Austenitic vs Ferritic vs Duplex Inox trong xử lý hóa học

Lựa chọn thực tế trong một trang

Nếu bạn chỉ cần một quy tắc làm việc cho nhà máy hóa chất:

• chọn austenit (e.g., 304L, 316L) dành cho các bể chứa, đường ống và bộ trao đổi nhiệt đa năng nơi nồng độ clorua và nhiệt độ ở mức vừa phải và tốc độ chế tạo là vấn đề quan trọng.
• chọn ferit (ví dụ: 430, 444, 446) đối với nước có chứa clorua ở nhiệt độ vừa phải ở mức bạn muốn chi phí thấp hơn và khả năng chống chịu clorua SCC mạnh và the duty is not highly reducing/acidic.
• chọn song công (ví dụ: 2205; siêu song công 2507) khi hàm lượng clorua cao (nước muối, nước biển, muối clorua), khi bạn cần khả năng chống rỗ cao hơn hơn 316L, hoặc khi cường độ có thể làm giảm độ dày và trọng lượng của tường.

Một mô hình tinh thần hữu ích: austenit = easiest to build , ferit = kháng SCC hiệu quả về mặt chi phí , hai mặt = cường độ clorua cao cấp .

Điểm khác biệt cơ bản: cấu trúc vi mô và hợp kim

Ba họ được xác định bởi cấu trúc vi mô, điều khiển hành vi ăn mòn, từ tính, cường độ và phản ứng hàn:

Thép không gỉ Austenit

Thường có hàm lượng Ni cao (hoặc Mn/N ở một số loại) để ổn định austenite. Các loại nhà máy hóa chất phổ biến bao gồm 304L và 316L. Chúng thường không có từ tính, có độ dẻo dai tuyệt vời và dễ tạo hình và hàn ở quy mô lớn.

Thép không gỉ Ferit

Hàm lượng Cr cao và hàm lượng Ni thấp; cấu trúc vi mô là ferit. Nhiều loại có từ tính và thường có độ giãn nở nhiệt thấp hơn và độ dẫn nhiệt tốt hơn austenit. Các loại ferritic ổn định hiện đại (với Ti/Nb) có thể khá dễ hàn đối với các mặt cắt mỏng đến trung bình.

Thép không gỉ kép

Khoảng 50/50 hỗn hợp austenite và ferrite đạt được nhờ hóa học Cr-Ni-Mo-N cân bằng. Lớp song công kết hợp cường độ cao với tăng cường rỗ clorua và khả năng kháng SCC , nhưng hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào quy trình hàn chính xác để duy trì cân bằng pha.

Hành vi ăn mòn quan trọng trong xử lý hóa học

“Thép không gỉ tốt nhất” không phải là câu trả lời duy nhất trong các nhà máy hóa chất. Sự lựa chọn đúng phụ thuộc vào cơ chế ăn mòn nào chiếm ưu thế: ăn mòn nói chung, ăn mòn rỗ/kẽ hở, nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) hoặc ăn mòn dưới lớp cặn.

Rỗ clorua và ăn mòn kẽ hở

Một cách thực tế để so sánh điện trở là Số Tương đương Điện trở Rỗ (PREN), thường gần đúng là: PREN ≈ %Cr 3,3×%Mo 16×%N. PREN cao hơn thường có nghĩa là khả năng chống rỗ clorua tốt hơn.

• 316L thường ở xung quanh PREN ~24 (hóa học điển hình), phù hợp với nhiều loại nước rửa và lượng clorua vừa phải nhưng có thể tạo thành cặn trong clorua ấm, đậm đặc và các kẽ hở kín (miếng đệm, cặn).
• Song công 2205 thường ở xung quanh PREN ~35 , cung cấp một bước tiến có ý nghĩa đối với nước muối, tiếp xúc với nước biển, muối clorua và các dòng quy trình có hàm lượng clorua cao.
• Siêu song công 2507 thường vượt quá PREN 40 , được sử dụng khi biên độ rỗ clorua phải cao (ví dụ: nước biển ấm, nước muối tốc độ cao hoặc nơi không thể tránh khỏi các kẽ hở).

Vết nứt do ăn mòn ứng suất clorua (SCC)

Clorua SCC là dạng hư hỏng cổ điển đối với thép không gỉ austenit khi clorua, ứng suất kéo và nhiệt độ cao kết hợp. Các họ song công và ferritic thường có khả năng kháng clorua SCC cao hơn nhiều trong các điều kiện tương đương.

Nếu nhà máy của bạn có lịch sử nứt vỡ ở lớp 304/316 xung quanh vật liệu cách nhiệt chứa clorua nóng, vết nhiệt hoặc nồng độ bay hơi, thì hành động khắc phục có giá trị cao thường được áp dụng. nâng cấp lên song công (hoặc lựa chọn các loại ferritic thích hợp khi hóa học cho phép) cộng với việc giải quyết các ứng suất và kẽ hở trong thiết kế.

