8.0–10.5	8.0–10.5	8.0–12.0
mangan (Mn)	Manje ili jednako 2,00	Manje ili jednako 2,00	Manje ili jednako 2,00
silicijum (Si)	Manje ili jednako 0,75(a)	Manje ili jednako 0,75	Manje ili jednako 0,75
fosfor (P)	Manje ili jednako 0,045	Manje ili jednako 0,045	Manje ili jednako 0,045
sumpor (S)	Manje ili jednako 0,030	Manje ili jednako 0,030	Manje ili jednako 0,030

304 vs. 304L vs. 304H: mehanička svojstva na sobnoj temperaturi

IMOVINA	304H (S30409)	304 (S30400)	304L (S30403)	METODA ISPITIVANJA
Vlačna čvrstoća (min.)	515 MPa	515 MPa	485 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Jačina tečenja 0,2% pomak (min.)	205 MPa	205 MPa	170 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Izduženje u 50 mm (min.)	40%	40%	40%	ASTM A370
Tvrdoća (maks.)	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	ASTM E18 / ISO 6506
Modul elastičnosti (tipično)	193 GPa	193 GPa	193 GPa	-

 

304 vs. 304H: Prednost pri puzanju

U poređenju sa standardom 304, primarna prednost 304H leži u njegovoj otpornosti na puzanje{2}}u rasponu temperatura od 540–870 stepeni. Puzanje, definirano kao plastična deformacija koja se javlja tokom vremena pod stalnim naprezanjem na visokim temperaturama, je primarni mehanizam kvara za opremu pod visokim{6}}pritisnim tlakom. Prema dozvoljenim vrijednostima intenziteta naprezanja u Tabeli 1A Odjeljka II, Dio D ASME BPVC, dozvoljeni napon za 304H je približno 15%–25% veći od onog za 304 na temperaturi od 600 stepeni i projektovanom vijeku trajanja od 100.000 sati. To znači da za dati projektni pritisak može ili smanjiti debljinu zida (na taj način uštedjeti troškove materijala) ili produžiti vijek trajanja.

 

 

304H nerđajući čelik: otpornost na oksidaciju

Listovi od nerđajućeg čelika 304H sadrže sadržaj hroma od 18% – 20%, što omogućava da se na izloženoj površini formira kontinuirana i dobro{3}}priopljena ljuska hrom-oksida (Cr₂O₃). U oksidirajućim atmosferama na temperaturama do približno 870 stepeni, ovaj oksidni sloj je termodinamički stabilan i posjeduje -sposobnost samoizlječenja. U cikličnim radnim uslovima (ponovljeno zagrevanje i hlađenje), ovaj oksidni sloj nastavlja da pruža zaštitu, pod uslovom da neusklađenost termičkog širenja između sloja oksida i osnovnog metala ne dovede do ljuštenja kamenca.

SERVISNA TEMPERATURA	PREPORUČENA OCENA	OBRAZLOŽENJE
Ispod 540 stepeni	304 ili 304L	304H ne pruža prednost pri puzanju; 304L poželjno ako se zavaruje bez PWHT
540–815 stepeni	304H (optimalni domet)	Prednost maksimalne snage puzanja; otpornost na oksidaciju potpuno adekvatna
815–870 stepeni	304H (prihvatljivo sa upozorenjima)	Creep strength remains adequate; oxidation rate increases; monitor for sigma phase embrittlement after >1,000 h
870–980 stepeni	309S (UNS S30908)	Viši Cr (22–24%) za poboljšanu otpornost na oksidaciju
980–1.150 stepeni	310S (UNS S31008) ili Incoloy 800H/HT	Maksimalna otpornost na oksidaciju i karburizaciju; 304H neadekvatno

 

Performanse zavarivanja ploče od nerđajućeg čelika 304H

Ploča od nerđajućeg čelika klase 304H ima prilično-do-dobrih performansi zavarivanja fuzijom koristeći standardne procese (kao što su TIG, MIG i MMA), ali njen veći sadržaj ugljika (0,04–0,10%) povećava rizik od taloženja karbida i senzibilizacije u zoni {{5}niskougljičnog{vari{L0} uticaja {{5}matanata{5}ugljika.3} u poređenju sa

