347 roostevaba teras: nioobiumiga stabiliseeritud teras kõrge kuumuse jaoks

Mida teeb nioobiumi stabiliseerimine tüübi 347 jaoks

Tüüp 347 on austeniitse kroom-nikkel roostevaba teras, mis on stabiliseeritud nioobiumiga. Selle eesmärk on arusaadav: hoida süsinik kroomist eemal, nii et kaitsvat passiivset kilet ei hävitaks keevitamise või pikaajalise kõrgendatud temperatuuriga kokkupuutel karbiidisade. Nioobiumil on suurem afiinsus süsiniku suhtes kui kroomil, seega moodustab see eelistatavalt nioobiumkarbiidi ja jätab kroomi tahkesse lahusesse terade piiridele. Praktiline tulemus on keeviskonstruktsioon, mis talub teradevahelist korrosiooni kuumusest mõjutatud tsoonis, ilma et oleks vaja keevitusjärgset lahusega lõõmutamist, mistõttu esineb marki nii sageli kõrge temperatuuriga torustikes, ahjude riistvaras ja keevitatud protsessiseadmetes.

Sulam on standarditud tüübiga 347 standardis ASTM A240 plaatide, lehtede ja ribade jaoks, ASTM A213 ja A312 torude ja torude jaoks ning ASTM A182 sepistete jaoks, mille Euroopa vaste on tähistatud EN 1.4550 (X6CrNiNb18-10). Kõrgema süsinikusisaldusega Type 347H versioon on ette nähtud juhul, kui on vaja paremat roome- ja pinge-rebenemistugevust.

Keemiline koostis ja stabilisaatorite suhe

Aluse keemia on lähedane tüübile 304, kusjuures otsustavalt on lisatud nioobiumi ja tantaali vähemalt kümnekordse süsinikusisaldusega. See suhe tagab piisava stabilisaatori, mida saab kombineerida kogu olemasoleva süsinikuga, ja see arv on veski sertifikaadi ülevaatamisel kõige olulisem.

Element	Nõue	Märkmed
Kroom	17.0–19.0%	Passiivne kile ja oksüdatsioonikindlus
Nikkel	9.0–13.0%	Austeniidi stabiilsus
Nioobium pluss tantaal	10×C min, 1,00% max	Stabiliseeriv element; 8 × C min tüübi 347H puhul
Süsinik	0,08% max	Madala süsinikusisaldusega tüübi 347L puhul max 0,03%.
Mangaan	2,00% max	Austeniidi moodustaja, deoksüdatsioon
Räni	0,75% max	Sulamis- ja katlakivi käitumine
Fosfor	0,045% max	Jääkelementide juhtimine
Väävel	0,030% max	Keevitatavus ja kuumtöödeldavus

Nioobiumi ülempiir on sama oluline kui minimaalne: liigne nioobium soodustab raud-nioobiumi intermetalliliste faaside moodustumist kasutusel, mis vähendab plastilisust ja sitkust. Spetsifikatsioonid, mis hoiavad nioobiumi ja tantaali ühe protsendi lähedal või alla selle, tagavad parima tasakaalu stabiliseerimise ja pikaajalise stabiilsuse vahel.

Kõrge temperatuuri käitumine ja teeninduspiirangud

Tüüpi 347 kasutatakse pidevalt kuni umbes 816 kraadini, mis on temperatuur, millest kõrgemal ei avaldata enamus surveanumate ja torustike koodide lubatud pingeid. Sulam säilitab selles vahemikus hea roome- ja oksüdatsioonikindluse ning selle nioobiumkarbiidi osakesed jämenevad aeglaselt, nii et see hoiab oma tugevust paremini kui titaaniga stabiliseeritud tüüp 321 pikaajalisel kõrgel kuumusel. Lühikeste ekskursioonide korral talub materjal 900 kraadile lähenevat temperatuuri ilma vahetute kahjustusteta, kuid projekteerimisel tuleks alati lähtuda pidevatest piiridest, mitte lühiajalisest võimekusest.

650–870 kraadi vahemikus säilitab klass nii oksüdatsioonikindluse kui ka karburisatsioonikindluse, mistõttu seda kasutatakse ahju sisemiste, kiirguskomponentide ja turbiini riistvara jaoks. Kui atmosfäär on tugevalt redutseeriv või süsinikurikas, talub nioobiumiga stabiliseeritud struktuur süsiniku neeldumist paremini kui stabiliseerimata austeniitklassid.

Korrosioonikindlus ja kus see peatub

Pealkirja omadus on teradevaheline korrosioonikindlus. Kuna kroomkarbiidi asemel moodustub nioobiumkarbiid, jääb sulam tundlikkuse suhtes immuunseks isegi pärast pikka kasutust vahemikus 427–816 kraadi või pärast keevitamist. Keevitatud sõlmede puhul on see otsustav eelis tüübi 304 ees, mis võib kuumusest mõjutatud tsoonis tera piire mööda rikki minna.

