فولاد ضد زنگ 321 در مقابل 347: تثبیت تیتانیوم در مقابل نیوبیوم برای خدمات دمای بالا-

چه زمانیفولادهای زنگ نزن آستنیتیاستفاده در دماهای بالا، بارش کاربید کروم در مرزهای دانه می تواند باعث ایجاد حساسیت شود.- شرایطی که مواد را در برابر خوردگی بین دانه‌ای آسیب‌پذیر می‌کند. گریدهای 321 و 347 این مشکل را از طریق تثبیت حل می‌کنند: افزودن عناصری که کاربیدها را آسان‌تر از کروم تشکیل می‌دهند و در نتیجه از مرزهای دانه محافظت می‌کنند. انتخاب بین تیتانیوم (درجه 321) و نیوبیوم (درجه 347) پیامدهای قابل توجهی برای عملکرد، قابلیت جوشکاری، عمر مفید و هزینه دارد.

این راهنما فولاد زنگ نزن 321 و 347 را از نظر ترکیب، متالورژی تثبیت، خواص مکانیکی دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، جوش پذیری، رفتار خزشی، و اقتصاد مقایسه می کند. هر بخش یک سوال مهندسی کلیدی را مطرح می‌کند، ابتدا نتیجه‌گیری را بیان می‌کند، سپس منطق فنی - را فراهم می‌کند که امکان استناد مستقیم و تصمیم‌گیری سریع- را فراهم می‌کند.

خوراکی های کلیدی

• 321 و 347 هر دو آستنیتی هستند، فولادهای ضد زنگ نیکل-که در برابر حساسیت - 321 با تیتانیوم، 347 با نیوبیم تثبیت شده‌اند.
• 347 در استحکام خزشی و تنش{2}}عمر پارگی بالای 550 درجه سانتیگراد (1022 درجه فارنهایت) بهتر از 321 است، آن را به انتخاب ارجح برای سخت‌ترین سازه‌های{0}}جوشکاری شده در دمای بالا تبدیل می‌کند.
• 321 تقریباً 15-25٪ ارزان تر استو در برنامه‌های با دمای متوسط{0}}تا ~550 درجه سانتیگراد عملکرد خوبی دارد.
• 347 جوش پذیری برتر را در مقاطع ضخیم ارائه می دهدزیرا نیوبیم در حین جوشکاری اکسید نمی شود، در حالی که تیتانیوم می تواند در جو حوضچه جوش از بین برود.
• هر دو درجه دارای حداکثر دمای سرویس حدود 925 درجه سانتیگراد (1700 درجه فارنهایت) هستند.برای مقاومت در برابر اکسیداسیون، اما عملکرد مکانیکی آنها به طور قابل توجهی در انتهای بالای این محدوده متفاوت است.

​​​​​​​تثبیت در فولاد ضد زنگ آستنیتی چیست؟

برای درک اینکه چرا تثبیت اهمیت دارد، ابتدا باید حساسیت را درک کنیم. گریدهای استاندارد آستنیتی مانند 304 حاوی تقریباً 18٪ کروم و 0.08٪ کربن هستند. هنگامی که این فولادها در محدوده دمایی 425-815 درجه سانتیگراد (800-1500 درجه فارنهایت) - گرم می شوند، برای مثال، در حین خنک شدن آهسته ناشی از جوشکاری یا در حین سرویس طولانی مدت در دمای بالا - اتمهای کربن به مرزهای دانه مهاجرت می کنند و با کروم 23 درجه سانتیگراد ترکیب می شوند و کروم 6r را تشکیل می دهند.

این واکنش باعث کاهش محتوای کروم در یک منطقه باریک در امتداد هر مرز دانه می شود. از آنجا که کروم عنصری است که مقاومت در برابر خوردگی ایجاد می کند، منطقه تخلیه شده آسیب پذیر می شود. نتیجه حمله خوردگی بین دانه‌ای - است که از مرزهای دانه پیروی می‌کند و می‌تواند باعث شکست فاجعه‌آمیز شود، حتی زمانی که قسمت عمده فلز بدون تأثیر به نظر می‌رسد.

