Ocelový plech 321H vs 321: Jaký je rozdíl?

321 aDeska z nerezové oceli 321Hoba jsou vynikající titanem-stabilizované austenitické třídy, ale nejsou stejné. V tomto článku přesně uvidíte, jak se liší jejich chemické složení, mechanické vlastnosti, chování při vysokých-teplotách a skutečné-použití.

Co jsou 321 a 321H?

321 i 321H jsou austenitické nerezové oceli, které jsou stabilizované titanem. Stabilizace znamená, že do slitiny je přidán titan (obvykle 5× obsah uhlíku, minimálně 0,10 %).

Titan má mnohem větší přitažlivost pro uhlík než chrom. Když se ocel zahřeje (během svařování nebo-vysokoteplotního provozu), titan nejprve uchopí uhlík a vytvoří neškodné karbidy titanu. To zabraňuje tvorbě karbidů chrómu na hranicích zrn – příčiny mezikrystalové koroze (často nazývané „rozpad svaru“).

Takže oba stupně odolávají senzibilizaci. Ale 321H je navržen speciálně pro vysokoteplotní-aplikace, kde jsou kritické vlastnosti pevnosti při tečení a pevnosti při namáhání.

Chemické složení: uhlíkový rozdíl

Níže uvedená tabulka ukazuje klíčové chemické rozdíly podle ASTM A240.

Zdroj: ASTM A240 / A240M

Co vám říkají čísla:

321 povoluje uhlík až do 0,08 %, ale nemá žádný spodní limit. 321H vyžaduje alespoň 0,04 % uhlíku a povoluje až 0,10 %. Tento extra uhlík v kombinaci s titanem tvoří více karbidů titanu během provozu za vysokých-teplot. Tyto karbidy „špendlí“ hranice zrn a zabraňují jejich klouzání pod napětím – mechanismus nazývaný precipitační zpevnění. To je důvod, proč má 321H vyšší pevnost při tečení než 321.

Mechanické vlastnosti: Pokojová teplota vs. vysoká teplota

Při pokojové teplotě mají 321 a 321H téměř totožné mechanické vlastnosti. Rozdíl se stává dramatickým, jakmile teploty překročí 1000 stupňů F (537 stupňů).

Vlastnosti pokojové teploty (žíhaný stav)

Zdroje: ASTM A240, ASME SA-240

Vlastnosti pro vysoké-teploty

Třída "H" je speciálně navržena pro provoz za zvýšených teplot. Níže je uvedeno srovnání přípustných napětí při vysokých teplotách podle ASME sekce II, část D.

Zdroj dat: ASME Kód kotle a tlakové nádoby, oddíl II, část D

Co to znamená: Při teplotě 1500 stupňů F (816 stupňů) dokáže 321H bezpečně zvládnout o 87 % více namáhání než 321. To je obrovský rozdíl pro zařízení, která nepřetržitě pracují pod zatížením – jako je trubka přehříváku nebo tlaková nádoba v petrochemickém závodě.

Porovnání tečení

Creep je pomalá, trvalá deformace, ke které dochází, když je kov držen pod napětím při vysoké teplotě. Pro dlouhodobou-službu je pevnost při tečení často důležitější než krátkodobá-pevnost v tahu.

Při 1200 stupních F (649 stupňů) pod tlakem 10 000 psi:

321 praskne po přibližně 5 000 hodinách

321H praskne po přibližně 10 000 hodinách – dvojnásobná životnost.

Při teplotě 1400 stupňů F (760 stupňů) pod 5 000 psi:

321 praskne za asi 1000 hodin

321H vydrží přes 3000 hodin.

To je důvod, proč předpisy pro tlakové nádoby (ASME sekce VIII) vyžadují použití 321H pro dlouhodobé-vysokoteplotní-provozy, když je tečení konstrukčním hlediskem.

Fyzikální vlastnosti

Oba druhy mají téměř totožné fyzikální vlastnosti, protože jejich základní složení je tak podobné.

Obě třídy zůstávají po žíhání ne-magnetické. Opracování za studena (ohýbání, válcování) může vyvolat mírný magnetismus, ale to neovlivňuje výkon při vysokých-teplotách.

Odolnost proti korozi

Protože jsou oba druhy titanu-stabilizovány, nabízejí stejnou odolnost vůči mezikrystalové korozi. Žádný z nich nebude trpět „rozpadem svaru“ po svařování nebo vystavení teplotám mezi 800–1600 stupni F (425–870 stupňů).

V jiném korozivním prostředí:

• Obecná koroze:Oba odolávají oxidaci a usazování až do asi 1500 stupňů F (816 stupňů) v nepřetržitém provozu a 1600 stupňů F (871 stupňů) přerušovaně.

