Acero inoxidable 316L frente a 321: comparación de tuberías y accesorios

Ambos316L y 321Son aceros inoxidables austeníticos con aproximadamente el mismo contenido de cromo (16-18%) y níquel (10-14%). La diferencia se reduce a una adición de aleación cada uno:

316L contiene 2,0-3,0% de molibdeno. Ese molibdeno es lo que le da al 316L su resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes con cloruro. También es lo que hace que el 316L sea más caro que el 321 en la mayoría de los mercados.

321 contiene titanio, añadido a un mínimo de 5 x C% (contenido de carbono). El titanio retiene el carbono como carburo de titanio, evitando la precipitación de carburo de cromo en los límites de los granos cuando el metal se calienta entre 425 y 900 grados Celsius. Esto se llama estabilización y es la razón por la que el 321 puede funcionar a temperaturas en las que el 316L, incluso en su forma baja en carbono, comienza a tener problemas.

Formularios de productos

Barra y varilla

Placa y hoja

Bobina y tira

Tubería y tubo

Montaje: Brida, T, Codo, Reductor, etc.

Forja: Anillo, Eje, Círculo, Bloque, etc.

Resistencia a la corrosión: donde el 316L gana su prima

Si su entorno de servicio implica cloruros, el 316L es la mejor opción. El contenido de molibdeno eleva el número equivalente de resistencia a las picaduras (PREN) a aproximadamente 22-25, en comparación con aproximadamente 17-19 para el 321. En términos prácticos, esto significa que el 316L resiste las picaduras en agua de mar, agua salobre y corrientes de procesos que contienen cloruro, donde el 321 comenzaría a mostrar un ataque localizado.

La temperatura crítica de picadura (CPT) cuenta la historia en números. En una solución estándar de NaCl al 3,5 % según ASTM G150,316Lnormalmente muestra un CPT de alrededor de 25-30 grados Celsius. Para 321, el CPT está más cerca de 15-20 grados. En el agua de mar del Golfo del mundo real a 35 grados Celsius y alta salinidad, ninguno de los grados es ideal para el contacto directo con el agua de mar (ahí es donde entran los grados súper dúplex como SAF 2507 o 254 SMO), pero el 316L sobrevivirá a la zona de salpicaduras y a la exposición atmosférica mucho más tiempo que el 321.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es el otro modo de falla que vale la pena mencionar. Ambos grados son susceptibles al cloruro SCC por encima de 60 grados Celsius en entornos-que contienen cloruro. 316L no supera significativamente al 321 aquí. Si su temperatura de servicio es superior a 60 grados en un ambiente de cloruro y no puede eliminar los cloruros, debería buscar grados dúplex o súper austeníticos, sin elegir entre estos dos.

Dónde321Se mantiene firme en ambientes ácidos oxidantes a temperaturas elevadas. Ácido sulfúrico en concentraciones moderadas, servicio de ácido nítrico y ciertas corrientes de procesos petroquímicos donde la temperatura es el desafío principal en lugar del ataque de cloruro. La estabilización de titanio previene la corrosión intergranular en las zonas afectadas por el calor-después de la soldadura, lo cual es importante en el servicio ácido donde el ataque de los límites del grano es el principal mecanismo de falla.

Rendimiento a altas-temperaturas: el caso del 321

Aquí es donde 321 tiene una ventaja genuina y mensurable. El Código ASME para calderas y recipientes a presión (Sección VIII, División 1) permite 321 para temperaturas de servicio de hasta 816 grados Celsius. Para 316L, el límite del código en servicio continuo es de alrededor de 450 grados Celsius, aunque es común el servicio intermitente a 425 grados.

La razón es la precipitación de carburos. Incluso con el bajo contenido de carbono del 316L, la exposición prolongada por encima de los 425 grados permite que se formen carburos de cromo en los límites de los granos, agotando las áreas adyacentes de cromo y creando un camino para la corrosión intergranular cuando el metal se expone posteriormente a medios corrosivos. El titanio en 321 evita esto formando preferentemente carburo de titanio, dejando el cromo en solución.

Aplicaciones reales donde 321 es la opción correcta:

• Sistemas de escape y colectores que funcionan a 600-800 grados
• Tubos intercambiadores de calor en unidades de craqueador catalítico.
• Componentes de hornos y conjuntos de tubos radiantes.
• Juntas de dilatación y fuelles en conductos de alta-temperatura
• Componentes de escape y postcombustión aeroespacial

Soldadura y fabricación: 316L es más indulgente

Ambos grados son soldables mediante métodos austeníticos estándar: GTAW (TIG), GMAW (MIG), SMAW (stick) y SAW. Pero la experiencia de fabricación es diferente.

316L Es la calidad más fácil de trabajar en un taller o en el campo. El bajo contenido de carbono significa que puede soldarlo sin preocuparse por la sensibilización en la zona afectada por el calor-y no necesita recocido con solución post-soldadura para restaurar la resistencia a la corrosión. La selección del metal de aportación es sencilla: ER316L para la mayoría de las aplicaciones o ER316LSi si desea una mejor humectación y un perfil de cordón más suave.