راه حل: تثبیت

تثبیت این مشکل را با معرفی عنصری که میل ترکیبی قوی‌تری برای کربن نسبت به کروم دارد، حل می‌کند. تیتانیوم (در 321) و نیوبیم (در 347) هر دو کاربیدهایی را تشکیل می دهند که از نظر ترمودینامیکی پایدارتر از کاربید کروم هستند. با گره زدن کربن موجود به عنوان TiC یا NbC، این عناصر تثبیت کننده هیچ کربن آزاد برای تشکیل Cr23C6 در مرزهای دانه باقی نمی گذارند.

The stabilization ratio is critical. ASTM A240 specifies minimum stabilizer-to-carbon ratios: titanium must be at least 5 times the carbon content (Ti >= 5xC), while niobium must be at least 10 times the carbon content (Nb >= 10xC). این نسبت‌ها تضمین می‌کنند که تثبیت‌کننده کافی برای ترکیب با کربن محلول، حتی تحت قرار گرفتن در معرض حرارت طولانی‌مدت وجود دارد.

تفاوت ترکیب شیمیایی بین 321 و 347 چیست؟

جدول زیر محدوده کامل ترکیب شیمیایی مشخص شده توسط ASTM A240/A240M را برای هر دو گرید مقایسه می کند:

چرا نسبت تثبیت کننده مهم است

حداقل نسبت برای نیوبیم (10xC) دو برابر برای تیتانیوم (5xC) است زیرا تفاوت در وزن اتمی و استوکیومتری کاربید دارد. تیتانیوم سبک تر است (وزن اتمی 47.9) و TiC را در نسبت اتمی 1:1 با کربن تشکیل می دهد. نیوبیم سنگین تر است (وزن اتمی 92.9) و NbC را نیز در نسبت اتمی 1:1 تشکیل می دهد. بر حسب جرم، نیوبیم بیشتری برای ترکیب با همان مقدار کربن مورد نیاز است. به همین دلیل است که 347 حداقل محتوای تثبیت کننده بالاتر را مشخص می کند - نه به این دلیل که نیوبیم مؤثرتر است، بلکه به دلیل اینکه جرم بیشتری برای دستیابی به همان اثر تثبیت اتمی مورد نیاز است.

در عمل، هر دو گرید با محتوای کربن بسیار کمتر از حداکثر 0.08% - معمولاً 0.03-0.05% - تولید می‌شوند که به این معنی است که افزوده‌های تثبیت‌کننده واقعی به نسبت کمتر است. انواع کربن پایین (321 لیتر و 347 لیتر) با کربن کمتر از 0.03 درصد حتی مقاومت بیشتری در برابر حساسیت نشان می دهند، اما ممکن است به دلیل کاهش سخت شدن بارندگی کاربید، مقاومت کمی در دمای بالا داشته باشند.

تثبیت تیتانیوم در فولاد ضد زنگ 321 چگونه کار می کند؟

مکانیسم تشکیل کاربید

هنگامی که 321 بالاتر از حدود 900 درجه سانتیگراد (1650 درجه فارنهایت) گرم می شود، اتم های تیتانیوم در ماتریس آستنیتی حل می شوند. در طی سرد شدن بعدی در محدوده حساسیت (425-815 درجه سانتیگراد)، تیتانیوم ترجیحاً با کربن ترکیب می شود و TiC را تشکیل می دهد. از آنجایی که پیوند کربن{7} تیتانیوم از پیوند کروم-کربن قوی‌تر است، کروم در محلول جامد باقی می‌ماند و مرزهای دانه‌ها در برابر خوردگی مقاوم می‌مانند.

رابطه کلیدی ترمودینامیکی محصول حلالیت است. در هر دمای معین، حداکثر مقدار کربنی وجود دارد که می تواند در آستنیت محلول باقی بماند. تیتانیوم این حلالیت را با تشکیل رسوبات پایدار TiC کاهش می دهد و به طور موثر کربن محلول را به زیر آستانه مورد نیاز برای تشکیل Cr23C6 کاهش می دهد.

مزایای تثبیت تیتانیوم

• تثبیت کربن موثر: تیتانیوم میل ترکیبی بالایی برای کربن دارد و رسوبات TiC بسیار پایداری را تشکیل می دهد.
• هزینه مواد کمتر: تیتانیوم ارزان‌تر از نیوبیم است و 321 را مقرون به صرفه‌تر می‌کند.
• مقاومت در برابر خوردگی عمومی خوب: معادل 304 در اکثر محیط ها.
• زیرساخت تولید خوب-تثبیت شده: 321 برای چندین دهه با مسیرهای پردازش بالغ تولید شده است.

