Стоманена плоча 321H срещу 321: Каква е разликата?

321 иПлоча от неръждаема стомана 321Hи двете са отлични стабилизирани с титан -аустенитни степени, но не са еднакви. В тази статия ще видите как точно се различават техният химичен състав, механични свойства, поведение при високи-температури и-употреби в реалния свят.

Какво представляват 321 и 321H?

Както 321, така и 321H са аустенитни неръждаеми стомани, които са стабилизирани с титан. Стабилизирането означава, че към сплавта се добавя титан (обикновено 5 пъти съдържанието на въглерод, минимум 0,10%).

Титанът има много по-силно привличане към въглерода, отколкото хромът. Когато стоманата се нагрява (по време на заваряване или работа при висока-температура), титанът първо грабва въглерода, образувайки безвредни титаниеви карбиди. Това предотвратява образуването на хромни карбиди по границите на зърната – причината за междукристална корозия (често наричана „разпад на заваръчния шев“).

Така че и двата вида са устойчиви на сенсибилизация. Но 321H е проектиран специално за високо-температурни приложения, където устойчивостта на пълзене и свойствата на разрушаване при напрежение са критични.

Химичен състав: въглеродната разлика

Таблицата по-долу показва основните химични разлики според ASTM A240.

Източник: ASTM A240 / A240M

Какво ви казват числата:

321 позволява въглерод до 0,08%, но няма долна граница. 321H изисква поне 0,04% въглерод и позволява до 0,10%. Този допълнителен въглерод, когато се комбинира с титан, образува повече титаниеви карбиди по време на работа при висока-температура. Тези карбиди "закрепват" границите на зърната и ги предпазват от плъзгане при напрежение - механизъм, наречен утаяване. Ето защо 321H има по-висока якост на пълзене от 321.

Механични свойства: Стайна температура срещу висока температура

При стайна температура 321 и 321H имат почти идентични механични свойства. Разликата става драматична, когато температурите надвишат 1000 градуса F (537 градуса).

Характеристики на стайна температура (състояние на отгрята)

Източници: ASTM A240, ASME SA-240

Свойства при висока-температура

Степента "H" е специално проектирана за работа при повишени температури. По-долу е дадено сравнение на допустимите напрежения при високи температури съгласно ASME Раздел II, Част D.

Източник на данни: ASME Код за котли и съдове под налягане, раздел II, част D

Какво означава това: При 1500 градуса F (816 градуса), 321H може безопасно да се справи с 87% повече напрежение от 321. Това е огромна разлика за оборудване, което работи непрекъснато под товар – като например тръба на прегревател или съд под налягане в нефтохимически завод.

Сравнение на якостта на пълзене

Пълзенето е бавна, постоянна деформация, която се случва, когато металът се държи под напрежение при висока температура. За дългосрочна-експлоатация якостта на пълзене често е по-важна от краткосрочната{2}}якост на опън.

При 1200 градуса F (649 градуса) при напрежение от 10 000 psi:

321 ще се спука след приблизително 5000 часа

321H ще се спука след приблизително 10 000 часа – два пъти повече от живота.

При 1400 градуса F (760 градуса) под 5000 psi:

321 разкъсвания за около 1000 часа

321H издържа над 3000 часа.

Ето защо кодовете за съдове под налягане (ASME Раздел VIII) изискват използването на 321H за дългосрочно -високо{2}}температурно обслужване, когато пълзенето е проектно съображение.

Физически свойства

И двата вида споделят почти идентични физически свойства, тъй като техните основни състави са толкова сходни.

И двата вида остават не-магнитни след отгряване. Студената обработка (огъване, валцоване) може да предизвика лек магнетизъм, но това не влияе върху ефективността при висока-температура.

Устойчивост на корозия

Тъй като и двата вида са стабилизирани с-титан, те предлагат еднаква устойчивост на междукристална корозия. Нито един от тях няма да страда от "разпадане на заваръчния шев" след заваряване или излагане на температури между 800–1600 градуса F (425–870 градуса).

В други корозивни среди:

• Обща корозия:И двете са устойчиви на окисление и мащабиране до около 1500 градуса F (816 градуса) при непрекъснато обслужване и 1600 градуса F (871 градуса) периодично.

