316Ti rustfrit stål / US S31635 / I 1.4571

1. Resumé

316Ti er et austenitisk rustfrit stål baseret på 300-serien (316) kemi med en bevidst tilføjelse af Titanium at stabilisere kulstof.

Titanium binder kulstof som stabile titaniumcarbider, forebyggelse af chromkarbidudfældning ved korngrænser, når legeringen udsættes for temperaturer i sensibiliseringsområdet.

Resultatet er en legering med korrosionsbestandighed af 316 plus forbedret modstand mod intergranulær korrosion efter eksponering ved høje temperaturer.

316Ti er almindeligvis specificeret for komponenter, der skal fungere eller er fremstillet i ~425-900 °C temperatur vindue (svejsede samlinger, varmeudsatte plantekomponenter) hvor kulstoffattige kvaliteter alene kan være utilstrækkelige.

2. Hvad er 316Ti rustfrit stål?

316Ti er en titanium-stabiliseret, molybdæn-bærende austenitisk Rustfrit stål udviklet til at øge modstandsdygtigheden over for intergranulær korrosion efter svejsning eller langvarig udsættelse for høje temperaturer.

Ved at tilføje titanium i kontrollerede proportioner, kulstof er fortrinsvis bundet op som stabile titaniumcarbider frem for chromcarbider.

Denne stabiliseringsmekanisme bevarer krom ved korngrænser og reducerer sensibiliseringsrisici betydeligt i temperaturområdet på ca. 425–850 °C (800–1560 °F).

Som et resultat, 316Ti er særligt velegnet til komponenter, der skal svejses og tages i brug uden eftersvejseopløsning, eller til applikationer, der involverer cyklisk eller vedvarende termisk eksponering.

Den kombinerer kloridkorrosionsbestandigheden af ​​konventionelle 316 rustfrit stål med forbedret strukturel stabilitet ved høje temperaturer. Fælles internationale identifikatorer omfatter US S31635 og I 1.4571.

Standardbetegnelser & Globale ækvivalenter

Nøglevarianter og relaterede karakterer

• 316Af (US S31635 / I 1.4571)
  Den titanium-stabiliserede form af 316 Rustfrit stål, beregnet til svejsede strukturer eller komponenter udsat for mellemliggende og forhøjede temperaturer, hvor sensibiliseringsmodstand er kritisk.
• 316 (US S31600 / I 1.4401)
  Basismolybdænlegeret kvalitet uden stabilisering. Velegnet, når varmebehandling efter svejsning er mulig, eller når termisk eksponering er begrænset.
• 316L (US S31603 / I 1.4404)
  Et kulstoffattigt alternativ til at reducere sensibiliseringsrisiko gennem kulstofkontrol frem for stabilisering. Anvendes almindeligvis i trykbeholdere, rør, og farmaceutisk udstyr.
• 321 (I 1.4541)
  En titanium-stabiliseret legering baseret på 304 rustfrit stål kemi. Anvendes, når molybdæn ikke er påkrævet, men stabilisering stadig er nødvendig.
• 347 (Nb-stabiliseret rustfrit stål)
  Bruger niob i stedet for titanium til carbid stabilisering. Tilbyder lignende intergranulær korrosionsbestandighed, ofte foretrukket i visse koder for højtemperaturtrykudstyr.
• 316H / 316LN
  Varianter optimeret til styrke ved højere temperaturer (316H) eller øget nitrogenindhold (316LN). Disse kvaliteter forbedrer den mekaniske ydeevne, men erstatter ikke titaniumstabilisering.

3. Typisk kemisk sammensætning af 316Ti rustfrit stål

Værdier er repræsentative ingeniørområder for bearbejdet, opløsningsudglødet materiale (US S31635 / I 1.4571 familie).

4. Mikrostruktur og metallurgisk adfærd

• Austenitisk matrix (y-Fe): stabil ved stuetemperatur på grund af Ni. Mikrostrukturen er formbar, ikke-magnetisk (i udglødet tilstand) og arbejdshærdende.
• Stabiliseringsmekanisme: Ti reagerer og danner titaniumcarbider (Tic) eller carbonitrider, der fjerner C fra matrix og forhindrer Cr₂3C₆-udfældning ved korngrænser under eksponering i ~425-900 °C.
• Sensibiliseringsvindue og grænser: selv med Ti, ekstrem lang eksponering i sensibiliseringsområdet eller ukorrekt Ti:C-forholdet kan stadig tillade chromcarbiddannelse eller andre intermetalliske forbindelser. Korrekt smeltepraksis og varmebehandlingskontrol er afgørende.
• Intermetalliske faser: langvarig eksponering i visse mellemliggende områder (især 600-900 °C) kan opmuntre sigma (-en) eller chi (h) fasedannelse i austenitiske kvaliteter beriget med Mo/Cr;
  316Ti er ikke immun - designere skal undgå langvarig ophold i disse områder eller specificere stabiliserede stål med kontrolleret sammensætning og termomekanisk historie.
• Nedbør efter service: Ti-stabiliserede legeringer kan vise fine Ti-rige bundfald; disse er godartede eller gavnlige sammenlignet med Cr-carbider, da de ikke nedbryder Cr ved korngrænser.

