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Una panoramica dei gradi di tubi in acciaio inossidabile e delle loro proprietà
Gli acciai inossidabili sono molto apprezzati per la loro versatilità e durata in numerose applicazioni. Esistono vari gradi di acciaio inossidabile, ciascuno ottimizzato per scenari di utilizzo specifici in settori tra cui quello industriale, Marine, costruzione, e trasporti. La tabella seguente fornisce una panoramica di alcune opzioni comuni:
| Gruppo di leghe | No UNS. | Comunemente conosciuto come |
|---|---|---|
| austenitico | S30100, S30400, S30403, S31600, S31603, S32100, S31000, S30815, N08904, S31254 | 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310, 253MA, 904L, 254SMO o “6Mo” |
| Ferritico | S40900, S41003, S43000, S43932, S44400 | 409, 3CR12 o 1.4003, 430, 439, 444 |
| Martensitico | S41000, S42000, S43100, S44004 | 410, 420, 431, 440C |
| Duplex | S32101, S32304, S32205, S32750, S32520 | 2101, 2304, 2205, 2507, UR2507Cu |
| Indurimento delle precipitazioni | S17400, S17700, S15500 | 17-4PH o 630, 17-7PH o 631, 15-5PH |
Quando si seleziona un tubo in acciaio inossidabile per una particolare applicazione, il primo passo è determinare a quali proprietà fondamentali deve essere data la priorità. Questi possono essere suddivisi in cinque gruppi: austenitico, duplex, ferritico, martensitico, e indurimento delle precipitazioni.
Ecco una breve panoramica di come i diversi gruppi e gradi di leghe potrebbero essere selezionati in base a requisiti specifici:
- Corrosione resistenza: La selezione dipende dall'ambiente. Per una selezione precisa sono necessarie ulteriori discussioni.
- Resistenza al calore: Gradi austenitici, in particolare quelli ricchi di cromo, spesso anche con alto contenuto di silicio, azoto ed elementi delle terre rare (per esempio., gradi 310 e 253MA), sono tipicamente selezionati. I ferritici stabilizzati vengono utilizzati in condizioni meno estreme. I gradi ferritici ad alto contenuto di cromo hanno un'elevata resistenza all'ossidazione (per esempio., 446), ma hanno una resistenza al caldo inferiore.
- Criogenico (bassa temperatura) resistenza: I gradi austenitici hanno un'eccellente tenacità a temperature molto basse. Nessun altro acciaio inossidabile è adatto a temperature molto basse.
- Risposta magnetica: I gradi austenitici hanno una bassa permeabilità magnetica; gradi di nichel più elevati (per esempio., 316 o 310) hanno maggiori probabilità di essere non magnetici se lavorati a freddo.
- Molta forza: Generalmente vengono scelti i gradi martensitici e indurenti per precipitazione. Anche le qualità duplex possono essere utili. Anche i gradi austenitici lavorati a freddo hanno un'elevata resistenza.
Selezione dei tubi in acciaio inossidabile per la resistenza alla corrosione
Scegliere la qualità più conveniente per uno specifico ambiente corrosivo può essere un compito complesso. Una buona strategia spesso implica considerare ciò che è stato utilizzato in precedenza in ambienti simili, la durata di tali materiali, e i loro modelli di corrosione.
Resistenza generale alla corrosione
Per ambienti quali acidi forti in cui la corrosione generale uniforme è la preoccupazione principale, sono disponibili tabelle pubblicate dei gradi consigliati e delle curve di isocorrosione che forniscono i tassi di corrosione previsti. tuttavia, ambienti apparentemente simili possono presentare piccole differenze che influiscono in modo significativo sui tassi di corrosione. Per esempio, anche tracce di cloruro possono essere dannose.
Corrosione locale
Gli acciai inossidabili spesso si corrodono a causa della corrosione locale, principalmente attraverso meccanismi di vaiolatura e corrosione interstiziale, che sono in gran parte controllati dalla presenza di cloruri nell’ambiente, aggravato dalla temperatura elevata. La resistenza di uno specifico tipo di tubo in acciaio inossidabile alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale è indicata dal suo numero equivalente di resistenza alla vaiolatura (PRE), che può essere calcolato come segue:
PRE = %Cr + 3.3 %Mo + 16 %N
Qui, %Cr rappresenta la percentuale di cromo, %Mo la percentuale di molibdeno, e %N la percentuale di azoto nella lega. Valori PRE più alti indicano una maggiore resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale.
