Płyta stalowa 321H vs 321: jaka jest różnica?

321 iPłyta ze stali nierdzewnej 321Hoba są doskonałymi gatunkami austenitu-stabilizowanymi tytanem, ale nie są takie same. W tym artykule zobaczysz dokładnie, jak różnią się ich skład chemiczny, właściwości mechaniczne, zachowanie-w wysokich temperaturach i-rzeczywiste zastosowania.

Co to są 321 i 321H?

Zarówno 321, jak i 321H to austenityczne stale nierdzewne stabilizowane tytanem. Stabilizacja oznacza, że ​​do stopu dodaje się tytan (zwykle 5-krotność zawartości węgla, minimum 0,10%).

Tytan znacznie silniej przyciąga węgiel niż chrom. Kiedy stal jest podgrzewana (podczas spawania lub-obróbki w wysokiej temperaturze), tytan jako pierwszy chwyta węgiel, tworząc nieszkodliwe węgliki tytanu. Zapobiega to tworzeniu się węglików chromu na granicach ziaren – przyczyny korozji międzykrystalicznej (często nazywanej „zanikiem spoiny”).

Zatem oba gatunki są odporne na uczulenia. Jednak stal 321H została zaprojektowana specjalnie do zastosowań-w wysokich temperaturach, gdzie krytyczna jest wytrzymałość na pełzanie i właściwości związane z pękaniem naprężeniowym.

Skład chemiczny: różnica węgla

Poniższa tabela przedstawia kluczowe różnice chemiczne zgodnie z ASTM A240.

Źródło: ASTM A240 / A240M

Co mówią liczby:

321 dopuszcza zawartość węgla do 0,08%, ale nie ma dolnej granicy.. 321H wymaga co najmniej 0,04% węgla i dopuszcza do 0,10%. Ten dodatkowy węgiel w połączeniu z tytanem tworzy więcej węglików tytanu podczas-pracy w wysokiej temperaturze. Węgliki te „szpilają” granice ziaren i zapobiegają ich przesuwaniu się pod wpływem naprężeń – jest to mechanizm zwany wzmacnianiem wydzieleniowym. Dlatego 321H ma wyższą wytrzymałość na pełzanie niż 321.

Właściwości mechaniczne: temperatura pokojowa a wysoka temperatura

W temperaturze pokojowej 321 i 321H mają prawie identyczne właściwości mechaniczne. Różnica staje się dramatyczna, gdy temperatura przekracza 1000 stopni F (537 stopni).

Właściwości temperatury pokojowej (stan wyżarzany)

Źródła: ASTM A240, ASME SA-240

Właściwości w wysokich-temperaturach

Gatunek „H” został specjalnie zaprojektowany do pracy w podwyższonych temperaturach. Poniżej znajduje się porównanie dopuszczalnych naprężeń w wysokich temperaturach zgodnie z ASME Sekcja II, Część D.

Źródło danych: Kodeks kotłów i zbiorników ciśnieniowych ASME, sekcja II, część D

Co to oznacza: przy temperaturze 1500 stopni F (816 stopni) 321H może bezpiecznie wytrzymać o 87% większe naprężenia niż 321. To ogromna różnica w przypadku sprzętu, który pracuje w sposób ciągły pod obciążeniem – np. rury przegrzewacza lub zbiornika ciśnieniowego w zakładzie petrochemicznym.

Porównanie siły pełzania

Pełzanie to powolne, trwałe odkształcenie, które ma miejsce, gdy metal jest utrzymywany pod naprężeniem w wysokiej temperaturze. W przypadku-długiej pracy wytrzymałość na pełzanie jest często ważniejsza niż krótkotrwała-wytrzymałość na rozciąganie.

W temperaturze 1200 stopni F (649 stopni) pod ciśnieniem 10 000 psi:

321 pęknie po około 5000 godzinach

321H pęknie po około 10 000 godzin – czyli dwukrotnie dłużej.

W temperaturze 1400 stopni F (760 stopni) poniżej 5000 psi:

321 pęknięć w ciągu około 1000 godzin

321H wytrzymuje ponad 3000 godzin.

Z tego powodu przepisy dotyczące zbiorników ciśnieniowych (sekcja VIII ASME) wymagają stosowania stali 321H w przypadku długotrwałej-pracy w wysokich-temperaturach, gdy projekt uwzględnia pełzanie.

Właściwości fizyczne

Obydwa gatunki mają prawie identyczne właściwości fizyczne, ponieważ ich skład bazowy jest bardzo podobny.

Obydwa gatunki pozostają-niemagnetyczne po wyżarzeniu. Obróbka na zimno (zginanie, walcowanie) może wywoływać lekkie magnetyzm, ale nie ma to wpływu na działanie w wysokich-temperaturach.

Odporność na korozję

Ponieważ oba gatunki są-stabilizowane tytanem, zapewniają identyczną odporność na korozję międzykrystaliczną. Żadne z nich nie będzie cierpieć z powodu „zaniku spoiny” po spawaniu lub wystawieniu na działanie temperatur w zakresie 800–1600 stopni F (425–870 stopni).

W innych środowiskach korozyjnych:

• Korozja ogólna:Obydwa są odporne na utlenianie i osadzanie się kamienia do około 1500 stopni F (816 stopni) w pracy ciągłej i 1600 stopni F (871 stopni) sporadycznie.