5. Mekaniske egenskaber — 316Ti rustfrit stål

Nedenstående figurer er repræsentant værdier for bearbejdet 316Ti leveret i opløsningsglødet / udglødet tilstand.

Faktiske værdier afhænger af produktformen (ark, plade, rør, bar), tykkelse, leverandørbehandling og varmeparti.

6. Fysisk & termiske egenskaber og højtemperaturadfærd

• Termisk ledningsevne: relativt lav (≈ 14–16 W·m⁻¹·K⁻¹ ved 20 ° C.).
• Termisk udvidelseskoefficient: ~16–17 ×10⁻⁶ K⁻¹ (20–100 °C) — højere end ferritisk stål.
• Smelteområde: ligner 316 (solidus ~1375 °C).
• Servicetemperaturvindue: 316Ti er valgt specifikt til mellemtemperatureksponering (ca.. 400–900 °C) hvor stabilisering forhindrer intergranulært angreb.
  Imidlertid, langvarig eksponering i 600-900 °C vinduet kan risikere sigma-fase dannelse og reduktion i sejhed - undgå kontinuerlig eksponering for disse temperaturer, medmindre metallurgiske data bekræfter sikkerheden.
• Kryb: til vedvarende belastninger ved høj temperatur, 316Ti er ikke en krybebestandig legering; brug højtemperaturkvaliteter (F.eks., 316H, 309/310, eller nikkellegeringer).

7. Korrosionsadfærd — styrker og begrænsninger

Styrker

• Modstandsdygtighed over for intergranulær korrosion efter termisk eksponering i sensibiliseringsområdet, forudsat Ti:C og Ti:tilgængelige C-forhold og varmebehandling er korrekte.
• God generel korrosionsbestandighed i oxiderende og mange reducerende medier; Mo bidrager med pitting/spaltemodstand svarende til 316.
• Foretrukken til svejsede strukturer der vil se intermitterende højtemperaturservice, eller hvor eftersvejseopløsningsudglødning er upraktisk.

Begrænsninger

• Pitting & spaltekorrosion i miljøer med højt chloridindhold: 316Ti har lignende pitting modstand til 316; for hårdt havvand eller varm klorid service overveje duplex eller højere PREN legeringer.
• Chloride SCC: ikke immun - SCC kan forekomme i chlorid + trækspænding + temperaturmiljøer; duplex-legeringer eller super-austenitiske materialer kan være påkrævet, hvor SCC-risikoen er høj.
• Sigmafase og intermetallik: lang ophold ved visse høje temperaturer kan forårsage skøre faser uafhængigt af Ti-stabilisering – design for at undgå disse termiske historier eller test.
• Industrielle forurenende stoffer: som alt rustfrit stål, aggressive kemikalier (Stærke syrer, chlorerede opløsningsmidler ved høj T) kan angribe; udføre kompatibilitetstjek.

8. Forarbejdning & Fremstillingskarakteristika

316Ti's austenitiske mikrostruktur + TiC-udfældninger muliggør fremragende bearbejdelighed, med mindre justeringer, der er nødvendige for titaniums effekter:

Svejseydelse (Nøglefordel)

316Ti bevarer overlegen svejsbarhed, kompatibel med GMAW (MIG), Gtaw (Tig), SMAW (stok), og FCAW – med den kritiske fordel, at der ikke er varmebehandling efter svejsning (PWHT) kræves for IGC-modstand:

• Forvarmning: Ikke påkrævet for sektioner ≤25 mm tykke; sektioner >25 mm kan forvarmes til 80–150°C for at reducere risikoen for revnedannelse.
• Svejsetilbehør: Brug ER316Ti (GTAW/GMAW) eller E316Ti-16 (SMAW) at matche titaniumindholdet og sikre stabilisering i svejsemetallet.
• PWHT: Valgfri afspændingsudglødning (600–650°C i 1-2 timer) til tykvæggede komponenter, men ikke obligatorisk for korrosionsbestandighed (i modsætning til 316, som kræver PWHT for IGC-beskyttelse efter svejsning).
• Svejset samlings ydeevne: Trækstyrke ≥460 MPa, forlængelse ≥35 %, og består ASTM A262 IGC test – svejsemetal korrosionsbestandighed svarende til basismetal.