321 requiere más atención. El titanio que estabiliza la calidad también afecta al baño de soldadura. El titanio tiene una alta afinidad por el oxígeno y en el baño de soldadura fundida puede formar inclusiones de óxido de titanio que aparecen como defectos similares a escoria-si la cobertura del gas protector no es hermética. Por este motivo, se utiliza habitualmente el relleno ER347 (estabilizado con niobio-) en lugar del ER321. El niobio proporciona la misma función de estabilización sin las dificultades de soldadura que introduce el titanio.

Para soldaduras a tope de tubería-a-tubería según ASME B16.9, ambos grados sueldan bien con los procedimientos adecuados. El problema se manifiesta más en soldaduras complejas con múltiples pasadas, configuraciones de juntas apretadas o soldaduras en campo donde el viento y la contaminación son factores. Si su fabricación implica mucha soldadura posicional o trabajo en el sitio, el 316L les dará a sus soldadores menos dolores de cabeza.

La formabilidad es similar entre los dos grados. Ambos se pueden doblar, abocardar y expandir utilizando técnicas de conformado austenítico estándar.. 321 pueden ser un poco más difíciles de moldear en frío-debido a que las partículas de carbonitruro de titanio aumentan las tasas de endurecimiento por trabajo, pero la diferencia es menor para la mayoría de las aplicaciones de tuberías y accesorios.

Para accesorios-soldados a tope (codos, T, reductores según ASME B16.9 y B16.28), ambos grados están disponibles en la mayoría de los distribuidores. Sin embargo, es más probable que los accesorios 316L estén en stock, mientras que es posible que sea necesario pedir los accesorios 321 con un plazo de entrega más largo, especialmente en tamaños más grandes o programas no-estándar.

Consejos de adquisiciones que ahorran dinero y evitan problemas

Consulte el certificado de prueba de fábrica para determinar el contenido de titanio en 321 pedidos.Algunas fábricas producen 321 con titanio como mínimo (5 x carbono). Si el carbono está en el extremo superior del rango (0,06-0,08%), el titanio debe estar al menos entre 0,30-0,40%. Si el titanio es marginal y el carbono es alto, es posible que la estabilización no sea efectiva. Solicite el cálculo: Ti / (4 x C) debe ser mayor que 1,0 para una estabilización total.

Especifique las condiciones de entrega.La tubería 316L generalmente se suministra en la solución-recocida. 321 y se puede suministrar recocida o estabilizada-recocida. La condición de recocido-estabilizado (manteniendo a 900-950 grados durante 1 a 2 horas) maximiza la formación de carburo de titanio y mejora la resistencia a la corrosión intergranular. Si su aplicación implica soldadura seguida de servicio corrosivo, especifique recocido estabilizado.

No asuma que 316L y 321 son intercambiables para aplicaciones que cumplen con el código-.Si el diseño se realizó para 316L (con sus tensiones permitidas específicas según ASME Sección II, Parte D), sustituir 321 requiere volver a -verificar los valores de tensión permitidas a la temperatura de diseño. A 400 grados, el 321 tiene una tensión permitida ligeramente menor que el 316L. A 600 grados, 321 es más alto porque 316L no está codificado-a esa temperatura en absoluto.

Para accesorios-soldados a tope, verifique la marca de grado.Los accesorios deben marcarse con el grado, el número de calor y el símbolo del fabricante según ASME B16.9. Los accesorios WP316L y WP321 parecen idénticos. Si su almacén tiene ambos, la codificación por colores o el almacenamiento segregado son esenciales. Hemos visto proyectos en los que se instalaron 321 accesorios en un sistema 316L y viceversa, descubiertos sólo cuando el grado incorrecto falló prematuramente.

Solicite material adicional para 321 proyectos.Debido a que 321 es menos común, reordenar una pequeña cantidad a mitad de -proyecto puede significar una espera de 6-semanas. Ordene entre un 5% y un 10% adicional, especialmente para tamaños o horarios no estándar. El costo de mantenimiento del excedente 321 es menor que el riesgo cronograma de quedarse corto.

Conclusión

Elegir entre 316L y 321 rara vez resulta difícil una vez que se han definido claramente las condiciones de servicio. El problema es que muchos compradores toman la decisión sin caracterizar completamente el entorno y optan por el grado que siempre han utilizado. Eso funciona hasta que deja de funcionar.

Si está especificando una tubería para un proyecto nuevo, dedique tiempo a documentar la temperatura de funcionamiento, la exposición al cloruro, la concentración de ácido y la vida útil del diseño. Esos cuatro parámetros le indicarán qué grado necesita de manera más confiable que cualquier tabla comparativa. Y si necesita ayuda para obtener cualquiera de los grados, con certificaciones completas y envío global, tenemos 316L y 321 en formas sin costura y soldadas, junto con accesorios y bridas para soldar a tope-según ASME B16.9, B16.11 y B16.5.

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