Giảm axit và môi trường “không hoàn toàn không gỉ”

Thép không gỉ dựa vào màng thụ động; axit khử mạnh và một số hóa chất halogenua nhất định có thể làm mất ổn định tính thụ động. Trong các dịch vụ này, sự lựa chọn hợp kim có thể chuyển sang austenit hợp kim cao hơn (ví dụ: loại Ni/Mo cao) hoặc thậm chí cả vật liệu không gỉ (hợp kim niken, titan, thép lót) tùy thuộc vào thành phần hóa học, nhiệt độ và chất gây ô nhiễm chính xác.

Sức mạnh, độ dày và hành vi nhiệt

Các đặc tính cơ và nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bơm (độ rung), tải trọng vòi phun, chu kỳ nhiệt và tính kinh tế của việc chạy đường ống dài và bể chứa lớn.

Năng suất và giảm tường

Điểm mạnh năng suất nhiệt độ phòng điển hình (thứ tự cường độ) nêu bật lý do tại sao song công lại hấp dẫn đối với các vật phẩm chứa áp suất:

• Austenitic 304L/316L: thường xuyên ~200–300 MPa năng suất (điều kiện ủ).
• Song công 2205: thường xuyên ~450–550 MPa năng suất, cho phép tường mỏng hơn có cùng mức áp suất trong nhiều thiết kế.
• Các loại ferrit rất khác nhau, thường là giữa austenit và song công tùy thuộc vào loại và quá trình xử lý.

Trong thực tế mua sắm, song công có thể bù đắp mức giá mỗi kg cao hơn bằng cách giảm độ dày thành, khối lượng hàn và thép đỡ—đặc biệt là trong đường ống dài, hệ thống áp suất cao và đầu phun có lỗ khoan lớn.

Giãn nở nhiệt và chu trình nhiệt

Thép không gỉ Ferit generally have lower thermal expansion than austenitics, which can reduce thermal fatigue risk in cycling duties. Duplex typically sits between the two. If your unit sees repeated heat-up/cool-down (CIP/SIP, batch reactors, thermal swings in scrubbers), thermal expansion and joint design can be as important as corrosion resistance.

Giới hạn nhiệt độ trong sử dụng thực tế

Austenitic thường chịu được nhiệt độ cao hơn cho dịch vụ chung so với song công, trong khi song công thường bị hạn chế khi tiếp xúc kéo dài ở nhiệt độ cao, nơi mà sự thay đổi pha có thể làm giảm độ bền/hiệu suất ăn mòn. Trong các nhà máy hóa chất, điều này quan trọng đối với vỏ trao đổi nhiệt nóng, vòng ăn da nóng và các dịch vụ chứa clorua nhiệt độ cao.

Chế tạo và hàn: nơi dự án thành công hay thất bại

Các dự án xử lý hóa chất hiếm khi thất bại do thuộc tính bảng dữ liệu bị đọc sai; chúng thất bại vì lựa chọn vật liệu không phù hợp với thực tế chế tạo (kiểm soát quy trình hàn, đầu vào nhiệt, tẩy rửa/thụ động và kỷ luật QA).

Austenitic: dễ tha thứ nhất cho chế tạo

• Sự quen thuộc rộng rãi nhất của thợ hàn, khả năng cung cấp kim loại phụ rộng và khả năng định hình mạnh mẽ cho các đầu, hình nón và hình dạng vòi phun phức tạp.
• Yếu tố thành công chung: kiểm soát màu nhiệt, sau đó là làm sạch/tẩy và thụ động thích hợp để khôi phục hiệu suất ăn mòn ở vùng ẩm ướt.

Ferritic: theo dõi độ bền và độ ổn định của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt

Ferritic có thể rất tuyệt vời khi sử dụng hóa chất phù hợp, nhưng quá trình hàn có thể nhạy cảm hơn với sự phát triển của hạt và mất độ dẻo dai ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt—đặc biệt đối với các phần dày hơn hoặc các lớp không ổn định. Việc lựa chọn các loại ferritic ổn định (Ti/Nb) và các quy trình xác định chất lượng cho phạm vi độ dày thực tế là rất quan trọng.

Duplex: kỷ luật thủ tục là không thể thương lượng

Hiệu suất song công phụ thuộc vào việc duy trì sự cân bằng ferrite/austenite thích hợp và tránh các pha bất lợi. Điều đó làm cho nó nhạy hơn với nhiệt đầu vào, nhiệt độ giữa các lớp, lựa chọn chất độn và làm sạch sau hàn.

1. Đủ điều kiện WPS/PQR dành riêng cho song công; không “sao chép” các quy trình austenit.
2. Thực thi các giới hạn nhiệt độ giữa các đường truyền và nhiệt đầu vào do nhà cung cấp vật liệu quy định và trình độ chuyên môn của quy trình của bạn.
3. Chỉ định các yêu cầu làm sạch sau khi hàn (loại bỏ vết nhiệt, tẩy rửa/thụ động hóa) trong thông số kỹ thuật mua hàng, không phải là suy nghĩ sau.

