SUS321 vs 304: Ako legovanie titánu zlepšuje odolnosť voči vysokým-teplotám

SUS321 a SUS304 v austenitickej rodine

SUS321 a SUS304 sú obe austenitické nehrdzavejúce ocele definované JIS G4303 a G4304 a na prvý pohľad vyzerajú podobne. Rozhodujúcim rozdielom je titán: SUS321 obsahuje prídavok titánu s najmenej päťnásobným obsahom uhlíka, zvyčajne 0,4 až 0,8 percenta, zatiaľ čo SUS304 neobsahuje titán. Pretože titán má silnejšiu afinitu k uhlíku ako chróm, vytvára stabilné karbidy titánu a zanecháva chróm v pevnom roztoku, čím chráni hranice zŕn. Medzinárodne SUS321 zodpovedá UNS S32100, EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10) a GB 06Cr18Ni11Ti, zatiaľ čo SUS304 zodpovedá UNS S30400, EN 1.4301 (X5CrNi18-10i) a GB1C18-10i.

Zloženie: Úloha titánu

Tabuľka porovnáva limity zloženia podľa JIS G4303. Obe triedy zdieľajú rovnaký uhlíkový strop, ale iba SUS321 špecifikuje titán, ktorý uzamyká uhlík a zabraňuje vyčerpaniu chrómu pri vysokej teplote.

Prvok	SUS321	SUS304
Uhlík, max	0.08	0.08
kremík, max	1.00	1.00
Mangán, max	2.00	2.00
Fosfor, max	0.045	0.045
Síra, max	0.030	0.030
Nikel	9.00-13.00	8.00-10.50
Chromium	17.00-19.00	18.00-20.00
titán	5 x C, min	-

Vysoká{0}}teplotná výkonnosť

EN 10095, európska norma pre žiaruvzdorné ocele-, uvádza maximálnu prevádzkovú teplotu na vzduchu 850 stupňov C pre 1.4541 v porovnaní s 800 stupňami C pre 1.4301, čo odráža stabilizovaný stupeň lepšej odolnosti voči oxidácii a odlupovaniu. Titánom-stabilizovaná štruktúra tiež oneskoruje zhrubnutie karbidu a krehnutie sigma{8}}fázového{8}}, takže SUS321 si dlhšie udrží pevnosť pri trvalom zaťažení. Publikované údaje o tečení, ktoré sa bežne uvádzajú pre tieto druhy, ukazujú, že SUS321 si zachováva približne 60 MPa pri 700 stupňoch C počas 1000 hodín oproti približne 40 MPa pre SUS304 za rovnakých podmienok; toto sú typické hodnoty údajového listu na porovnanie a musia byť pred návrhom potvrdené oproti aktuálnym údajom výrobcu alebo povoleným normám, ako je ASME sekcia II.

Medzikryštalická korózia a zvariteľnosť

Keď je ktorýkoľvek druh udržiavaný v rozsahu senzibilizácie asi 450 až 850 °C, uhlík sa môže vyzrážať ako karbid chrómu na hraniciach zŕn, čím sa vyčerpáva susedný chróm a materiál je náchylný na medzikryštalickú koróziu. V SUS321 sa najskôr tvoria karbidy titánu, takže chróm zostáva v roztoku a materiál je účinne imúnny voči tomuto napadnutiu, a to aj v zóne ovplyvnenej teplom zvaru- a pri dlhodobom-vysokom{6}}teplotnom používaní. Výsledkom je, že SUS321 nevyžaduje žiadne žíhanie po-zváraní, čo zjednodušuje výrobu veľkých zváraných konštrukcií, ako sú rúry pecí a plechy výmenníkov tepla. Naproti tomu SUS304 môže vyžadovať rozpúšťacie žíhanie pri teplote približne 1050 stupňov C s kalením vodou po zváraní alebo nahradenie nízkouhlíkového SUS304L uhlíkom maximálne 0,030 percent.

Aplikačné scenáre a sprievodca výberom

SUS321 je prirodzenou voľbou tam, kde prevádzková teplota presahuje približne 500 stupňov C, kde je prítomné trvalé vysoké -teplotné napätie, alebo kde zložité zvárané konštrukcie nie je možné jednoducho vyriešiť-žíhaním. Medzi typické aplikácie patria komponenty jednotky katalytického krakovania v rozsahu 600 až 800 stupňov C, žíhanie-muflových rúr pecí v oxidačnej atmosfére, rúrok výmenníkov tepla-za vysokých teplôt- a parných potrubí v elektrárňach. SUS304 zostáva nákladovo{12}}efektívnym materiálom pre všeobecné kyselinové a alkalické potrubia pod 450 stupňov C,-potrubia kondenzátu pri izbovej teplote, skladovanie LNG pri kryogénnej teplote a-nekritické podpory zariadení. Pre prostredia bohaté na chlorid{17}}, ako je morská voda, nie je vhodný ani jeden stupeň; Namiesto toho by ste mali zvoliť molybdénové-ložisko SUS316 alebo vyššie{20}}zliatiny.

Často kladené otázky

Q1. Čo robí titán v SUS321?
Titán prednostne tvorí stabilné karbidy, čím zabraňuje precipitácii karbidu chrómu- na hraniciach zŕn a eliminuje medzikryštalickú koróziu a vyčerpanie chrómu pri vysokej teplote.

Q2. Môže sa SUS321 použiť pri teplotách vyšších ako 850 stupňov C?
EN 10095 uvádza 850 stupňov C ako maximálnu prevádzkovú teplotu vzduchu pre 1,4541; nad tým sa oxidácia a strata mechanickej pevnosti rýchlo zrýchľujú.

Q3. Potrebuje SUS321 po-tepelnom spracovaní po zváraní?
Nie. Titánová stabilizácia udržuje oblasť ovplyvnenú teplom zvaru-imúnna voči senzibilizácii, takže žíhanie v roztoku po zváraní nie je potrebné.

Q4. Je SUS321 drahší ako SUS304?
Áno, kvôli prídavku titánu a prísnejšej kontrole spracovania. Príplatok je opodstatnený tam, kde si vysoká-teplota alebo zvárané služby vyžadujú stabilizáciu.

Q5. Čo je lepšie pre morskú vodu, SUS321 alebo SUS304?
Ani jedno. Obom chýba molybdén; použite SUS316 alebo duplexnú triedu pre chloridové alebo morské prostredie.

Q6. Aké sú ekvivalenty SUS321?
UNS S32100, EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10), GB 06Cr18Ni11Ti a v starších britských označeniach 321S31 alebo podobné podľa príslušných noriem.