321 vs 321H από ανοξείδωτο χάλυβα

Οι τύποι 321 και 321H είναι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες σταθεροποιημένοι από τιτάνιο-που προδιαγράφονται ευρέως για σέρβις όπου η συγκόλληση ή η έκθεση σε υψηλές-θερμοκρασίες διαφορετικά θα προκαλούσε ευαισθητοποίηση. Και οι δύο ποιότητες ανήκουν στην ίδια οικογένεια κραμάτων με τον Τύπο 304, αλλά αντικαθιστούν μέρος του κινδύνου που σχετίζεται με τον άνθρακα-με μια σκόπιμη προσθήκη τιτανίου που δεσμεύει τον άνθρακα και το άζωτο σε σταθερά ιζήματα. Η πρακτική διαφορά μεταξύ των δύο έγκειται στην περιεκτικότητα σε άνθρακα και, ως εκ τούτου, στη μακροπρόθεσμη αντοχή σε θερμοκρασίες πάνω από περίπου 500 C. Αυτό το άρθρο εξηγεί το μεταλλουργικό υπόβαθρο, τις καθορισμένες τιμές από τα ASTM A240 και A312 και τη λογική μηχανικής που αποφασίζει πότε θα χρησιμοποιηθεί 321 ή 321H.

Χημική Σύνθεση και Ονομασίες

Ο τύπος 321 χαρακτηρίζεται UNS S32100 και ο τύπος 321H είναι UNS S32109. Σε όρους EN, το πλησιέστερο ισοδύναμο είναι 1,4541 (X6CrNiTi18-10) για 321, με το 321H να αντιπροσωπεύει την παραλλαγή υψηλότερης περιεκτικότητας σε άνθρακα της ίδιας σταθεροποιημένης οικογένειας. Το καθορισμένο εύρος σύνθεσης από το ASTM A240 συνοψίζεται παρακάτω.

Στοιχείο	321 (UNS S32100)	321H (UNS S32109)
Άνθρακα (C), μέγ	0.08%	0.04-0.10%
Μαγγάνιο (Mn), μέγ	2.00%	2.00%
Πυρίτιο (Si), μέγ	0.75%	0.75%
Φώσφορος (P), μέγ	0.045%	0.045%
Θείο (S), μέγ	0.030%	0.030%
Chromium (Cr)	17.00-19.00%	17.00-19.00%
Νικέλιο (Ni)	9.00-12.00%	9.00-12.00%
Άζωτο (Ν), μέγ	0.10%	0.10%
Τιτάνιο (Ti)	5 x (C+N) min, 0,70 μέγ	4 x (C+N) min, 0,70 μέγ

Ο άνθρακας είναι η αποφασιστική μεταβλητή. Το εύρος 321H 0,04-0,10% άνθρακα διατηρεί την ιδέα της σταθεροποίησης, ενώ παρέχει περισσότερο ενδιάμεσο άνθρακα για ενίσχυση στερεού διαλύματος και καθίζησης σε υψηλή θερμοκρασία.

Υψηλή-Ισχύς θερμοκρασίας: Συμπεριφορά ερπυσμού και ρήξης

Πάνω από περίπου 500 C, τα επιτρεπόμενα σχεδιαστικά στοιχεία διέπονται από ερπυσμό και ρήξη και όχι από ιδιότητες εφελκυσμού σε θερμοκρασία δωματίου-. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα του 321H αυξάνει την αντοχή του σε ερπυσμό και θραύση σε αυτό το καθεστώς, γι' αυτό οι κώδικες των δοχείων πίεσης επιτρέπουν υψηλότερες σχεδιαστικές τάσεις για 321H σε υψηλή θερμοκρασία. Η μακροχρόνια-υπηρεσία υπό συνδυασμένη θερμότητα και φορτίο, για παράδειγμα σε υπερθερμαντήρες λέβητα, εξαρτήματα τουρμπίνας ατμού και σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας, ευνοεί επομένως το 321H. Ο τύπος 321 παραμένει μια καλή επιλογή ανθεκτική στην οξείδωση, αλλά η δομική του σταθερότητα σε σταθερή υψηλή θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από αυτή του 321H.

Διακοκκώδης Αντοχή στη Διάβρωση και Σταθεροποίηση

Οι προσθήκες τιτανίου υπολογίζονται με βάση την πραγματική περιεκτικότητα σε άνθρακα και άζωτο, τυπικά 5 x (C+N) ελάχιστο για 321 και 4 x (C+N) ελάχιστο για 321H, με ανώτατο όριο 0,70%. Το τιτάνιο αντιδρά κατά προτίμηση με τον άνθρακα για να σχηματίσει καρβίδια τιτανίου, έτσι το χρώμιο παραμένει σε στερεό διάλυμα αντί να καθιζάνει ως καρβίδια χρωμίου στα όρια των κόκκων. Ως αποτέλεσμα, και οι δύο ποιότητες αντέχουν στη διακοκκώδη διάβρωση στην-συγκολλημένη κατάσταση και μετά από έκθεση στο εύρος θερμοκρασίας ευαισθητοποίησης, και κανένας βαθμός δεν απαιτεί συνήθως θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση για αυτόν τον λόγο.