محدودیت های تثبیت تیتانیوم

• از دست دادن اکسیداسیون جوشکاری:تیتانیوم تمایل زیادی به اکسیژن دارد. در حین جوشکاری، مقداری از تیتانیوم در اثر اکسیداسیون در حوضچه جوش از دست می‌رود، که می‌تواند محتوای پایدارکننده مؤثر را کمتر از نسبت بحرانی در منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ) کاهش دهد.
• اجزای نیترید تیتانیوم (TiN):تیتانیوم همچنین با نیتروژن واکنش داده و ذرات سخت و زاویه‌دار TiN - را تشکیل می‌دهد که می‌توانند به عنوان متمرکز کننده تنش عمل کنند و کیفیت پرداخت سطح را کاهش دهند. این یک نگرانی در کاربردهایی است که نیاز به پرداخت سطح بالایی دارند.
• قدرت خزش کمتر در دماهای شدید:TiC در دماهای بالاتر از حدود 600 درجه سانتیگراد شروع به درشت شدن می کند (رسیدن استوالد) و کارایی آن را به عنوان فاز تقویت کننده بارش کاهش می دهد.

تثبیت نیوبیم در فولاد ضد زنگ 347 چگونه کار می کند؟

مکانیسم تشکیل کاربید

مکانیسم تثبیت در 347 موازی با مکانیسم 321 است، اما نیوبیم جایگزین تیتانیوم می شود. در طی عملیات حرارتی، نیوبیم در ماتریکس آستنیتی حل می‌شود و پس از سرد شدن در محدوده حساس‌سازی، با کربن ترکیب می‌شود و NbC را تشکیل می‌دهد. تفاوت اساسی در پایداری حرارتی این کاربیدها نهفته است.

NbC دمای انحلال بالاتری دارد و بهتر از TiC در برابر درشت شدن مقاومت می کند. در دماهای بالاتر از 600 درجه سانتی گراد، جایی که ذرات TiC شروع به رشد کرده و اثر تقویتی خود را از دست می دهند، ذرات NbC ریز و به طور یکنواخت توزیع می شوند. این پایداری ریزساختاری مستقیماً به مقاومت در برابر خزش و عملکرد پارگی{3}}در تنش در سرویس‌دهی با دمای بالا{4} پایدار ترجمه می‌شود.

مزایای تثبیت نیوبیم

• پایداری درجه حرارت بالا-:NbC در برابر درشت شدن تا دمای حدود 750 درجه سانتیگراد مقاومت می کند و باعث تقویت بارندگی در دوره های طولانی خدمات می شود.
• بدون افت اکسیداسیون جوشکاری:برخلاف تیتانیوم، نیوبیم به راحتی در حوضچه جوش اکسید نمی شود. محتوای تثبیت کننده از طریق چرخه حرارتی جوشکاری حفظ می شود و از حفاظت ثابت در HAZ اطمینان حاصل می کند.
• کیفیت سطح بهتر:نیوبیم به آسانی تیتانیوم مواد نیترید را تشکیل نمی دهد و در نتیجه ریزساختارهای تمیزتر و سطح بهتری را پوشش می دهد.
• خزش و استرس-قدرت پارگی بیشتر:پایداری NbC باعث سخت شدن بارش می شود که در دماهایی که TiC قبلاً درشت شده است، ادامه می یابد.

محدودیت های تثبیت نیوبیم

• هزینه بیشتر: نیوبیم عنصر آلیاژی گران‌تری نسبت به تیتانیوم است که معمولاً 15 تا 25 درصد به هزینه مواد اضافه می‌کند.
• چگالی کمی بیشتر: ذرات NbC چگالی تر از TiC هستند، اگرچه این تاثیر عملی ناچیزی دارد.
• پتانسیل برای فاز Laves غنی از نیوبیم{0}: در دماهای بسیار بالا (بالاتر از 800 درجه سانتیگراد)، قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می تواند منجر به تشکیل Fe2Nb (فاز Laves) شود که ممکن است شکل پذیری را کاهش دهد. با این حال، این به ندرت یک نگرانی در محدوده دمای معمولی سرویس است.

