Пластина зі сталі 321H проти 321: у чому різниця?

321 іПластина з нержавіючої сталі 321Hобидва є відмінними титано{0}}стабілізованими аустенітними класами, але вони не однакові. У цій статті ви точно побачите, чим відрізняються їхній хімічний склад, механічні властивості, поведінка при високих-температурах і реальне-використання.

Що таке 321 і 321H?

І 321, і 321H є аустенітними нержавіючими сталями, стабілізованими титаном. Стабілізація означає, що до сплаву додають титан (зазвичай у 5 разів більше вмісту вуглецю, мінімум 0,10%).

Титан набагато сильніше приваблює вуглець, ніж хром. Коли сталь нагрівається (під час зварювання або роботи при високій-температурі), титан спочатку захоплює вуглець, утворюючи нешкідливі карбіди титану. Це запобігає утворенню карбідів хрому на межах зерен – причині міжкристалітної корозії (яку часто називають «розпадом зварного шва»).

Таким чином, обидва сорти протистоять сенсибілізації. Але 321H розроблено спеціально для застосування при високих-температурах, де міцність на повзучість і властивості розриву під напругою є критичними.

Хімічний склад: різниця вуглецю

У таблиці нижче показано ключові хімічні відмінності відповідно до ASTM A240.

Джерело: ASTM A240 / A240M

Що говорять вам цифри:

321 дозволяє вміст вуглецю до 0,08%, але не має нижньої межі. 321H вимагає принаймні 0,04% вуглецю та допускає до 0,10%. Цей додатковий вуглець у поєднанні з титаном утворює більше карбідів титану під час експлуатації при високих-температурах. Ці карбіди «закріплюють» межі зерен і запобігають їх ковзанню під дією напруги – механізм, який називається дисперсійним зміцненням. Ось чому 321H має вищу межу повзучості, ніж 321.

Механічні властивості: кімнатна температура проти високої температури

При кімнатній температурі 321 і 321H мають майже однакові механічні властивості. Різниця стає значною, коли температура перевищує 1000 градусів F (537 градусів).

Властивості кімнатної температури (стан відпалу)

Джерела: ASTM A240, ASME SA-240

Високо{0}}температурні властивості

Клас "H" спеціально розроблений для роботи при підвищених температурах. Нижче наведено порівняння допустимих напруг при високих температурах відповідно до ASME, розділ II, частина D.

Джерело даних: Кодекс котлів і посудин під тиском ASME, розділ II, частина D

Що це означає: при 1500 градусах F (816 градусах) 321H може безпечно витримувати навантаження на 87% більше, ніж 321. Це величезна різниця для обладнання, яке безперервно працює під навантаженням, наприклад, труба пароперегрівача або резервуар високого тиску на нафтохімічному заводі.

Порівняння міцності повзучості

Повзучість — це повільна постійна деформація, яка виникає, коли метал утримується під напругою при високій температурі. Для довготривалої-служби міцність на повзучість часто важливіша, ніж короткочасна міцність-на розтяг.

При 1200 градусах F (649 градусах) під тиском 10 000 psi:

321 розірветься приблизно через 5000 годин

321H розірветься приблизно через 10 000 годин – це вдвічі більше терміну служби.

При 1400 градусів F (760 градусів) під 5000 psi:

321 розрив приблизно за 1000 годин

321H працює понад 3000 годин.

Ось чому коди посудин високого тиску (ASME Розділ VIII) вимагають використання 321H для довготривалої-високо{2}}температурної роботи, коли повзучість є міркуванням конструкції.

Фізичні властивості

Обидва сорти мають майже ідентичні фізичні властивості, оскільки їхні базові композиції настільки схожі.

Обидва класи залишаються не-магнітними після відпалу. Холодна обробка (згинання, прокатка) може спричинити легкий магнетизм, але це не впливає на високо-температуру.

Стійкість до корозії

Оскільки обидва сорти стабілізовані-титаном, вони мають однакову стійкість до міжкристалітної корозії. Жодна з них не постраждає від «псування зварного шва» після зварювання або впливу температур від 800–1600 градусів F (425–870 градусів).

В інших корозійних середовищах:

• Загальна корозія:Обидва вони стійкі до окислення та утворення накипу приблизно до 1500 градусів F (816 градусів) у безперервному режимі та до 1600 градусів F (871 градусів) з перервами.