• Odporność na kwasy:Oba mają podobną odporność na rozcieńczone kwasy, ale żaden nie nadaje się do silnych kwasów redukujących (takich jak chlorowodorowy lub gorący siarkowy).

• Pękanie korozyjne naprężeniowe chlorków (SCC):Podobnie jak wszystkie austenityczne stale nierdzewne, zarówno 321, jak i 321H mogą pękać w gorących roztworach chlorków o temperaturze powyżej 140 stopni F (60 stopni). W przypadku wody morskiej lub solanki w wysokich temperaturach należy rozważyć gatunki duplex lub super-austenityczne.

Ważna uwaga: Odporność na korozję obu gatunków jest najlepsza w stanie wyżarzonym (podgrzanym do 1850–2050 stopni F / 1010–1120 stopni i szybko schłodzonym). Ze względu na stabilizację tytanu nie jest wymagana-obróbka cieplna po spawaniu – to główna zaleta w porównaniu z niestabilizowanymi gatunkami, takimi jak 304 czy 304H.

Spawalność i wytwarzanie

Zarówno 321, jak i 321H spawają pięknie. Można je łączyć za pomocą spawania TIG, MIG, otulonego lub łuku krytym. Użyj odpowiednich spoiw: ER321 do spawania TIG/MIG i E347 (lub E321) do spawania elektrodowego. Tytan stabilizuje jeziorko spawalnicze, zapobiegając wytrącaniu się węglika chromu w-strefie wpływu ciepła.

Żaden gatunek nie wymaga wstępnego podgrzewania, nawet w przypadku grubych przekrojów. Nie jest również wymagana-obróbka cieplna po spawaniu – można spawać i poddawać sprzęt bezpośrednio działaniu wysokiej-temperatury, nie martwiąc się o uczulenie.

Formowanie i obróbka: oba elementy-szybko twardnieją. Do obróbki należy używać ostrych narzędzi, niskich prędkości skrawania i dużej ilości chłodziwa. W przypadku formowania na zimno (gięcie, walcowanie) należy uwzględnić sprężynowanie – 321H, z nieco większą zawartością węgla, może być nieznacznie trudniejszy do formowania.

Normy i specyfikacje

Zawsze żądaj certyfikatu testu młyna (MTC) potwierdzającego właściwy gatunek.

Zastosowania: kiedy używać jakich?

Wybierz 321 (standardowy), gdy:

Temperatury są umiarkowane – poniżej około 1000 stopni F (537 stopni) w przypadku ciągłej pracy.

Nie jest wymagana maksymalna wytrzymałość na pełzanie – na przykład w kominach spalin, częściach pieców, które nie są mocno obciążone lub wymiennikach ciepła pracujących pod niskim ciśnieniem.

Sprzęt będzie podlegał cyklicznemu nagrzewaniu i chłodzeniu – 321 jest nieco bardziej odporny na zmęczenie cieplne niż 321H, ponieważ ma mniej węglików.

Koszt ma znaczenie – 321 jest generalnie tańszy i szerzej dostępny niż 321H.

Wybierz 321H, gdy:

Temperatury przekraczają 1000 stopni F (537 stopni) – szczególnie powyżej 1200 stopni F, gdzie problemem staje się pełzanie.

Sprzęt znajduje się pod ciągłym obciążeniem – zbiorniki ciśnieniowe, rury przegrzewaczy kotłów, rurociągi rafinerii i reaktory chemiczne.

Wymagana jest długa żywotność – 321H może podwoić lub potroić żywotność elementu w porównaniu do 321 w wysokich temperaturach.

Kodeks ASME wymaga klasy „H” – wiele przepisów dotyczących kotłów i zbiorników ciśnieniowych wymaga stosowania klas H w przypadku pracy w podwyższonych-temperaturach.

Spawasz grube sekcje – nieco większa ilość węgla w 321H zapewnia lepszą wytrzymałość w wysokich temperaturach w-strefie wpływu ciepła.

Wniosek

Różnica między płytami ze stali nierdzewnej 321 i 321H sprowadza się do zawartości węgla.

321 to doskonała, wszechstronna stal nierdzewna stabilizowana tytanem do zastosowań w temperaturach do około 1000 stopni F (537 stopni). Jest odporny na korozję międzykrystaliczną, łatwo się spawa i nie wymaga obróbki cieplnej po spawaniu.

321H to wersja wysokowęglowa przeznaczona do długotrwałej pracy przy obciążeniu w temperaturach powyżej 1000 stopni F (537 stopni). Przy temperaturze 1500 stopni F oferuje prawie dwukrotnie większe dopuszczalne naprężenie niż standardowy 321, co czyni go jedynym bezpiecznym wyborem dla urządzeń wysokociśnieniowych i wysokotemperaturowych.

Który więc kupić?

Jeśli temperatura robocza jest niższa niż 1000 stopni F, a pełzanie nie stanowi problemu projektowego, norma 321 jest całkowicie odpowiednia. Jeśli Twój sprzęt będzie pracował nieprzerwanie w temperaturze powyżej 1000 stopni F pod znacznym ciśnieniem lub obciążeniem, lepszym rozwiązaniem będzie 321H.