321 rustfrit stål: egenskaber, høj-temperaturydelse og applikationer

Hvad er 321 rustfrit stål?

321 rustfrit stål er en titanium-stabiliseret 18/8 austenitisk kvalitet. Dens basiskemi følger Type 304, men titanium tilsættes med mindst fem gange kulstofindholdet. Under størkning og eksponering for forhøjet -temperatur kombineres titanium fortrinsvis med kulstof til dannelse af stabile titaniumcarbider, så krom forbliver i fast opløsning, og den beskyttende passive film bliver ikke udtømt ved korngrænserne.

Den enkelte legeringstilsætning er det, der adskiller 321 fra 304. I karbidudfældningsområdet på 425 grader til 850 grader kan ustabiliserede austenitiske kvaliteter miste krom langs korngrænserne og blive følsomme over for intergranulær korrosion. Type 321 udvikler ikke den samme sensibilisering, hvorfor det er standardvalget for svejsede trykdele, der skal arbejde varme.

Graden er specificeret i ASTM A240 for plade, plade og strimmel, ASTM A213 for sømløse rør, ASTM A312 for svejste rør og EN 10088-2 som 1.4541. Det lagerføres som plade, plade, rundstang, sømløst rør, svejset rør og smedede fittings, generelt i udglødet og bejdset tilstand.

Kemisk sammensætning og mekaniske egenskaber

Tabellen nedenfor viser standardkemigrænserne for Type 321 og dens højere-kulstofvariant, Type 321H.

Element	Type 321	Type 321H	Effekt på ydeevne
Kulstof (C)	0,08 % maks	0.04-0.10%	Kontrolleret kulstof giver 321H bedre krybestyrke over 500 grader
Silicium (Si)	0,75 % maks	0,75 % maks	Deoxidation under smeltning
Mangan (Mn)	2,00 % maks	2,00 % maks	Austenitstabilitet og varmbearbejdelighed
Fosfor (P)	0,045 % maks	0,045 % maks	Urenhedskontrol for svejsbarhed
Svovl (S)	0,030 % maks	0,030 % maks	Urenhedskontrol for varm duktilitet
Chrom (Cr)	17.0-19.0%	17.0-19.0%	Danner den passive kromoxidfilm
Nikkel (Ni)	9.0-12.0%	9.0-12.0%	Stabiliserer den austenitiske struktur og sejhed
Titanium (Ti)	5xC min, 0,70 % maks	4xC min, 0,70 % maks	Carbid stabilisator, der forhindrer sensibilisering

Typiske mekaniske egenskaber ved rumtemperatur- af udglødet materiale er:

Trækstyrke: 515 MPa minimum

Flydespænding ved 0,2% offset: 205 MPa minimum

Forlængelse i 50 mm: 40 % minimum

Hårdhed: ca. 95 HRB

Elasticitetsmodul: omkring 193 GPa

Massefylde: 8,0 g/cm³

Høj-temperaturydelse og oxidationsmodstand

Type 321 er udviklet til kontinuerlig drift, hvor metaltemperaturen holder sig mellem ca. 425 grader og 900 grader. I dette vindue forbliver titaniumcarbiderne stabile, chrom udfældes ikke som chromcarbid ved korngrænserne, og materialet bevarer sin duktilitet og korrosionsbestandighed efter lang tids eksponering.

Oxidationsbestandighed er god i tør luft op til omkring 900 grader. Hvor delen cykles mellem varmt og koldt, modstår kvaliteten bedre oxidskalaafskalning end almindelig 304, fordi den stabiliserede kemi holder en kontinuerlig beskyttende film. For vedvarende service over 900 grader skal der i stedet bruges højere-legeringsaustenitiske kvaliteter.

Krybeadfærd, ikke kortsigtet-trækstyrke, er den vigtigste designgrænse. Tilladte spændinger falder støt over 550 grader, så vægtykkelsesberegninger for overhednings- og eftervarmerrør skal baseres på de gældende trykbeholderkodebelastningstabeller for den nøjagtige kvalitet og produktform frem for på rum-temperaturværdier.

