317L 対 316L ステンレス鋼: 余分なモリブデンが耐孔食性に違いをもたらす場合

316L鋼は、腐食用途で最も広く使用されているステンレス鋼であり、溶接が容易で、一般的な腐食に耐え、ほとんどの高級合金よりもコストが低いという正当な理由があります。しかし、316L がエンジニアを静かに失望させる故障モードが存在します。- 塩化物が豊富な環境で孔食が発生する-。海水、汽水冷却水、道路用塩、プロセス塩水、さらには沿岸の湿気によっても、316L には小さくて深い穴が発生し、金属壁を貫通して漏れが発生する可能性があります。- 多くの場合、目に見える警告なしに漏れが発生します。

317L はまさにこの状況のた​​めに存在します。 316L と 317L の違いは 1 つの元素に帰着します。モリブデン. 316L には 2-3% のモリブデンが含まれています。 317Lには3～4％入っています。追加の 1% のモリブデンとわずかに多いクロム (18 ～ 20% 対 16 ～ 18%) を組み合わせると、合金の耐孔食性が約 25% 向上します。これは、3 年持続する熱交換器と 15 年持続する熱交換器の違いを意味するのに十分です。両方のグレードの「L」は「低炭素」(0.03% 以下) を意味するため、どちらも鋭敏化することなくきれいに溶接されます。

316L コンポーネントに塩化物イオン (Cl⁻) -、特に温または酸性の塩化物 - が検出され、孔食が心配な故障モードである場合は、317L にアップグレードしてください。 15-30% のコストプレミアムにより、約 25% 高い耐孔食性が得られます。これは、塩化物による孔食障害に対する安価な保険となります。環境に塩化物が存在しない場合、通常は 316L で十分であり、より経済的です。つまり、316L がデフォルト、317L が塩化物アップグレードです。

化学組成

316L と 317L は同じオーステナイト系と同じ超低炭素 (0.03% 以下) を共有していますが、モリブデン (2-3% 対 3-4%)、クロム (16-18% 対 18-20%)、ニッケル (10-14% 対 10-14%) の 3 つの合金元素が異なります。 11〜15％）。追加のモリブデンが決定的な違いです。これは、塩化物環境における孔食や隙間腐食に耐える元素です。 2 つのグレードに関するその他の点は基本的に同じです。

どちらのグレードも 300- シリーズのオーステナイト系ステンレス鋼ファミリーに属し、溶接鋭敏化に対する最大の耐性を示す「低炭素」(0.03% 以下) を意味する「L」接尾辞が付いています。モリブデンは、316/317 ファミリを普通の 304 から区別する決定的な合金元素です。316L では、モリブデンの範囲は 2% ～ 3% です。 317L では、3% ～ 4% の範囲になります。これは意味のあるジャンプです。モリブデンは高価で強力であり、モリブデンを約 2.5% から約 3.5% に増やすことで、316L が「海洋グレード」合金に変わります。

モリブデンが孔食に強い理由 - わかりやすい言葉で表す科学

モリブデンは鋼表面の保護酸化クロム皮膜を強化し、自己修復性を高めるため、孔食を防ぎます。{0}}塩化物イオンがフィルムの弱点を攻撃すると、合金内のモリブデンが水と反応してモリブデン酸塩を形成し、損傷したフィルムを修復します。-モリブデンの量が増えると、= より早く、より完全な自己修復が可能になり、-、漏れに発展する穴が減ります。=。これが、ステンレス鋼の耐孔食性がモリブデン含有量にほぼ直接的に比例する理由です。

ステンレス鋼は、酸素の存在下で表面に形成される目に見えない自己修復性の酸化クロム (Cr₂O₃) 膜のおかげで腐食に耐えます。-このフィルムの厚さはわずか数ナノメートルです - 人間の髪の毛より数千倍も薄い - ですが、これがステンレス鋼を「ステンレス」たらしめているのです。問題は、塩化物イオンが強力なフィルム破壊剤であることです。-塩化物イオンは、酸化膜の微細な弱点（硫化物含有物、傷、粒界）を突き破り、その下の地金を攻撃する可能性があります。

ピットが始まると、ピットは自動的に加速します。-ピットの内部は酸性になり酸素が不足し、膜の再形成が妨げられます。一方、周囲の金属は不動態のままです。-これにより、小さなガルバニ電池 -、小型電池 - が作成されます。ピットの内部が陽極 (急速に腐食)、周囲の表面が陰極 (保護) になります。その結果、壁の厚さ全体を貫通する狭くて深い穴ができますが、表面の残りの部分は何も触れられていないように見えます。孔食は局所的なものであるからこそ危険です。パイプは腐食によって総重量の 0.01% を失う可能性がありますが、単一の壁貫通孔から完全に破損する可能性があります。-

