316L เทียบกับ 316Ti เทียบกับ 317L: การเลือกระหว่างเกรดที่เสริมโมลิบดีนัม

ในหมู่เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกที่มีโมลิบดีนัม 316L, 316Ti และ 317L แต่ละชนิดถูกออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาเฉพาะ: 316L มีคาร์บอนต่ำและใช้งานได้หลากหลายสำหรับงานทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับคลอไรด์และการกัดกร่อนแบบเปียก, 316Ti ถูกเสริมไทเทเนียมเพื่อป้องกันการเกิดเซนซิไทเซชันระหว่างการใช้งานที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน, และ 317L มีโมลิบดีนัมสูงขึ้นถึงประมาณ 3–4% จึงให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบพิตติ้งและครีวิสได้ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัดในสื่อที่มีคลอไรด์สูงและอุณหภูมิอบอุ่น ให้เลือกใช้ 316L สำหรับท่อระบบกระบวนการส่วนใหญ่, เลือก 316Ti เมื่อสภาวะการใช้งานมีอุณหภูมิสูงอยู่ในช่วงที่อาจเกิดเซนซิไทเซชัน, และเลือก 317L เมื่อ 316L ไม่มีขอบเขตความต้านทานการกัดกร่อนเพียงพอ แต่ยังไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้เหล็กกล้าดูเพล็กซ์ ทั้งสามชนิดมีราคาสูงกว่า 316 มาตรฐาน และ 316Ti กับ 317L หายากกว่า

จุดร่วมทั่วไป: ตระกูล 316
เหล็กกล้าไร้สนิมทั้งสามชนิดนี้จัดอยู่ในตระกูลออสเทนิติก 18Cr-10Ni-2Mo โดยคุณสมบัติร่วมกันคือการมีโมลิบดีนัม ซึ่งเมื่อเติมโมลิบดีนัมประมาณ 2% ลงในเหล็กกล้าไร้สนิมพื้นฐานแบบ 18-8 จะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบจุดและแบบรอยแยกในสารประกอบคลอไรด์ได้อย่างมาก จึงเป็นเหตุผลที่ตระกูล 316 ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในงานด้านเรือเดินทะเล อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรมยา และอุตสาหกรรมอาหาร ทั้งนี้ โมลิบดีนัมทำหน้าที่เสริมความเสถียรของฟิล์มป้องกันผิวให้ทนต่อการเสื่อมสภาพแบบเฉพาะจุด และยังช่วยเพิ่มค่า Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) ซึ่งคำนวณได้จากสูตร PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N
จุดที่เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L, 316Ti และ 317L แตกต่างกัน คือวิธีจัดการกับสองปัญหาเพิ่มเติม ได้แก่ การเกิดคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิสูง และปริมาณโมลิบดีนัมที่มีอยู่สำหรับต้านการกัดกร่อนแบบจุด หากเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้อย่างถูกต้อง ก็จะสามารถหลีกเลี่ยงทั้งกรณีระบุคุณสมบัติไม่เพียงพอ (ซึ่งนำไปสู่การกัดกร่อน) และกรณีระบุคุณสมบัติเกินความจำเป็น (ซึ่งสิ้นเปลืองค่าใช้จ่าย)

316L: เกรดพื้นฐานที่มีคาร์บอนต่ำ
เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L มีปริมาณคาร์บอนสูงสุดประมาณ 0.03% ซึ่งคาร์บอนต่ำนี้ช่วยจำกัดการเกิดโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเม็ดผลึกขณะเชื่อม จึงลดปรากฏการณ์การไวต่อการกัดกร่อน (sensitization) ที่ทำให้บริเวณขอบเม็ดผลึกรอบๆ สูญเสียโครเมียมและเปราะบางต่อการกัดกร่อนแบบระหว่างเม็ดผลึก ดังนั้น 316L จึงเป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับงานขึ้นรูปที่ใช้การเชื่อม โดยไม่จำเป็นต้องผ่านการให้ความร้อนหลังเชื่อม (post-weld heat treatment) ซึ่งครอบคลุมงานท่อส่วนใหญ่
วัสดุนี้ทนต่อสารประกอบคลอไรด์หลากหลายชนิด สารละลายกรดเจือจาง และสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนแบบเปียกทั่วไป ทั้งที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิค่อนข้างสูงเล็กน้อย นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุที่ผลิตมากที่สุดและหาซื้อได้ง่ายที่สุดในบรรดาเหล็กกล้าไร้สนิมสามชนิดนี้ ทั้งในรูปแบบท่อไร้ตะเข็บและท่อเชื่อม ท่อความแม่นยำสูงและท่อแคปิลารี อุปกรณ์ต่อท่อ (fittings) และแปลน (flanges) ข้อจำกัดของวัสดุนี้คือ ข้อได้เปรียบจากคาร์บอนต่ำจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 425 องศาเซลเซียส เนื่องจากการสัมผัสอย่างต่อเนื่องอาจยังคงทำให้เกิดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ และโมลิบดีนัมประมาณ 2% อาจไม่เพียงพอในการต้านทานสารละลายคลอไรด์ที่มีความร้อนสูงหรือมีความเข้มข้นสูง

