304 対 316 ステンレス鋼: 配管システム設計者のための完全な比較

簡単な回答

304 ステンレス鋼と 316 ステンレス鋼はほぼ同じ機械的特性を共有しますが、316 には 2 ～ 3% のモリブデンが添加されており、塩化物孔食や隙間腐食に対する耐性が大幅に向上しています。

海水、塩化物、凍結防止塩、または強力な化学プロセス流体にさらされる配管には 316 を指定します。-耐塩化物性よりもコスト効率が重要な一般産業用、建築用、食品グレード、淡水用の配管には 304 を指定してください。-

316 は、モリブデンとニッケルの含有量が高いため、通常 304 より 20 ～ 30% 高くなります -。早期の孔食故障を代替手段とする場合、このプレミアムは簡単に正当化されます。

304 と 316 は、工業用配管で最も広く指定されている 2 つのオーステナイト系ステンレス鋼グレードです。見た目は同じで、溶接や成形も同じで、公表されている機械的特性もほとんど変わりません-。しかし、どちらを選択するかによって、配管システムが数十年持続するか、数年以内に故障するかが決まります。このガイドでは、組成、耐食性、機械的特性、コスト、製造、用途の適合性の観点から 304 と 316 を比較し、配管システムの設計者にグレード選択の明確な標準参照基準を提供します。-

304 ステンレス鋼と 316 ステンレス鋼の基本的な違いは何ですか?

主な違いはモリブデンです。316 には 2.0 ～ 3.0% のモリブデンが含まれていますが、304 にはモリブデンが含まれていません。この単一の合金添加が 2 つのグレードの腐食性能を分けるものです。

どちらのグレードも、オーステナイト相を安定させるのに十分なニッケルを含む 18% クロム ベースで作られたオーステナイト系ステンレス鋼です。そのため、どちらも焼きなまし状態では非磁性であり、本質的に同じ強度、延性、溶接性を共有します。- ASTM A240 によると、316 (UNS S31600) は 304 (UNS S30400) と比較して、クロムの一部を交換し、モリブデンを添加していることが特徴です。モリブデンは、塩化物イオンによる攻撃に対して不動態の酸化クロム-皮膜を強化します。そのため、316 はしばしば「マリングレード」ステンレス鋼と呼ばれます。低炭素バージョンは、- 304L (S30403) と 316L (S31603) - の両方のグレードに存在しており、後のセクションで説明します。

304 と 316 の化学組成はどのように比較されますか?

316 が 304 と異なるのは、主に 2.0 ～ 3.0% のモリブデンの添加と、ニッケル範囲がやや高く (10.0 ～ 14.0% 対 . 8.0-10.5%)、それに対応してクロム範囲が低い点です。

以下の表は、両方のグレードの ASTM A240 組成制限を示しています。範囲が指定されていない限り、すべての値は重量パーセントの最大値です。

出典: ASTM A240/A240M、クロムおよびクロム-ニッケルステンレス鋼板、シート、およびストリップの標準仕様。

どのグレードがより優れた耐食性を提供しますか?

316鋼塩化物を含む酸や還元酸を含む環境では 304 よりも大幅に優れた耐食性を示します。一方、両方のグレードは、穏やかな低塩化物大気および淡水にさらされた場合でも同様に機能します。{1}{3}

ステンレス鋼の耐食性は、酸素が存在すれば傷や磨耗が発生したときに自己修復する不動態の酸化クロム皮膜によるものです。{0}{1}{1}塩化物イオンがこの皮膜を局所的に破壊し、孔食や隙間腐食を引き起こします。モリブデンは不動態層を安定化することでその破壊を阻止します。これが、316 の耐食性の利点が普遍的ではなく塩化物に特有である理由です。{4}}耐孔食性についてオーステナイトグレードをランク​​付けする一般的な方法は、%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N として計算される孔食抵抗当量数 (PREN) です。

出典: PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N; ASTM A240 に基づく一般的な中範囲の組成値。-