کدام درجه استحکام دمای بالا- بهتری را ارائه می دهد؟

هر دو 321 و 347 ماتریس آستنیتی کروم-نیکل یکسان دارند، بنابراین خواص مکانیکی دمای اتاق{3}} آنها تقریباً یکسان است. واگرایی در دماهای بالا رخ می دهد، جایی که پایداری کاربید تثبیت کننده درجه تقویت بارش را تعیین می کند.

جدول زیر خواص مکانیکی کلیدی را در دمای اتاق و دمای بالا مقایسه می کند:

چرا 347 برد در دمای بالا؟

شکاف عملکرد بالای 550 درجه سانتیگراد به دلیل پایداری کاربید است. ذرات TiC در 321 متحمل می شونداوستوالد در حال رسیدن- فرآیندی که در آن ذرات کوچک‌تر حل می‌شوند و دوباره روی ذرات بزرگ‌تر قرار می‌گیرند - که باعث می‌شود جمعیت رسوب درشت‌تر شود و در جلوگیری از حرکت نابجایی مؤثرتر شود. ذرات NbC در 347 به دلیل حلالیت کمتر در ماتریکس آستنیتی در دماهای بالا در برابر این درشت شدن مقاومت می کنند. نتیجه، تقویت مداوم بارش است که به صورت قدرت خزش بیشتر و طول عمر پاره شدن تنش{5} طولانی‌تر ظاهر می‌شود.

از نظر کمی، 347 به طور معمول ارائه می دهد20-30% قدرت گسیختگی خزشی بیشتر از 321در محدوده 600{2}}750 درجه سانتیگراد. برای مخازن تحت فشار و لوله های طراحی شده برای ASME Section VIII یا Section I، این مزیت استحکام می تواند به کاهش ضخامت دیوار، وزن کمتر و صرفه جویی در هزینه مواد تبدیل شود که تا حدی قیمت بالاتر هر واحد 347 را جبران می کند.

321 و 347 چگونه در مقاومت خوردگی بین دانه ای مقایسه می شوند؟

هر دو گرید پس از جوشکاری مقاومت خوردگی بین دانه‌ای عالی را ارائه می‌کنند، اما 347 پس از قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دماهای حساس‌کننده برتر است. 321 ممکن است به دلیل کاهش موضعی تیتانیوم در مناطق باریک جوش باریک HAZ با چاقو برخورد کند.

عملکرد تست استاندارد

• هر دو 321 و 347 برای مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای با استفاده از مجموعه تست ASTM A262 ارزیابی می شوند که شامل موارد زیر است:
• تمرین A: اچ اسید اگزالیک (تست غربالگری)
• تمرین B: سولفات آهن-اسید سولفوریک (جوش 24 ساعته)
• تمرین C: اسید نیتریک (جوش 240 ساعته، تست Huey)
• تمرین E: مس-سولفات مس-اسید سولفوریک (جوش 24 ساعته)

در شرایط -ارائه شده (راه حل-پخت شده)، هر دو نمره تمام مراحل را پشت سر می گذارند. پس از یک عملیات حرارتی حساس کننده (به عنوان مثال، 1 ساعت در دمای 675 درجه سانتیگراد)، هر دو گرید به عملکرد خوب - بسیار بهتر از 304 ناپایدار ادامه می دهند، که حمله بین دانه ای قابل توجهی را نشان می دهد.

پدیده حمله با چاقو{0}

یک خطر خوردگی خاص برای 321 حمله خطی با چاقو (KLA) است، شکل باریکی از خوردگی بین دانه‌ای که بلافاصله در مجاورت خط همجوشی جوش اتفاق می‌افتد. مکانیسم به شرح زیر است:

• در حین جوشکاری، ناحیه باریک بلافاصله در کنار جوش به دمای کافی (بالاتر از ~1300 درجه سانتیگراد) می رسد تا رسوبات TiC را دوباره به محلول حل کند.
• خنک‌سازی سریع از طریق این ناحیه اجازه نمی‌دهد که TiC دوباره- رسوب کند و کربن و تیتانیوم محلول در محلول جامد فوق‌اشباع باقی بماند.

