Acero inoxidable de doble calidad 304/304L, 316/316L

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Los aceros inoxidables austeníticos son los aceros inoxidables más utilizados, representando alrededor del 75% del consumo total de acero inoxidable. El rápido desarrollo de la industria química y la industria petroquímica ha planteado requisitos más elevados en cuanto a la resistencia a la corrosión y la resistencia del acero inoxidable. Por ejemplo, los aceros inoxidables de doble calidad 304/304L tienen un contenido de carbono más bajo, inferior al 0,03%, lo que cumple con los requisitos de los aceros inoxidables 304L, mientras que su ductilidad y resistencia a la tracción son superiores al límite inferior del acero inoxidable 304, por lo que se puede definir como 304/304L Acero inoxidable de doble calidad, es decir, su composición química cumple con la del acero inoxidable 304L y sus propiedades mecánicas cumplen con los requisitos del acero inoxidable 304. De manera similar, una lámina de acero inoxidable puede ser certificada como 304/304H porque tiene un contenido de carbono suficiente para cumplir con el requisito de 304H (0,040% mínimo) y también cumple con los requisitos de tamaño de grano y resistencia del acero inoxidable 304H; existen también 316/316L.316L y otros grados duplos de acero inoxidable.

Lo más importante es la diferencia en el carbono y la fuerza resultante. El carbono es un elemento estabilizante austenítico eficaz y puede considerarse como una impureza o un elemento de aleación que mejora la resistencia del acero inoxidable, especialmente a altas temperaturas. El contenido de carbono en la mayoría de los aceros inoxidables austeníticos está por debajo de 0,02% ~ 0,04%. Para tener una buena resistencia a la corrosión después de la soldadura, el contenido de carbono del acero inoxidable de bajo carbono se controla por debajo de 0,030%. Para mejorar la resistencia a altas temperaturas, se mantiene el contenido de carbono alto o de grado “H” en 0,04% o ligeramente superior.

Los átomos de carbono más pequeños en la estructura cúbica centrada en el plano son en los espacios intersticiales entre los átomos de Cr, Ni y Mo más grandes, lo que limita el movimiento de las dislocaciones, dificulta la deformación por ductilidad y refuerza el acero inoxidable. Bajo la condición de temperaturas elevadas, como en el proceso de soldadura, el carbono tiene una fuerte tendencia a precipitar el cromo en la matriz del acero inoxidable con carburo rico en cromo, y la segunda fase tiende a precipitarse en la zona de grano en lugar del centro del grano, por lo que el cromo-carburo es fácil de formar en la zona de grano.

El cromo es un elemento necesario para mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable, pero el carburo de cromo se retira de la matriz del acero inoxidable, por lo que la resistencia a la corrosión aquí es inferior a la del resto de la matriz del acero inoxidable. Aumentar el contenido de carbono puede ampliar el rango de temperaturas, lo que reduce el tiempo de sensibilización o la pérdida de resistencia a la corrosión, mientras que reducir el contenido de carbono puede retrasar o evitar por completo la formación de carburo durante la soldadura. Los grados de carbono bajos, como el acero inoxidable 304L y el 316L con un contenido de carbono inferior a 0,030%, y la mayoría de los grados de austenita de aleación más elevada, como el acero inoxidable 6%Mo, tienen un contenido de carbono inferior a 0,020%. Para compensar la disminución de la resistencia debido al descenso del contenido de carbono, a veces se añade otro elemento intersticial, el nitrógeno, para fortalecer el acero inoxidable.

El acero inoxidable de doble grado tiene tanto la alta resistencia del acero inoxidable convencional como la resistencia a la corrosión del acero inoxidable de bajo contenido de carbono. Puede resolver el problema de la baja resistencia de la unión de soldadura de la mayoría del acero inoxidable austenítico, y se ha utilizado ampliamente en equipos de estaciones de recepción de GNL a baja temperatura y en tuberías de gran diámetro. El precio del acero inoxidable de doble grado es básicamente el mismo que el del acero inoxidable de bajo contenido de carbono. Actualmente, varios astilleros chinos pueden suministrar estas calidades para el mercado maduro; cualquier interesado puede contactarnos.

 

¿Qué es el acero Super 304H?

