321 roostevaba teras: titaan-stabiliseeritud klass teradevahelise korrosioonikindluse jaoks

Mis on 321 roostevaba teras?

321 (UNS S32100) on titaan-stabiliseeritud austeniitsest roostevaba teras, mis on välja töötatud tüübist 304. Titaani lisatakse vähemalt viis korda rohkem kui kombineeritud süsiniku ja lämmastiku sisaldus, nii et süsinik ühineb eelistatavalt titaaniga, moodustades kroomi asemel stabiilsed titaankarbiidid. See hoiab ära kroomi ammendumise terade piiridel, kui terast hoitakse keevitamise või kõrgel temperatuuril -sensibiliseerivas temperatuurivahemikus umbes 450-850 kraadi, tagades 321 terase vastupidavuse teradevahelisele korrosioonile ilma keevitusjärgse kuumtöötluseta. Euroopa tähistus on 1.4541 (X6CrNiTi18-10) vastavalt standardile EN 10088 ja Jaapani tähis on SUS321 JIS G4303/G4304 kohta.

Keemiline koostis

Allpool toodud koostise piirangud järgivad ASTM A240.

Element (massi%)	321 (S32100)
Süsinik, max	0.08
Mangaan, max	2.0
Räni, max	0.75
Fosfor, max	0.045
Väävel, max	0.030
Kroom	17.0-19.0
Nikkel	9.0-12.0
Lämmastik, max	0.10
Titaan	5 x (C+N), min

Titaanivajadust väljendatakse süsiniku ja lämmastiku kordsena, kuna mõlemad elemendid peavad olema seotud stabiilsete ühenditena. H-variandil 321H (UNS S32109) on kontrollitud süsiniku vahemik 0,04{6}}0,10% ja titaani miinimum 4 x (C+N), mis parandab veelgi kõrge temperatuuriga surve all olevate osade roomemistugevust.

Mehaanilised omadused ja kuumtöötlus

Lõõmutatud plaadi miinimumväärtused ASTM A240 järgi on loetletud allpool.

Kinnisvara	321
Tõmbetugevus, min (MPa)	515
0,2% voolavuspiir, min (MPa)	205
Pikendus 50 mm, min (%)	40

321 tarnitakse lahusega lõõmutatud olekus, tavaliselt kuumutatakse 950-1120 kraadini ja jahutatakse kiiresti. Kuna titaan juba stabiliseerib süsinikku, ei muutu teras tundlikuks järgneval kuumutamisel vahemikus 450–850 kraadi ja keevitusjärgset kuumtöötlust pole vaja. Plaadi lõõmutatud kõvadus on maksimaalselt umbes 201 HB.

Kõrge{0}}temperatuuri jõudlus ja rakendused

321 pakub kasulikku roomamistugevust ja oksüdatsioonikindlust pidevaks tööks vahemikus umbes 425-900 kraadi ning lühiajaline kokkupuude on võimalik kuni umbes 950 kraadini. Võrreldes 304-ga on titaan-stabiliseeritud klassil suurem roomamistugevus üle 550 kraadi ja madalam oksüdatsioonikaalu suurenemine kõrgemal temperatuuril, kuna oksiidkatlamine jääb paremini kleepuma. Tüüpilised kasutusalad on kõrgel-temperatuuril soojusvaheti torud, ahju- ja krakkimistorud, paisumislõõts, tuumajaamade sekundaartorustik, ülekuumendi- ja järelkuumutitorud, autode väljalaskekollektorid ja katalüüsmuunduri kestad ning naftakeemia katalüütiliste krakkimisseadmete komponendid. Rakenduste puhul, mille temperatuur on üle 900 kraadi, määratakse tavaliselt kõrgema legeeritud klass, näiteks 310S (UNS S31008).

Keevitamine ja valmistamine

321-l on hea keevitatavus tavapäraste protsessidega, nagu TIG, MIG, SMAW ja SAW. Titaani lisamine on kalduvus oksüdeerumisele ja läbipõlemisele keevisvanni väga kõrgetel temperatuuridel, seetõttu tuleks keevitamist teostada kontrollitud soojussisendi, lühikese kaare viibimisaja ja piisava argoonivarjestuse abil, hoides titaanisisalduse pärast keevitamist kindlaksmääratud miinimumist kõrgemal. Täitemetall sobitatakse tavaliselt alusmaterjaliga. Teras moodustab hästi painutamise, sügavtõmbamise ja ketramise ning seda saab lõõmutatud olekus töödelda; töökõvenemine on võrreldav teiste austeniitklassidega. Passiveerimine lämmastikhappe lahusega pärast valmistamist taastab kroomi{5}}rikka oksiidkile ja parandab vastupidavust pinna saastumisele.

Korduma kippuvad küsimused

Q1. Mida teeb titaan roostevabast terasest 321?
Titaanil on suurem afiinsus süsiniku suhtes kui kroomil, seega moodustab see stabiilsed titaankarbiidid ja hoiab ära kroomkarbiidi sadenemise terade piiridel, välistades sensibiliseerimise.

Q2. Kas 321 jaoks on vaja keevitusjärgset-kuumtöötlust?
Ei. Titaanist stabiliseerimisvahendeid 321 saab keevitada ja kasutada sensibiliseerivas temperatuurivahemikus ilma teradevahelist korrosioonikindlust kaotamata.

Q3. Mis vahe on 321 ja 304 vahel?
321 lisab titaani ja on vastupidav teradevahelisele korrosioonile pärast keevitamist ja kõrgel temperatuuril{1}}tööd, samas kui 304 võib tundlikkust tekitada vahemikus 450–850 kraadi.

Q4. Kas 321 saab kloriiditeenuses 316L asendada?
Nr. 321 ei sisalda molübdeeni, seega on selle vastupidavus kloriidipunktide tekkele sarnane 304-ga ja väiksem kui 316L; see on valitud kõrge-temperatuuri tugevuse, mitte merekeskkonna jaoks.

K5. Mis on töötemperatuuri vahemik 321?
Pidev teenindus on üldiselt 425{1}}900 kraadi lühiajalise kokkupuutega kuni umbes 950 kraadi ; üle selle on soovitatav 310S.

K6. Miks on titaani läbipõlemine 321 keevitamisel muret tekitav?
Titaan oksüdeerub kergesti keevisvanni kõrgetel temperatuuridel; madal soojussisend, lühike kaareaeg ja argoonivarjestus hoiavad titaani jääksisalduse üle määratud miinimumi.