اگر این جزء متعاقباً در محدوده حساسیت (425-815 درجه سانتیگراد) گرم شود، کربن محلول می تواند با کروم ترکیب شود قبل از اینکه تیتانیوم زمان انتشار پیدا کند و TiC را تشکیل دهد.

نتیجه یک نوار حساس بسیار باریک-چاقویی در امتداد خط همجوشی جوش است.

347 به طور قابل توجهی کمتر مستعد حمله با چاقو-خط است زیراNbC دمای انحلال بالاتری نسبت به TiC دارد. حرکت حرارتی در حین جوشکاری احتمال کمتری دارد که NbC را به طور کامل حل کند، بنابراین برخی از کاربیدهای تثبیت کننده دست نخورده باقی می مانند و به محافظت از مرز دانه ادامه می دهند. علاوه بر این، کاهش اکسیداسیون کمتر نیوبیم در طول جوشکاری به این معنی است که تثبیت کننده از ناحیه جوش تخلیه نمی شود.

تفاوت جوش پذیری بین 321 و 347 چیست؟

321 ملاحظات جوشکاری

درجه 321 با تمام فرآیندهای استاندارد جوش آستنیتی - GTAW (TIG)، GMAW (MIG)، SMAW (چوب) و SAW قابل جوش است. با این حال، چندین اقدام احتیاطی لازم است:

• کنترل اکسیداسیون تیتانیوم:حوضچه جوش باید با محافظ گاز بی اثر کافی از اکسیژن محافظت شود. اکسیداسیون بیش از حد، تیتانیوم را مصرف می کند و نسبت تثبیت کننده موثر را به زیر حداقل بحرانی کاهش می دهد.
• انتخاب فلز پرکننده:پرکننده AWS ER347 برای جوش 321 (نه ER321) توصیه می شود. پرکننده تثبیت شده نیوبیم، پایداری کاربید بهتری را در فلز جوش فراهم می‌کند و هرگونه تلفات تیتانیوم در HAZ را جبران می‌کند.
• کنترل حرارت ورودی:گرمای بیش از حد ورودی HAZ را افزایش می دهد و خطر ایجاد حساسیت را افزایش می دهد. ورودی گرمای کم-تا-متوسط ​​با کنترل دمای بینگذر ترجیح داده می‌شود.
• بازپخت محلول جوشی پست-:برای شرایط خدماتی بسیار حساس، بازپخت محلول در 1050-1100 درجه سانتیگراد و به دنبال آن خنک‌سازی سریع می‌تواند تثبیت کامل را با-حل کردن و رسوب مجدد کاربیدها بازیابی کند.

347 ملاحظات جوشکاری

گرید 347 همچنین با تمام فرآیندهای استاندارد قابل جوش است و به دلایل زیر به طور کلی جوشکاری آسان تر از 321 در نظر گرفته می شود:

• عدم تلفات اکسیداسیون تثبیت کننده: نیوبیم به راحتی در حوضچه جوش اکسید نمی شود، بنابراین نسبت تثبیت کننده در طول چرخه حرارتی جوشکاری حفظ می شود.
• حفاظت بهتر از HAZ: NbC در حین جوشکاری به طور کامل حل نمی شود و تثبیت مداوم کاربید را در منطقه تحت تأثیر حرارت- فراهم می کند.
• فلز پرکننده استاندارد: پرکننده AWS ER347 استفاده می‌شود که با ترکیب فلز پایه مطابقت دارد.
• خطر حمله کمتر با چاقو{0}}: دمای انحلال بالاتر NbC باعث کاهش عرض و شدت هر ناحیه حساس می شود.

پارامترهای رایج جوشکاری

خواص خزش و پارگی استرس چگونه با هم مقایسه می شوند؟

درک خزش در فولادهای تثبیت شده

خزش تغییر شکل پلاستیکی آهسته و وابسته به زمان است که وقتی فلزی در دمای بالا - معمولاً بالای 40٪ نقطه ذوب مطلق خود تحت فشار مداوم قرار می گیرد، رخ می دهد. برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی، خزش بیش از حدود 500 درجه سانتیگراد قابل توجه است. توانایی رسوب کاربید در پین زدن نابجایی ها و مرزهای دانه به طور مستقیم مقاومت خزشی را تعیین می کند.

