321 vs 347H nerđajući čelik: upoređene legure stabilizovane na visokoj temperaturi

321 i 347H oba pripadaju austenitnoj porodici 18/8, ali su specificirani za različite krajeve istog problema: održavanje zavarene komponente otporne na koroziju i puzanje dok je vruća. Ovaj članak upoređuje dva razreda po kemijskoj stabilizaciji, mehaničkim svojstvima, čvrstoći na visokim temperaturama, otpornosti na koroziju i praksi proizvodnje, s obzirom na ASTM A240 i ASTM A312.

Kako se stabilizacija titana i niobija razlikuje

Stabilizirani slojevi dodaju jak karbid koji stvara tako da je ugljik zaključan u stabilne karbide umjesto da reagira s hromom na granicama zrna tokom zavarivanja ili rada na visokim temperaturama. Ovo sprečava iscrpljivanje hroma i intergranularnu koroziju u zoni zahvaćenom toplotom. 321 koristi titanijum sa najmanje 5 puta većim sadržajem ugljenika (maksimalno 0,70%), dok 347H koristi niobijum plus tantal sa najmanje 8 puta većim sadržajem ugljenika (maksimalno 1,00%). Budući da su niobijum karbidi stabilniji od titanijum karbida na veoma visokim temperaturama, 347H zadržava više svog ojačanja na radnim temperaturama iznad otprilike 800 stepeni.

Upoređeni hemijski sastav

Rasponi sastava prema ASTM A240 (težinski%):

Element	321 / UNS S32100	347H / UNS S34709
Karbon	0.08 max	0.04-0.10
Mangan, max	2.00	2.00
Fosfor, max	0.045	0.045
Sumpor, max	0.030	0.030
Silicijum, max	0.75	0.75
Chromium	17.00-19.00	17.00-19.00
Nikl	9.00-12.00	9.00-13.00
Titanijum	5 x C min, 0,70 max	-
Niobij + tantal	-	8 x C min, 1,00 max

Mehanička svojstva i čvrstoća pri visokim temperaturama

Na sobnoj temperaturi oba tipa ispunjavaju iste žarene minimume po ASTM A240: zatezna čvrstoća 515 MPa, granica popuštanja 205 MPa i izduženje 40%. Praktična razlika se pojavljuje na visokoj temperaturi. Viši ugljik 347H (0,04-0,10%) u kombinaciji sa niobij karbidima obezbjeđuje jače ojačanje padalina, tako da 347H zadržava kapacitet nosivosti do oko 816 stepeni i pokazuje bolju čvrstoću puzanja i lomljenja u dugotrajnoj službi. 321 dobro radi do oko 760-816 stepeni, generalno je ispod svog termičkog ciklusa ispod 760-816 stepeni. stabilnija mikrostruktura i bolja duktilnost smanjuju rizik od oštećenja usled termičkog zamora.

Otpornost na koroziju u zavarenom servisu

Oba tipa nude odličnu otpornost na međugranularnu koroziju nakon zavarivanja, upravo zato što stabilizirajući elementi drže ugljik izvan oblika krom-karbida. U blagim okruženjima 321 ima blagu ivicu u opštoj otpornosti na koroziju; u visokotemperaturnom oksidirajućem ili agresivnom radu, 347H bolje zadržava svoju otpornost na dugotrajno izlaganje. Niti jedan tip ne bi trebao biti zamijenjen tipovima koji sadrže molibden, gdje hloridna rupičasta ili pukotna korozija upravlja dizajnom.

Razmatranje proizvodnje i zavarivanja

321 je duktilniji i lakše se oblikuje u složene oblike, zbog čega dominira cijevima izmjenjivača topline i ekspanzijskim komponentama. 347H zahtijeva strožu kontrolu ulazne topline zavarivanja i međuprolazne temperature kako bi se očuvala čvrstoća na visokim temperaturama, ali ostaje prikladan za većinu industrijskih proizvodnje. Koriste se odgovarajući dodatni metali: punilo tipa 321 za 321 i punilo tipa 347 za 347H tako da metal vara nosi istu stabilizaciju niobija. Toplinska obrada nakon zavarivanja generalno nije potrebna ni za jedan tip.

Vodič za odabir aplikacije

321 je specificiran za izduvne sisteme aviona, izmjenjivače topline s cikličnom toplinom, ekspanzione mijehove i dijelove peći u kojima dominira termički ciklus. 347H je specificiran za pregrijač kotlova i cijevi za pregrijavanje elektrane, cijevi za paru visokog pritiska, posude pod pritiskom i visokotemperaturne spojeve za pričvršćivanje na ASTM A32 tipično za cijev ATM34. A213 TP347H za kotlove cijevi. Kao pravilo, izaberite 347H gde je jačina puzanja preovlađujuća i 321 gde dominiraju formabilnost i termički ciklus.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između stabilizacije 321 i 347H?

321 je stabilizovan titanijumom (5 x ugljenik minimum, 0,70% maksimum); 347H je stabilizovan niobijem plus tantalom (8 x ugljenik minimum, 1,00% maksimum) i nosi više ugljenika (0,04-0,10%) za ekstra čvrstoću na visokim temperaturama.

Koji razred ima bolju snagu puzanja iznad 800 stepeni?

347H. Niobijum karbidi obezbeđuju jače taloženje od titanijum karbida na visokoj temperaturi, zbog čega je 347H poželjniji za delove pod pritiskom koji rade blizu 816 stepeni.

Može li se 321 zamijeniti za 347H?

Za servis ispod oko 800 stepeni gde puzanje nije glavni kriterijum, 321 se često može zameniti. Za delove pod pritiskom koji rade iznad 800 stepeni, 347H je sigurniji izbor zbog svoje superiorne snage puzanja.

Da li su 321 i 347H otporni na intergranularnu koroziju nakon zavarivanja?

Da. Oba su stabilizirana kako bi se spriječilo taloženje hrom-karbida u zoni toplotnog uticaja, tako da zadržavaju svoju otpornost na koroziju u stanju zavarivanja bez termičke obrade nakon zavarivanja.

Koji dodatni metal treba koristiti za zavarivanje?

Koristite punilo tipa 321 za 321 i punilo tipa 347 za 347H tako da metal šava nosi odgovarajuću stabilizaciju. Odabir punila također treba odgovarati važećem kodu (ASME odjeljak IX ili ekvivalent) za aplikaciju.

Koja je maksimalna radna temperatura ovih razreda?

321 je obično ocijenjen za kontinuirani rad na oko 816 stepeni; 347H je ocijenjen na oko 816 stepeni s boljim dugoročnim performansama puzanja u tom rasponu. Iznad ovih temperatura, oksidacija i puzanje obično prisiljavaju prelazak na visoke legure otporne na toplinu.