321 vs 347 rustfrit stål: Stabiliserede høj-temperaturlegeringer sammenlignet

Hvad gør et rustfrit stål stabiliseret?

321 og 347 tilhører den 18/8 austenitiske familie (ca. 18 % krom og 9-13 % nikkel) og løser et specifikt problem. Når almindelig 304 opvarmes i området omkring 425 -815 grader - under svejsning eller i drift - kan kulstof kombineres med krom ved korngrænser for at danne kromcarbider, hvilket efterlader det tilstødende metal, der er kromudtømt og sårbart over for intergranulær korrosion. Stabiliserede kvaliteter tilføjer et grundstof, der binder til kulstof endnu nemmere, end krom gør: titanium i 321, niobium i 347. Kulstoffet er fastlåst som stabile karbider, så krom forbliver i fast opløsning, og materialet bevarer sin korrosionsbestandighed efter svejsning og i brug.

Kemisk sammensætning sammenlignet

Sammensætningsintervaller pr. ASTM A240 (vægt%):

Element	321 / UNS S32100	347 / UNS S34700
Kulstof, max	0.08	0.08
Mangan, max	2.00	2.00
Fosfor, max	0.045	0.045
Svovl, max	0.030	0.030
Silicium, max	0.75	0.75
Chrom	17.00-19.00	17.00-19.00
Nikkel	9.00-12.00	9.00-13.00
Titanium	5 x C min; 0,70 maks	Ikke specificeret
Niobium (Columbium)	Ikke specificeret	10 x C min; 1,00 max

Stabiliseringsforholdene er skrevet ind i standarden: titanium skal være mindst fem gange kulstofindholdet og ikke mere end 0,70 %; niob skal være mindst ti gange kulstofindholdet og ikke mere end 1,00 %.

Mekaniske egenskaber (udglødet, ASTM A240)

Ejendom	321 / S32100	347 / S34700
Trækstyrke, min (MPa)	515	515
Flydespænding, min (MPa)	205	205
Forlængelse, min (%)	40	40

Ved stuetemperatur er de to kvaliteter i det væsentlige ækvivalente, hvorfor materialevalg mellem dem bestemmes af driftstemperatur og belastning snarere end af databladstyrke.

Ydeevne ved høj-temperatur: Krybning og skalering

Begge kvaliteter modstår skalering i oxiderende atmosfærer til omkring 900 grader. Den vigtige forskel ses i krybning: over omkring 800 grader udvikler 347 bedre krybestyrke, fordi niobiumcarbider forbliver fint fordelte og stabile ved høj temperatur, hvilket giver en mere effektiv udfældningsforstærkning end titaniumcarbider. Af denne grund er 347 foretrukket til tryk-holdige komponenter såsom varmerør og høj-temperaturreaktionsbeholdere. 321 er fortsat meget udbredt i udstødningssystemer, termiske oxidationsmidler og ekspansionsbælge, hvor god fremstillingsevne og modstand mod cyklisk termisk belastning er værdsat.

Svejsning og fremstilling

Begge kvaliteter svejser let med traditionel austenitisk rustfri stålpraksis, og ingen af ​​dem kræver efter-svejsevarmebehandling. Til 347 samlinger er fyldmetal af matchende niob-stabiliseret sammensætning (ER347) typisk. 321 ofte svejset med det samme ER347 fyldstof, eller med ER321, hvor der kræves en matchende titanium-stabiliseret aflejring, fordi titanium oxiderer let i svejsebadet. Varmetilførslen bør holdes moderat og interpass-temperaturen under ca. 150 grader for at begrænse karbidudfældning og forvrængning.

Typiske applikationer

321: flyudstødningsmanifolder og stakke, termiske oxidationsmidler, ekspansionsbælge, ovnkomponenter under ca. 900 grader og kemiske eller petrokemiske rør ved moderat temperatur.

347: raffinaderivarmerør, høj-temperaturreaktionsbeholdere, dampoverhednings- og eftervarmerrør, kedelkomponenter og svejsede samlinger, der ser vedvarende drift over 800 grader.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er den største forskel mellem 321 og 347?

Det stabiliserende element: 321 bruger titanium (5 x C minimum, 0,70 % maksimum), mens 347 bruger niobium (10 x C minimum, 1,00 % maksimum). Nikkelområdet afviger også lidt: 9,00-12,00% for 321 og 9,00-13,00% for 347.

Hvilken kvalitet har bedre krybestyrke ved høj temperatur?

347. Over ca. 800 grader giver niobiumcarbider stærkere nedbørsforstærkning end titaniumcarbider, hvilket giver 347 bedre krybemodstand i langvarig-høj-temperaturdrift.

Kan 321 erstattes med 347?

For service under omkring 800 grader, og hvor krybning ikke er det styrende kriterium, kan 321 ofte erstattes. For trykdele, der arbejder over 800 grader, er 347 det sikreste valg på grund af dets overlegne krybestyrke.

Modstår 321 og 347 intergranulær korrosion efter svejsning?

Ja. Begge er designet således, at titanium eller niobium kombineres med kulstof, hvilket forhindrer chromudtømning ved korngrænser under svejsning eller service i sensibiliseringsområdet på cirka 425-815 grader.

Hvilket tilsatsmetal bruges til svejsning 321 og 347?

347 er typisk svejset med matchende niobium-stabiliseret fyldstof (ER347). 321 er ofte svejset med det samme ER347 fyldstof, eller med ER321, hvor der kræves en matchende titanium-stabiliseret aflejring.

Hvad er den maksimale driftstemperatur på 321 og 347?

I oxiderende atmosfærer modstår begge skalering til omkring 900 grader. For bærende-dele er den praktiske grænse lavere, fordi krybestyrken falder med temperaturen; designkoder bør konsulteres for trykapplikationer.