در 321، رسوبات TiC به طور موثر ماتریس را در دماهای متوسط ​​تقویت می کند. با این حال، با افزایش دما و زمان قرار گرفتن در معرض،TiC دچار درشت شدن می شودذرات - بزرگتر و کمتر می شوند و توانایی آنها را برای جلوگیری از حرکت نابجایی کاهش می دهد. این منجر به افزایش کرنش خزشی و عمر پارگی کوتاه‌تر می‌شود.

در 347، رسوبات NbC هستنددر برابر درشت شدن مقاوم تر استزیرا نیوبیم در آستنیت نفوذ کمتری نسبت به تیتانیوم دارد. توزیع ریزتر و پایدارتر رسوب، استحکام را در دوره های طولانی تری حفظ می کند و در نتیجه عملکرد خزشی برتر را به همراه دارد.

خزش مقایسه ای-داده های پاره شدن

جدول زیر مقادیر پارگی{0}}تنش را برای هر دو درجه در طول عمر طراحی 10000 ساعت نشان می‌دهد. مقادیر واقعی با فرم محصول، عملیات حرارتی و ترکیب مذاب خاص متفاوت است:

توجه: مقادیر برای صفحه بازپخت شده با محلول-نشان دهنده است. مقادیر طراحی باید از ASME بخش II-D یا کد مربوطه برای کاربردهای تحمل فشار- بدست آید.

کدام درجه مقرون به صرفه است-؟

محرک های هزینه مواد خام

تفاوت هزینه اولیه بین 321 و 347 از قیمت عنصر تثبیت کننده ناشی می شود:

تیتانیوم:تیتانیوم نسبتاً فراوان و به طور گسترده تولید می شود، به 321 تقریباً 0.15-0.50٪ وزنی اضافه می شود. تولید جهانی اسفنج تیتانیوم بیش از 200000 تن در سال است و قیمت ها را ثابت نگه می دارد.

نیوبیم:نیوبیم که عمدتاً از برزیل (تقریباً 90 درصد عرضه جهانی) تهیه می شود، کمیاب تر و گران تر است. در حدود 0.30-0.80 درصد وزنی به 347 اضافه می شود. زنجیره تامین متمرکز قیمت نیوبیم را نوسانات بیشتری می کند.

تجزیه و تحلیل هزینه کل مالکیت

یک مقایسه ساده قیمت در هر کیلوگرم{0}}می تواند گمراه کننده باشد. برای تجهیزات فشار بالا{2}}متریک مربوطه هزینه در واحد عملکرد است:

خط پایین:برای برنامه‌های زیر 550 درجه سانتی‌گراد که خزش محرک اصلی طراحی نیست، 321 عملکردی معادل با هزینه کمتر ارائه می‌کند. برای سرویس پایدار بالای 600 درجه سانتیگراد، زمانی که چرخه عمر، ساخت و کاهش ضخامت دیوار{5}}در نظر گرفته شود، هزینه کل مالکیت اغلب به نفع 347 است.

کاربردهای معمولی برای هر کلاس چیست؟

321 کاربردهای فولاد ضد زنگ

1. سیستم های اگزوز هواپیما و اجزای موتور جت (مناطق دمای متوسط)
2. هدر اگزوز خودرو و پوسته مبدل کاتالیزوری
3. لوله مبدل حرارتی در پالایشگاه و خدمات پتروشیمی
4. قطعات کوره، مشعل ها و محفظه های احتراق
5. درزهای انبساط و دم
6. مخازن نگهداری جوش داده شده برای مواد شیمیایی خورنده در دماهای متوسط
7. تجهیزات پردازش مواد غذایی که پس از جوشکاری به مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارند

347 کاربردهای فولاد ضد زنگ

1. مخازن و راکتورهای فشار بالا{0}}(ASME بخش VIII)
2. لوله کشی پالایشگاه و پتروشیمی بالای 600 درجه سانتیگراد
3. لوله های سوپرهیتر بخار و اجزای دیگ بخار
4. اجزای نیروگاه هسته ای که به پایداری حرارتی طولانی مدت نیاز دارند
5. واحدهای کراکینگ کاتالیزوری در پالایشگاه های نفت
6. سازه های جوش داده شده در سرویس چرخه ای شدید-دمای بالا
7. منیفولدهای موتور و اجزای توربوشارژر
8. بست‌ها و فنرهای-در دمای بالا

