Stål 321H plade vs 321: Hvad er forskellen?

321 og321H rustfri stålpladebegge er fremragende titanium-stabiliserede austenitiske kvaliteter, men de er ikke ens. I denne artikel vil du se nøjagtigt, hvordan deres kemiske sammensætning, mekaniske egenskaber, høj-temperaturopførsel og virkelige-anvendelser adskiller sig.

Hvad er 321 og 321H?

Både 321 og 321H er austenitisk rustfrit stål, der er titanium stabiliseret. Stabilisering betyder, at titanium (normalt 5× kulstofindholdet, minimum 0,10%) tilsættes legeringen.

Titanium har en meget stærkere tiltrækning til kulstof end krom gør. Når stålet opvarmes (under svejsning eller høj-temperaturservice), griber titanium først kulstoffet og danner harmløse titaniumcarbider. Dette forhindrer dannelsen af ​​chromcarbider ved korngrænser - årsagen til intergranulær korrosion (ofte kaldet "svejsehenfald").

Så begge kvaliteter modstår sensibilisering. Men 321H er designet specifikt til høje-temperaturapplikationer, hvor krybestyrke og spændingsbrudsegenskaber er kritiske.

Kemisk sammensætning: Kulstofforskellen

Tabellen nedenfor viser de vigtigste kemiske forskelle i henhold til ASTM A240.

Kilde: ASTM A240 / A240M

Hvad tallene fortæller dig:

321 tillader kulstof op til 0,08 %, men har ingen nedre grænse. 321H kræver mindst 0,04 % kulstof og tillader op til 0,10 %. Det ekstra kulstof, når det kombineres med titanium, danner flere titaniumcarbider under høje-temperaturer. Disse karbider "stifter" korngrænser og forhindrer dem i at glide under stress - en mekanisme kaldet nedbørsstyrkelse. Dette er grunden til, at 321H har højere krybestyrke end 321.

Mekaniske egenskaber: Rumtemperatur vs. høj temperatur

Ved stuetemperatur har 321 og 321H næsten identiske mekaniske egenskaber. Forskellen bliver dramatisk, når temperaturen overstiger 1000 grader F (537 grader).

Rumtemperaturegenskaber (udglødet tilstand)

Kilder: ASTM A240, ASME SA-240

Høj-temperaturegenskaber

"H"-klassen er specielt designet til service ved høje temperaturer. Nedenfor er en sammenligning af tilladte spændinger ved høje temperaturer i henhold til ASME Sektion II, Del D.

Datakilde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section II, Part D

Hvad betyder det: Ved 1500 grader F (816 grader) kan 321H sikkert håndtere 87 % mere stress end 321. Det er en enorm forskel for udstyr, der arbejder kontinuerligt under belastning – såsom et overhedningsrør eller en trykbeholder i et petrokemisk anlæg.

Krybstyrke sammenligning

Krybning er den langsomme, permanente deformation, der sker, når metal holdes under stress ved høj temperatur. Til lang-service er krybestyrke ofte vigtigere end kort-trækstyrke.

Ved 1200 grader F (649 grader) under en belastning på 10.000 psi:

321 vil briste efter cirka 5.000 timer

321H vil briste efter cirka 10.000 timer – dobbelt så lang levetid.

Ved 1400 grader F (760 grader) under 5.000 psi:

321 brister på omkring 1.000 timer

321H varer over 3.000 timer.

Dette er grunden til, at trykbeholderkoder (ASME Section VIII) kræver brug af 321H til langvarig-høj-temperaturservice, når krybning er en designovervejelse.

Fysiske egenskaber

Begge kvaliteter deler næsten identiske fysiske egenskaber, fordi deres basissammensætning er så ens.

Begge kvaliteter forbliver ikke-magnetiske efter udglødning. Koldbearbejdning (bøjning, rulning) kan inducere let magnetisme, men dette påvirker ikke ydeevnen ved høje-temperaturer.

Korrosionsbestandighed

Fordi begge kvaliteter er titanium-stabiliserede, tilbyder de identisk modstand mod intergranulær korrosion. Ingen af ​​dem vil lide af "svejseforfald" efter svejsning eller udsættelse for temperaturer mellem 800-1600 grader F (425-870 grader).

I andre korrosive miljøer:

• Generel korrosion:Begge modstår oxidation og skalering op til omkring 1500 grader F (816 grader) i kontinuerlig drift og 1600 grader F (871 grader) med mellemrum.