実際には、これは、304 が乾燥した工業用雰囲気、飲料水、食品と接触するほとんどの用途に適していることを意味します。-一方、316 は、海水への暴露、沿岸大気、凍結防止塩との接触、塩化物、硫酸塩、または希酸を含むプロセス流には標準的な選択肢です。-

境界線への曝露 - 汽水、化学飛沫ゾーン、または高-塩化物プロセス流体 - を評価する設計者は、PREN のみに依存するのではなく、ASTM G48 に準拠した孔食および隙間腐食試験を実行または指定する必要があります。これは、PREN は有用なスクリーニング ツールですが、表面仕上げ、溶接状態、実際の使用温度が考慮されていないためです。

304と316の機械的性質は異なりますか?

304 と 316 は、焼きなまし状態では本質的に同一の最小機械的特性を備えているため、機械的強度はグレード選択の差別化要因にはなりません。

どちらのグレードも同様のクロム-ニッケル含有量を含むオーステナイトであるため、ASTM A240 では同じ最小引張強さ、降伏強さ、伸び要件が割り当てられています。日常的に言及される唯一の違いは、316 の最大許容硬度がわずかに高いことです。

出典: ASTM A240/A240M 機械的特性要件、焼きなまし状態。

最小強度値が等しいため、ASME B31.3 に基づく肉厚と許容応力の計算は、中程度の温度では両方のグレードで基本的に同じになります。設計者は、強度に基づく理由で一方のグレードを選択することを期待すべきではありません。-決定は、次に説明する腐食への曝露とコストによって決定される必要があります。

304 と 316 の間にコストに大きな違いはありますか?

316 は通常、ニッケル含有量が高く、モリブデンが添加されているため、304 よりも 20 ～ 30% の価格プレミアムが付いており、どちらも不安定な世界の商品市場で価格設定されています。

ニッケルとモリブデンはステンレス鋼に使用される合金元素の中で最も高価であり、どちらも世界の鉱山生産量、ステンレス工場の需要、投機的取引に関連して大幅な価格変動の影響を受けます。 316 はより多くのニッケルを含み、304 の化学的性質にモリブデンを加えているため、その基材コストは一貫して高くなり、ニッケルまたはモリブデンの価格が急上昇すると、そのプレミアムはさらに拡大する傾向があります。

配管システムの場合、より関連性の高い比較は、材料費のみではなく、総ライフサイクル コストです。事前の材料費を節約するために、塩化物露出用途に 304 を指定すると、頻繁に孔食による漏れ、計画外の停止、早期のパイプ交換が発生し、元の 316 プレミアムよりもはるかに高額な費用がかかります。{2}{1}

溶接と製造の動作に違いはありますか?

304 と 316 の溶接と形状はほぼ同じですが、溶接部全体の耐食性を維持するには 316 溶加材 (ER316/316L) を使用する必要があります。溶接後の熱処理が現実的でない場合は、低炭素グレードまたは安定化グレードが推奨されます。{{5}

どちらのグレードも、GTAW、GMAW、SMAW プロセスを使用して容易に溶接でき、成形挙動は主にモリブデン含有量ではなく共有オーステナイト微細構造によって支配されるため、同様に冷間成形に対応します。両方のグレードの製造上の重要な考慮事項は鋭敏化です。マルチパス溶接中など、425 ～ 870 度 (800 ～ 1600 度 F) の範囲に長時間さらされると、粒界で炭化クロムが析出し、周囲のクロム マトリックスが枯渇し、熱影響部が粒界腐食を受けやすくなる可能性があります。-。このため、配管製造業者は通常、溶接配管システム用に標準炭素グレードではなく低炭素バリアント - 304L および 316L - を指定しています。-

設計者は標準の 304/316 ではなく 304L/316L を指定する必要がありますか?