منطق انتخاب برنامه

چارچوب تصمیم زیر به مهندسان کمک می کند تا درجه مناسب را انتخاب کنند:

• دمای سرویس زیر 550 درجه سانتیگراد واسترس متوسط ​​و حساس به هزینه-: 321 را انتخاب کنید.
• دمای سرویس 550-600 درجه سانتیگراد وساخت و ساز جوش داده شده و بارگذاری چرخه ای: 347 را برای مناطق جوش داده شده در نظر بگیرید.
• دمای سرویس بالاتر از 600 درجه سانتیگراد ORlong design life (>100000 ساعت) یا قطعات ضخیم جوش داده شده: 347 را انتخاب کنید.
• خطر حمله با چاقو{0}}خط غیرقابل قبول استپست جوش{0}} عملیات حرارتی ممکن نیست: 347 را انتخاب کنید.

مهندسان چگونه باید بین 321 و 347 انتخاب کنند؟

بهترین روش های مهندسی

• شماره های UNS را مشخص کنید:برای جلوگیری از ابهام در نقشه ها و سفارشات خرید از UNS S32100 برای 321 و UNS S34700 برای 347 استفاده کنید.
• مرجع ASTM A240/A240M:این مشخصات استاندارد برای ورق، ورق و نوار فولاد ضد زنگ کروم و کروم{0}}نیکل برای مخازن تحت فشار و کاربردهای عمومی است.
• درخواست گزارش تست آسیاب:محتوای کربن و تثبیت کننده واقعی را بررسی کنید تا اطمینان حاصل شود که نسبت تثبیت برآورده شده است.
• گواهینامه دوگانه-را در نظر بگیرید:اگر هر دو تثبیت کننده وجود داشته باشند، می توان برخی از گرماها را به عنوان هر دو 321 و 347 تأیید کرد، اگرچه این غیر معمول است.
• تنش های مجاز کد ASME را ارزیابی کنید:برای تجهیزات تحت فشار، تنش‌های مجاز را در دمای طراحی در بخش ASME II-D - مقایسه کنید، تنش مجاز بالاتر از 347 در دمای بالا ممکن است حق بیمه هزینه را توجیه کند.

321 در مقابل 347: خلاصه مقایسه سریع

سوالات متداول

نه. در حالی که هر دو از فولادهای زنگ نزن آستنیتی تثبیت شده با ترکیب پایه مشابه هستند، عملکرد آنها در دماهای بالا به طور قابل توجهی متفاوت است. جایگزینی 321 به جای 347 در سرویس‌های دمای بالا (بالاتر از 600 درجه سانتیگراد) خطرات عمر خزشی و خوردگی بالقوه جوش- را کاهش می‌دهد. جایگزینی 347 به جای 321 از نظر فنی ایمن است، اما برای برنامه‌های کاربردی با دمای متوسط{10}}به‌طور غیرضروری گران است.

آیا 347 همیشه بهتر از 321 است؟

خیر. برای برنامه های زیر 550 درجه سانتیگراد با استرس متوسط، 321 عملکردی معادل با 15{5}}25٪ هزینه کمتر ارائه می دهد. بیش از حد مشخص کردن 347 در این شرایط، بودجه مادی را بدون ارائه مزایای عملکرد معنی‌دار هدر می‌دهد. انتخاب صحیح به دمای سرویس، سطح تنش، عمر طراحی و الزامات ساخت بستگی دارد.

چرا پرکننده ER347 برای جوش 321 توصیه می شود؟

پرکننده ER347 برای جوش 321 توصیه می شود زیرا نیوبیم در حین جوشکاری اکسید نمی شود و از تثبیت کاربید قابل اعتماد در فلز جوش اطمینان می دهد. استفاده از پرکننده ER321 خطر از دست دادن تیتانیوم در اثر اکسیداسیون را به همراه خواهد داشت و به طور بالقوه فلز جوش را تحت تثبیت{4}}و آسیب پذیر در برابر خوردگی بین دانه ای قرار می دهد. این مشخصات پرکننده متقابل-روش استاندارد در صنعت است.