モリブデンはこのプロセスを中断します。合金中のモリブデンはピット溶液に溶解し、金属表面の再不動態化を助けます。-モリブデン酸塩化合物を形成して攻撃を遮断し、酸化膜の再形成を可能にします。-モリブデンの含有量が多いということは、合金が膜の損傷を塩化物が破壊するよりも早く修復できることを意味します。これが、モリブデンを約 3.5% 含む 317L の方が、モリブデンを約 2.5% 含む 316L よりも耐孔食性が大幅に優れている理由です。

PREN - 孔食抵抗を数値化した数値

PREN (孔食抵抗相当数) は、ステンレス鋼の孔食耐性をランク付けする標準的な方法です。PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. 316L の PREN は約 24-26; 317L の PREN は約 29 ～ 31 です。この 5 ポイントのギャップは、塩化物孔食に対する耐性が実際に目に見える改善を示しています。これはほぼ完全に 1% のモリブデンの追加によるものです。

PREN 式は迅速なスクリーニング ツールであり、保証ではありません。これは、グレードが特定の塩化物環境に対して妥当な候補であるかどうかを 1 つの数値で示します。経験則として、PREN が 20 未満の場合は、重大な塩化物への曝露には不適切です。 PREN 20-30 は軽度から中程度の塩化物 (汽水、軽い海水の飛沫) を処理します。 PREN 30-40 は攻撃的な塩化物 (海水浸漬、温かい塩水) を処理します。過酷な使用（熱海水、漂白剤、酸性塩化物）には 40 を超える PREN が必要です。 316L と 317L がどこに該当するかに注目してください。316L は「中程度」バンドの底部近くに位置していますが、317L はその頂点に達しています。ただし、真の海水グレードの合金にはまだ及ばないものの、意味のあるステップアップです。

耐食性

塩化物-を含む環境では、317L は 316L よりも孔食や隙間腐食に対する耐性が決定的に優れています。 317L の臨界孔食温度 (CPT) はおよそ 25-35 度ですが、316L では 15-20 度です。つまり、317L は孔食が始まる前に 10 ～ 15 度高い塩化物溶液に耐えることができます。隙間腐食の場合、ギャップは同様です。317L は、特にガスケット、堆積物、および留め具の下で、316L を急速に隙間腐食させる塩化物条件でも生き残ります。

孔食は、滑らかな表面に小さくて深い穴を形成する局所的な腐食です。隙間腐食はその近縁種であり、ガスケット、ワッシャー、ボルト頭、溶接スパッタ、海洋成長物、または堆積した堆積物の下にある狭い隙間 - で発生する攻撃であり、環境がよどみ、酸素が枯渇し、酸性化している-。隙間腐食は、保護膜の修復に必要な酸素を排除しながら、隙間の形状が塩化物や酸を捕捉するため、一般に孔食よりも進行性です。

どちらの破損モードも臨界温度によって特徴付けられます。CPT (臨界孔食温度) または CCT (臨界隙間温度) 未満では、合金は攻撃に耐えます。それを超えると、攻撃が開始され、伝播します。これらの温度は、塩化第二鉄溶液中での標準化試験 (ASTM G48) によって測定されます。 316L の CPT は通常約 15 ～ 20 度ですが、317L のテストでは約 25 ～ 35 度です。この 10 ～ 15 度の差は、実際には非常に重要です。これは、熱帯の海水に耐えられる熱交換器と、数か月以内に穴が開く熱交換器との違いです。

硫酸とリン酸 - 317L のその他の利点

317L は孔食以外にも、還元酸 -、特に硫酸やリン酸 - において 316L よりも優れています。これは、モリブデン、クロム、ニッケルの含有量が高く、これらの酸内で見られる還元 (酸素欠乏) 条件に対する耐性が向上しているためです。これが、317L が化学および食品産業におけるリン酸蒸発器、脂肪酸処理、および硫酸処理用の伝統的な材料である理由です。

これは多くのエンジニアが見落としている重要な点です。317L は 316L よりも「耐孔食性が高い」だけでなく、特定の酸に対する耐性も優れています。-硫酸 (H₂SO₄) とリン酸 (H₃PO₄) は還元酸です。つまり、酸素が豊富な表面ではなく、酸素が不足している金属 -、酸自体 - の内部を攻撃します。-。 317L にはクロム (18 ～ 20%)、モリブデン (3 ～ 4%)、ニッケル (11 ～ 15%) が含まれているため、これらの還元条件に対する耐性が 316L よりも優れています。

