Nerđajući čelik 347: niobijum-Stabilizovani austenitni stepen za visoke-temperature i nuklearne usluge

Šta je nerđajući čelik 347?

Nerđajući čelik 347 je austenitni razred stabilizovan niobijem i tantalom, označen sa UNS S34700 u ASTM A240 i EN 1.4550 (X6CrNiNb18-10) u EN 10088, sa japanskim ekvivalentom SIS GUS3430 po J. Stabilizacija znači da je ugljenik vezan u stabilne niobijum karbide (NbC) umjesto da može slobodno reagirati s hromom. Ovo sprečava taloženje hrom-karbida na granicama zrna tokom zavarivanja ili dugotrajnog izlaganja visokim-temperaturama, tako da je čelik otporan na međugranularnu koroziju i može se koristiti u-zavarenom stanju bez naknadnog-žarenja. Grade 347 je poželjan izbor kada se komponente suočavaju sa čestim ciklusima grijanja i hlađenja, jer se niobijum karbidi ne rastvaraju i ponovo talože tokom termičkog ciklusa tako lako kao titanijum karbidi.

Hemijski sastav

Granice sastava ispod slijede ASTM A240 za ploče, listove i trake; ista hemija se primjenjuje na cijevi i cijevi prema ASTM A312 i A269.

Element	Sastav (tež.%)
ugljik (C)	0,08 max
mangan (Mn)	2,00 max
fosfor (P)	0,045 max
sumpor (S)	0,030 max
silicijum (Si)	0,75 max
hrom (Cr)	17.0-19.0
nikl (Ni)	9.0-13.0
niobijum + tantal (Nb+Ta)	10 x C min, 1,00 max

Zahtjev za Nb+Ta od najmanje 10 puta većeg sadržaja ugljika, s praktičnim minimumom od 0,70%, jamči da je prisutno dovoljno niobija da se kombinira sa svim ugljikom u čeliku.

Mehanička svojstva

U žarenom stanju, 347 pruža sljedeća minimalna svojstva prema ASTM A240.

Svojstvo (žareno)	Vrijednost
Vlačna čvrstoća min (MPa)	515
Granica tečenja min (MPa)	205
Izduženje min (%)	40
Tvrdoća max (HB)	217

Na povišenim temperaturama, 347 zadržava korisnu čvrstoću i, za razliku od ne-stabiliziranih vrsta, zadržava otpornost na koroziju čak i nakon dugih perioda u temperaturnom opsegu osjetljivosti od 425-815 stepeni.

Stabilizacija niobija vs stabilizacija titana

Grade 321 koristi titanijum za istu svrhu stabilizacije, ali se ta dva elementa različito ponašaju na visokim temperaturama. Titanijum karbidi (TiC) ostaju stabilni do oko 1000 stepeni, dok niobijum karbidi (NbC) ostaju stabilni do oko 1200 stepeni. U radu iznad 1000 stepeni, ili pod ponovljenim termičkim ciklusom, titanijum karbidi se mogu rastvoriti i ponovo -taložiti na granicama zrna, što lokalno iscrpljuje hrom i smanjuje otpornost na koroziju. Niobijum karbidi su mnogo manje pod uticajem termičkog ciklusa, zbog čega je 347 određen za komponente izduvnih gasova aviona, delove pregrijača i nuklearne komponente koje se često zagrevaju i hlade. Grade 321 ostaje ekonomičniji izbor za statičku-uslugu na visokim temperaturama ispod 1000 stepeni.

Zavarivanje i tipične primjene

Klasa 347 je lako zavarljiva TIG, MIG i MMA procesima koristeći odgovarajući metal za punjenje 347 koji ima isti sadržaj niobijuma. Nizak unos toplote minimizira rast zrna u zoni -zahvaćenoj toplotom, a zaštita od argona od 99,99% čistoće sprečava poroznost na površini vara. Predgrijavanje nije potrebno. Budući da je čelik stabiliziran, zavareni spojevi zadržavaju svoju međugranularnu otpornost na koroziju bez naknadnog-žarenja zavara, što je velika prednost za velike posude i složene izrade. Tipične primjene uključuju komponente avionskih motora i izduvne sisteme, nuklearne posude pod pritiskom i unutrašnjost reaktora, hemijske i petrohemijske reaktore, cijevi za pregrijavanje i pregrijavanje, te dijelove peći koji rade iznad 800 stepeni.

FAQ

Kako se stabilizacija niobija razlikuje od stabilizacije titana u 321?

Niobijum formira NbC karbide koji ostaju stabilni do oko 1200 stepeni, dok titanijum formira TiC stabilan do oko 1000 stepeni. U ponovljenom termičkom ciklusu, niobijum karbidi mnogo bolje odolijevaju rastvaranju i ponovnom{3}}taloženju, tako da 347 zadržava svoju međugranularnu otpornost na koroziju u fluktuirajućim radnim-temperaturama. Grade 347 također zahtijeva 10 puta veći sadržaj ugljika u niobijumu, naspram 5 puta za titan u 321, što daje potpunije zatvaranje ugljika-.

Zašto se 347 koristi u nuklearnim posudama pod pritiskom?

Zavareni spojevi u nuklearnim posudama ne smiju izgubiti otpornost na koroziju, jer svaki intergranularni napad može postati put curenja radioaktivnih medija. Stabilizacija niobijuma 347 održava zavarene spojeve otpornim na koroziju-bez naknadnog-žarenja, austenitna struktura je otpornija na krhkost radijacije bolje od feritnih razreda, a fina distribucija NbC pomaže da se zarobe defekti-indukovani radijacijom uz očuvanje duktilnosti.

Kako se 347 poredi sa 304L?

304L se oslanja na vrlo nizak sadržaj ugljika (0,03% max) kako bi se izbjeglo taloženje karbida, ali zaštita se gubi u zavarenom ili visoko{2}}temperaturnom radu iznad 425 stepeni. Kvaliteta 347 otporna je na međugranularnu koroziju kroz stabilizaciju i zadržava čvrstoću iznad 600 stepeni . 304L je jeftiniji za aplikacije sa niskim-naponom kao što je oprema za hranu; 347 je pravi izbor za zavarene visokotemperaturne{10}komponente kao što su cijevi kotla.

Koji je najbolji način zavarivanja 347?

Koristite TIG ili MIG sa odgovarajućim dodatnim metalom 347 tako da metal šava ima istu stabilizaciju niobija. Održavajte nizak unos topline kako biste ograničili rast zrna u zoni-pogođenoj toplinom, zaštitite argonom visoke-čistoće kako biste spriječili poroznost i izbjegli široko tkanje. Nije potrebno predgrijavanje, a brušenje ili kiseljenje nakon-zavara uklanja oksidni kamenac sa područja zavara.

Može li se 347 koristiti na kriogenim temperaturama?

Da. Austenitna struktura 347 ostaje stabilna do -196 stepeni, tako da može poslužiti u nekritičnim kriogenim primjenama kao što su male posude za tekući dušik. Za visoko naprezane kriogene komponente, 321 je obično poželjan jer njegovi finiji titanijum karbidi daju bolju udarnu žilavost; veći niobijum karbidi u 347 deluju kao manji koncentratori naprezanja.