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Con el desarrollo de unidades ultra-supercríticas, la resistencia a altas temperaturas de los aceros inoxidables austeníticos tradicionales de 18-8 (como el acero TP304H) no ha podido satisfacer sus necesidades con parámetros de vapor de 600 °C. Por esta razón, la empresa japonesa Sumitomo Metal Corporation ha desarrollado nuevos materiales para la tubería de calentamiento de la superficie del caldero de la unidad, como el acero TP347HFG, el acero SUPER304H y el acero HR3C. El acero Super 304H es un nuevo tipo de acero Acero 18-8Se utiliza principalmente en la fabricación de supercalentadores y reescaladores de calderas ultra-supercríticas cuya temperatura de la pared metálica no supere los 700 °C. Actualmente, la empresa Mannesmann (antiguamente DMV Company) de Shasqida, en Alemania, también produce tubos de acero similares, con la calidad DMV 304HCU.

El acero Super304H es el acero que reduce el contenido de Mn, Si, Cr y Ni, basado en el acero TP304H, añadiendo 2,5% ~ 3,5% Cu y 0,30% ~ 0,60% de Nb y 0,05% ~ 0,12% de N, para producir la fase de precipitación difusiva y la fase reforzada rica en cobre que se produce en servicio, y se produce un fortalecimiento de la fase por precipitación con NbC(N), NbCrN y M23C6, lo que aumenta considerablemente la tensión permitida a temperatura de servicio y la tensión permitida a 600 ~ 650 °C es 30% superior a la del acero TP347H. La resistencia a la oxidación por vapor del acero es comparable a la del acero TP347HFG y significativamente mejor que la del acero TP321H. Está catalogado en el Código ASME Case 2328-1, en la norma ASTM A-213, con el número S30432.

 

La composición química del acero inoxidable Super 304H

C Sí Mn P S Cr No N Al B Nb Cu V Mo
0.08 0.21 0.79 0.03 0.001 18.42 8.66 0.11 0.007 0.004 0.5 2.77 0.04 0.35

 

La propiedad mecánica del acero Super 304H

Resistencia a la tracción, MPa Resistencia a la tracción, MPa Extensión, %
360/350 640/645 58/60

 

Debido a los altos parámetros de vapor de las unidades ultra-supercríticas, la resistencia a la oxidación del acero utilizado en las piezas de presión de alta temperatura de las centrales eléctricas se vuelve muy importante. En general, la pared interna del tubo de acero super 304H se pulimenta mediante chorro de arena para mejorar el rendimiento contra la oxidación por vapor. Se formó una capa de chorro de arena de 30 μm de espesor en la superficie interna del tubo de acero y su microestructura se refinó en comparación con la del tubo de acero sin pulimento. Después de la prueba de oxidación por vapor a 650 °C y 600 h, la capa de óxido de la tubena de acero tratada con chorro de arena es más fina y densa y la resistencia a la oxidación por vapor del tubo de acero se mejora. Actualmente, varias de las principales empresas siderúrgicas de China han producido un acero de grado similar 10CrL8Ni9NbCu3Bn, especificado en GB 5310-2008, que actualmente se utiliza en varios proyectos de unidades ultra-supercríticas en China.

¿El acero inoxidable 304 es magnético?

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Los consumidores comunes tienen algunas confusiones sobre el acero inoxidable: piensan que el acero inoxidable magnético no es acero inoxidable 304. Como sabemos, según la estructura a temperatura ambiente, el acero inoxidable se puede dividir en austenita, como 201, 304, 321, 316, 310, Martensita o ferrita, como 430, 420, 410. Las austenitas son no magnéticas o débilmente magnéticas, mientras que la ferrita o la martensita son magnéticas. El acero inoxidable 304 es una aleación representativa del acero inoxidable austenítico, tiene una excelente trabajabilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión, representa el 60% del consumo mundial de acero inoxidable, generalmente no es magnético, pero a veces es magnético o tiene una magnética débil debido a fluctuaciones en la composición química durante la fundición o durante el proceso de fabricación, pero no podemos considerar que sea falso o de calidad inferior. ¿Cuál es la razón?

