Aço inoxidável 316L vs 321: comparação para tubos e conexões

Ambos316L e 321são aços inoxidáveis ​​austeníticos com aproximadamente o mesmo teor de cromo (16-18%) e níquel (10-14%). A diferença se resume a uma adição de liga para cada:

316L contém 2,0-3,0% de molibdênio. Esse molibdênio é o que confere ao 316L sua resistência à corrosão por pites e frestas em ambientes de cloreto. É também o que torna o 316L mais caro que o 321 na maioria dos mercados.

321 contém titânio, adicionado a um mínimo de 5 x C% (teor de carbono). O titânio liga o carbono como carboneto de titânio, evitando a precipitação do carboneto de cromo nos limites dos grãos quando o metal é aquecido entre 425 e 900 graus Celsius. Isso é chamado de estabilização e é a razão pela qual o 321 pode operar em temperaturas onde o 316L, mesmo em sua forma de baixo-carbono, começa a ter dificuldades.

Formulários de produto

Barra e Vara

Prato e Folha

Bobina e tira

Tubo e tubo

Encaixe: Flange, T, Cotovelo, Redutor etc.

Forjamento: Anel, Eixo, Círculo, Bloco etc.

Resistência à corrosão: onde o 316L ganha seu prêmio

Se o seu ambiente de serviço envolve cloretos, o 316L é a melhor escolha. O teor de molibdênio aumenta o número equivalente de resistência à corrosão (PREN) para cerca de 22-25, em comparação com cerca de 17-19 para 321. Em termos práticos, isso significa que 316L resiste à corrosão em água do mar, água salobra e fluxos de processo contendo cloreto, onde 321 começaria a mostrar ataque localizado.

A temperatura crítica de corrosão (CPT) conta a história em números. Em uma solução padrão de NaCl a 3,5% de acordo com ASTM G150,316Lnormalmente mostra um CPT em torno de 25-30 graus Celsius. Para 321, o CPT está mais próximo de 15-20 graus. Na água do mar do Golfo do mundo real a 35 graus Celsius e alta salinidade, nenhum dos tipos é ideal para contato direto com a água do mar (é aí que entram os tipos super duplex como SAF 2507 ou 254 SMO), mas o 316L sobreviverá à zona de respingos e à exposição atmosférica por muito mais tempo do que o 321.

A fissuração por corrosão sob tensão (SCC) é o outro modo de falha que vale a pena mencionar. Ambas as classes são suscetíveis ao cloreto SCC acima de 60 graus Celsius em ambientes-com cloreto. 316L não supera significativamente o desempenho de 321 aqui. Se a temperatura de serviço estiver acima de 60 graus em um ambiente de cloreto e você não puder eliminar os cloretos, você deve procurar classes duplex ou superausteníticas, e não escolher entre essas duas.

Onde321se mantém na oxidação de ambientes ácidos em temperaturas elevadas. Ácido sulfúrico em concentrações moderadas, serviço com ácido nítrico e certos fluxos de processos petroquímicos onde a temperatura é o principal desafio, em vez do ataque por cloretos. A estabilização do titânio evita a corrosão intergranular nas zonas-afetadas pelo calor após a soldagem, o que é importante em serviços ácidos, onde o ataque nos limites dos grãos é o principal mecanismo de falha.

Desempenho-em altas temperaturas: o caso do 321

É aqui que o 321 tem uma vantagem genuína e mensurável. O Código ASME para Caldeiras e Vasos de Pressão (Seção VIII, Divisão 1) permite 321 para temperaturas de serviço de até 816 graus Celsius. Para 316L, o limite do código em serviço contínuo é de cerca de 450 graus Celsius, embora o serviço intermitente até 425 graus seja comum.

O motivo é a precipitação de carboneto. Mesmo com o baixo teor de carbono do 316L, a exposição prolongada acima de 425 graus permite a formação de carbonetos de cromo nos limites dos grãos, esgotando as áreas adjacentes de cromo e criando um caminho para a corrosão intergranular quando o metal é posteriormente exposto a meios corrosivos. O titânio em 321 evita isso formando preferencialmente carboneto de titânio, deixando o cromo em solução.

Aplicações reais onde 321 é a chamada certa:

• Sistemas de exaustão e coletores operando a 600-800 graus
• Tubos trocadores de calor em unidades de cracker catalítico
• Componentes do forno e conjuntos de tubos radiantes
• Juntas de expansão e foles em dutos-de alta temperatura
• Componentes de exaustão aeroespacial e pós-combustão

Soldagem e fabricação: 316L é mais tolerante

Ambas as classes são soldáveis ​​por métodos austeníticos padrão: GTAW (TIG), GMAW (MIG), SMAW (stick) e SAW. Mas a experiência de fabricação é diferente.

316L é a classe mais fácil de trabalhar em uma oficina ou em campo. O baixo teor de carbono significa que você pode soldá-lo sem se preocupar com a sensibilização na zona-afetada pelo calor e não precisa de recozimento pós{2}}solda de soldagem para restaurar a resistência à corrosão. A seleção do metal de adição é simples: ER316L para a maioria das aplicações, ou ER316LSi se desejar melhor umedecimento e um perfil de cordão mais suave.