• Odolnost vůči kyselinám:Oba mají podobnou odolnost vůči zředěným kyselinám, ale ani jeden není vhodný pro silně redukující kyseliny (jako je chlorovodíková nebo horká sírová).

• Chloridové korozní praskání (SCC):Stejně jako všechny austenitické nerezové oceli mohou 321 i 321H praskat v horkých chloridových roztocích nad 140 stupňů F (60 stupňů). Pro provoz s mořskou vodou nebo solankou při vysokých teplotách zvažte duplexní nebo super{5}}austenitické třídy.

Důležitá poznámka: Korozní odolnost obou druhů je nejlepší ve stavu rozpouštěcím žíháním (zahřátý na 1850–2050 stupňů F / 1010–1120 stupňů a rychle ochlazený). Kvůli titanové stabilizaci není nutné tepelné zpracování po-svaření – hlavní výhoda oproti ne-stabilizovaným třídám jako 304 nebo 304H.

Svařitelnost a zpracování

321 i 321H svařují krásně. Lze je spojovat pomocí TIG, MIG, tyčového svařování nebo svařování pod tavidlem. Použijte odpovídající přídavné kovy: ER321 pro TIG/MIG a E347 (nebo E321) pro svařování tyčí. Titan stabilizuje svarovou lázeň a zabraňuje vysrážení karbidu chrómu v tepelně-zasažené zóně.

Ani u silných profilů není vyžadován žádný předehřev. Po-tepelné zpracování po svařování také není vyžadováno – zařízení můžete svařit a uvést přímo do provozu při vysokých-teplotách, aniž byste se museli obávat přecitlivělosti.

Tváření a obrábění: Obojí-rychle tvrdne. Pro obrábění používejte ostré nástroje, nízké řezné rychlosti a dostatek chladicí kapaliny. Při tváření za studena (ohýbání, válcování) počítejte s odpružením – 321H s mírně vyšším obsahem uhlíku se může tvarovat o něco hůře.

Normy a specifikace

Vždy si vyžádejte certifikát Mill Test Certificate (MTC), který potvrzuje správnou třídu.

Aplikace: Kdy použít který?

Zvolte 321 (Standardní) Když:

Teploty jsou mírné – pod asi 1000 stupňů F (537 stupňů) pro nepřetržitý provoz.

Nepotřebujete maximální pevnost při tečení – například u výfukových komínů, částí pecí, které nejsou příliš zatíženy, nebo výměníků tepla pracujících pod nízkým tlakem.

Zařízení uvidí cyklický ohřev a chlazení – 321 je o něco odolnější vůči tepelné únavě než 321H, protože má méně karbidů.

Cena je faktorem – 321 je obecně levnější a dostupnější než 321H.

Zvolte 321H, když:

Teploty přesahují 1000 stupňů F (537 stupňů) – zejména nad 1200 stupňů F, kde se stává problémem tečení.

Zařízení je trvale namáháno – tlakové nádoby, trubky přehříváků kotlů, potrubí rafinérie, chemické reaktory.

Je vyžadována dlouhá životnost – 321H může zdvojnásobit nebo ztrojnásobit životnost součásti ve srovnání s 321 při vysokých teplotách.

ASME Code vyžaduje třídu „H“ – mnoho kódů kotlů a tlakových nádob nařizuje použití tříd H pro služby při zvýšených-teplotách.

Svařujete tlusté části – o něco vyšší uhlík v 321H poskytuje lepší pevnost při vysokých teplotách v tepelně-ovlivněné zóně.

Závěr

Rozdíl mezi deskami z nerezové oceli 321 a 321H spočívá v obsahu uhlíku.

321 je vynikající, všestranná nerezová ocel stabilizovaná titanem pro aplikace do teploty asi 1000 stupňů F (537 stupňů). Odolává mezikrystalové korozi, snadno se svařuje a nevyžaduje tepelné zpracování po svařování.

321H je verze s vysokým obsahem uhlíku navržená pro dlouhodobou nosnou službu při teplotách nad 1000 stupňů F (537 stupňů). Při teplotě 1 500 stupňů F nabízí téměř dvojnásobné přípustné namáhání než standard 321, což z něj činí jedinou bezpečnou volbu pro vysokotlaká a vysokoteplotní zařízení.

Který byste si tedy měli koupit?

Pokud je vaše provozní teplota nižší než 1 000 stupňů F a tečení není konstrukční problém, standard 321 je naprosto dostačující. Pokud vaše zařízení poběží nepřetržitě nad 1000 stupňů F pod značným tlakem nebo stresem, je 321H lepší volbou.