321 vs 347 roostevaba teras: kumb on keevitamiseks parem?

Sissejuhatus

Kui valite roostevaba terase{0}}kõrge temperatuuriga või söövitava keskkonna jaoks, tõusevad loendi tippu pidevalt kaks klassi:321 roostevaba terasja 347 roostevaba teras. Mõlemad kuuluvad austeniitse roostevaba terase perekonda ja on spetsiaalselt konstrueeritud vastu pidama hävitavale nähtusele, mida nimetatakse sensibiliseerimiseks - teradevahelise korrosiooni vormiks, mis võib terast vaikselt nõrgendada, eriti keevisõmblustes ja nende ümbruses.

Kuid siin on põhiküsimus, mida insenerid, tootjad ja hankejuhid sageli küsivad:

"Kas roostevaba teras 321 või 347 on keevitamiseks parem?"

Lühike vastus: 347 roostevaba teras on üldiselt eelistatud valik keevitusrakendustes. Täielik vastus sõltub aga teie konkreetsest töökeskkonnast, eelarvest ja jõudlusnõuetest. See juhend jagab kõik - alates keemiast ja metallurgiast kuni praktiliste keevitusnõuanneteni ja tegelike-rakendusandmeteni.

1. jaotis: Mis on roostevaba teras 321?

321 roostevaba teras (UNS S32100) on titaan-stabiliseeritud austeniitsest roostevaba teras, mis on saadud standardsest 304 klassist. Titaani - lisamine vähemalt 5-kordse süsinikusisaldusega - annab 321-le selle määrava omaduse: vastupidavus teradevahelisele korrosioonile, eriti kuumuse{9}}mõjutatud tsoonis (HAZ) keevitamise ajal ja kõrgel{10}}temperatuuril.

Titaan seostub eelistatavalt süsinikuga, moodustades titaankarbiidi (TiC), takistades süsiniku migreerumist terade piiridele, kus see muidu kroomiga ühinedes moodustaks kroomkarbiidi - protsess, mis kahandab selle korrosioonikindlat-kroomi materjali ja loob haavatavad tsoonid, mis on altid ründama.

321 roostevaba terase põhiomadused

Stabiliseeritud titaaniga, et vältida kroomkarbiidi sadenemist

Suurepärane jõudlus pideval tööl vahemikus 425 kraadi kuni 870 kraadi (800 kraadi F kuni 1600 kraadi F)

Hea vormitavus ja keevitatavus üldiseks valmistamiseks

Eelistatud toiduainete töötlemise, farmaatsia ja mõõdukas keemilises keskkonnas

Kasutatakse laialdaselt õhusõidukite väljalaskesüsteemides, katla komponentides ja soojusvahetites

2. jaotis: Mis on 347 roostevaba teras?

347 roostevaba teras(UNS S34700) on nioobium-stabiliseeritud (nimetatakse ka kolumbium-stabiliseeritud) austeniitsest roostevabast terasest. Nagu 321, on see tuletatud 304-st ja mõeldud sensibiliseerimise probleemi lahendamiseks. Titaani asemel toimib stabiliseeriva elemendina aga nioobium (Nb) -, millele on lisatud vähemalt 10 korda suurem süsinikusisaldus -.

Nioobiumi kõrgem aatomistabiilsus võrreldes titaaniga muudab selle eriti tõhusaks tugevalt keevitatud struktuurides ja äärmuslikel temperatuuridel. Keevitamise jaoks kriitilise tähtsusega nioobium ei aurustu ega oksüdeeru keevitusprotsessi ajal nii kergesti kui titaan, mille tulemuseks on etteaimatavam ja ühtlasem keeviskeemia.

347 roostevaba terase põhiomadused

Stabiliseeritud nioobiumiga (ja tantaaliga), et tagada keevistsooni suurepärane kaitse

Suurepärane vastupidavus teradevahelisele korrosioonile keevisõmbluse kuumusest{0}}mõjutatud tsoonides

Suurem libisemistugevus väga kõrgetel temperatuuridel võrreldes 321-ga

Laialdaselt määratletud kosmose-, tuuma-, elektritootmise ja keemilise töötlemise valdkonnas

Tööstus-eelistatud, kui ühtlane keevisõmbluse kvaliteet on vaieldamatu-nõue

3. jagu: Keemilise koostise võrdlus

Mõlema klassi keemilise koostise mõistmine on oluline nende keevitatavuse mõistmiseks. Allolevas tabelis võrreldakse standardeid ASTM A240 ja ASTM A182 321 SS, 347 SS ja 304 SS (baastaseme võrdlusena).

Tabel 1: keemiline koostis - 321 vs 347 vs 304 roostevaba teras

Allikas: ASTM A240 / ASTM A182 standardid. Kõik väärtused massiprotsentides (massi%).