El acero inoxidable 304 es un acero metastable, es una estructura de austenita única después del estado de recocido, sin magnetismo. La segregación de la composición de la fundición o un tratamiento térmico inadecuado producirán una pequeña cantidad de estructura de martensita o ferrita, por lo que tendrá un débil magnetismo. Además, después del procesamiento en frío (como el estampado, el estiramiento, el laminado, etc.), parte de la estructura de austenita también experimentó un cambio de fase (generalmente mutagénesis a martensita) y adquirió magnetismo.

Por ejemplo, en el mismo lote de tiras de acero, el diámetro exterior del tubo de acero de 76 mm no presenta ningún efecto magnético evidente, mientras que el diámetro exterior del tubo de acero de 9,5 mm presenta un efecto magnético evidente. Las propiedades magnéticas del tubo rectangular cuadrado son más evidentes debido a que la deformación por flexión a frío es mayor que la del tubo redondo, especialmente en la parte de flexión.

La mayor parte de la parte inferior del fregadero está hecha de acero inoxidable 304. Muchos consumidores determinan que es acero inoxidable de grado 304 según si el depósito de agua es magnético o no. Actualmente, existen muchos tipos de tecnología de procesamiento para el fregadero, como la soldadura por compresión, la soldadura por compresión integral, etc. Si se utiliza la soldadura por compresión de material 304, generalmente se realiza un templado después del proceso de fabricación de la placa; no es magnético ni es magnético débil (debido al tratamiento superficial del fregadero); una de las técnicas de fabricación para el fregadero es la formación por extrusión, que requiere varios procesos de estiramiento, templado general y luego estiramiento (el templado aumenta el coste y el acero inoxidable 304 no necesita templado de nuevo); esto es un fenómeno muy normal.

Cuando los muelles de acero inoxidable se utilizan en los intercambiadores de calor de la carcasa

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El intercambiador de calor de manguito es una mejora basada en un intercambiador de calor de manguito recto. El diseño de la cresta y la depresión de la onda heredan las ventajas del intercambiador de calor tubular, como la durabilidad y la seguridad, y al mismo tiempo superan los defectos como la mala capacidad de transferencia de calor y la fácil acumulación de depósitos. El principio consiste en mejorar el coeficiente total de transferencia de calor para reducir la superficie de transferencia de calor requerida, lo que puede ahorrar materiales y reducir el peso bajo el mismo efecto de transferencia de calor.

Porque el cuerpo del balde se procesa mediante prensado en frío tubo brillante Generalmente se cree que el cuerpo del émbolo se puede fortalecer después de su formación. Los experimentos de estabilidad a la presión externa muestran que la inestabilidad del tubo de intercambio térmico corrugado bajo presión externa se produce primero en la sección recta del tubo, y el tubo corrugado solo será inestable si la presión externa continúa aumentando. Esto indica que la estabilidad de la sección corrugada es mejor que la de la sección recta y que la presión crítica de la sección corrugada es mayor que la de la sección recta.

Los experimentos muestran que la ondulación de la deformación de flexión se produce en la cavidad de la onda, especialmente en la cavidad de onda local, generalmente no más de dos cavidades en el mismo momento; esto indica que la estabilidad de la cresta de la onda es mejor que la de la cavidad, pero a veces también puede producirse lo contrario: en el proceso de presión en frío, tanto la cavidad como el espesor de la pared de la sección recta son constantes; después de la presión en frío, el tubo en realidad se vuelve más corto.

La existencia de picos y valles de onda en el balón aumenta el efecto de la convección de intercambio de calor radial en los tubos, como se muestra en la figura siguiente:

La convección radial tiene una gran influencia en el coeficiente de transferencia de calor total, que es la razón fundamental de la baja precio y la ligera construcción del intercambiador de calor de placa de doble tubo. El área de intercambio de calor del tubo La superficie corporal del balde y el tubo recto son grandes a la misma longitud, pero este cambio es mucho menor que la contribución del cambio en el valor del coeficiente. Se puede observar claramente que la velocidad de flujo del tubo recto (luz) se reduce significativamente cuando se encuentra cerca de la pared del tubo.