آیا 321 و 347 مغناطیسی هستند؟

هر دو 321 و 347 فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند و اساساً در شرایط آنیل شده غیر مغناطیسی هستند. کار سرد می تواند مغناطیس خفیفی را به دلیل تغییر شکل{4}}تشکیل مارتنزیت القا کند، اما این در مقایسه با گریدهای فریتی یا مارتنزیتی ناچیز است. جوش ها ممکن است مغناطیس اندکی را در ناحیه همجوشی به دلیل حفظ فریت دلتا نشان دهند.

چه استانداردهایی بر فولاد ضد زنگ 321 و 347 حاکم است؟

هر دو گرید توسط ASTM A240/A240M (صفحه، ورق، نوار)، ASTM A312/A312M (لوله بدون درز و جوش داده شده)، ASTM A213/A213M (لوله بدون درز)، ASTM A276/A276M (میله‌ها و شکل‌های فشار 79MA4) و ASTM A276/A276M (میله‌ها و شکل‌های فشار 79M4) پوشش داده می‌شوند. ASME مشخصات معادل (SA-240، SA-312، و غیره) را برای ساخت تجهیزات تحت فشار اتخاذ کرده است. معادل های اروپایی تحت EN 10088 پوشش داده شده اند.

آیا 321 یا 347 می تواند جایگزین 304 در همه برنامه ها شود؟

بله، از لحاظ مکانیکی و خوردگی-321 و 347 می‌توانند جایگزین 304 در اکثر برنامه‌ها شوند - دارای ویژگی‌های مشابه یا برتر هستند. با این حال، 304 به طور قابل‌توجهی ارزان‌تر است و برای کاربردهایی که شامل جوشکاری یا خطر حساسیت دمایی بالا نیستند، مناسب است. استفاده از 321 یا 347 که در آن 304 کافی است هزینه های غیرضروری اضافه می کند. این جایگزینی در درجه اول زمانی معنا پیدا می کند که ایجاد حساسیت پس از جوشکاری یا سرویس در دمای بالا{13}} یک نگرانی باشد.

نتیجه گیری

انتخاب بین فولاد ضد زنگ 321 و 347 در نهایت به این بستگی دارددمای سرویس، عمر طراحی و الزامات ساخت. هر دو گرید به طور موثری از ایجاد حساسیت از طریق تثبیت کاربید جلوگیری می کنند، اما در نحوه رفتار کاربیدهای تثبیت کننده آنها تحت قرار گرفتن در معرض حرارت طولانی مدت متفاوت هستند.

درجه 321، تثبیت شده با تیتانیوم، aراه حل مقرون به صرفه-برای برنامه های کاربردی با دمای متوسط{1}}تا حدود 550 درجه سانتیگراد محدودیت‌های آن - اکسیداسیون تیتانیوم در حین جوشکاری، قلع قلع، و درشت شدن کاربید در دماهای شدید - با کنترل‌های مهندسی مناسب قابل کنترل است.

درجه 347، تثبیت شده با نیوبیوم، فراهم می کندعملکرد عالی برای پرتقاضاترین سرویس با دمای بالا-. مزایای آن - استحکام خزش بالاتر، جوش‌پذیری بهتر، خطر حمله کمتر با چاقو-و ریزساختار تمیزتر - 15{6}}25% حق بیمه را برای کاربردهای بالای 600 درجه سانتی‌گراد، برای تجهیزات فشار با عمر طولانی، یا سازه‌های جوش داده شده بحرانی که قابلیت اطمینان آن بسیار مهم است، توجیه می‌کند.

مهندسان باید هر برنامه را بر اساس ماتریس تصمیم گیری در این راهنما ارزیابی کنند و نه تنها هزینه مواد بلکه عملکرد کل چرخه عمر را در نظر بگیرند. در بسیاری از موارد، هزینه اولیه بالاتر 347 از طریق عمر طولانی تر، تعمیر و نگهداری کاهش یافته و توانایی استفاده از بخش های نازک تر بازیابی می شود - که باعث می شودهزینه کل مالکیت کمترانتخابی برای خدمات واقعی{0}در دمای بالا.