화학 공정에서의 오스테나이트 대 페라이트 대 듀플렉스 스테인레스

한 페이지에 담긴 실용적인 선택

화학 공장에 대한 작업 규칙만 필요한 경우:

• 선택 오스테나이트계 (e.g., 304L, 316L) 염화물 수준과 온도가 적당하고 제조 속도가 중요한 범용 탱크, 배관 및 열교환기에 사용됩니다.
• 선택 페라이트계 (e.g., 430, 444, 446) 원하는 곳의 적당한 온도에서 염화물 함유 물의 경우 저렴한 비용과 염화물 SCC에 대한 강한 내성 , 그리고 the duty is not highly reducing/acidic.
• 선택 이중 (e.g., 2205; super duplex 2507) 염화물 농도가 높을 때(염수, 바닷물, 염화물 염), 필요할 때 더 높은 내공성 316L보다 높거나 강도가 높을 경우 벽 두께와 무게를 줄일 수 있습니다.

유용한 정신 모델: 오스테나이트계 = easiest to build , 페라이트계 = cost-effective SCC-resistant , 이중 = chloride strength premium .

근본적으로 다른 점: 미세구조와 합금

세 가지 계열은 부식 거동, 자성, 강도 및 용접 반응을 주도하는 미세 구조로 정의됩니다.

오스테나이트계 스테인리스강

일반적으로 오스테나이트를 안정화하기 위해 Ni(또는 일부 등급에서는 Mn/N) 함량이 높습니다. 일반적인 화학 공장 등급에는 304L과 316L이 포함됩니다. 일반적으로 비자성이고 인성이 뛰어나며 대규모로 형성하고 용접하는 것이 가장 쉽습니다.

페라이트계 스테인리스강

Cr 함량이 높고 Ni 함량이 낮음; 미세구조는 페라이트이다. 대부분은 자성이며 ​​일반적으로 오스테나이트보다 열팽창이 낮고 열 전도성이 더 좋습니다. 현대의 안정화된 400철 합금(Ti/Nb 포함)은 얇은 부분부터 중간 정도의 부분까지 용접이 가능합니다.

이중 스테인리스강

균형 잡힌 Cr-Ni-Mo-N 화학으로 달성된 오스테나이트와 페라이트의 대략 50/50 혼합입니다. 이중 등급 결합 고강도 와 강화된 염화물 피팅 및 SCC 저항성 그러나 성능은 위상 균형을 유지하기 위한 올바른 용접 절차에 크게 좌우됩니다.

화학 처리에서 중요한 부식 거동

화학공장에서는 '최고의 스테인리스'가 단 하나의 답이 아닙니다. 올바른 선택은 일반 부식, 공식/틈새 부식, 응력 부식 균열(SCC) 또는 퇴적물 아래 부식 등 어떤 부식 메커니즘이 지배적인지에 따라 달라집니다.

염화물 구멍 및 틈새 부식

저항을 비교하는 실용적인 방법은 피팅 저항 등가수(PREN)이며, 종종 다음과 같이 근사화됩니다. PREN ≒ %Cr 3.3×%Mo 16×%N. PREN이 높을수록 일반적으로 염화물 피팅 저항성이 더 우수함을 의미합니다.

• 316L 일반적으로 주변에 있습니다 프렌 ~24 (일반적인 화학) 이는 많은 세척수와 중간 정도의 염화물에 적합하지만 따뜻하고 농축된 염화물과 단단한 틈새(개스킷, 침전물)에 구멍이 생길 수 있습니다.
• 듀플렉스 2205 일반적으로 주변에 있습니다 프렌 ~35 , 염수, 해수 노출, 염화물 염 및 고염화물 공정 흐름에 대한 의미 있는 향상을 제공합니다.
• 슈퍼 듀플렉스 2507 종종 초과 프렌 40 , 염화물 구멍 마진이 높아야 할 때 사용됩니다(예: 따뜻한 바닷물, 고속 염수 또는 틈새가 불가피한 경우).

염화물 응력 부식 균열(SCC)

염화물 SCC는 염화물, 인장 응력 및 고온이 결합될 때 오스테나이트계 스테인리스 강의 전형적인 파손 모드입니다. 듀플렉스 및 페라이트 계열은 일반적으로 비슷한 조건에서 염화물 SCC에 훨씬 더 강한 내성을 갖습니다.