“Super austenitico” gradi (per esempio., N08904 e S31254) con un massimo di 6%Mo e “superduplex” gradi (per esempio., S32750 e S32520) con contenuto di cromo molto elevato, molibdeno, e le aggiunte di azoto possono resistere ad ambienti contenenti cloruri più severi fino al punto di ebollizione.
“Colorazione del tè” è una forma specifica di corrosione localizzata riscontrata nei tubi in acciaio inossidabile esposti ad ambienti atmosferici aggressivi, come l'esposizione marina. Selezione del grado, qualità di finitura, metodo di fabbricazione, installazione, e la manutenzione svolgono tutti un ruolo significativo nel mitigare questo problema.
Cracking per corrosione da stress (SCC)
Gradi austenitici comuni come 304 e 316 sono soggetti a tensocorrosione (SCC), soprattutto in ambienti clorurati a temperature superiori 60 gradi Celsius sotto sforzo di trazione. I gradi ferritici sono quasi immuni a questa forma di attacco, e i gradi duplex sono altamente resistenti. Se SCC è un potenziale problema, un grado ferritico o duplex potrebbe essere una scelta prudente.
Selezione dei tubi in acciaio inossidabile per proprietà meccaniche e fisiche
La scelta del tubo in acciaio inossidabile spesso comporta la considerazione della resistenza alla corrosione desiderata e delle proprietà meccaniche e fisiche del metallo. Gradi martensitici ad alta resistenza (per esempio., 431) e gradi di indurimento per precipitazione (per esempio., 630/17-4PH) vengono spesso scelti per applicazioni quali alberi e mandrini di valvole.
Un grado duplex ad alta resistenza come 2205 potrebbe risolvere un problema di corrosione contribuendo allo stesso tempo all’economicità grazie alla sua elevata resistenza. Un grado ferritico come 3CR12 potrebbe fornire un'adeguata resistenza alla corrosione per applicazioni non decorative e offrire il vantaggio di una minore distorsione dovuta ai cambiamenti di temperatura grazie al suo basso coefficiente di espansione termica, simile a quello dell'acciaio dolce e 2/3 quello dei gradi austenitici come 304.
Ricordare che la selezione dovrebbe sempre considerare le proprietà meccaniche e fisiche il più presto possibile nel processo.
Quando si selezionano i gradi per la resistenza alla corrosione, è importante considerare anche come il prodotto può essere fabbricato. Questa considerazione influenza notevolmente l’economia del prodotto. Di seguito è riportato un confronto tra alcuni gradi comuni e le relative caratteristiche di fabbricazione. I confronti sono arbitrari 1 A 10 bilancia, con 10 indicando un'eccellente fabbricazione con il metodo particolare.
| Grado | Lavorabilità | Saldabilità | Formabilità |
|---|---|---|---|
| 303 | 10 | 2 | 5 |
| 304 | 5 | 8 | 8 |
| 316 | 5 | 8 | 7 |
| 3CR12 | 6 | 8 | 7 |
| 431 | 6 | 5 | 5 |
| 630/17-4PH | 5 | 7 | 5 |
È importante notare che potrebbe esserci un compromesso tra le proprietà desiderabili. Per esempio, grado 303 ha un'eccellente lavorabilità. tuttavia, l'alto contenuto di zolfo, che aumenta la velocità di taglio in modo così drammatico, riduce inoltre sostanzialmente la saldabilità del grado, Altri elementi possono essere presenti in quantità troppo piccole per alterarne le proprietà, e resistenza alla corrosione. Il PRE calcolato per questo grado non tiene conto dell'effetto negativo dello zolfo, rendendolo inadatto all'uso in ambienti marini o altri ambienti contenenti cloruro.
Selezione dei tubi in acciaio inossidabile in base al costo
Il costo può essere visto come il prezzo di acquisto $/kg o $/metro. tuttavia, questo approccio può fornire una visione distorta a breve termine. Un approccio più realistico è il “Costo totale di proprietà” (TCO) o “Costo del ciclo di vita” (LCC) vista. Questo valuta il costo per il proprietario dell'asset durante la durata richiesta dell'articolo. Tiene conto dei costi di manutenzione o sostituzione continuativi, portando potenzialmente a un costo totale di proprietà inferiore nonostante un prezzo di acquisto iniziale più elevato.