Svejse- og fremstillingspraksis

Alle gængse lysbueprocesser er velegnede: TIG, MIG, skærmet metalbue og neddykket lysbue. Den titanium-stabiliserede kemi holder den varme-berørte zone modstandsdygtig over for intergranulær korrosion efter svejsning, og efter-svejseudglødning er normalt ikke påkrævet for tynde og mellemstore sektioner.

En praktisk begrænsning vedrører fyldmetal. Titanium overfører dårligt hen over svejsebuen, så kvaliteten bruges ikke som fyldtråd. Standardfyldstoffet til sammenføjning af 321 er en niob-stabiliseret 347-sammensætning, som giver den samme hårdmetalstabilisering, mens den forbliver fuldt svejsbar. Matchende 321 spartelmasse tilbydes ikke af denne grund, og 347 bruges kun lejlighedsvis som basismateriale.

Fremstillingsnotater, der forbedrer levetiden:

Hold interpass-temperaturen under 150 grader og brug kontrolleret varmetilførsel

Rengør al forurening af olie, markeringsblæk og kulstofstål fra samlingsfladerne

Brug kun en rustfri-trådbørste og dedikeret værktøj

Rens roden med argon til rør- og rørsvejsninger

Undgå overdreven slibning, der efterlader indlejrede jernpartikler

Karaktervalg: 321, 321H, 304L eller 347

Servicetilstand	Anbefalet karakter	Årsag
Svejste dele under 425 grader	304L	Bredt tilgængeligt og normalt det mest økonomiske valg
Kontinuerlig service 425-900 grader	321	Titaniumstabilisering forhindrer sensibilisering
Kryb-begrænset design over 500 grader	321H	Højere kulstof øger forhøjet-temperaturstyrke
Tung-svejsning uden varmebehandling	347	Niobium stabilisering tolererer høj varmetilførsel
Dekorative eller spejlpolerede-dele	304 eller 316	321 polerer ikke til en ensartet lys finish

Hvor det eneste krav er modstand mod intergranulær korrosion efter svejsning, og arbejdstemperaturen forbliver under omkring 500 grader, foretrækkes 304L normalt, fordi det er tilgængeligt i en bredere vifte af produktformer og koster mindre. Over ca. 500 grader falder den termiske styrke af 304L, og de stabiliserede kvaliteter bliver det rigtige valg.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Er 321 rustfrit stål magnetisk?
I den udglødede tilstand er den i det væsentlige ikke-magnetisk, fordi strukturen er austenitisk. Koldbearbejdning, såsom bøjning eller tegning, kan introducere en lille mængde martensit og en let magnetisk reaktion, men dette påvirker ikke korrosionsydelsen ved normal drift.

Q: Kan 321 bruges som en svejsetråd?
Nej. Titan overføres ikke pålideligt gennem svejsebuen, så et niobium-stabiliseret 347 fyldstof bruges i stedet. Det aflejrede svejsemetal bevarer den samme modstand mod intergranulær korrosion.

Sp.: Skal 321 efter-svejse varmebehandling?
Til tynde og mellemstore sektioner, nr. Den stabiliserede kemi holder den varme-berørte zone modstandsdygtig uden udglødning. Tunge sektioner i stærkt korrosiv drift kan stadig være opløsningsglødede for spændingsaflastning og optimal korrosionsbestandighed.

Q: Hvad er den maksimale driftstemperatur på 321?
Omtrent 900 grader i kontinuerlig tør-luftservice for oxidationsmodstand, mens mekanisk design normalt er begrænset til lavere temperaturer af krybekvoter. Over 900 grader skal der vælges en højere-legeringskvalitet.

Q: Er 321 velegnet til havmiljøer?
Det er ikke en havvandsklasse. Ligesom 304 er den modtagelig for grubetæring i kloridholdige miljøer-. Til kyst- eller salt--sprøjteeksponering er en molybdæn-holdig kvalitet, såsom 316L eller en duplex-kvalitet, mere passende.

Q: Hvordan sammenlignes 321 med 347?
Begge er stabiliserede austenitiske kvaliteter med lignende korrosion og høj-temperaturydelse. 347 bruger niob i stedet for titanium, svejser lettere og foretrækkes til tykke sektioner, mens 321 er lettere tilgængelig i rør- og pladeform.