321 nerđajući čelik: titanijum-Stabilizirana klasa za međugranularnu otpornost na koroziju

Šta je 321 nerđajući čelik?

321 (UNS S32100) je titanijumom-stabilizirani austenitni nehrđajući čelik razvijen od tipa 304. Titan se dodaje u količini od najmanje pet puta većeg od kombinovanog sadržaja ugljika i dušika, tako da se ugljik prvenstveno kombinuje s titanijumom da bi se formirali stabilni titanijum karbidi umjesto hrom karbida. Ovo sprečava iscrpljivanje hroma na granicama zrna kada se čelik drži u temperaturnom opsegu osetljivosti od oko 450-850 stepeni tokom zavarivanja ili rada na visokoj-temperaturi, dajući 321 otpornost na međugranularnu koroziju bez termičke obrade nakon zavarivanja. Evropska oznaka je 1.4541 (X6CrNiTi18-10) prema EN 10088, a japanska oznaka je SUS321 prema JIS G4303/G4304.

Hemijski sastav

Granice sastava ispod slijede ASTM A240.

Element (težinski %)	321 (S32100)
Karbon, max	0.08
Mangan, max	2.0
Silicijum, max	0.75
Fosfor, max	0.045
Sumpor, max	0.030
Chromium	17.0-19.0
Nikl	9.0-12.0
Azot, max	0.10
Titanijum	5 x (C+N), min

Potreba za titanom izražena je kao višekratnik ugljika i dušika jer oba elementa moraju biti vezana kao stabilna jedinjenja. H varijanta 321H (UNS S32109) ima kontrolisani opseg ugljenika od 0,04-0,10% i minimum titana od 4 x (C+N), što dodatno poboljšava snagu puzanja za delove pod visokim pritiskom.

Mehanička svojstva i toplinska obrada

Minimalne vrijednosti za žarenu ploču po ASTM A240 su navedene u nastavku.

Nekretnina	321
Vlačna čvrstoća, min (MPa)	515
0,2% granica tečenja, min (MPa)	205
Izduženje u 50 mm, min (%)	40

321 se isporučuje u stanju-žarenog rastvora, obično zagrijanog na 950-1120 stepeni i brzo ohlađenog. Budući da titanijum već stabilizuje ugljenik, čelik nije osetljiv naknadnim zagrevanjem u opsegu od 450-850 stepeni i nije potrebna toplotna obrada nakon zavarivanja. Žarena tvrdoća je oko 201 HB maksimum za ploču.

Visoke{0}}performanse i aplikacije

321 nudi korisnu snagu puzanja i otpornost na oksidaciju za kontinuirani rad u rasponu od oko 425-900 stepeni, uz kratkoročno-izlaganje mogućim do oko 950 stepeni. U poređenju sa 304, titanijum-stabilizirana klasa pokazuje veću otpornost na lomljenje puzanja iznad otprilike 550 stepeni i niže povećanje težine oksidacije na povišenoj temperaturi jer oksidna skala ostaje prianjanija. Tipične primjene su visoko{12}}cijevi izmjenjivača topline, cijevi za peći i pucanje, ekspanzioni mehovi, sekundarni cjevovodi u nuklearnim postrojenjima, cijevi za pregrijavanje i pregrijavanje, automobilske ispušne grane i školjke katalitičkih pretvarača, te komponente u jedinicama za petrohemijsko katalitičko krekiranje. Za primjene iznad oko 900 stepeni, obično se navodi viši legirani razred kao što je 310S (UNS S31008).

Zavarivanje i izrada

321 ima dobru zavarljivost sa konvencionalnim procesima kao što su TIG, MIG, SMAW i SAW. Dodatak titana je sklon oksidaciji i izgaranju pri vrlo visokim temperaturama zavarene bazene, tako da zavarivanje treba izvoditi uz kontrolirani unos topline, kratko vrijeme zadržavanja luka i odgovarajuću zaštitu argonom, održavajući sadržaj titana iznad minimuma specificiranog nakon zavarivanja. Dodatni metal se obično podudara sa osnovnim materijalom. Čelik se dobro formira savijanjem, dubokim izvlačenjem i predenjem, a može se obraditi u žarenom stanju; radno očvršćavanje je uporedivo sa drugim austenitnim razredima. Pasiviranje sa rastvorom azotne kiseline nakon proizvodnje vraća hrom{5}}bogat oksidni film i poboljšava otpornost na površinsku kontaminaciju.

Često postavljana pitanja

Q1. Šta titanijum radi u 321 nerđajućem čeliku?
Titanijum ima veći afinitet prema ugljeniku od hroma, tako da formira stabilne titanijum karbide i sprečava taloženje hrom karbida na granicama zrna, eliminišući senzibilizaciju.

Q2. Da li je za 321 potrebna toplinska obrada nakon -varenja?
Ne. Sredstva za stabilizaciju titanijuma 321 mogu se zavariti i koristiti u temperaturnom opsegu senzibilizacije bez gubitka otpornosti na međugranularnu koroziju.

Q3. Koja je razlika između 321 i 304?
321 dodaje titanijum i otporan je na intergranularnu koroziju nakon zavarivanja i rada na visokim{1}}temperaturama, dok 304 može senzibilizirati u rasponu od 450-850 stepeni.

Q4. Može li 321 zamijeniti 316L u servisu klorida?
No. 321 ne sadrži molibden, tako da je njegova otpornost na hloridnu rupicu slična 304 i manja od 316L; odabrano je za otpornost na visoke-temperature, a ne za morska okruženja.

Q5. Koji je raspon radne temperature od 321?
Kontinuirana usluga je generalno 425-900 stepeni sa kratkotrajnom ekspozicijom do oko 950 stepeni; iznad toga se preporučuje 310S.

Q6. Zašto je izgaranje titanijuma problem prilikom zavarivanja 321?
Titanijum lako oksidira na visokim temperaturama zavarene bazene; mali unos toplote, kratko vreme luka i argonska zaštita održavaju preostali titanijum iznad specificiranog minimuma.