316Ti: เกรดที่เสริมความเสถียรสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง
316Ti เพิ่มไทเทเนียมในปริมาณเล็กน้อยอย่างตั้งใจ โดยทั่วไปประมาณห้าเท่าของปริมาณคาร์บอน ไทเทเนียมเป็นธาตุที่จับกับคาร์บอนได้แข็งแกร่งกว่าโครเมียม ดังนั้นจึงจับคาร์บอนไว้ในรูปของไทเทเนียมคาร์ไบด์ซึ่งไม่เป็นอันตราย และปล่อยให้โครเมียมคงอยู่ในสถานะละลายเพื่อทำหน้าที่ป้องกันเหล็กกล้า การทำให้วัสดุเสถียรแบบนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อชิ้นส่วนต้องทำงานเป็นเวลานานในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการไวต่อการกัดกร่อน (sensitization range) ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 425–815 องศาเซลเซียส แม้แต่เหล็กกล้าเกรด 316L ที่มีคาร์บอนต่ำก็อาจเกิดการไวต่อการกัดกร่อนได้ในที่สุด
สิ่งนี้ทำให้ 316Ti เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ชิ้นส่วนไอเสียและปล่องควัน รวมถึงท่อกระบวนการที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง โดยผสมผสานคุณสมบัติการต้านทานคลอไรด์ของ 316 เข้ากับความมั่นคงต่อการกัดกร่อนตามแนวขอบเกรนเมื่ออุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม มีข้อแลกเปลี่ยนที่ต้องพิจารณา: การเสริมไทเทเนียมอาจทิ้งสิ่งสกปรกบนผิวหน้าซึ่งลดความสามารถในการขัดเงาลงเล็กน้อย และทำให้การเชื่อมให้ได้ผิวเรียบใสที่สุดเป็นเรื่องยากยิ่งขึ้น นอกจากนี้ วัสดุเกรดนี้ยังไม่ค่อยมีวางจำหน่ายเท่า 316L ดังนั้นจึงอาจต้องใช้เวลานานกว่าจะจัดหาได้ และมีราคาสูงกว่า สำหรับงานสมัยใหม่จำนวนมาก 316L ที่มีคาร์บอนต่ำสามารถใช้งานแทนได้ในลักษณะเดียวกัน ยกเว้นกรณีที่คุณคาดว่าจะต้องสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานานจริงๆ

317L: โมลิบดีนัมมากขึ้นเพื่อต้านคลอไรด์ที่รุนแรงยิ่งขึ้น
317L ยังคงแนวทางการลดคาร์บอนต่ำ แต่เพิ่มโมลิบดีนัมขึ้นเป็นประมาณ 3–4% และเพิ่มโครเมียมกับนิกเกิลขึ้นเล็กน้อย โมลิบดีนัมส่วนเกินนี้ช่วยยกระดับค่า PREN พร้อมทั้งผลักดันอุณหภูมิวิกฤตสำหรับการกัดกร่อนแบบพิตติ้งและครีวิซให้สูงกว่า 316L ซึ่งมอบข้อได้เปรียบที่แท้จริงในระบบน้ำหล่อเย็นที่มีอิทธิพลจากน้ำทะเลอุ่น สารเคมีฟอกขาว ระบบกำจัดกำมะถันจากไอเสีย (FGD) และสตรีมคลอไรด์ที่รุนแรงอื่น ๆ ทั้งนี้ 317L ทำหน้าที่เชื่อมช่องว่างระหว่างเกรด 316L มาตรฐานกับเกรดดูเพล็กซ์
317L เป็นทางเลือกที่เหมาะสมเมื่อผลการสำรวจการกัดกร่อนหรือประสบการณ์ภาคสนามบ่งชี้ว่า 316L เกิดพิตติ้งในสภาวะการใช้งานเฉพาะ แต่ข้อจำกัดด้านแรงดัน ต้นทุน หรือความยากลำบากในการขึ้นรูปทำให้ไม่สามารถเปลี่ยนไปใช้ดูเพล็กซ์เกรด 2205 ได้ ข้อเสียของ 317L คือต้นทุนและปริมาณสต๊อกที่มีอยู่: เนื่องจากมีองค์ประกอบโลหะผสมสูงกว่า จึงมีราคาแพงกว่า และเป็นเกรดพิเศษที่มีสต๊อกจำกัดกว่า 316L ดังนั้นควรใช้เฉพาะกรณีที่โมลิบดีนัมส่วนเกินนี้สร้างมูลค่าเพิ่มได้จริง