Miks on see keevitamise jaoks oluline?Titaan 321-s on keevitustemperatuuril lenduv. Kaarkeevitusprotsessi, eriti gaasvolframkaarkeevituse (GTAW/TIG) käigus võib titaan oksüdeeruda ja keevisvannist aurustuda. Seetõttu soovitatakse 347 täitematerjali tavaliselt isegi siis, kui 321 alusmaterjal - täiteaines olev nioobium on keevitamise ajal palju stabiilsem.

4. jaotis: Mehaanilised omadused

Toatemperatuuril on roostevabal terasel 321 ja 347 praktiliselt identsed mehaanilised omadused -, mõlemad vastavad samadele ASTM-i standardite miinimumnõuetele. Olulised erinevused ilmnevad kõrgendatud temperatuuridel, eriti üle 550 kraadi.

Tabel 2: mehaanilised omadused - 321 vs 347 roostevaba teras (toatemperatuur)

Allikas: ASTM A240, ASME II jaotis, D osa. Andmed näitavad lõõmutatud olekut.

Kõrge{0}}temperatuuri jõudlus:Töötemperatuuril üle 600 kraadi näitab 347 SS järjekindlalt paremat roometugevust - materjali vastupidavust aeglasele deformatsioonile püsiva pinge korral. See eelis tuleneb otseselt nioobiumi tugevast karbiidi-moodustumise tendentsist, mis tugevdab termilise koormuse all olevaid terade piire. Komponentide jaoks, mis keevitatakse ja seejärel asetatakse nõudlikusse soojusteenistusse (nt gaasiturbiinid, ülekuumendid või tuumareaktorid), pakub 347 mõõdetavalt paremat pikaajalist-struktuurilist terviklikkust.

5. jaotis: Keevitusomadused - Põhiline võrdlus

See on juhendi süda. Uurime iga kriitilist keevitustegurit kõrvuti.

Tabel 3: Keevitusomadused - 321 vs 347 roostevaba teras

Allikas: AWS D1.6 Structural Welding Code - Roostevaba teras; Lincolni elektrikeevitusjuhised.

Sensibiliseerimine ja kuumuse{0}}mõjutatud tsoon (HAZ)

Kui roostevaba teras puutub kokku temperatuuride vahemikus 425–870 kraadi -, võib keevitamisel tavaliselt esinev vahemik - süsinik difundeeruda terade piiridele ja reageerida kroomiga, moodustades kroomkarbiidid (Cr23C6). See kahandab ümbritsevat kaitsekroomi, jättes korrosioonile{7}}tundliku tsooni. Seda protsessi nimetatakse sensibiliseerimiseks.

Nii 321 kui ka 347 on loodud sensibiliseerimisega võitlemiseks, kuid erinevate mehhanismide kaudu:

321 SS kasutab titaankarbiidi (TiC) süsiniku sidumiseks enne, kui see kroomiga reageerida jõuab. Tõhus -, kuid titaani lenduvus keevitamise ajal tähendab, et osa kaitsest võib kaduda.

347 SS kasutab nioobiumkarbiidi (NbC). Nioobium püsib keevitustingimustes stabiilsena, pakkudes ühtlast kaitset kogu keevisõmbluse ja HAZ-i vältel.

Täitemetalli valik on roostevaba terase keevitamisel kriitiline. AWS-i klassifikatsioon ja standardne tööstuse tava soovitab:

321 SS mitteväärismetalli jaoks: kasutage AWS ER347 täitetraati. ER321 kasutamine on võimalik, kuid vähem eelistatud, kuna täiteaines olev titaan kipub oksüdeeruma, jättes keevisõmbluse stabilisaatoriga alavarustatuks.

347 SS mitteväärismetalli jaoks: kasutage AWS ER347 täitetraati. See tagab keemiliselt ühilduva nioobium-stabiilse keevisladestuse, mis ühtib täpselt mitteväärismetalli koostise ja korrosioonikindlusega.

Praktikas kasutatakse ER347 mõlema klassi jaoks -, mis annab tunnistust 347 suurepärasest keevituskeemiast. See lihtsustab ka laoseisu haldamist kaupluses.

Vastupidavus kuumale pragunemisele

Kuumpragunemine (nimetatakse ka tahkestuspragudeks) tekib keevismetallis või HAZis, kui keevisõmblus jahtub ja tahkub. Seda mõjutavad keevisvanni keemia, lisandite (eriti väävli ja fosfori) tase ning teatud legeerivate elementide olemasolu.

347 SS-s sisalduv nioobium aitab täpsustada terastruktuuri ja vähendab kuumpragude tekkimise ohtu, eriti mitmekäigulistel keevisõmblustel. Kuigi titaan on efektiivne mitteväärismetallis, pakub see ülalmainitud oksüdatsiooniteguri tõttu keevisvannis vähem ühtlast kaitset. Selle tulemusena peetakse 347 SS-i keerukamate keevisõmbluste geomeetriate korral vastupidavamaks kuumpragude suhtes.

6. jagu: rakenduste võrdlus tööstusharude lõikes

Kuigi mõlemad klassid teenindavad paljusid samu tööstusharusid, muudavad nende jõudlusnäitajad iga konkreetse kasutusjuhtumi jaoks sobivamaks. Allolev tabel toob esile, kus iga hinne paistab silma.