• Кислотостійкість:Обидва мають однакову стійкість до розбавлених кислот, але жоден не підходить для сильних відновних кислот (наприклад, соляної або гарячої сірчаної).

• Хлоридне корозійне розтріскування (SCC):Як і всі аустенітні нержавіючі сталі, як 321, так і 321H можуть тріскатися в гарячих хлоридних розчинах вище 140 градусів F (60 градусів). Для роботи з морською водою або розсолом при високих температурах розгляньте дуплексні або супер-аустенітні марки.

Важлива примітка: корозійна стійкість обох сортів найкраща в стані відпалу розчину (нагрітого до 1850–2050 градусів F / 1010–1120 градусів і швидко охолодженого). Завдяки стабілізації титану термічна обробка після-зварювання не потрібна — це велика перевага перед не-стабілізованими марками, такими як 304 або 304H.

Зварюваність і виготовлення

І 321, і 321H чудово зварюються. Їх можна з’єднати за допомогою зварювання TIG, MIG, стрижневого або дугового зварювання під флюсом. Використовуйте відповідні присадочні метали: ER321 для TIG/MIG та E347 (або E321) для зварювання стрижнем. Титан стабілізує зварювальну ванну, запобігаючи випаданню карбіду хрому в зоні термічного-впливу.

Попереднє нагрівання не потрібне для обох сортів, навіть для товстих секцій. Також не потрібна термічна обробка після-зварювання – ви можете зварювати та вводити обладнання безпосередньо в-температуру, не турбуючись про сенсибілізацію.

Формування та механічна обробка: обидві роботи-швидко твердіють. Використовуйте гострі інструменти, низькі швидкості різання та велику кількість охолоджувальної рідини для обробки. Для холодного формування (згинання, прокатки) допускайте пружинне повернення – 321H, з його дещо більшим вмістом вуглецю, може бути дещо важчим для формування.

Стандарти і технічні умови

Завжди вимагайте Сертифікат випробувань млинів (MTC), що підтверджує правильний сорт.

Програми: коли використовувати які?

Виберіть 321 (стандарт), коли:

Температури помірні – приблизно нижче 1000 градусів F (537 градусів) для безперервної роботи.

Вам не потрібна максимальна міцність на повзучість – наприклад, у вихлопних трубах, частинах печі, які не надто навантажені, або теплообмінниках, що працюють під низьким тиском.

Обладнання матиме циклічний нагрів і охолодження – 321 трохи більш стійкий до термічної втоми, ніж 321H, оскільки містить менше карбідів.

Вартість є фактором – 321, як правило, дешевший і більш доступний, ніж 321H.

Виберіть 321H, коли:

Температура перевищує 1000 градусів F (537 градусів) – особливо вище 1200 градусів F, коли повзучість стає проблемою.

Обладнання перебуває під постійним навантаженням – посудини під тиском, труби пароперегрівачів котлів, трубопроводи нафтопереробного заводу та хімічні реактори.

Потрібен тривалий термін служби – 321H може подвоїти або потроїти термін служби компонента порівняно з 321 за високих температур.

Кодекс ASME вимагає класу "H" – багато кодів котлів і резервуарів під тиском вимагають використання класу H для роботи при підвищеній-температурі.

Ви зварюєте товсті профілі – дещо більший вміст вуглецю в 321H забезпечує кращу високотемпературну міцність у зоні-термічного впливу.

Висновок

Різниця між пластинами з нержавіючої сталі 321 і 321H зводиться до вмісту вуглецю.

321 — чудова, універсальна нержавіюча сталь, стабілізована титаном, для застосування при температурах приблизно до 1000 градусів F (537 градусів). Він стійкий до міжкристалітної корозії, легко зварюється і не потребує термічної обробки після зварювання.

321H — це версія з високим вмістом вуглецю, розроблена для довготривалої роботи при навантаженні при температурах вище 1000 градусів F (537 градусів). При 1500 градусах F він пропонує майже вдвічі більшу допустиму напругу, ніж стандарт 321, що робить його єдиним безпечним вибором для обладнання, що працює під високим тиском і високою температурою.

То який із них варто купити?

Якщо ваша робоча температура нижче 1000 градусів F і повзучість не є проблемою конструкції, стандарт 321 цілком достатній. Якщо ваше обладнання працюватиме безперервно при температурі вище 1000 градусів F під значним тиском або навантаженням, 321H є кращим варіантом.