• Киселинна устойчивост:И двете имат сходна устойчивост на разредени киселини, но нито една не е подходяща за силни редуциращи киселини (като солна или гореща сярна).

• Хлоридно корозионно напукване (SCC):Както всички аустенитни неръждаеми стомани, както 321, така и 321H могат да се напукат в горещи хлоридни разтвори над 140 градуса F (60 градуса). За работа с морска вода или саламура при високи температури помислете за дуплексни или супер-аустенитни класове.

Важна забележка: Устойчивостта на корозия и на двата класа е най-добра в състояние на закален разтвор (нагрят до 1850–2050 градуса F / 1010–1120 градуса и бързо охладен). Поради стабилизирането на титан не се изисква термична обработка след-заваряване – основно предимство пред не-стабилизираните класове като 304 или 304H.

Заваряемост и производство

И 321, и 321H заваряват прекрасно. Те могат да бъдат съединени с помощта на ВИГ, МИГ, заваряване под флюс или електродъгово заваряване. Използвайте съвпадащи добавъчни метали: ER321 за TIG/MIG и E347 (или E321) за заваряване с прът. Титанът стабилизира заваръчната вана, предотвратявайки утаяването на хромен карбид в засегнатата от топлина-зона.

Не е необходимо предварително загряване за нито един от двата класа, дори и при дебели участъци. Термична обработка след -заваряване също не е необходима – можете да заварявате и да поставите оборудването директно в-температурно обслужване, без да се притеснявате за сенсибилизация.

Формоване и механична обработка: И двете се-втвърдяват бързо. Използвайте остри инструменти, ниски скорости на рязане и много охлаждаща течност за обработка. За студено формоване (огъване, валцуване) позволете пружинно връщане – 321H, с малко по-високо съдържание на въглерод, може да бъде малко по-трудно за формоване.

Стандарти и спецификации

Винаги изисквайте Сертификат за изпитване на мелница (MTC), потвърждаващ правилния клас.

Приложения: Кога да използвате кои?

Изберете 321 (стандартен) Когато:

Температурите са умерени – под около 1000 градуса F (537 градуса) за непрекъсната работа.

Не се нуждаете от максимална якост на пълзене – например в изпускателни комини, части на пещ, които не са силно натоварени, или топлообменници, работещи под ниско налягане.

Оборудването ще има циклично нагряване и охлаждане – 321 е малко по-устойчив на термична умора от 321H, защото има по-малко карбиди.

Цената е фактор – 321 обикновено е по-евтин и по-разпространен от 321H.

Изберете 321H, когато:

Температурите надвишават 1000 градуса F (537 градуса) – особено над 1200 градуса F, където пълзенето става проблем.

Оборудването е под непрекъснато напрежение – съдове под налягане, тръби на прегревател на котли, тръбопроводи на рафинерии и химически реактори.

Изисква се дълъг експлоатационен живот – 321H може да удвои или утрои живота на компонент в сравнение с 321 при високи температури.

Кодът ASME изисква клас „H“ – много кодове за котли и съдове под налягане налагат използването на класове H за обслужване при повишена-температура.

Заварявате дебели профили – малко по-високото съдържание на въглерод в 321H осигурява по-добра якост при високи температури в засегнатата от топлина-зона.

Заключение

Разликата между плочите от неръждаема стомана 321 и 321H се свежда до съдържанието на въглерод.

321 е отлична, универсална неръждаема стомана, стабилизирана с титан за приложения до около 1000 градуса F (537 градуса). Той е устойчив на междукристална корозия, заварява се лесно и не изисква топлинна обработка след заваряване.

321H е версията с високо съдържание на въглерод, предназначена за дълготрайна, носеща работа при температури над 1000 градуса F (537 градуса). При 1500 градуса F, той предлага почти двойно допустимото напрежение от стандарт 321, което го прави единственият безопасен избор за оборудване с високо налягане и висока температура.

И така, кой трябва да купите?

Ако вашата работна температура е под 1000 градуса F и пълзенето не е проблем за дизайна, стандарт 321 е напълно подходящ. Ако вашето оборудване ще работи непрекъснато над 1000 градуса F при значително налягане или стрес, 321H е по-добрият вариант.