การเลือก
เริ่มจากการประเมินสภาพแวดล้อมก่อน สำหรับการใช้งานในสภาวะแวดล้อมปกติถึงอุ่นปานกลางที่มีคลอไรด์และมีรอยเชื่อม วัสดุเกรด 316L คือทางเลือกมาตรฐานที่คุ้มค่าและจัดหาง่ายที่สุด ซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ หากชิ้นส่วนจะถูกใช้งานเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการไวต่อการกัดกร่อนตามแนวรอยประสาน (sensitization range) วัสดุเกรด 316Ti จะช่วยป้องกันการกัดกร่อนตามแนวรอยประสานได้อย่างมั่นคงยิ่งกว่า แม้แต่การลดปริมาณคาร์บอนให้ต่ำลงเพียงอย่างเดียวก็อาจไม่เพียงพอเมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูงต่อเนื่องเป็นเวลาหลายสิบปี แต่หากสื่อกัดกร่อนมีอุณหภูมิสูงและมีคลอไรด์สูงพอที่จะทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมกับวัสดุเกรด 316L แต่ไม่จำเป็นหรือไม่เหมาะสมที่จะใช้วัสดุประเภท duplex แล้ว วัสดุเกรด 317L ซึ่งมีโมลิบดีนัมเพิ่มขึ้นจะให้ขอบเขตความปลอดภัยที่เพียงพอ
พิจารณาราคาและปริมาณสินค้าที่มีในสต๊อกเป็นลำดับถัดไป วัสดุเกรด 316L มีราคาถูกที่สุดและมีสต๊อกมากที่สุด ส่วนเกรด 316Ti และ 317L มีราคาสูงกว่าและใช้เวลานานกว่าในการจัดส่ง กระบวนการผลิตก็มีความสำคัญเช่นกัน: ทั้งสามเกรดนี้สามารถเชื่อมได้ดีด้วยลวดเชื่อมชนิดคาร์บอนต่ำหรือลวดเชื่อมแบบมีสารคงรูป อย่างไรก็ตาม พื้นผิวที่ขัดเงาได้ดีที่สุดจะได้มาอย่างง่ายดายที่สุดจากเกรด 316L เวิ่นเฉียงจัดจำหน่ายวัสดุเหล่านี้ในรูปแบบท่อไร้รอยต่อและท่อเชื่อม ท่อกลวง ข้อต่อ และแผ่นฟลานจ์ ตามมาตรฐาน ASTM A312, A213 และ A269 พร้อมใบรับรอง EN 10204 ระดับ 3.1 หรือ 3.2 และห้องปฏิบัติการภายในของบริษัทสามารถตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีและสมบัติเชิงกลให้สอดคล้องกับการใช้งานจริงได้

บทสรุป
เกรด 316L, 316Ti และ 317L ไม่สามารถใช้แทนกันได้แม้จะมีโมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบร่วมกันก็ตาม สำหรับการใช้งานทั่วไปที่มีคลอไรด์ เกรด 316L เป็นตัวเลือกที่เหนือกว่าทั้งในด้านราคาและความพร้อมในการจัดหา ส่วนเกรด 316Ti เหมาะสำหรับงานที่ต้องใช้ความร้อนสูงเป็นเวลานาน ในขณะที่เกรด 317L ให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบพิตติ้งเพิ่มเติมสำหรับสารละลายคลอไรด์ที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง การเลือกเกรดวัสดุให้สอดคล้องกับอุณหภูมิ องค์ประกอบทางเคมี และงบประมาณ จะช่วยหลีกเลี่ยงทั้งการกัดกร่อนก่อนวัยอันควรและการใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น ซึ่งก็คือวัตถุประสงค์หลักของการเลือกวัสดุอย่างรอบคอบในขั้นตอนการกำหนดข้อกำหนด

คำถามที่พบบ่อย
คำถาม: เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316Ti ดีกว่าเกรด 316L สำหรับการเชื่อมหรือไม่
คำตอบ: สำหรับท่อที่เชื่อมกันทั่วไปซึ่งใช้งานที่อุณหภูมิปานกลาง เกรด 316L มักเป็นที่นิยมมากกว่า เนื่องจากมีคาร์บอนต่ำ จึงช่วยป้องกันการเกิดปรากฏการณ์ sensitization โดยไม่จำเป็นต้องเติมไทเทเนียมเพื่อเสริมเสถียรภาพ ส่วนข้อได้เปรียบของเกรด 316Ti จะเห็นชัดเจนก็ต่อเมื่อชิ้นส่วนนั้นทำงานเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิด sensitization
คำถาม: ควรเลือกใช้เกรด 317L แทนเกรด 316L เมื่อใด
คำตอบ: ควรเลือกเกรด 317L เมื่อสภาพแวดล้อมในการใช้งานมีอุณหภูมิสูงและมีคลอไรด์เข้มข้นพอที่จะทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบ pitting กับเกรด 316L เช่น ในระบบกำจัดกำมะถันจากไอเสีย (flue-gas desulfurization) หรือสารฟอกขาว แต่ไม่จำเป็นหรือไม่เหมาะสมที่จะใช้เหล็กกล้าไร้สนิมแบบ duplex เกรด 2205 ทั้งนี้ เนื่องจากมีโมลิบดีนัมสูงกว่า จึงเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบ pitting และ crevice แต่ก็มาพร้อมต้นทุนที่สูงขึ้น

ให้เวินเฉียงช่วยคัดเลือกเกรดที่เสริมโมลิบดีนัมให้เหมาะกับการใช้งานของท่าน: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/