Stale nierdzewne 316L i 316Ti

Czy jest jakaś znaczącą różnica pomiędzy stalami 316L i 316Ti w aspekcie udarności w bardzo niskich temperaturach? Jak z możliwością obróbki: gięcie, cięcie, spawanie czy stale te mają podobne właściwości?

 

Stal nierdzewna typu AISI 316Ti to wg normy europejskiej gatunek EN 1.4571. Gatunek 1.4571 (316Ti) to zasadniczo standardowy gatunek stali typu AISI 316 (1.4401) z dodatkiem stabilizującego tytanu, w którym zastosowano dodatek tytanu tak jak w innym podstawowym stopie stali nierdzewnej typu 1.4301 (AISI 304) który z dodatkiem tytanu oznaczany jest jako EN 1.4541 (AISI 321).

Dodatek tytanu w stalach nierdzewnych stosuje się w celu zmniejszenia ryzyka wystąpienia korozji międzykrystalicznej podczas wygrzewania w temperaturze 425-815°C. Tytan tworzy preferencyjnie węgliki z węglem, co przeciwdziała powstawaniu węglików chromu. W ten sposób stężenie chromu pozostaje na niezmiennym poziomie i zapobiega powstawaniu zjawiska korozji międzykrystalicznej. W innym przypadku, w podanym zakresie temperatury powstają węgliki chromu, które wydzielają się na granicach ziaren i w tym obszarze stężenie tego pierwiastka spada do niebezpiecznie niskiego poziomu. Powstające węgliki chromu przyczyniają się do korozji w ich sąsiedztwie, tzw. korozji międzykrystalicznej.

Alternatywnym sposobem przeciwdziałania korozji międzykrystalicznej jest ograniczenie stężenia węgla w stali do bardzo niskiego poziomu rzędu 0,03%. W ten sposób opracowano gatunek 1.4404 (AISI 316L), który w porównaniu do standartowego 1.4401 (AISI 316) ma obniżone stężenie węgla. Finalnie gatunki 1.4404 i 1.4571 uzyskują podwyższaną odporność na korozję międzykrystaliczną w porównaniu do 1.4401.

W większości warunków można uznać, że oba gatunki 1.4404 i 1.4571 są wymienne. W wodnych mediach korozyjnych lub w aplikacjach pracujących w temperaturze otoczenia nie ma praktycznej zalety do stosowania 1.4571 w zamian za 1.4404. W niektórych okolicznościach zastosowanie 1.4404 może stanowić lepszy wybór.

Obecność tytanu w gatunku 1.4571 zapewnia polepszone własności mechaniczne zwłaszcza w podwyższonej temperaturze, powyżej około 600 °C, z tego względu w zastosowaniach wysokotemperaturowych należy ostrożnie stosować stal 1.4404. Natomiast w temperaturze pokojowej gatunek 1.4571 może wykazywać nieco niższą udarność i niższą podatność na kształtowania na zimno niż 1.4404. Skrawalność stali 1.4571 jest także niższa niż 1.4404 z uwagi na obecność węglikoazotków tytanu, które mogą powodować przyspieszone zużywanie się narzędzi skrawających. Gatunek 1.4571 trudniej się poleruje niż 1.4404 z tego względu nie jest zalecany dla tego typu wykończeń i generalnie dla wykończeń lustrzanych nie jest stosowany. Pod względem spawalności oba gatunki 1.4401 i 1.4571 można uznać za zbliżone. Żaden z nich nie spawa się lepiej od drugiego. Dla gatunku z dodatkiem tytanu należy stosować materiały dodatkowe z dodatkiem stabilizującego niobu.

Udarność w obniżonej temperaturze obu gatunków 1.4401 i 1.4571 jest zbliżona i z powodzeniem mogą być one stosowane w zastosowaniach kriogenicznych, gdzie wymagana jest wysoka udarność. W ostatnich latach jednak odchodzi się od stosowania stali stabilizowanych typu 1.4571 w warunkach kriogenicznych na rzecz niskowęglowych stali 1.4404, 1,4301, które są zlecane dla temperatur poniżej -200°C.

Szczegółowa analiza stali nierdzewnych w zastosowaniach kriogenicznych została przedstawiona w publikacji Materials for cryogenic service: engineering properties of austenitic stainless steel [1], gdzie w zależności od zaleceń projektowych dopuszcza się stosowanie stali 1.4571 tak jak gatunku 1.4404. Możliwości stosowania poszczególnych gatunków zależą od przeznaczenia konstrukcji i przyjętych wymagań projektowych.

 

Literatura

[1]. Materials for cryogenic service: engineering properties of austenitic stainless steel, Nickel Development Institute, Publication No 4368.

[2]. Comparison of 316, 316L & 316Ti Stainless Steel Types, BRITISH STAINLESS STEEL ASSOCIATIO, BSSA.