El intercambiador de calor de carcasa con balones puede hacer que la velocidad y la dirección del fluido cambien constantemente para formar turbulencias, en comparación con un intercambiador de tubos rectos, lo que hace que el intercambio de calor con la pared no exista más. Se puede aumentar el coeficiente de transferencia de calor en un 2 a 3 veces, y la operación real incluso puede llegar a 5 veces, y el peso es ligero, razón por la cual el precio del intercambiador de calor de balones es más bajo que el del intercambiador de tubos rectos. De acuerdo con los cálculos y la experiencia práctica, el coeficiente de transferencia de calor total de un intercambiador de balones de 1 mm de espesor es 10% veces inferior al de un intercambiador de balones de 0,5 mm de espesor. Los datos de operación de cientos de intercambiadores de balones muestran que el espesor de la pared (casi todos de 0,5 mm) es la principal razón para que funcionen durante 10 a 14 años sin reparaciones ni daños importantes.

Además, el intercambiador de calor de balones puede resistir eficazmente el impacto de un martillo de agua. La carcasa del intercambiador de calor de placa de doble tubo está conectada a una junta de expansión. Si sufre el impacto de un martillo de agua, la junta de expansión se desajustará. Esto ocurre tanto con los intercambiadores de calor de balones como con los intercambiadores de calor de tubo recto, y la deformación de la carcasa puede hacer que el tubo se torce. Esto se debe a que los balones tienen más margen de expansión, el margen elástico de la deformación es grande, es decir, la capacidad de resistir la inestabilidad es fuerte en este caso. Pero en cualquier caso, en el proceso de instalación para evitar la aparición de un martillo de agua, se puede tomar medidas como el uso de una válvula de asiento angular, un interruptor de retardo y otras medidas.

Ventajas del intercambiador de calor de carcasa de acero inoxidable

  • Alta eficiencia de transferencia de calor

El diseño especial de la cresta y la depresión del muelle hace que el flujo de fluido se produzca debido a la mutación continua de la sección interior y exterior del tubo, formando así una fuerte turbulencia. Incluso en el caso de una velocidad de flujo muy baja, el fluido puede generar una fuerte perturbación dentro y fuera del tubo, lo que mejora considerablemente el coeficiente de transferencia de calor del tubo de intercambio de calor. El coeficiente de transferencia de calor es 2 a 3 veces mayor que el de los intercambiadores de calor de tubo tradicionales.

  • Sin escalado ni bloqueo

El medio dentro y fuera del balde siempre se encuentra en un estado muy turbulento, lo que hace que las partículas sólidas en el medio sean difíciles de depositar como escamas; Por otra parte, debido a la diferencia de temperatura del medio, se producirá una deformación por expansión axial; la curvatura cambiará con frecuencia; el tubo de intercambio de suciedad y calor producirá una gran fuerza de tracción; incluso si la escama se detiene, se desprenderá automáticamente, de modo que el intercambiador de calor siempre mantendrá un rendimiento de transferencia de calor duradero y mejor.

  • Compensación automática

La estructura y la forma especiales de los muelles pueden reducir eficazmente la tensión térmica en condiciones de calentamiento sin la necesidad de añadir juntas de expansión, simplificando así la estructura de los productos y mejorando su fiabilidad.

  • Vida útil larga

La capacidad de expansión axial se mejora, lo que reduce eficazmente la tensión de la diferencia de temperatura y puede adaptarse a las grandes variaciones de temperatura y presión, por lo que no se producirá ninguna fuga causada por la rotura de la boca del tubo. La conexión entre la placa de barrera y el balón prolonga la vida útil del intercambiador de calor.

 

Acero inoxidable 304 vs acero inoxidable 403

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Los grados 304 y 430 son materiales de acero inoxidable comúnmente utilizados. El acero inoxidable 304 es un tipo general de acero inoxidable austenítico de cromo-níquel, cuya densidad es de 7,93 g/cm3 y que, también conocido como acero inoxidable 18/8, es una de las series de acero inoxidable más utilizadas. Este acero puede soportar temperaturas de hasta 800 °C y tiene un buen rendimiento de procesamiento y dureza, siendo ampliamente utilizado en aplicaciones que requieren un buen rendimiento general (resistencia a la corrosión y dureza). El acero inoxidable 304L es una versión de bajo contenido de carbono del acero inoxidable 304, que no requiere recocido posterior, por lo que se utiliza ampliamente en piezas de calibre grueso (aproximadamente de 5 mm y más). El contenido más alto de carbono del acero inoxidable 304H permite utilizarlo a altas temperaturas. La estructura austenítica recocida también proporciona a estas series una excelente resistencia a la tracción, incluso a bajas temperaturas de congelación.

