Ανοξείδωτος χάλυβας 347: Νιόβιο-Σταθεροποιημένος ωστενιτικός βαθμός για υψηλή-θερμοκρασία και πυρηνική υπηρεσία

Τι είναι το ανοξείδωτο ατσάλι 347;

Ο ανοξείδωτος χάλυβας 347 είναι ωστενιτικής ποιότητας σταθεροποιημένος με νιόβιο και ταντάλιο, ονομαζόμενος UNS S34700 στο ASTM A240 και EN 1.4550 (X6CrNiNb18-10) στο EN 10088, με το ιαπωνικό ισοδύναμο SUS43404 GIS4347 ανά. Σταθεροποίηση σημαίνει ότι ο άνθρακας συνδέεται με σταθερά καρβίδια νιοβίου (NbC) αντί να είναι ελεύθερος να αντιδρά με το χρώμιο. Αυτό αποτρέπει την κατακρήμνιση καρβιδίου του χρωμίου στα όρια των κόκκων κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης ή την έκθεση σε υψηλές{12}θερμοκρασίες, έτσι ώστε ο χάλυβας να αντιστέκεται στη διακοκκώδη διάβρωση και να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως-συγκολλημένη χωρίς ανόπτηση μετά-συγκόλλησης. Ο βαθμός 347 είναι η προτιμώμενη επιλογή όταν τα εξαρτήματα αντιμετωπίζουν συχνούς κύκλους θέρμανσης και ψύξης, επειδή τα καρβίδια του νιοβίου δεν διαλύονται και καθιζάνουν ξανά κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου τόσο εύκολα όσο τα καρβίδια του τιτανίου.

Χημική Σύνθεση

Τα παρακάτω όρια σύνθεσης ακολουθούν το ASTM A240 για πλάκα, φύλλο και λωρίδα. Η ίδια χημεία ισχύει για τον σωλήνα και τον σωλήνα σύμφωνα με τα ASTM A312 και A269.

Στοιχείο	Σύνθεση (wt%)
Άνθρακας (C)	0,08 μέγ
Μαγγάνιο (Mn)	2,00 μέγ
Φώσφορος (P)	0,045 μέγ
Θείο (S)	0,030 μέγ
Πυρίτιο (Si)	0,75 μέγ
Chromium (Cr)	17.0-19.0
Νικέλιο (Ni)	9.0-13.0
Νιόβιο + ταντάλιο (Nb+Ta)	10 x C min, 1,00 μέγ

Η απαίτηση Nb+Ta για τουλάχιστον 10 φορές την περιεκτικότητα σε άνθρακα, με πρακτικό ελάχιστο 0,70%, εγγυάται ότι υπάρχει αρκετό νιόβιο για να συνδυαστεί με όλο τον άνθρακα του χάλυβα.

Μηχανικές Ιδιότητες

Στην κατάσταση ανόπτησης, το 347 παρέχει τις ακόλουθες ελάχιστες ιδιότητες ανά ASTM A240.

Ιδιότητα (ανοπτημένη)	Αξία
Ελάχιστη αντοχή σε εφελκυσμό (MPa)	515
Ελάχ. Ισχύς απόδοσης (MPa)	205
Ελάχ. επιμήκυνση (%)	40
Μέγιστη σκληρότητα (HB)	217

Σε υψηλές θερμοκρασίες, το 347 διατηρεί χρήσιμη αντοχή και, σε αντίθεση με τις μη σταθεροποιημένες ποιότητες, διατηρεί την αντοχή του στη διάβρωση ακόμη και μετά από μεγάλες περιόδους στην ευαισθητοποιητική περιοχή θερμοκρασίας 425-815 βαθμών.

Σταθεροποίηση νιοβίου εναντίον σταθεροποίησης τιτανίου

Ο βαθμός 321 χρησιμοποιεί τιτάνιο για τον ίδιο σταθεροποιητικό σκοπό, αλλά τα δύο στοιχεία συμπεριφέρονται διαφορετικά σε υψηλή θερμοκρασία. Τα καρβίδια του τιτανίου (TiC) παραμένουν σταθερά μέχρι περίπου 1000 βαθμούς, ενώ τα καρβίδια του νιοβίου (NbC) παραμένουν σταθερά μέχρι περίπου 1200 βαθμούς. Σε λειτουργία άνω των 1000 μοιρών ή υπό επαναλαμβανόμενο θερμικό κύκλωμα, τα καρβίδια του τιτανίου μπορούν να διαλυθούν και{6}}να καθιζάνουν εκ νέου στα όρια των κόκκων, γεγονός που εξαντλεί τοπικά το χρώμιο και μειώνει την αντίσταση στη διάβρωση. Τα καρβίδια του νιοβίου επηρεάζονται πολύ λιγότερο από τη θερμική ανακύκλωση, γι' αυτό το 347 καθορίζεται για εξαρτήματα εξάτμισης αεροσκαφών, εξαρτήματα υπερθερμαντήρα και πυρηνικά εξαρτήματα που αντιμετωπίζουν συχνή θέρμανση και ψύξη. Ο βαθμός 321 παραμένει η πιο οικονομική επιλογή για στατική{11}}υπηρεσία υψηλής θερμοκρασίας κάτω από 1000 βαθμούς .

