304, 304L e 304H: comprensione delle varianti del contenuto di carbonio

Tre gradi, una famiglia, carbonio diverso

Il grado 304 è l'acciaio inossidabile più utilizzato al mondo e le sue due varianti 304L e 304H esistono per risolvere due diversi problemi. Tutti e tre condividono la stessa composizione di base di circa il 18% di cromo e l'8% di nichel e appartengono alla famiglia degli austenitici. Ciò che li distingue è il contenuto di carbonio, e il carbonio è proprio ciò che controlla due comportamenti ingegneristici: la sensibilizzazione durante la saldatura e la resistenza allo scorrimento viscoso ad alta temperatura. Comprendere i tre gradi è quindi principalmente una questione di capire cosa fa il carbonio.

Limiti e designazioni del carbonio

Composizione chimica secondo ASTM A240

Come il carbonio determina la sensibilizzazione e il comportamento di saldatura

Quando l'acciaio inossidabile austenitico viene riscaldato nell'intervallo 425-850 gradi, il carbonio si diffonde fino ai bordi dei grani e reagisce con il cromo per formare carburi di cromo. Il cromo immediatamente attorno ai carburi è impoverito e quella zona impoverita diventa suscettibile alla corrosione intergranulare. Questo processo è chiamato sensibilizzazione e avviene nella zona interessata dal calore-di una saldatura mentre la saldatura si raffredda attraverso l'intervallo critico.

Lo standard 304 con 0,08% di carbonio può sensibilizzare durante la saldatura, soprattutto in sezioni spesse che si raffreddano lentamente. 304L riduce il carbonio allo 0,030% massimo, al di sotto del livello al quale si formano carburi continui-ai bordi dei grani, in modo che la zona-influenzata dal calore rimanga resistente all'attacco intergranulare. Ciò rende il 304L il grado predefinito per la fabbricazione saldata, in particolare laddove il-trattamento termico postsaldatura non è pratico o laddove l'imbarcazione sarà sottoposta a un servizio corrosivo.. 304L'H, con il suo tenore di carbonio deliberatamente più elevato, è il più soggetto a sensibilizzazione-dei tre e normalmente non viene saldato a meno che non sia seguito da una ricottura completa.

Proprietà meccaniche a temperatura ambiente

A temperatura ambiente i tre gradi hanno prestazioni quasi identiche, motivo per cui la scelta tra loro è guidata dalla temperatura di fabbricazione e di servizio piuttosto che dalla resistenza ambientale.

Servizio a temperatura-elevata e ruolo di 304H

Al di sopra di circa 500 gradi, la progettazione è governata dalla resistenza a breve-termine e, cosa ancora più importante, dalla resistenza allo scorrimento -la deformazione lenta sotto carico sostenuto. Il carbonio è uno dei rinforzanti per soluzioni solide-più efficaci a queste temperature, quindi l'intervallo di carbonio più elevato del 304H gli conferisce prestazioni di scorrimento sensibilmente migliori rispetto al 304 o 304L. Per questo motivo 304H è un materiale elencato-nel codice ASME Boiler and Pressure Vessel Code e negli standard di tubazioni per recipienti a pressione ad alta-temperatura, surriscaldatori e linee di vapore, dove le sollecitazioni ammissibili sono ricavate da tabelle di temperature-elevate. Per temperature ambiente o moderate, il 304H non offre alcun vantaggio e i suoi inconvenienti di saldatura lo rendono una scelta sbagliata al di fuori del suo ambito di progettazione.

Una guida alla selezione sicura-dagli errori

Strutture saldate, o qualsiasi fabbricazione con storia incerta di trattamenti termici, in servizio corrosivo: specificare 304L

Applicazioni per uso generale-non saldate-a temperatura ambiente o moderatamente elevata: lo standard 304 è adeguato ed economico

Progettazione disciplinata dai codici dei recipienti a pressione ad alta-temperatura o da dati espliciti sulla resistenza alle-temperature elevate richiesti oltre i 500 gradi: specificare 304H

Non sostituire mai 304 o 304H con 304L in una struttura saldata destinata ad un servizio corrosivo

Domande frequenti

Qual è il limite di carbonio per il 304L?

Lo standard 304L (UNS S30403) limita il carbonio allo 0,030% massimo, rispetto allo 0,08% dello standard 304. Il livello ultra-di carbonio basso previene la sensibilizzazione nelle zone interessate dal calore della saldatura-.

Perché il 304L è preferito per la saldatura?

Poiché il suo basso contenuto di carbonio impedisce la precipitazione del carburo di cromo ai bordi dei grani durante il raffreddamento della saldatura, la zona termicamente-alterata mantiene la propria resistenza alla corrosione senza trattamento termico post-saldatura. Questo è fondamentale per le sezioni spesse e il servizio corrosivo.

Quando dovrebbe essere specificato 304H?

304H è specificato per recipienti a pressione e tubazioni ad alta-temperatura, in genere superiore a 500 gradi, dove il suo contenuto di carbonio più elevato fornisce una resistenza superiore allo scorrimento viscoso e a breve-termine. Si tratta di un materiale elencato-codice negli standard ASME per tali compiti.

Cos'è la sensibilizzazione?

La sensibilizzazione è la precipitazione dei carburi di cromo ai bordi del grano quando l'acciaio inossidabile austenitico viene mantenuto nell'intervallo 425-850 gradi, impoverendo il cromo adiacente e lasciando il materiale soggetto a corrosione intergranulare. Si verifica in genere nelle zone interessate dal calore della saldatura-.

Il 304H può essere saldato?

Sì, ma è più soggetto alla sensibilizzazione rispetto al 304L. Per servizi saldati critici per la corrosione-, il 304H dovrebbe essere evitato a meno che la saldatura non venga successivamente ricotta completamente; altrimenti specificare 304L.

Le proprietà meccaniche-a temperatura ambiente dei tre gradi sono identiche?

Quasi così. Secondo ASTM A240, 304 e 304H hanno una resistenza alla trazione minima di 515 MPa e uno snervamento di 205 MPa, mentre 304L ha 485 MPa e 170 MPa. Le differenze reali si riscontrano nel comportamento di saldatura e nella resistenza alle alte-temperature.