Phần thưởng rất đáng kể: song công có thể loại bỏ việc làm lại do clorua-SCC điều khiển và giảm độ dày thành, nhưng chỉ khi các biện pháp kiểm soát chế tạo được thực hiện nhất quán.

Các kịch bản xử lý hóa học phổ biến và điều gì thường thắng

Cách nhanh nhất để hiểu các họ là sắp xếp chúng theo các nhiệm vụ định kỳ của nhà máy.

Đường ống và bể chứa quy trình chung (ăn mòn từ nhẹ đến trung bình)

• 304L : phổ biến cho các dịch vụ ăn mòn nhẹ không có hàm lượng clorua tăng cao (nước sinh hoạt, nhiều chất hữu cơ, muối không chứa clorua).
• 316L : nâng cấp chung khi clorua hoặc chất khử gây ô nhiễm bắt đầu thách thức 304L, đặc biệt là ở các mối nối có kẽ hở và vùng cách nhiệt ẩm ướt.

Nước muối, nước biển, muối clorua và vòng lặp có hàm lượng clorua cao

• Song công 2205 thường được chọn làm bước thực tế vượt quá 316L đối với các lề rỗ/kẽ hở và khả năng chống SCC.
• Siêu song công 2507 thường được biện minh ở những nơi có clorua và kẽ hở ấm, có oxy cùng tồn tại (ví dụ: trao đổi nhiệt nước biển, ống dẫn nước muối, khu vực rửa tích cực).

Bộ trao đổi nhiệt và dịch vụ chu trình nhiệt

Đối với các bộ trao đổi nhiệt, dòng “tốt nhất” có thể khác nhau giữa phía ống và phía vỏ. Austenit phổ biến vì dễ sử dụng và chi phí; song công có thể được chọn cho nhiệm vụ bên ống chứa clorua; ferritic có thể hấp dẫn khi rủi ro SCC clorua cao và mức độ ăn mòn ở mức vừa phải. Thiết kế mối nối, kiểm soát kẽ hở và chiến lược làm sạch cũng quan trọng như việc lựa chọn cấp độ.

Dịch vụ ăn da, axit và hóa học hỗn hợp

Hóa học hỗn hợp thường thúc đẩy việc nâng cấp trong một họ (ví dụ: từ 316L lên austenit hợp kim cao hơn) thay vì chuyển đổi họ. Nếu có axit khử mạnh hoặc hóa chất halogenua, hãy xác nhận tính tương thích với dữ liệu thử nghiệm ăn mòn hoặc kinh nghiệm thực địa đã được chứng minh trước khi cam kết sử dụng bất kỳ dòng thép không gỉ nào.

Danh sách kiểm tra quyết định về thông số kỹ thuật và RFQ

Sử dụng danh sách kiểm tra này để chuyển “austenit, ferritic và duplex” thành quyết định ở cấp độ mua sắm:

• Xác định các rủi ro ăn mòn chủ yếu: clorua (rỗ/kẽ hở), clorua SCC , axit khử, cặn/kẽ hở hoặc xói mòn-ăn mòn.
• Ghi lại nhiệt độ hoạt động và nhiệt độ khó chịu; song công có thể yêu cầu các giới hạn chặt chẽ hơn khi tiếp xúc với nhiệt độ cao kéo dài so với austenit thông thường.
• Định lượng thực tế chế tạo: độ dày, khối lượng mối hàn, năng lực của xưởng, các hạn chế về hàn tại hiện trường và yêu cầu làm sạch sau khi hàn.
• Đánh giá chi phí vòng đời, không chỉ giá hợp kim: hãy xem xét giảm độ dày của tường (song công), rủi ro ngừng hoạt động (SCC) và gánh nặng kiểm tra/sửa chữa.
• Chỉ định các tiêu chí chấp nhận: kiểm soát ferrite (đối với các mối hàn song công), loại bỏ màu nhiệt, tẩy rửa/thụ động hóa và hoàn thiện bề mặt ở các vùng bị ướt.

Kết luận: sự khác biệt cốt lõi để hành động

Đối với quá trình xử lý bằng hóa chất, những khác biệt có thể thực hiện được rất đơn giản: austenit thép không gỉ cung cấp đường cơ sở rộng nhất, thân thiện với chế tạo nhất nhưng dễ bị ảnh hưởng clorua SCC trong điều kiện sai lầm; ferit thép không gỉ có thể là sự lựa chọn tiết kiệm chi phí, chống SCC cho nhiều dịch vụ vừa phải khi các hạn chế về hàn/độ dày được tôn trọng; hai mặt thép không gỉ cung cấp khả năng chống rỗ clorua/SCC cao hơn và gần gấp đôi cường độ năng suất , khiến chúng trở thành một lựa chọn mạnh mẽ cho nước muối, muối clorua và các hệ thống chứa áp suất—với điều kiện việc hàn và kiểm soát nhiệt độ được thực hiện một cách nghiêm ngặt.