321 vs 347 stabilizált ausztenites rozsdamentes acélok: magas-hőmérsékletű hegesztett alkatrészek kiválasztása

A 321-es és 347-es típusok egyetlen célból léteznek: lehetővé teszik az ausztenites rozsdamentes acél hegesztését és magasabb hőmérsékleten történő használatát anélkül, hogy fennállna a szemcseközi korrózió veszélye vagy a hegesztési varrat utólagos hőkezelése{2}. A 304-es szabvány, hegesztett és 425-850 C tartományban tartva a szemcsehatárokon kicsapja a króm-karbidokat, és elveszíti a korrózióállóságát. Erős karbidképző vegyület, titán 321-ben vagy nióbium 347-ben történő hozzáadása megakadályozza ezt azáltal, hogy a szenet stabil vegyületekké köti.

Mindkét minőséget széles körben meghatározzák a kemence alkatrészeihez, a kazánokhoz és a hőcserélő{0}}alkatrészekhez, a kipufogórendszerekhez és a finomítói csővezetékekhez. A köztük lévő választás az üzemi hőmérsékleten, a kúszásállóságon, a gyártáson és a költségeken múlik.

Kémiai összetétel az ASTM A240 szerint

Elem (tömeg%)	321, UNS S32100	347, UNS S34700
Szén, max	0.08	0.08
Króm	17.0–19.0	17.0–19.0
Nikkel	9.0–12.0	9.0–13.0
Titán	5 x (C + N) min 0,70 max	-
Nióbium + tantál	-	10 x C min - 1,10 max
Mangán, max	2.00	2.00
Szilícium, max	0.75	0.75
Nitrogén, max	0.10	-

Mindkét minőség ASTM A240 szerint ugyanazokat az izzított minimumokat mutatja: szakítószilárdság 515 MPa, 0,2% folyáshatár 205 MPa, nyúlás 40%. A különbségek a hosszú távú-emelt hőmérsékletű{7}}szolgáltatásban jelentkeznek.

Magas{0}}hőmérsékletű viselkedés: keményfém stabilitás és kúszás

A 321-ben lévő titán-karbidok körülbelül 800 C-ig stabilak, de lassan durvulnak, ha hosszan tartó expozíció e hőmérséklet felett van, ami fokozatosan csökkenti a szemcse-határszilárdságot és a kúszási ellenállást. A 347-ben lévő nióbium-karbidok finomak és stabilak maradnak sokkal hosszabb ideig 800-900 C-on, ezért a 347-et részesítik előnyben a legforróbb, folyamatos{8}}komponensek, például a gázturbina-alkatrészek, a túlhevítő csövek és a nukleáris gőzvezetékek esetében. Ciklikus üzemben a finomabb, stabilabb nióbium-karbidok jobban ellenállnak a hőfáradás okozta károsodásnak, mint a 321-es durvuló titán-karbidok.

Tervezési célból az ASME B31.3 mindkét fokozatot körülbelül 816 C-ig sorolja fel, a hőmérséklettel csökkenő megengedett feszültségekkel; e tartomány felett nagyobb -ötvözet hőálló-minőségeket kell értékelni.

Hegeszthetőség és utó{0}}hegesztési hőkezelés

Egyik minőség sem igényel utólagos-hegesztési hőkezelést korróziós okok miatt: a stabilizálás megakadályozza az érzékenységet a hővel érintett zónában. A megfelelő töltőfémeket használják: 321- típusú töltőanyag a 321-hez, 347 típusú töltőanyag a 347-hez. A stabilizált és nem stabilizált ausztenites minőségek közötti eltérő hézagokhoz a 347-es típusú töltőanyag a szokásos semleges választás. A 347 hegesztésénél szabályozott hőbevitelt kell alkalmazni, hogy elkerüljük a nióbium szegregációt vagy a karbid agglomerációt a hegesztett fémben.

Korrózióállósági szempontok

Lágyított és hegesztett állapotban mindkét minőség ellenáll a szemcseközi korróziónak a 425-850 C-os tartományban, és magasabb hőmérsékleten is üzemel. Egyik minőség sem tartalmaz molibdént, így egyik sem alkalmas klorid--csapágyazásra, tengeri vagy savas-nedves kiszolgálásra; kombinált hő- és kloridállósághoz molibdéntartalmú stabilizált vagy duplex minőséget kell választani.

Költség-, gyártási és kiválasztási útmutató

A 321 általában az alacsonyabb költségű -besorolás, mivel a titán bőséges és olcsó ötvözetű, míg a nióbium ellenőrzött, költségesebb adalék,. 347 nióbiumtartalma miatt alig kevésbé alakítható nehéz szakaszokon, és valamivel nagyobb hajlítóerőt igényel. Ahol a tervezési hőmérséklet körülbelül 800 C alatt marad, és a kúszási élettartam nem kritikus, a 321 alacsonyabb költségek mellett biztosítja a stabilizálás előnyeit; ahol a folyamatos szolgáltatás megközelíti a 850-900 C-ot, a nióbium-stabilizált 347 igazolja a prémiumát.

A körülbelül 800 C alatt üzemelő hegesztett alkatrészekhez válassza a 321-et: kemencetálcák, kazáncsövek, kipufogófejek, vegyszeres csövek az érzékenyítési tartományban és általános hőkezelő{2}}szerelvények. Válassza a 347-et körülbelül 800 C feletti folyamatos üzemeléshez, hosszú-kúszó-élettartamú alkalmazásokhoz, ciklikus hőkezeléshez, valamint nukleáris vagy űrrepülési specifikációkhoz, amelyek maximális hosszú távú-karbidstabilitást igényelnek.

GYIK

Miért nem szükséges a 321-es és a 347-es utólagos-hegesztési hőkezelés?

A stabilizáló adalékok titán- vagy nióbium-karbidként kötik meg a szenet, így a króm-karbid kiválás nem ronthatja ki a szemcsehatárokat. A hőhatás-zóna ezért megőrzi korrózióállóságát izzítás nélkül.

Melyik osztály ellenáll a magasabb hőmérsékletnek?

347, mert a nióbium-karbidok finomak és stabilak maradnak 800{5}}900 C-on, míg a titán-karbidok eldurvulnak. Az ASME B31.3 tervezési táblázatokban mindkét fokozat 816 C közelében van, így a különbség leginkább a kúszási élettartam és a hosszú távú mikrostruktúra szempontjából számít, nem pedig a maximális kód hőmérséklet.

A 321 vagy a 347 helyettesítheti a 304-et kloridos környezetben?

Nem. Egyik sem tartalmaz molibdént, így mindkettőnek ugyanaz a klorid-pontosodási határértéke, mint a 304-nek. A stabilizálás a szemcseközi korrózió ellen véd, nem pedig a lyuk- vagy feszültségkorróziós repedés ellen.

Milyen töltőanyagot kell használni a 321 hegesztéséhez?

Használjon hozzáillő 321-es típusú töltőanyagot, hogy a hegesztési fém titánstabilizátort is tartalmazzon. 347-hez használjon 347-es típusú töltőanyagot. A 347-es típusú töltőanyag gyakori választás a különböző stabilizált hézagokhoz.

A 321 olcsóbb, mint a 347?

Általában igen. A titán alacsony költségű adalék, míg a nióbium jelentős ötvözetprémiummal jár, így a 347 jellemzően a drágább a két stabilizált minőség közül.

A 321 és a 347 mágnesesek?

Nem. Mindkettő teljesen ausztenites izzított állapotban, és lényegében nem-mágneses; erős hidegmunka után enyhe mágnesesség jelentkezhet.