321 requer mais atenção. O titânio que estabiliza a classe também afeta a poça de fusão. O titânio tem uma alta afinidade com o oxigênio e, na poça de fusão fundida, pode formar inclusões de óxido de titânio que aparecem como defeitos semelhantes a escória-se a cobertura do gás de proteção não for estanque. O enchimento ER347 (estabilizado-com nióbio) é comumente usado em vez do ER321 por esse motivo. O nióbio proporciona a mesma função de estabilização sem as dificuldades de soldagem que o titânio apresenta.

Para soldas de topo-a{1}}de tubo de acordo com ASME B16.9, ambas as classes soldam bem com procedimentos adequados. O problema aparece mais em soldagens complexas com múltiplos passes, configurações de juntas apertadas ou soldagem em campo onde o vento e a contaminação são fatores. Se sua fabricação envolve muita soldagem posicional ou trabalho no local, o 316L proporcionará menos dores de cabeça aos seus soldadores.

A conformabilidade é semelhante entre as duas classes. Ambos podem ser dobrados, alargados e expandidos usando técnicas de conformação austenítica padrão. 321 podem ser um pouco mais difíceis de moldar a frio-devido às partículas de carbonitreto de titânio que aumentam as taxas de endurecimento por trabalho, mas a diferença é pequena para a maioria das aplicações de tubos e conexões.

Para conexões de solda-de topo (cotovelos, tês, redutores conforme ASME B16.9 e B16.28), ambas as classes estão disponíveis na maioria dos distribuidores de estoque. No entanto, é mais provável que as conexões 316L estejam em estoque, enquanto as conexões 321 podem precisar ser encomendadas com um prazo de entrega mais longo, especialmente em tamanhos maiores ou em cronogramas não-padrão.

Dicas de compras que economizam dinheiro e evitam problemas

Verifique o certificado de teste do moinho para conteúdo de titânio em 321 pedidos.Algumas fábricas produzem 321 com titânio no mínimo (5 x carbono). Se o carbono estiver no limite superior da faixa (0,06-0,08%), o titânio deverá estar pelo menos 0,30-0,40%. Se o titânio for marginal e o carbono for alto, a estabilização pode não ser eficaz. Solicite o cálculo: Ti / (4 x C) deve ser maior que 1,0 para estabilização total.

Especifique a condição de entrega.O tubo 316L normalmente é fornecido na solução -condição recozida. 321 pode ser fornecido recozido ou estabilizado-recozido. A condição-recozida estabilizada (mantendo a 900-950 graus por 1-2 horas) maximiza a formação de carboneto de titânio e melhora a resistência à corrosão intergranular. Se sua aplicação envolver soldagem seguida de serviço corrosivo, especifique recozido estabilizado.

Não presuma que 316L e 321 são intercambiáveis ​​para aplicativos-compatíveis com código.Se o projeto foi feito para 316L (com suas tensões admissíveis específicas de acordo com a Seção II da ASME, Parte D), a substituição de 321 requer uma nova-verificação dos valores de tensão admissíveis na temperatura de projeto. A 400 graus, o 321 tem uma tensão admissível ligeiramente menor que o 316L. A 600 graus, 321 é mais alto porque 316L não tem classificação de código-nessa temperatura.

Para conexões de solda-de topo, verifique a marcação de classificação.As conexões devem ser marcadas com a classe, número de aquecimento e símbolo do fabricante de acordo com ASME B16.9. Os acessórios WP316L e WP321 parecem idênticos. Se o seu armazém armazena ambos, a codificação por cores ou o armazenamento segregado são essenciais. Vimos projetos onde 321 conexões foram instaladas em um sistema 316L e vice-versa, descobertos somente quando a classe errada falhou prematuramente.

Solicite material extra para 321 projetos.Como o estoque do 321 é menos comum, reordenar uma pequena quantidade no meio do-projeto pode significar uma espera de 6-semanas. Encomende 5-10% extra, especialmente para tamanhos ou horários fora do padrão. O custo de manutenção do excedente 321 é inferior ao risco de escassez no cronograma.

Conclusão

Escolher entre 316L e 321 raramente é difícil depois de definir claramente as condições de serviço. O problema é que muitos compradores tomam a decisão sem caracterizar totalmente o ambiente, optando pela nota que sempre utilizaram. Isso funciona até que não funcione.

Se você estiver especificando um tubo para um novo projeto, dedique algum tempo documentando a temperatura operacional, a exposição a cloretos, a concentração de ácido e a vida útil do projeto. Esses quatro parâmetros lhe dirão qual nota você precisa de forma mais confiável do que qualquer tabela de comparação. E se você precisar de ajuda para obter qualquer um dos tipos, com certificações completas de fábrica e envio global, oferecemos 316L e 321 em formatos sem costura e soldados, juntamente com acessórios-de solda e flanges correspondentes de acordo com ASME B16.9, B16.11 e B16.5.

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