Μηχανικές Ιδιότητες και Τυπικές Εφαρμογές

Οι ελάχιστες μηχανικές τιμές θερμοκρασίας δωματίου-για πλάκα ανά ASTM A240 είναι ίδιες και για τις δύο κατηγορίες: αντοχή εφελκυσμού 515 MPa, 0,2% αντοχή στεγανότητας 205 MPa και επιμήκυνση 40% στη διαμήκη διεύθυνση.

Ιδιοκτησία (ελάχιστο)	321	321H
Αντοχή σε εφελκυσμό	515 MPa	515 MPa
Αντοχή απόδειξης 0,2%.	205 MPa	205 MPa
Επιμήκυνση	40%	40%
Αντοχή ερπυσμού και θραύσης πάνω από 500 C	Βασική γραμμή	Πιο ψηλά

Η λογική εφαρμογής ακολουθεί τη θερμοκρασία και το φορτίο. 321 είναι κατάλληλη για εξοπλισμό χημικής επεξεργασίας, συστήματα εξάτμισης, αρμούς διαστολής και κρυογονικά εξαρτήματα όπου κυριαρχεί η αντίσταση στη διάβρωση σε μέτρια θερμοκρασία. 321Το H καθορίζεται για ατμοστρόβιλους, λέβητες και σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας και δοχεία πίεσης που λειτουργούν πάνω από 500 C. Κανόνες ASME.

Οδηγός επιλογής

Επιλέξτε 321 όταν η θερμοκρασία σχεδιασμού παραμένει κάτω από περίπου 500 C και η αντίσταση στη διάβρωση, η συγκολλησιμότητα και η οικονομία οδηγούν την απόφαση. Επιλέξτε 321H όταν το εξάρτημα διέπεται από κριτήρια ερπυσμού ή ρήξης άνω των 500 C ή όταν ο κωδικός του εξοπλισμού απαιτεί τις υψηλότερες ανυψωμένες-επιτρεπόμενες τάσεις θερμοκρασίας. Σε περίπτωση αμφιβολίας, επιβεβαιώστε το εύρος άνθρακα που απαιτείται από το ισχύον πρότυπο προϊόντος, επειδή οι δύο ποιότητες είναι κατά τα άλλα ταυτόσημες μεταλλουργικά στη συμπεριφορά κατασκευής.

FAQ

Ε1: Ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ 321 και 321H;

Α: Η περιεκτικότητα σε άνθρακα. 321 περιορίζεται στο 0,08% το μέγιστο, ενώ το 321H καθορίζεται στο 0,04-0,10% για την αύξηση της αντοχής ερπυσμού και θραύσης σε υψηλή θερμοκρασία.

Ε2: Γιατί το 321H αποδίδει καλύτερα πάνω από 500 C;

Α: Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα ενισχύει τη μήτρα ωστενίτη και την κατανομή καρβιδίου, αυξάνοντας την αντοχή ερπυσμού και θραύσης στο καθεστώς όπου ο σχεδιασμός διέπεται από ιδιότητες που εξαρτώνται από το χρόνο.

Ε3: Είναι τα 321 και 321H ανθεκτικά στη διακοκκώδη διάβρωση;

Α: Ναι. Το τιτάνιο σταθεροποιεί τον άνθρακα σχηματίζοντας καρβίδια τιτανίου, αποτρέποντας την εξάντληση του χρωμίου στα όρια των κόκκων κατά τη συγκόλληση ή τη θέρμανση, επομένως η ευαισθητοποίηση αποφεύγεται χωρίς θερμική επεξεργασία μετά{1}}συγκόλλησης.

Ε4: Ποια κατηγορία προτιμάται για δοχεία πίεσης και λέβητες;

Α: 321 H, επειδή τα επιτρεπόμενα σχεδιαστικά-υψηλών θερμοκρασιών υποστηρίζουν μακροχρόνια-υπηρεσία υπό θερμότητα και πίεση άνω των 500 C.

Ε5: Μπορεί το 321 να χρησιμοποιηθεί κάτω από 500 C;

Α: Ναι. Για χημική επεξεργασία, συστήματα εξάτμισης και κρυογονικές εφαρμογές κάτω από περίπου 500 C, το 321 προσφέρει τα ίδια οφέλη σταθεροποίησης με επαρκή αντοχή.

Ε6: Χρειάζεται το 321 ή το 321H μετά την-θερμική επεξεργασία συγκόλλησης;

Α: Όχι για έλεγχο ευαισθητοποίησης. Επειδή και οι δύο ποιότητες είναι σταθεροποιημένες με τιτάνιο, η κατάσταση συγκόλλησης είναι κανονικά αποδεκτή χωρίς ανόπτηση διαλύματος συγκόλλησης μετά{{1}.