El acero inoxidable de alto contenido de cromo y bajo contenido de carbono 430 es uno de los aceros inoxidables ferríticos más comunes, tiene una buena resistencia a la corrosión, también conocido como 18/0 o 18-0, es uno de los aceros inoxidables de la serie 400. Puede ser ligeramente reforzado mediante mecanizado a frío, pero su resistencia a bajas temperaturas es deficiente y generalmente no se puede endurecer mediante tratamiento térmico. Su conductividad térmica es mejor que la de la austenita, el coeficiente de expansión térmica es menor que la austenita, la resistencia a la fatiga térmica, la adición del elemento estabilizante titanio hace que la parte de la soldadura de la propiedad mecánica sea buena, se puede utilizar para la decoración de edificios, piezas de quemadores de combustible, electrodomésticos, piezas de electrodomésticos. 430F es un tipo de acero con un rendimiento de corte libre en el acero 430, utilizado principalmente en tornos automáticos, tornillos y tuercas, etc. 430LX añade Ti o Nb al acero 430, reduce el contenido de C y mejora el rendimiento de procesamiento y la resistencia a la soldadura. Se utiliza principalmente para tanques de agua caliente, sistemas de calefacción de agua, electrodomésticos sanitarios, electrodomésticos duraderos para el hogar, volantes de bicicletas, etc.

 

De acuerdo con la norma ASTM A240- Especificaciones para placas, láminas y tiras de acero inoxidable de cromo y níquel-cromo para vasos de presión y usos generales, el acero inoxidable 430 debe contener menos de 0,12% carbono, entre 16-18% cromo y menos de 0,75% níquel, la diferencia entre 304 y 430 como se muestra en la siguiente tabla:

Comparación de la composición química 

UNS C Mn P S Sí Cr No Mo
S30400 0.07 2.00 0.045 0.03 0.75 17.5-19.5 8.0-10.5 /
S43000 0.12 1,00 0.04 0.03 1.00 16.0-18.0 0.75 /

 

Comparación de propiedades mecánicas

Calificaciones Resistencia a la tracción, MPa Resistencia a la tracción, MPa Alargamiento en 2/50mm, min, % Dureza, HBW
304 205 515 40 183
403 205 450 22 201

 

En resumen, difieren principalmente en los siguientes aspectos:

  • Resistencia a la corrosiónLa resistencia a la corrosión del acero inoxidable 304 es mejor que la del acero inoxidable 430. Debido a que el acero inoxidable 430 contiene entre 16,00 y 18,00% de cromo, básicamente no contiene níquel, el acero inoxidable 304 contiene más cromo y níquel;
  • EstabilidadEl acero inoxidable 430 tiene una estructura ferrítica, mientras que el acero inoxidable 304 es austenítico y es más estable que el acero inoxidable 430;
  • DurezaLa dureza del acero inoxidable 304 es mayor que la del acero inoxidable 430;
  • Conductividad térmicaLa conductividad térmica del acero inoxidable 430 de ferrita es similar a la del acero inoxidable 304;
  • Propiedades mecánicasLas propiedades mecánicas de la soldadura con acero inoxidable 430 son mejores que las del acero inoxidable 304 debido a la adición del elemento químico estable titanio.

¿Cómo afecta el nitrógeno al acero inoxidable 316LN?

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316LN es la versión basada en la adición de nitrógeno Acero 316L (0,06% ~ 0,08%), de manera que tenga las mismas características que el acero inoxidable 316L. Se ha utilizado en la fabricación de componentes estructurales de alta temperatura en reactores de enriquecimiento rápido (FBRS). La reducción del contenido de carbono reduce considerablemente la susceptibilidad a la fisuración por corrosión debido a la soldadura en entornos corrosivos posteriores. La interacción entre el escalamiento, la fatiga de bajo ciclo y el escalamiento son las consideraciones más importantes para los componentes de los reactores de enriquecimiento rápido. La resistencia a altas temperaturas de estos componentes es muy superior a la del acero inoxidable 316L. Acero inoxidable 316L Se puede mejorar el acero inoxidable 316 mediante la aleación 0.06% de ~0,08% N. En este artículo se analizará la influencia del contenido de nitrógeno superior a 0,08% en las propiedades mecánicas del acero inoxidable 316L a alta temperatura.

