321 rustfrit stål: titan-stabiliseret kvalitet for intergranulær korrosionsbestandighed

Hvad er 321 rustfrit stål?

321 (UNS S32100) er et titanium-stabiliseret austenitisk rustfrit stål udviklet fra Type 304. Titanium tilsættes i et niveau på mindst fem gange det kombinerede kulstof- og nitrogenindhold, således at kulstof fortrinsvis kombineres med titanium og danner stabile titancarbider i stedet for kromcarbider. Dette forhindrer chromudtømning ved korngrænser, når stålet holdes i det sensibiliserende temperaturområde på omkring 450-850 grader under svejsning eller høj-temperaturservice, hvilket giver 321 modstand mod intergranulær korrosion uden varmebehandling efter svejsning. Den europæiske betegnelse er 1.4541 (X6CrNiTi18-10) iht. EN 10088, og den japanske betegnelse er SUS321 pr. JIS G4303/G4304.

Kemisk sammensætning

Sammensætningsgrænserne nedenfor følger ASTM A240.

Element (vægt-%)	321 (S32100)
Kulstof, max	0.08
Mangan, max	2.0
Silicium, max	0.75
Fosfor, max	0.045
Svovl, max	0.030
Chrom	17.0-19.0
Nikkel	9.0-12.0
Nitrogen, max	0.10
Titanium	5 x (C+N), min

Titanbehovet udtrykkes som et multiplum af kulstof og nitrogen, fordi begge grundstoffer skal bindes op som stabile forbindelser. H-varianten 321H (UNS S32109) har et kontrolleret kulstofområde på 0,04-0,10 % og et titanium minimum på 4 x (C+N), hvilket yderligere forbedrer krybestyrken for højtemperaturtrykdele.

Mekaniske egenskaber og varmebehandling

Minimumværdier for udglødet plade i henhold til ASTM A240 er anført nedenfor.

Ejendom	321
Trækstyrke, min (MPa)	515
0,2 % flydespænding, min (MPa)	205
Forlængelse i 50 mm, min (%)	40

321 leveres i opløsning-udglødet tilstand, typisk opvarmet til 950-1120 grader og hurtigt afkølet. Fordi titanium allerede stabiliserer kulstoffet, sensibiliseres stålet ikke ved efterfølgende opvarmning i intervallet 450-850 grader, og der kræves ingen varmebehandling efter svejsning. Den udglødede hårdhed er omkring 201 HB maksimum for plade.

Høj-temperaturydelse og applikationer

321 tilbyder nyttig krybestyrke og oxidationsmodstand til kontinuerlig drift i området omkring 425-900 grader, med kort-eksponering mulig op til omkring 950 grader. Sammenlignet med 304 viser den titanium-stabiliserede kvalitet højere krybebrudstyrke over ca. 550 grader og lavere oxidationsvægtforøgelse ved forhøjet temperatur, fordi oxidskalaen forbliver mere klæbende. Typiske applikationer er varmevekslerrør med-høj temperatur, ovn- og krakningsrør, ekspansionsbælge, sekundære rør i atomkraftværker, overhednings- og eftervarmerør, udstødningsmanifolder til biler og katalysatorskaller og komponenter i petrokemiske katalytiske krakningsenheder. For applikationer over omkring 900 grader specificeres normalt en højere legeret kvalitet, såsom 310S (UNS S31008).

Svejsning og fremstilling

321 har god svejsbarhed med konventionelle processer som TIG, MIG, SMAW og SAW. Titaniumtilsætningen er tilbøjelig til oxidation og udbrænding ved meget høje svejsebassintemperaturer, så svejsning bør udføres med kontrolleret varmetilførsel, kort bueopholdstid og tilstrækkelig argonafskærmning, hvilket holder titaniumindholdet over det minimum, der er specificeret efter svejsning. Spartelmetal er typisk tilpasset til grundmaterialet. Stålet former sig godt ved bøjning, dybtrækning og spinding, og det kan bearbejdes i udglødet tilstand; arbejdshærdning kan sammenlignes med andre austenitiske kvaliteter. Passivering med en salpetersyreopløsning efter fremstilling genopretter den chrom--rige oxidfilm og forbedrer modstandsdygtigheden over for overfladeforurening.

Ofte stillede spørgsmål

Q1. Hvad gør titanium i 321 rustfrit stål?
Titanium har en højere affinitet til kulstof end krom, så det danner stabile titaniumcarbider og forhindrer kromcarbidudfældning ved korngrænser, hvilket eliminerer sensibilisering.

Q2. Er der behov for varmebehandling efter-svejsning til 321?
Nej. Titaniumstabiliseringsmidlet 321 kan svejses og bruges i det sensibiliserende temperaturområde uden at miste intergranulær korrosionsbestandighed.

Q3. Hvad er forskellen mellem 321 og 304?
321 tilføjer titanium og er modstandsdygtig over for intergranulær korrosion efter svejsning og høj-temperaturservice, mens 304 kan sensibilisere i området 450-850 grader.

Q4. Kan 321 erstatte 316L i kloridservice?
Nej. 321 indeholder ingen molybdæn, så dets modstandsdygtighed over for chloridgruber er lig med 304 og lavere end 316L; den er valgt til høj-temperaturstyrke, ikke til marine miljøer.

Q5. Hvad er driftstemperaturområdet på 321?
Kontinuerlig service er generelt 425-900 grader med kortvarig eksponering op til omkring 950 grader; over det anbefales 310S.

Q6. Hvorfor er titaniumudbrændthed et problem, når man svejser 321?
Titanium oxiderer let ved høje svejsebassintemperaturer; lav varmetilførsel, kort lysbuetid og argonafskærmning holder det resterende titanium over det specificerede minimum.