Dannelse & Fremstilling

• Kolddannelse: Fremragende duktilitet tillader dybtrækning, bøjning, og rullende. Minimum bøjningsradius: 1× tykkelse til koldbøjning (≤12 mm tyk), samme som 316L – TiC-udfældninger forringer ikke formbarheden.
• Varm formning: Udført ved 1100-1250°C, efterfulgt af slukning af vand for at bevare austenitisk mikrostruktur og TiC-fordeling. Undgår området 450–900°C under afkøling for at forhindre utilsigtet sensibilisering.
• Bearbejdning: Moderat bearbejdelighed (vurderet til 55-60 % vs. Aisi 1018 stål) – TiC-bundfald er hårdere end austenit, forårsager lidt mere værktøjsslid end 316L.
  Anbefalet skærehastighed: 90–140 m/I (hårdmetal værktøj) med skærevæske for at reducere varmeopbygning.

Varmebehandling

• Løsning af annealing: Primær varmebehandling (1050–1150 ° C., holde 30-60 minutter, Vand slukning) – opløser restcarbider (hvis nogen), raffinerer korn, og sikrer ensartet TiC-fordeling. Kritisk for at maksimere korrosionsbestandighed og sejhed.
• Afspændingsudglødning: 600–650°C i 1-2 timer, luftkøling – reducerer restbelastning med 60-70 % uden at påvirke TiC-stabilitet eller korrosionsbestandighed.
• Undgå overglødning: Temperaturer >1200°C kan forårsage TiC-grovning og kornvækst, reduktion af højtemperaturstyrke – begræns opløsningens udglødningstemperatur til ≤1150°C.

Overfladebehandling

• Pickling & passivering: Post-fabrikationsbehandling (ASTM A380) for at fjerne oxidbelægninger og genoprette den passive Cr₂O₃-film – TiC-udfældninger forstyrrer ikke passivering.
• Polering: Opnår overfladefinish fra Ra 0,02–6,3 μm. Mekanisk eller elektropolering forbedrer hygiejnen og korrosionsbestandigheden, velegnet til medicinske og fødevareapplikationer.
• Belægning: Sjældent påkrævet på grund af iboende korrosionsbestandighed; galvanisering eller epoxybelægning kan bruges til miljøer med ekstremt højt kloridindhold (F.eks., marine offshore platforme).

9. Typiske anvendelser af 316Ti rustfrit stål

316Tis unikke kombination af høj temperatur stabilitet, IGC modstand, og korrosionsbestandighed gør den ideel til krævende miljøer, hvor 316L eller 316 kan mislykkes:

Kemisk & Petrokemisk industri (35% af efterspørgsel)

• Kerneapplikationer: Kemiske højtemperaturreaktorer, Varmevekslere, destillationskolonner, og rør til håndtering af klorider, syrer, og organiske opløsningsmidler.
• Nøglefordel: Modstår IGC under gentagen svejsning (F.eks., vedligeholdelsesreparationer) og højtemperaturdrift (op til 850°C) – anvendes i ethylenkrakkere og svovlsyreanlæg.

Rumfart

• Kerneapplikationer: Fly udstødningssystemer, turbine komponenter, og raketmotordele.
• Nøglefordel: Oxidationsbestandighed ved høje temperaturer (≤900°C) og ikke-magnetiske egenskaber – kompatible med flyelektronik og radarsystemer.

Atomenergi

• Kerneapplikationer: Atomreaktorens kølesystemkomponenter, dampgeneratorer, og brændstofbeklædning (ikke-radioaktive strukturelle dele).
• Nøglefordel: IGC modstand ved høj temperatur, højtryksvand (280° C., 15 MPA) og overholdelse af nuklear sikkerhedsstandarder (F.eks., ASME III III).

Fremstilling af højtemperaturovne

• Kerneapplikationer: Ovnforinger, strålerør, og varmeelementer til industriovne (Varmebehandling, sintring).
• Nøglefordel: Bevarer styrke og korrosionsbestandighed ved 800–900°C, med en levetid 2-3 gange længere end 316L ved kontinuerlig højtemperaturdrift.

