Aço inoxidável 304H versus 304L: alta-resistência à temperatura versus soldabilidade

Padrões e Designações

304H (UNS S30409) e 304L (UNS S30403) são variantes-controladas por carbono do Tipo 304 (UNS S30400). Ambos são cobertos para chapas, chapas e tiras pela ASTM A240, para tubos sem costura pela ASTM A312, para tubos de caldeiras e superaquecedores pela ASTM A213 e na série EN 10088; as designações JIS são SUS304H e SUS304L. Os dois graus são idênticos no teor de cromo e níquel, mas diferem no carbono, e essa única diferença gera envelopes de serviço totalmente diferentes: 304H é um grau de-alta temperatura, enquanto 304L é um grau de-primeira soldagem.

Composição Química

Os limites de composição abaixo seguem ASTM A240.

Elemento (% em peso)	304H (S30409)	304L (S30403)
Carbono	0.04-0.10	0,03, máx.
Manganês, máx.	2.0	2.0
Silício, máx.	0.75	0.75
Fósforo, máx.	0.045	0.045
Enxofre, máx.	0.030	0.030
Cromo	18.0-20.0	18.0-20.0
Níquel	8.0-10.5	8.0-12.0
Nitrogênio, máx.	0.10	0.10

O 304H requer um carbono mínimo de 0,04%, que é o oposto do projeto de baixo-carbono do 304L. Este carbono mínimo é deliberado: garante a precipitação de carbonetos que fixam os limites dos grãos e suportam a resistência à fluência em temperaturas elevadas.

Propriedades Mecânicas

Os valores mínimos-de temperatura ambiente para placa recozida de acordo com ASTM A240 estão listados abaixo.

Propriedade	304H	304L
Resistência à tração, mín. (MPa)	515	485
0,2% de limite de escoamento, mínimo (MPa)	205	170
Alongamento em 50 mm, min (%)	40	40

À temperatura ambiente a diferença é modesta, mas aumenta com a temperatura. Devido ao teor de carbono garantido, a tensão admissível do projeto ASME para 304H permanece útil até cerca de 815 graus em tubulações de pressão, enquanto 304L é limitada a cerca de 425 graus nas mesmas aplicações; acima dessa temperatura, o grau de baixo-carbono amolece e se espalha rapidamente.

Desempenho-em altas temperaturas e resistência à fluência

A fluência é uma deformação plástica-dependente do tempo sob carga sustentada em temperatura elevada. Os carbonetos de cromo formados por 0,04-0,10% de carbono do 304H precipitam tanto nos limites dos grãos quanto dentro dos grãos, resistindo ao deslizamento dos limites dos grãos-e proporcionando à classe uma resistência à ruptura por fluência marcadamente melhor do que 304L acima de cerca de 500 graus. Componentes que operam continuamente entre cerca de 500 graus e 815 graus se beneficiam do 304H: bandejas e acessórios de fornos industriais, superaquecedores de caldeiras a vapor e tubos de reaquecedores, turbinas a gás e componentes de exaustão de motores, equipamentos de processamento térmico e tubulações-de alta temperatura. Em serviço cíclico de aquecimento e resfriamento, a estrutura estável do 304H também reduz os danos por fadiga térmica em comparação com o grau mais macio de baixo carbono.

Soldabilidade, Fabricação e Seleção

304L existe para soldagem. O limite de carbono de 0,03% evita que carbonetos de cromo precipitem na zona-afetada pelo calor, de modo que grandes estruturas soldadas, como tanques de armazenamento de produtos químicos, recipientes de processamento de alimentos e equipamentos farmacêuticos, podem ser usadas na condição-soldada sem tratamento térmico pós-soldagem. 304H, por outro lado, corre maior risco de sensibilização na zona afetada pelo calor-da solda e geralmente não é selecionado para soldagem conjuntos corrosivos; quando o 304H é soldado, o recozimento da solução pode ser necessário para restaurar a ductilidade total e a resistência à corrosão.. 304O H normalmente custa mais do que o 304L devido ao controle mais rígido do carbono. Regra de seleção: escolha 304H para componentes de carga-que suportam altas-temperaturas acima de cerca de 500 graus e escolha 304L para vasos soldados, tanques e tubulações em serviços corrosivos abaixo de cerca de 425 graus .

Perguntas frequentes

O que significa o H em 304H?H indica uma faixa de carbono controlada de 0,04-0,10% especificada para resistência a altas temperaturas, particularmente resistência à fluência.

Por que o 304L é chamado de baixo carbono?Seu carbono é limitado a 0,03% no máximo, cerca de um{1}}terço do padrão 304, para evitar sensibilização durante a soldagem.

O 304L pode ser usado em altas temperaturas?Não para serviços-de suporte de carga; O 304L é limitado a cerca de 425 graus em aplicações de pressão porque sua resistência à fluência é baixa.

O 304H é adequado para tanques químicos soldados?Geralmente não; o carbono mais alto aumenta o risco de sensibilização na zona-afetada pelo calor, portanto, o 304L é preferido para serviços corrosivos soldados.

304H e 304L são magnéticos?Ambos são essencialmente não{0}}magnéticos na condição recozida; o trabalho a frio pode induzir uma leve resposta magnética.

Qual padrão cobre tubos de caldeira 304H?ASTM A213 TP304H para caldeiras sem costura, superaquecedores e tubos trocadores de calor, e ASTM A240 para placas e folhas.

Perguntas frequentes

Q1. Quais são os limites de carbono de 304H e 304L?
304H (UNS S30409) requer uma faixa de carbono controlada de 0,04-0,10 por cento, enquanto 304L (UNS S30403) limita o carbono a 0,03 por cento no máximo; cromo 18,0-20,0 e níquel 8,0-10,5 são comuns a ambos, com 304L permitido até 12,0 por cento de níquel.

Q2. Como as propriedades mecânicas-à temperatura ambiente se comparam?
De acordo com ASTM A240, 304H apresenta uma resistência à tração mínima de 515 MPa e 0,2 por cento de resistência ao escoamento de 205 MPa, enquanto 304L mostra 485 MPa e 170 MPa, respectivamente; ambos têm alongamento mínimo de 40% em 50 mm.

Q3. Quais limites de temperatura se aplicam ao projeto de pressão?
Devido ao seu conteúdo de carbono garantido, a tensão admissível do projeto ASME para o 304H permanece útil até cerca de 815°C em tubulações de pressão, enquanto o 304L é limitado a cerca de 425°C nas mesmas aplicações; acima dessa temperatura, o grau de baixo-carbono amolece e se espalha rapidamente.

Q4. Por que o carbono dá ao 304H sua resistência à fluência?
Os carbonetos de cromo formados por 0,04-0,10% de carbono precipitam tanto nos limites dos grãos quanto dentro dos grãos, resistindo ao deslizamento dos limites dos grãos e proporcionando uma resistência à ruptura por fluência marcadamente melhor do que 304L acima de cerca de 500°C.

Q5. Quando cada série deve ser selecionada?
Escolha 304H para componentes-que suportam carga-de alta temperatura acima de 500 C, como bandejas de forno, superaquecedor de caldeira e tubos de reaquecedor cobertos pela ASTM A213 TP304H e componentes de exaustão; escolha 304L para vasos soldados, tanques e tubulações em serviços corrosivos abaixo de cerca de 425 C, onde pode ser usado como-soldado sem tratamento térmico pós-soldagem.