典型的な例は、リン酸の生成と蒸発です。湿式-プロセスのリン酸には、316L に穴を開ける塩化物やフッ化物が含まれているため、このサービスでは 317L が蒸発管、ヒーター、ポンプの標準材料となります。同様に、脂肪酸処理 (食用油、石鹸、洗剤) では、317L は 316L よりも高温の酸性条件に対して優れた耐性を示します。用途に硫酸またはリン酸が含まれる場合は、たとえ中程度の濃度であっても -、- 317L がより安全な選択です。

全体的な腐食

非-塩化物、-非酸性環境-の大気暴露、淡水、食品中の弱有機酸での一般（均一）腐食の場合、一般的な耐食性は主にクロム含有量によって決まり、両グレードで近いため、L と 317L は本質的に同様に機能します。このような穏やかな環境では、317L のプレミアムは何も得られません。そのため、316L が汎用腐食サービスの経済的なデフォルトであり続けるのです。-

これは 317L の利点に対する重要な対極です。つまり、317L の方が普遍的に優れているわけではありません。塩化物や還元酸のない環境では、317L に含まれる余分なモリブデンが無駄になり、使用しない耐食性のために 15-30% 多く支払うことになります。塩水を使用しない食品加工、製薬機器、建築用途、および塩化物を含まない一般的な化学薬品の取り扱いには、316L が正しく経済的な選択です。材料選択のスキルは、塩化物または酸の脅威が 317L アップグレードを正当化するのに十分なほど現実的になる時期を知ることです。

機械的性質

317L は室温で 316L よりわずかに強いです。最小引張強さは 316L の 485 MPa (70 ksi) に対して 515 MPa (75 ksi) であり、最小降伏強さは 170 MPa (25 ksi) に対して 205 MPa (30 ksi) です。この 6-20% の強度の利点は、クロム、モリブデン、窒素の含有量が高いことによるものですが、これは小さな要因であり、317L を選択する理由ではありません。 317L を使用するかどうかは、強度ではなく耐食性によって決まりました。

成形性と加工性

どちらのグレードも完全にオーステナイト系であり、成形性、溶接性、延性に優れています。{0}L は、合金含有量が高いため 316L よりも冷間加工がわずかに困難です（加工硬化が少し早くなります）が、実際には違いはわずかです。{{3}機械加工に関しては、どちらのグレードも同様ですが、317L の合金含有量が高いため、機械加工性がわずかに低下します。どちらのグレードも熱処理では硬化できません - 冷間加工によってのみ硬化します。

製造者向けの実用的な注意事項: 317L にはモリブデン、クロム、ニッケルが多く含まれているため、冷間成形や機械加工中に 316L よりも若干速く加工硬化します。-これは、工具交換の頻度が若干高くなり、若干大きな曲げ半径が必要になる場合があることを意味します。ただし、圧倒的多数の用途 - パイプ、継手、フランジ、プレート、シート - 317L は、標準的なステンレス鋼の手法を使用して、本質的に 316L と同じ容易さで製造されます。

[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。

溶接 - どちらもきれいに溶接されていますが、フィラー金属は一致しています

316L と 317L はどちらも炭素含有量が 0.03% 以下の L- グレードであるため、どちらも溶接後の熱処理なしできれいに溶接され、-溶接された状態での鋭敏化に耐えます。-重要なルールはフィラー金属の選択です。317L 継手の場合は、溶接金属が母材のより高いモリブデン含有量と一致するように、ER317L フィラー (AWS A5.9) を使用します。 317L 継手に 316L フィラーを使用すると、塩化物用途での潜在的な孔食の弱点となる下部-PREN 溶接ゾーン - が作成されます。

フィラーメタルトラップ

317L - を溶接する場合、または 316L と 317L - を接合する場合は、ER317L 溶加材を使用してください。溶接金属には、より耐食性の高い母材と少なくとも同量のモリブデンが含まれている必要があります。- ER316L フィラーを使用して 317L を溶接すると、溶接ビードが腐食の弱点となり、周囲の 317L - よりも先に孔食が発生し、317L を指定する目的全体が無効になります。

これは現場でよくある、コストのかかる間違いです。 316L の溶接に慣れている製造者は、自動的に ER316L フィラーを手に入れることができます。接合部が実際に 317L (または 316L- ～ -317L) の場合、溶着された溶接金属には最大 2.5% のモリブデンしか含まれず、母材には最大 3.5% のモリブデンが含まれます。塩化物環境では、PREN - が低い溶接ビード - が最初に孔食が発生します。その結果、追加コストの 317L が保護を提供するはずだった箇所で、溶接部が優先腐食によって破損します。 317L 作業には、必ず ER317L フィラーを指定して確認してください。

[出典] AWS A5.9/A5.9M - 裸ステンレス鋼の溶接電極および棒の仕様。

よくある質問

Q: 316L と 317L の違いは何ですか?