Medicinsk & Farmaceutisk industri

• Kerneapplikationer: Steriliserbart medicinsk udstyr, udstyr til farmaceutisk behandling, og renrumskomponenter.
• Nøglefordel: IGC-modstand efter gentagen autoklavering (121° C., 15 Psi) og overholdelse af FDA 21 CFR del 177 – ingen risiko for korrosionsinduceret forurening.

Marine & Offshore industri

• Kerneapplikationer: Offshore platform rørføring, havvandsafsaltningsanlæg, og undersøiske komponenter.
• Nøglefordel: Modstår havvandskorrosion og SCC, med NACE MR0175-overholdelse for sur service (H₂S-holdige brøndvæsker).

10. Fordele & Begrænsninger

Kernefordele ved 316Ti rustfrit stål

• Overlegen IGC-modstand: Titaniumstabilisering eliminerer Cr₂3C6-udfældning, hvilket gør den ideel til høje temperaturer eller gentagne svejsningsscenarier – bedre end 316L/316H.
• Forbedret ydeevne ved høje temperaturer: Bevarer styrken, sejhed, og oxidationsbestandighed op til 900°C, 50–100°C højere end 316L.
• Fremragende svejsbarhed: Ingen obligatorisk PWHT for korrosionsbestandighed, reduktion af produktionsomkostninger og gennemløbstid.
• Bred korrosionsbestandighed: Arver 316's modstandsdygtighed over for klorider, syrer, og sur service, med udvidede temperaturgrænser for NACE-overholdelse.
• Kornforfining: TiC-præcipitater hæmmer kornvækst, forbedring af mekaniske egenskaber og dimensionsstabilitet.

Nøglebegrænsninger for 316Ti rustfrit stål

• Højere omkostninger: 15–20 % dyrere end 316L (på grund af titaniumtilsætning), stigende materialeomkostninger til ikke-kritiske applikationer i stor skala.
• Reduceret bearbejdelighed: TiC-udfældninger forårsager mere værktøjsslid end 316L, kræver specialværktøj eller langsommere skærehastigheder – øger bearbejdningsomkostningerne med ~10-15 %.
• TiC-grovningsrisiko: Langvarig udsættelse for >900°C forårsager TiC-grovning, reducere høj temperatur styrke og sejhed.
• Begrænset modstand mod superhøje temperaturer: Ikke egnet til kontinuerlig drift over 900°C – brug super austenitisk rustfrit stål (F.eks., 254 VI ER) eller nikkel-baserede legeringer (F.eks., Inkonel 600) i stedet.
• Lavere styrke end duplex rustfrit stål: Trækstyrke (485–590 MPa) er lavere end duplex-kvaliteter (F.eks., 2205: 600–800 MPa), kræver tykkere sektioner til strukturelle belastninger.

11. Sammenlignende analyse — 316Ti vs 316L vs 321 vs Duplex 2205

12. Konklusion

316Ti er en pragmatisk stabiliseret variant af 316 familie, konstrueret til at bevare austenitisk rustfrit stål korrosionsbestandighed i svejste og varmeeksponerede komponenter.

Når titaniumindhold og varmebehandling er korrekt kontrolleret, 316Ti forhindrer intergranulær chromudtømning og er et robust valg til svejste anlægskomponenter, varmeudsatte samlinger og moderate kloridmiljøer, hvor udglødning efter svejsning ikke kan garanteres.

Korrekt indkøb, MTR-verifikation, svejseprocedurekontrol og periodisk inspektion er afgørende for at realisere legeringens fordele.

 

FAQS

Hvad er forskellen mellem 316Ti og 316L?

316Ti er titanium-stabiliseret (Ti tilføjet til at danne TiC), mens 316L er kulstoffattig (L = lav C).

Begge veje reducerer risikoen for sensibilisering; 316Ti er specifikt valgt, når komponenter vil se mellemtemperatureksponering, og eftersvejseudglødning er upraktisk.

Gør titanium 316Ti mere korrosionsbestandigt end 316L?

Titaniums rolle er at forhindre intergranulær korrosion efter termisk eksponering; 316Ti's bulk-grubemodstand svarer til 316/316L (Mo giver i alt sammenlignelig lokal korrosionsbestandighed).

Til hårdere kloridmiljøer, duplex eller højere PREN-legeringer foretrækkes.

Har jeg brug for forskellige tilsætningsmetaller til at svejse 316Ti?

Ikke nødvendigvis - matchende fyldstoflegeringer (F.eks., ER316L/ER316Ti hvor tilgængelig) bruges.

Sørg for, at fyldstofkemi og svejseprocedure opretholder stabilisering i HAZ og svejsemetallet; konsultere svejsekoder og metallurgisk vejledning for kritiske dele.