Üldiselt toimib tüüp 347 hästi atmosfääris, magevees, enamikus orgaanilistes hapetes (nt lämmastikhape) ja nõrkades leeliselistes lahustes. Enne valikut tuleks mõista kahte piiri. Esiteks on selle vastupidavus punkt- ja pragukorrosioonile sarnane tüübile 304, kuna see ei sisalda molübdeeni ja seega madalam kui tüüp 316. Teiseks, tugevalt redutseerivates hapetes, nagu vesinikkloriidhape, või kõrge kloriidisisaldusega keskkonnas ei ole kvaliteet piisav ja selle asemel tuleks valida molübdeeni sisaldav või dupleksroostevaba teras. Tüüp 347 lahendab teradevahelise probleemi; see ei ole üldotstarbeline korrosiooniuuendus.

Valmistamine, keevitamine, kuumtöötlus ja pinna seisukord

Tüüp 347 on keevitatav kõigi standardsete kaareprotsessidega ja on tavaliselt ühendatud sobiva täitematerjaliga. Kuna klass on juba stabiliseeritud, ei vaja keevisliited teradevahelise korrosioonikindluse taastamiseks keevitusjärgset lõõmutamist, kuigi vastupidavuse kaitsmiseks on siiski soovitatav reguleerida soojuse sisendit ja läbipääsudevahelist temperatuuri. Materjal külmalt vormib ja paindub kergesti, elastsus on mõnevõrra madalam kui tüüp 304, kuid kõrgem temperatuuril tugevus ning seda saab tugevdada külmtöötlemisega.

Kui nõutakse maksimaalset korrosioonikindlust, rakendatakse lahustöötlust temperatuuril 1020–1100 kraadi, millele järgneb kiire karastamine; lõõmutamist kasutatakse juhul, kui esmatähtis on maksimaalne elastsus. Poleerimine ja passiveerimine parandavad nii välimust kui ka korrosioonivõimet, kuid viimistlemisel tuleks vältida nioobiumi rikastamisega seotud pinnadefekte, kuna need võivad toimida initsiatsioonikohtadena. Standardsed mehaanilised omadused lõõmutatud olekus on tõmbetugevus vähemalt 515 MPa, voolavuspiir vähemalt 205 MPa ja venivus vähemalt 40 protsenti.

Tüüpilised rakendused

Gaasiturbiini komponendid, põlemiskambri vooderdised ja heitgaaside riistvara

Tuumareaktori torustik, sisedetailid ja rõhku hoidvad keevisõmblused

Tööstuslikud ahjuosad, kiirgustorud, retordid ja kuumtöötlusseadmed

Keevisliidetega keemia- ja naftakeemiaprotsessiseadmed kõrgendatud temperatuuril

Paisumisvuugid, lõõtsad ja kõrge temperatuuriga kinnitusdetailid

Ülekuumendi ja soojusvaheti torud elektritootmises

Korduma kippuvad küsimused

K: Mis määrab 347 keemilise koostise?
See sisaldab 17–19 protsenti kroomi, 9–13 protsenti niklit, maksimaalselt 0,08 protsenti süsinikku ja nioobiumi ja tantaali vähemalt kümnekordse süsinikusisaldusega. Nioobium moodustab stabiilsed karbiidid ja hoiab ära kroomi ammendumise keevisõmblustes.

K: Kuidas 347 toimib kõrge temperatuuriga keskkondades?
Seda kasutatakse pidevalt kuni umbes 816 kraadini, hea roome- ja oksüdatsioonikindlusega ning selle nioobiumstabilisaator hoiab seda stabiilsemalt kui tüüp 321 pikaajalisel kõrgel kuumusel, mis sobib ahju osade ja turbiini komponentidega.

K: Millised on selle korrosioonikindluse omadused?
See pakub suurepärast vastupidavust teradevahelisele korrosioonile isegi pärast keevitamist, ületades keevitatud konstruktsioonide puhul tüüp 304 ja talub üldist korrosiooni kergetes kemikaalides ja atmosfääritingimustes, kuigi see on kloriidide suhtes vähem vastupidav kui tüüp 316.

K: Kuidas on 347 võrreldes 321-ga tootmises?
Mõlemad keevitavad standardtehnikaga, kuid 347 toodab stabiilsemaid keevisõmblusi kõrgel temperatuuril. Sellel on hea vormitavus painutamiseks ja valtsimiseks, veidi madalam plastilisus kui tüüp 304, kuid parem tugevus temperatuuril.

K: Kas 347 vajab keevitusjärgset kuumtöötlust?
Ei. Kuna süsinik on juba nioobiumiga seotud, säilitavad keevisliited oma teradevahelise korrosioonikindluse keevitatud olekus. Lahuslõõmutamist rakendatakse ainult siis, kui nõutakse maksimaalset korrosioonikindlust või plastilisust.

K: Kus 347 tavaliselt kasutatakse?
Seda leidub gaasiturbiini komponentides, tuumareaktori torustikes ja tööstuslike ahjude osades ning keemilise töötlemise seadmetes, mille keevisliited töötavad kõrgel temperatuuril.