A: 違いはモリブデンとクロムの含有量です. 316L には 2～3% のモリブデンと 16～18% のクロムが含まれています。 317L には 3 ～ 4% のモリブデンと 18 ～ 20% のクロムが含まれています。どちらも炭素含有量は 0.03% 以下です。 317L に含まれる追加のモリブデンにより、塩化物環境における孔食や隙間腐食に対する耐性が約 25% 向上し、さらに硫酸やリン酸などの還元酸に対する耐性も向上します。

Q: 316L の代わりに 317L を使用する必要があるのはどのような場合ですか?

A: 316L に穴あきや腐食を引き起こす塩化物 (海水、汽水、塩水、漂白剤) または還元酸 (硫酸、リン酸、脂肪酸) が環境に含まれる場合は、317L を使用してください。一般的な用途: 排ガス脱硫スクラバー、リン酸蒸発器、脂肪酸処理、パルプおよび紙の漂白、海水/汽水熱交換器。環境に塩化物や還元酸がない場合は、316L で十分であり、安価です。

Q: 317L は 316L より高価ですか?

A: はい、317L は通常、316L よりも 15-30% 高くなります。これは、すべて高価な合金元素であるモリブデン、クロム、ニッケル - が多く含まれているためです。材料のアップグレードよりもはるかに費用がかかる孔食故障を防止できる場合、プレミアムは正当化されます。塩化物を含まない環境では、プレミアムは無駄になるため、316L の方が価値があります。

Q：PRENとは何ですか？

A: PREN (孔食抵抗等価数) は孔食抵抗を推定する式です: PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N。高いほど良い. 316L の PREN は ~24-26; 317Lは〜29〜31です。大まかなガイドとして、海水サービスには 32 以上の PREN が必要で、重度の塩化物サービスには 40 以上の PREN が必要です。. 317L が約 30 であることは、316L を超える意味のあるステップですが、904L やスーパー二相合金などの真の海水グレードの合金にはまだ下回っています。

Q: 317Lは溶接できますか?

A: はい、317L は溶接が容易で、炭素含有量が 0.03% 以下であるため、316L と同様に溶接後の熱処理は必要ありません。-重要なルールは、溶接金属が母材のより高いモリブデン含有量と一致するように、ER317L 溶加材 (AWS A5.9) を使用することです。 317L 接合部に 316L フィラーを使用すると、PREN 溶接ビードが低くなり、塩化物で周囲の金属よりも先に孔食が発生します。{10}

Q: 317Lは海水に適していますか?

A: 317L is better than 316L in seawater, but it is not the ultimate seawater material. For continuous seawater immersion at ambient temperature, 317L performs reasonably well. For warm seawater (>30 度）、高流量の海水、または亀裂のある状況では、高級合金を検討してください: 904L、254 SMO (S31254)、スーパー二相 2507、または 6Mo スーパー オーステナイト. 316L は穴が開くため、通常、海水への浸漬には推奨されません。

Q: 316L 対 317L 対 904L - どうやって選べばいいですか?

A: 塩化物や還元酸を含まない一般的な腐食サービス (食品、製薬、建築) には 316L を使用してください。中程度の塩化物または還元酸のサービス (かん水、FGD、リン酸) には 317L を使用します。- 317L では不十分な強力な塩化物サービス (海水浸漬、高温塩化物) には 904L を使用してください。ステップアップするごとにモリブデンと耐食性が向上しますが、コストもかかります。- 腐食要件を満たす最低グレードを選択してください。

Q: 316L ではなく 317L を受信して​​いることを確認するにはどうすればよいですか?

A: 材料試験レポート (MTR) を確認してください。317L にはモリブデン 3.00-4.00%、クロム 18.0 ～ 20.0%、ニッケル 11.0 ～ 15.0% が表示されている必要があります。ハンドヘルド XRF (PMI) は、より高いモリブデン含有量を検出するため、317L と 316L を区別できます。カーボンとは異なり、モリブデンは XRF で検出可能です。これにより、317L の現場検証が比較的簡単になります。化学的性質を確認するには、EN 10204 タイプ 3.1 証明書をリクエストしてください。