Preporuke za postupak zavarivanja

Procesi: GTAW (TIG) poželjan za korijenske prolaze i tanke preseke (manje ili jednako 6 mm); GMAW (MIG) ili SMAW (stick) za prolaze punjenja i zatvaranja na debljim dijelovima.
Unos toplote: Održavati 1,0–2,5 kJ/mm. Prekomjeran unos topline pospješuje rast zrna u zoni -zahvaćenoj toplinom (HAZ), smanjujući otpornost na ambijentalnu i povišenu{4}}temperaturu.
Interpass temperatura: Maksimalno 150 stepeni da bi se minimiziralo vreme taloženja karbida u opsegu senzibilizacije.
Predgrijavanje: Nije potrebno za dijelove manje od ili jednake 25 mm. Za deblje dijelove, prethodno zagrijte na 50-100 stupnjeva kako biste smanjili naprezanje vezanje.
Post-weld heat treatment (PWHT): Solution anneal at 1,040–1,120°C followed by water quench or rapid air cool. Recommended for sections >12 mm ili kada su potrebna maksimalna svojstva puzanja. Za tanke rezove u ne-kritičnom radu, kao-zavareno stanje je prihvatljivo pod uslovom da je korišteno punilo ER308H i da je temperatura međuprolaza kontrolisana.
Zaštitni gas (GTAW/GMAW): Čisti argon (99,995%) ili argon + 2–5% vodonika za poboljšanu fluidnost zavarenog bazena. Dodaci azota (manje ili jednako 3%) mogu povećati čvrstoću metala šava.

 

Primjena 304H nehrđajućeg čelika

304H se široko koristi u industrijama koje zahtijevaju materijale koji nude visoku-otpornost na temperaturu, otpornost na koroziju i veliku čvrstoću. Specifične aplikacije uključuju:
Petrohemijska industrija: Cjevovodni sistemi i izmjenjivači topline.
Industrija proizvodnje električne energije: pregrijači i cijevi za pregrijavanje u kotlovima.
Hemijska obrada: posude pod pritiskom i kondenzatori.
Industrijske peći: Komponente peći i izduvni sistemi.

 

 

Obrasci proizvoda i primjenjivi standardi

304H se proizvodi u svim uobičajenim oblicima proizvoda od nehrđajućeg čelika. Kada pišete specifikacije nabavke, navedite ispravan ASTM/ASME standard za obrazac proizvoda:

OBLIK PROIZVODA	ASTM STANDARD	ASME EQUIVALENT	TIPIČNA DEBLJINA/OPSEG PROMJERA
Ploča, list, traka	A240 / A240M	SA-240	0,3–200 mm
Bešavne cijevi	A312 / A312M TP304H	SA-312	NPS 1/8 – 30 (DN 6–750)
Bešavne cijevi	A213 / A213M TP304H	SA-213	OD 6–127 mm
Welded Tube	A249 / A249M TP304H	SA-249	OD 6–127 mm
Bar, štap, oblici	A276 / A276M	SA-276	6–600 mm (bar)
Otkovci	A182 / A182M F304H	SA-182	Po dizajnu kovanja

FAQ

Koja je maksimalna radna temperatura za nehrđajući čelik 304H?
Odgovor: 304H pokazuje odličnu otpornost na oksidaciju tokom povremenog rada (do 870 stepeni /1600 stepeni F) i može da izdrži temperature do 925 stepeni (1700 stepeni F) u neprekidnom radu.
Međutim, njegov najefikasniji opseg radne temperature za konstrukcijske aplikacije koje uključuju naprezanje je između 500 stepeni i 800 stepeni.

 

Da li 304H postaje lomljiv nakon dužeg izlaganja toploti?
Odgovor: Iako je 304H dizajniran za okruženja sa visokim{1}}temperaturama, produženo izlaganje u rasponu od 425 stepeni do 815 stepeni može dovesti do taloženja karbida (senzibilizacije), što može uticati na njegovu otpornost na koroziju u vodenom mediju.

 

Koja je preporučena veličina zrna za 304H?
Odgovor: Da bi se maksimizirale performanse puzanja pri visokoj-temperaturi, standardi ASTM A213 i A312 obično zahtijevaju veličinu zrna ASTM br. 7 ili krupniju (tj. veću veličinu zrna) za 304H. Veće veličine zrna smanjuju broj granica zrna na kojima može doći do puzanja.

 

Da li je 304H pogodan za priobalna ili morska okruženja?
Odgovor: Iako 304H nudi dobru otpornost na koroziju (uporedivu sa 304), on nije optimalan izbor za morska okruženja koja sadrže klorid{2}}. U takvim okruženjima preporučuje se dupleks čelik 2205 ili razreda 316/316H zbog njihovog većeg sadržaja molibdena, koji pruža efikasnu otpornost na piting koroziju.