Per esempio, la scelta del grado di tubo in acciaio inossidabile 301 per i vagoni ferroviari suburbani garantisce che il veicolo base sopravviverà senza ruggine strutturale per la vita richiesta, misurato in decenni. I pannelli in acciaio saranno lavabili, non richiederà alcuna verniciatura, e i membri strutturali non avranno bisogno di costose ispezioni periodiche per convalidare l’integrità.
Un'altra considerazione è la scelta tra prodotti standard e speciali. I prodotti standard disponibili sugli scaffali dei rivenditori avranno solitamente un costo inferiore rispetto ai prodotti che devono essere fabbricati appositamente. Progettazione basata su standard azione gli articoli di solito pagano dividendi. Un'eccezione a ciò si verifica se la quantità richiesta è elevata e il fabbisogno è stato pianificato per un periodo molto lungo nel futuro: in questo caso un prodotto speciale può avere un costo inferiore e anche ridurre i costi di fabbricazione.
Conclusione
Prima di selezionare un tipo di acciaio inossidabile, considerare non solo le proprietà richieste come la resistenza alla corrosione, ma anche le proprietà secondarie come le proprietà fisiche e meccaniche, e la facilità di fabbricazione. La scelta giusta sarà premiata non poco, vita senza problemi, ma anche mediante fabbricazione e installazione economicamente vantaggiose.
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La specifica ASTM A554 riguarda i ferritici, tubi meccanici saldati in acciaio inossidabile duplex austenitico e austeno-ferritico destinati all'uso strutturale, ornamentale, scarico e altre applicazioni in cui le proprietà meccaniche, aspetto, o è necessaria la resistenza alla corrosione. I tubi ASME SA554 vengono comunemente spediti senza rivestimento protettivo. La specifica ASTM A554 copre tubi meccanici saldati o ridotti a freddo nelle dimensioni da 16 pollici (406.4 mm) dimensione esterna e spessore delle pareti 0.020 pollici (0.51 mm). Tubi meccanici saldati ASTM A554 realizzati in acciaio laminato piatto mediante un processo di saldatura automatica senza l'aggiunta di metallo d'apporto. ASTM A554 Tubi forniti in una delle seguenti forme: quadrati, il giro, rettangolare, o speciale.
Le leghe di acciaio inossidabile duplex hanno proprietà ferritiche/austenitiche, conferendo a questi materiali una robustezza superiore e un'eccellente resistenza all'ossidazione. Mentre la famiglia duplex-grade comprende un'ampia gamma di formulazioni specifiche, fronte/retro S31803 (2205) e super duplex S32750 (2507) l'acciaio inossidabile è due dei più comuni. Questi prodotti in acciaio inossidabile sono estremamente versatili, con molte applicazioni nel settore petrolifero e del gas, petrolchimico, e industrie di trasformazione chimica.
S31803 è il sistema di numerazione unificato (Stati Uniti) designazione dell'acciaio inossidabile duplex originale. Il sistema UNS è stato creato da una serie di gruppi commerciali che hanno lavorato insieme negli anni ’70, per ridurre la confusione derivante dal fatto che la stessa lega venga chiamata cose diverse o viceversa. Ogni metallo è indicato da una lettera seguita da cinque numeri, dove la lettera indica la famiglia dei metalli cioè. S per acciai inossidabili.
Lega 347 l'acciaio inossidabile appartiene alla famiglia degli acciai inossidabili austenitici ed è noto per la sua eccezionale stabilità dovuta alla presenza di elementi stabilizzanti. Questa lega è altamente saldabile, e nella maggior parte dei casi, la ricottura non è necessaria dopo la saldatura a meno che non si desideri ridurre la tensione. La notevole resistenza all'ossidazione e alla corrosione esibita da 347 l'acciaio inossidabile lo rende una scelta affidabile per varie applicazioni. La sua elevata resistenza allo scorrimento viscoso gli consente di funzionare in modo ottimale a temperature fino a 1600 ° F.