• Syrebestandighed:Begge har lignende modstandsdygtighed over for fortyndede syrer, men ingen af ​​dem er velegnede til stærke reducerende syrer (som saltsyre eller varmt svovlsyre).

• Chloridspændingskorrosionsrevner (SCC):Som alle austenitiske rustfrie stål kan både 321 og 321H revne i varme kloridopløsninger over 140 grader F (60 grader). Overvej duplex- eller super-austenitiske kvaliteter til brug af havvand eller saltlage ved høje temperaturer.

Vigtig bemærkning: Korrosionsbestandigheden for begge kvaliteter er bedst i opløsningsudglødet tilstand (opvarmet til 1850–2050 grader F / 1010–1120 grader og hurtigt afkølet). På grund af titaniumstabilisering er efter-varmebehandling ikke påkrævet – en stor fordel i forhold til ikke-stabiliserede kvaliteter som 304 eller 304H.

Svejsbarhed og fremstilling

Både 321 og 321H svejser smukt. De kan sammenføjes ved hjælp af TIG, MIG, pind eller dykket lysbuesvejsning. Brug matchende tilsætningsmetaller: ER321 til TIG/MIG og E347 (eller E321) til stavsvejsning. Titanium stabiliserer svejsebassinet og forhindrer chromkarbidudfældning i den varme-berørte zone.

Der kræves ingen forvarmning for nogen af ​​disse kvaliteter, selv på tykke sektioner. Varmebehandling efter-svejsning er heller ikke påkrævet – du kan svejse og sætte udstyret direkte i høj-temperaturservice uden at bekymre dig om sensibilisering.

Formning og bearbejdning: Begge arbejder-hærder hurtigt. Brug skarpe værktøjer, lave skærehastigheder og masser af kølevæske til bearbejdning. Til koldformning (bøjning, rulning), tillad tilbagespring – 321H, med dens lidt højere kulstof, kan være marginalt sværere at forme.

Standarder og specifikationer

Bed altid om et Mill Test Certificate (MTC), der bekræfter den korrekte karakter.

Applikationer: Hvornår skal man bruge hvilke?

Vælg 321 (Standard) Når:

Temperaturerne er moderate – under omkring 1000 grader F (537 grader) for kontinuerlig service.

Du behøver ikke maksimal krybestyrke – for eksempel i udstødningsstabler, ovndele, der ikke er tungt belastede, eller varmevekslere, der arbejder under lavt tryk.

Udstyret vil se cyklisk opvarmning og afkøling - 321 er lidt mere modstandsdygtig over for termisk træthed end 321H, fordi den har færre karbider.

Omkostningerne er en faktor – 321 er generelt billigere og mere tilgængeligt end 321H.

Vælg 321H Når:

Temperaturer overstiger 1000 grader F (537 grader) - især over 1200 grader F, hvor krybning bliver et problem.

Udstyret er under konstant stress - trykbeholdere, kedeloverhedningsrør, raffinaderirør og kemiske reaktorer.

Lang levetid er påkrævet – 321H kan fordoble eller tredoble en komponents levetid sammenlignet med 321 ved høje temperaturer.

ASME-koden kræver "H"-kvaliteten – mange kedel- og trykbeholderkoder kræver brug af H-kvaliteter til service med høje-temperaturer.

Du svejser tykke sektioner – det lidt højere kulstof i 321H giver bedre højtemperaturstyrke i den varme-berørte zone.

Konklusion

Forskellen mellem 321 og 321H rustfri stålplader kommer ned til kulstofindhold.

321 er et fremragende, alsidigt titanium-stabiliseret rustfrit stål til applikationer op til omkring 1000 grader F (537 grader). Den modstår intergranulær korrosion, svejser let og kræver ikke varmebehandling efter svejsning.

321H er den høje kulstofversion designet til langvarig, bærende service ved temperaturer over 1000 grader F (537 grader). Ved 1500 grader F tilbyder den næsten det dobbelte af den tilladte belastning af standard 321, hvilket gør den til det eneste sikre valg til højtryks- og højtemperaturudstyr.

Så hvilken en skal du købe?

Hvis din driftstemperatur er under 1000 grader F, og krybning ikke er et designproblem, er standard 321 helt tilstrækkelig. Hvis dit udstyr vil køre konstant over 1000 grader F under betydeligt tryk eller stress, er 321H den bedre løsning.