공장에 뜨거운 염화물 함유 단열재, 열 추적 또는 증발 농도 주변에서 304/316 균열 이력이 있는 경우 높은 가치의 시정 조치가 필요한 경우가 많습니다. 듀플렉스로 업그레이드 (또는 화학적으로 허용되는 경우 적절한 페라이트 등급 선택)과 설계 응력 및 틈새 해결.

산 및 "모두 스테인레스가 아닌" 환경 감소

스테인레스강은 패시브 필름에 의존합니다. 강하게 환원되는 산과 특정 할로겐화물 화학물질은 수동성을 불안정하게 만들 수 있습니다. 이러한 서비스에서 합금 선택은 정확한 화학적 성질, 온도 및 오염 물질에 따라 고합금 오스테나이트(예: 높은 Ni/Mo 등급) 또는 심지어 비스테인리스 재료(니켈 합금, 티타늄, 라이닝 강철)로 전환될 수 있습니다.

강도, 두께 및 열적 거동

기계적 및 열적 특성은 펌핑 가능성(진동), 노즐 부하, 열 순환, 긴 배관 및 대형 탱크의 경제성에 직접적인 영향을 미칩니다.

항복 강도 및 벽 감소

일반적인 실온 항복 강도(크기 순서)는 압력 함유 품목에 듀플렉스가 매력적인 이유를 강조합니다.

• 오스테나이트계 304L/316L: 종종 ~200~300MPa 수율(어닐링된 조건).
• 듀플렉스 2205: 자주 ~450~550MPa 많은 설계에서 동일한 압력 등급에 대해 더 얇은 벽을 가능하게 합니다.
• 페라이트 등급은 등급과 가공에 따라 일반적으로 오스테나이트와 듀플렉스 사이에서 매우 다양합니다.

실제 조달에서 듀플렉스는 특히 긴 배관, 고압 시스템 및 대구경 헤더에서 벽 두께, 용접량 및 지지강을 줄임으로써 높은 kg당 가격을 상쇄할 수 있습니다.

열팽창 및 열 순환

페라이트계 스테인리스강 generally have lower thermal expansion than austenitics, which can reduce thermal fatigue risk in cycling duties. Duplex typically sits between the two. If your unit sees repeated heat-up/cool-down (CIP/SIP, batch reactors, thermal swings in scrubbers), thermal expansion and joint design can be as important as corrosion resistance.

실제 서비스의 온도 제한

오스테나이트계는 일반적으로 듀플렉스보다 더 높은 온도를 견딜 수 있는 반면, 듀플렉스는 일반적으로 상 변화로 인성/부식 성능이 저하될 수 있는 높은 온도에서 장기간 노출이 제한됩니다. 화학 공장에서 이는 뜨거운 열 교환기 쉘, 뜨거운 부식성 루프 및 고온 염화물 함유 서비스에 중요합니다.

제작 및 용접: 프로젝트가 성공하거나 실패하는 경우

데이터시트 속성을 잘못 읽었기 때문에 화학 처리 프로젝트가 실패하는 경우는 거의 없습니다. 재료 선택이 제조 현실(용접 절차 제어, 열 입력, 산세척/부동태화 및 QA 규율)과 일치하지 않았기 때문에 실패했습니다.

오스테나이트계: 제조에 가장 관대함

• 가장 폭넓은 용접기 친숙성, 폭넓은 용가재 가용성, 헤드, 콘 및 복잡한 노즐 형상에 대한 강력한 성형성.
• 일반적인 성공 요인: 열 착색 제어, 적절한 세척/산세척 및 부동태 처리를 통해 젖은 구역의 부식 성능을 복원합니다.

페라이트계: 열 영향부 인성 및 안정화 관찰

페라이트계는 올바른 화학적 용도에서 탁월할 수 있지만 용접은 열 영향을 받는 부분의 입자 성장과 인성 손실에 더 민감할 수 있습니다. 특히 두꺼운 단면이나 불안정한 등급의 경우 더욱 그렇습니다. 안정화된 400철계(Ti/Nb)를 선택하고 실제 두께 범위에 대한 적격성 절차를 선택하는 것이 중요합니다.

이중: 절차 규율은 협상 불가능합니다.

이중 성능은 적절한 페라이트/오스테나이트 균형을 유지하고 유해한 단계를 피하는 데 달려 있습니다. 이로 인해 열 입력, 층간 온도, 필러 선택 및 용접 후 청소에 더욱 민감해졌습니다.