はい - あらゆる溶接配管システムの場合、低炭素 L- グレード (304L、316L) がデフォルトの選択です。炭素含有量が低減されているため、溶接後の熱処理を必要とせずに鋭敏化に耐えることができます。-

304L (UNS S30403) および 316L (UNS S31603) は、炭素の上限を 0.08% ではなく 0.030% に設定しています。これにより、炭化クロムの析出が十分に遅くなり、溶接後の溶液アニーリングを行わなくても、ほとんどの配管溶接部で有害な鋭敏化が回避されます。{6}} -そのトレードオフは、標準グレードと比較して室温強度が若干低下することです。-これは ASME B31.3 許容応力表ですでに考慮されています。

標準パイプと L グレード パイプのコスト差は、製造コストと検査コストに比べて小さいため、プロセスおよび海洋サービス向けのほとんどの配管仕様は単純にデフォルトで 316L となり、溶接後に溶体化処理されるコンポーネントや、溶接入熱が無視できるコンポーネントに対しては標準 316 を確保します。-

304 配管と 316 配管のどちらが最適ですか?

304鋼淡水または乾燥した環境における一般的な産業、建築、HVAC、および食品/飲料の配管に適合します。一方、316 は、海洋、海洋、化学処理、製薬、および塩化物にさらされている環境または氷を除去する-塩類の環境ではデフォルトです。

配管システム設計者は 304 と 316 のどちらをどのように選択すればよいでしょうか?

配管システムが塩化物、海水、凍結防止塩、または強力なプロセス化学物質と接触する場合は常に 316 を選択してください。-環境が乾燥、淡水、または軽度の腐食性であり、コスト効率が優先される場合は、304 を選択してください。

配管システム設計者向けの実用的な選択チェックリスト:

化学薬品や海岸大気の現場洗浄などの断続的な暴露を含め、液体と塩化物含有量を特定します。{0}{1}

動作温度範囲を確認してください。- 両方のグレードの耐食性は高温では低下するため、より高級な合金グレードは塩化物使用で約 60 度（140 度 F）以上で保証される可能性があります。-

現場溶接が必要な配管のデフォルトは L{0}} グレード（304L/316L）です。

316 のコストプレミアムと、計画外のダウンタイム、漏れの修理、および孔食が発生した場合のパイプの交換のコストを比較検討します。

購入仕様を最終決定する前に、準拠する配管規格 (ASME B31.3) およびプロジェクト固有の材料仕様に照らしてグレードの選択を確認してください。-

よくある質問

Q: 304 パイプが指定されている場所で 316 パイプを使用できますか?

A: はい、- 316 は 304 の機械的および一般的な腐食性能を満たすかそれを超えているため、事実上あらゆる用途で 304 の代替として使用できます。逆は当てはまりません。塩化物にさらされたサービスでは 304 を 316 に置き換えるべきではありません。{6}}

Q: 316 ステンレス鋼は磁性を持ちますか?

A: 304 と 316 は両方ともオーステナイトであり、焼きなまし状態では本質的に非磁性です。ただし、どちらのグレードでも冷間加工によりわずかな磁性が発生する可能性があります。{2}}

Q: 316 と 316L の違いは何ですか?

A: 316L は最大炭素含有量が低く（. 0.08% に対して 0.030%）、室温強度において低コストで溶接関連鋭敏化に対する耐性を向上させます。-塩化物に対する耐食性は、両者とも基本的に同じです。

Q: 316 ステンレス鋼は錆びますか?

A: 316 は、高い塩化物濃度、高温、低酸素 (隙間) 条件、または損傷した不動態皮膜などの十分に攻撃的な条件下でも腐食する可能性があります - が、モリブデンが含まれているため、これらの条件には 304 よりも実質的に長く耐えられます。

Q: 316 パイプの価格は 304 パイプよりどれくらい高くなりますか?

A: 316 は通常、ニッケルとモリブデンの含有量が高いため、304 よりも 20 ～ 30% の価格プレミアムが付いていますが、正確なスプレッドはニッケルとモリブデンの市場価格によって変動します。