Συγκόλληση και Τυπικές Εφαρμογές

Ο βαθμός 347 είναι εύκολα συγκολλήσιμος με διεργασίες TIG, MIG και MMA χρησιμοποιώντας ταιριαστό μέταλλο πλήρωσης 347 που φέρει την ίδια περιεκτικότητα σε νιόβιο. Η χαμηλή παροχή θερμότητας ελαχιστοποιεί την ανάπτυξη κόκκων στη ζώνη που επηρεάζεται-τη θερμότητα και η θωράκιση αργού καθαρότητας 99,99% αποτρέπει το πορώδες στην επιφάνεια συγκόλλησης. Δεν απαιτείται προθέρμανση. Επειδή ο χάλυβας είναι σταθεροποιημένος, οι συγκολλημένοι σύνδεσμοι διατηρούν τη διακοκκώδη αντοχή τους στη διάβρωση χωρίς ανόπτηση μετά-συγκόλλησης, κάτι που αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα για μεγάλα σκάφη και περίπλοκες κατασκευές. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν εξαρτήματα κινητήρων αεροσκαφών και συστήματα εξάτμισης, δοχεία πυρηνικής πίεσης και εσωτερικά αντιδραστήρων, χημικούς και πετροχημικούς αντιδραστήρες, σωλήνες υπερθερμαντήρα και αναθερμαντήρα και μέρη κλιβάνου που λειτουργούν πάνω από 800 βαθμούς.

FAQ

Πώς διαφέρει η σταθεροποίηση νιοβίου από τη σταθεροποίηση τιτανίου στο 321;

Το νιόβιο σχηματίζει καρβίδια NbC που παραμένουν σταθερά μέχρι περίπου 1200 βαθμούς, ενώ το τιτάνιο σχηματίζει TiC σταθερό στους περίπου 1000 βαθμούς. Κάτω από επαναλαμβανόμενο θερμικό κύκλο, τα καρβίδια του νιοβίου αντέχουν πολύ καλύτερα στη διάλυση και{3}}στην εκ νέου καθίζηση, επομένως το 347 διατηρεί τη διακοκκώδη αντίστασή του στη διάβρωση σε διακυμάνσεις υψηλής-θερμοκρασίας. Ο βαθμός 347 απαιτεί επίσης 10 φορές την περιεκτικότητα σε άνθρακα στο νιόβιο, έναντι 5 φορές για το τιτάνιο στο 321, το οποίο παρέχει ένα πιο ολοκληρωμένο κλείδωμα άνθρακα-.

Γιατί το 347 χρησιμοποιείται σε δοχεία πυρηνικής πίεσης;

Οι συγκολλημένες αρθρώσεις σε πυρηνικά δοχεία δεν πρέπει να χάνουν την αντοχή στη διάβρωση, επειδή οποιαδήποτε διακοκκώδης προσβολή θα μπορούσε να γίνει διαδρομή διαρροής για ραδιενεργά μέσα. Η σταθεροποίηση με νιόβιο του 347 διατηρεί τις συγκολλημένες αρθρώσεις ανθεκτικές στη διάβρωση-χωρίς ανόπτηση μετά την-συγκόλληση, η ωστενιτική δομή ανθίσταται στην ευθραυστότητα της ακτινοβολίας καλύτερα από τους βαθμούς φερριτικού και η λεπτή κατανομή του NbC βοηθά στην παγίδευση των ελαττωμάτων που προκαλούνται από την ακτινοβολία-διατηρώντας παράλληλα την ατμοσφαιρική οδό.

Πώς συγκρίνεται το 347 με το 304L;

Το 304L βασίζεται σε πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (0,03% max) για να αποφευχθεί η κατακρήμνιση καρβιδίου, αλλά η προστασία χάνεται σε συγκολλημένες ή υψηλές θερμοκρασίες πάνω από 425 βαθμούς. Ο βαθμός 347 αντιστέκεται στη διακοκκώδη διάβρωση μέσω σταθεροποίησης και διατηρεί αντοχή πάνω από 600 βαθμούς. Το 347 είναι η σωστή επιλογή για συγκολλημένα εξαρτήματα υψηλής θερμοκρασίας{10}όπως οι σωλήνες λέβητα.

Ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος συγκόλλησης 347;

Χρησιμοποιήστε TIG ή MIG με ταιριαστό μέταλλο πλήρωσης 347, ώστε το μέταλλο συγκόλλησης να έχει την ίδια σταθεροποίηση νιοβίου. Διατηρήστε την εισροή θερμότητας χαμηλή για να περιορίσετε την ανάπτυξη κόκκων στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα-, θωρακίστε με αργό υψηλής-καθαρότητας για να αποτρέψετε το πορώδες και αποφύγετε την ευρεία ύφανση. Δεν απαιτείται προθέρμανση και το άλεσμα ή το άλεσμα μετά τη συγκόλληση απομακρύνει τα άλατα οξειδίου από την περιοχή συγκόλλησης.

Μπορεί το 347 να χρησιμοποιηθεί σε κρυογονικές θερμοκρασίες;

Ναί. Η ωστενιτική δομή του 347 παραμένει σταθερή έως -196 μοίρες, επομένως μπορεί να χρησιμεύσει σε μη κρίσιμες κρυογονικές εφαρμογές, όπως μικρά δοχεία υγρού αζώτου. Για κρυογονικά εξαρτήματα υψηλής καταπόνησης, το 321 προτιμάται συνήθως επειδή τα λεπτότερα καρβίδια του τιτανίου δίνουν καλύτερη αντοχή στην κρούση. τα μεγαλύτερα καρβίδια του νιοβίου στο 347 δρουν ως δευτερεύοντες συγκεντρωτές τάσεων.