1. 특히 듀플렉스에 대해 WPS/PQR을 인증합니다. 오스테나이트 절차를 "복사"하지 마십시오.
2. 재료 공급업체와 절차 자격이 명시한 층간 온도 및 열 입력 제한을 적용하십시오.
3. 나중에 고려하지 말고 구매 사양에 용접 후 청소 요구 사항(열 착색 제거, 산세척/부동태화)을 명시하십시오.

그 결과는 상당합니다: 이중 can eliminate chloride-SCC-driven rework 벽 두께를 줄일 수 있지만, 제조 제어가 일관되게 실행되는 경우에만 가능합니다.

일반적인 화학 처리 시나리오와 일반적으로 승리하는 방법

패밀리를 이해하는 가장 빠른 방법은 반복되는 플랜트 업무에 패밀리를 매핑하는 것입니다.

일반 공정 배관 및 탱크(약~중간 부식)

• 304L : 염화물 함량이 높지 않은(상수, 다수의 유기물, 비염화물 염) 약간 부식성이 있는 배관에 일반적입니다.
• 316L : 염화물 또는 오염 물질 감소가 304L에 문제를 일으키기 시작할 때, 특히 틈새 조인트 및 습한 단열 구역에서 일반적인 업그레이드.

염수, 해수 유틸리티, 염화물 염 및 고염화물 루프

• 듀플렉스 2205 피팅/틈새 마진 및 SCC 저항을 위해 316L 이후의 실용적인 단계로 자주 선택됩니다.
• 슈퍼 듀플렉스 2507 따뜻하고 산소가 함유된 염화물과 틈이 공존하는 곳(예: 해수 열 교환, 염수 헤더, 공격적인 세척 구역)에서 종종 정당화됩니다.

열 교환기 및 열 순환 서비스

교환기의 경우 "최고의" 제품군은 튜브 측과 쉘 측에서 다를 수 있습니다. 오스테나이트는 용이성과 비용 측면에서 일반적입니다. 염화물 함유 튜브측 작업을 위해 듀플렉스를 선택할 수 있습니다. 염화물 SCC 위험이 높고 부식 심각도가 보통인 경우 400철은 매력적일 수 있습니다. 조인트 설계, 틈새 제어 및 청소 전략은 등급 선택만큼 중요합니다.

가성, 산성 및 혼합 화학 서비스

혼합 화학은 제품군을 전환하기보다는 제품군 내에서 업그레이드(예: 316L에서 고합금 오스테나이트로)하는 경우가 많습니다. 강력한 환원성 산 또는 할로겐화물 화학 물질이 있는 경우 스테인리스 제품군을 선택하기 전에 부식 테스트 데이터 또는 입증된 현장 경험과의 호환성을 확인하십시오.

사양 및 RFQ에 대한 결정 체크리스트

이 체크리스트를 사용하여 "오스테나이트 대 페라이트 대 이중"을 조달 등급 결정으로 전환하세요.

• 주요 부식 위험 정의: 염화물(점식/틈새), 염화물 SCC , 산, 퇴적물/틈, 또는 침식 부식을 감소시킵니다.
• 작동 및 이상 온도를 포착합니다. 듀플렉스는 일반적인 오스테나이트보다 장기간 고온 노출에 대해 더 엄격한 제한이 필요할 수 있습니다.
• 두께, 용접량, 작업장 역량, 현장 용접 제약 조건, 필요한 용접 후 청소 등 제조 현실을 정량화합니다.
• 합금 가격뿐만 아니라 수명주기 비용도 평가하세요. 벽 두께 감소 (이중), 다운타임 위험(SCC), 검사/수리 부담.
• 허용 기준 지정: 페라이트 제어(이중 용접의 경우), 열 착색 제거, 산세척/부동태화, 습식 영역의 표면 마감.

결론: 조치를 취해야 할 핵심 차이점

화학 처리의 경우 실행 가능한 차이점은 간단합니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 가장 광범위하고 제조 친화적인 기준선을 제공하지만 다음에 취약합니다. 염화물 SCC 잘못된 조건에서; 페라이트계 스테인리스강은 용접/두께 제약이 존중될 때 많은 중간 서비스에 대해 비용 효율적이고 SCC 방지 선택이 될 수 있습니다. 이중 스테인레스 스틸이 제공합니다 더 높은 염화물 피팅/SCC 저항성 및 항복 강도 약 2배 , 염수, 염화물 염 및 압력 함유 시스템에 대한 강력한 옵션입니다. 단, 용접 및 온도 제어가 엄격하게 실행됩니다.