 

Composición química del acero inoxidable 316LN

Horno N C Mn Cr Mo No Sí S P Fe
Normas 0.06-0.22 0.02-0.03 1.6-2.0 17-18 2.3-2.5 12.0-12.5 ≤0.5 ≤0.01 ≤0.03 –
1 0.07 0.027 1,7 17.53 2.49 12.2 0.22 0.0055 0.013 –
2 0.11 0.033 1.78 17.63 2.51 12.27 0.21 0.0055 0.015 –
3 0.14 0.025 1.74 17.57 2.53 12.15 0.20 0.0041 0.017 –
4 0.22 0.028 1.70 17.57 2.54 12.36 0.20 0.0055 0.018 –

Estos cuatro lotes de acero inoxidable 316LN con un contenido de nitrógeno de 0,07%, 0,11%, 0,14% y 0,22, y un contenido de carbono de 0,03%%, fueron sometidos a pruebas para estudiar los efectos del nitrógeno en las propiedades de tracción, fluencia, fatiga de bajo ciclo y fluencia-fatiga del acero inoxidable 316LN. El objetivo de este experimento es encontrar el contenido de nitrógeno óptimo para obtener la mejor combinación de propiedades de tracción, fluencia y fatiga de bajo ciclo. Los resultados experimentales muestran que el nitrógeno puede mejorar la resistencia a la tracción, la fluencia y la fatiga del acero inoxidable austenítico. Las razones para este aumento de la resistencia incluyen la mejora de la solución, la reducción de la energía de fallo de empalme (SFE), el endurecimiento por precipitación, la formación de compuestos (solutos intersticiales), la segregación atómica y el endurecimiento ordenado. Debido a sus diferentes propiedades de intercambio de electrones, el nitrógeno disuelto en el acero inoxidable austenítico tiene un volumen de expansión mayor que el del carbono.

Además de la interacción elástica entre el nitrógeno y las dislocaciones, la interacción electrostática intersticial de las dislocaciones también influye en la resistencia. Los núcleos de dislocación se caracterizan por la ausencia de electrones libres, lo que significa que tienen una carga positiva. Los átomos de nitrógeno en los aceros inoxidables austeníticos están cargados negativamente debido a la posición de los electrones libres cerca de los átomos de nitrógeno y a la interacción electrostática entre las dislocaciones y los átomos de nitrógeno.

La energía de enlace efectiva entre el átomo de nitrógeno y la dislocación aumenta con el aumento del contenido de nitrógeno en el acero austenítico, pero la correlación no es evidente para el carbono. En los aceros austeníticos, el nitrógeno intersticial interactúa con los elementos sustituyentes y tiende a formar composiciones atómicas de sustituyentes intersticiales. El compuesto se une fácilmente a los elementos situados a la izquierda del hierro en la tabla periódica, como Mn, Cr, Ti y V. Existe una fuerte correlación entre las propiedades de la unión interatómica (es decir, la orientación versus la no orientación) y la proximidad de los átomos adyacentes en un sistema de aleación multicomponente. La unión entre los átomos metálicos facilita la ordenación de corto alcance, que es la unión de átomos de elementos diferentes. La polarización interatómica facilita el intercambio de electrones covalentes, la unión entre los átomos del mismo elemento. El carbono promueve la agregación de átomos de sustitución en la solución sólida basada en hierro, mientras que el nitrógeno facilita la ordenación a corto alcance.

En general, la resistencia a la tracción (YS) y la resistencia a la tracción final (UTS) de 316L El acero inoxidable se mejora significativamente mediante la aleación de 0,07% ~ 0,22% de nitrógeno. Se observó un aumento de la resistencia en todos los ensayos en el intervalo de temperatura de 300 ~ 1123 K. Se observó un envejecimiento dinámico por deformación dentro de un rango de temperatura limitado. El rango de temperatura del envejecimiento dinámico por deformación (DSA) disminuye con el aumento del contenido de nitrógeno.