Tabel 4: tööstusharu rakenduste võrdlus - 321 vs 347 roostevaba teras

Allikas: ASTM A213, ASTM A240, ASME Boiler & Pressure Vessel Code ja tööstuse hankestandardid.

7. jaotis: Kulud ja saadavuse kaalutlused

Hind on materjali valikul alati praktiline tegur. Siin on, mida peate teadma.

321 SS on üldiselt kuluefektiivsem-valik. Titaan on legeeriva lisandina odavam kui nioobium ja 321 toodetakse kogu maailmas suuremas mahus.

347 SS pakub nioobiumi hinna ja selle spetsiifilisema nõudluse profiili tõttu tagasihoidlikku lisatasu -, mis on tavaliselt 5–15% kõrgem kui 321 -.

Mõlemad klassid on laialdaselt saadaval plaatide, lehtede, vardade, torude, torude ja liitmike kujul suurematest tehastest ja teeninduskeskustest kogu maailmas.

Enamiku keevitatud rakenduste puhul, kus 347 keevisõmbluse jõudlus on kriitiline, on hinnalisa hästi õigustatud vähenenud ümbertöötlemise, parema korrosioonikindluse ja pikema tööeaga.

8. jaotis: Otsuste kiirjuhend - 321 vs 347

Kasutage seda otsustusraamistikku, et juhtida oma materjali valikut:

Tabel 5: Materjali valiku otsuse juhend

9. jaotis: asjakohased standardid ja sertifikaadid

Roostevaba terase 321 või 347 määramisel veenduge, et järgite oma tööstusharus kehtivaid standardeid:

ASTM A240 - Standardspetsifikatsioon kroomi ja kroom{1}}niklist roostevabast terasest plaatide, lehtede ja ribade jaoks

ASTM A182 - sepistatud või valtsitud sulamist-terastoru äärikud, sepistatud liitmikud ja ventiilid

ASTM A213 - õmblusteta ferriit- ja austeniidisulamist-terasest katla, ülekuumendi ja soojusvaheti torud

ASME katla ja surveanuma kood (BPVC) - II jaotis, D osa: materjali omadused

AWS D1.6 - roostevaba terase struktuurkeevituskood

EN 10088 - Euroopa roostevaba terase standard (samaväärsed klassid: 1.4541 321 puhul; 1.4550 347 puhul)

10. jaotis: Mõlema klassi keevitamise parimad tavad

Sõltumata sellest, millise klassi valite, järgige parimate tulemuste saavutamiseks järgmisi keevitamise parimaid tavasid:

Puhastage mitteväärismetall põhjalikult - eemaldage keevitustsoonist kogu rasv, õli, värv ja kate, kasutades atsetooni või heakskiidetud roostevaba terase puhastusvahendit

Kasutage ainult roostevaba terase jaoks mõeldud roostevabast terasest traatharju ja lihvkettaid - süsinikterasest tööriistadega saastumine põhjustab roostet ja korrosiooni

Ristsaastumise vältimiseks hoidke ja käsitsege materjali puhtas keskkonnas

Võimaluse korral kasutage nii 321 kui ka 347 mitteväärismetallide jaoks AWS ER347 täitetraati

Kasutage madala soojussisendi tehnikaid, et minimeerida HAZ-i suurust ja vähendada sensibiliseerimise ohtu

Kasutage torude, torude või suletud sektsioonide keevitamisel tagasi-argoongaasiga puhastamist, et kaitsta keevisjuure oksüdatsiooni eest

Teravilja kasvu kontrollimiseks hoidke läbipääsudevahelisi temperatuure alla 175 kraadi (350 kraadi F).

Passiveerimine - Passiivse kroomoksiidikihi taastamiseks töödelda keevispiirkondi lämmastikhappe või sidrunhappe lahusega

Keevitusejärgne kuumtöötlus (PWHT) - Üldiselt pole stabiliseeritud klasside puhul nõutav, kuid teatud koodid (ASME) võivad seda määrata survet-sisaldavate komponentide jaoks

Söötmine - Eemaldage keevisõmblusaladelt kuumavärv ja oksüdatsioon, kasutades sobivat peitsimispastat või -lahust, millele järgneb põhjalik loputamine

Järeldus

Nii roostevaba teras 321 kui ka 347 on suurepärased materjalid kõrgel -temperatuuril ja korrosiooni{3}}kindlates rakendustes. Neil on ühine eesmärk - ennetada sensibiliseerimist -, kuid see saavutatakse erinevate legeerimisstrateegiate abil ning see erinevus on keevitamise puhul oluline.

Selle juhendi peamise järelduse kokkuvõtteks:

347 SS-i nioobiumstabilisaator tagab stabiilsema keevisvanni keemia, parema HAZ-kaitse ja suurepärase jõudluse kõrgel temperatuuril -, muutes selle valikuks kosmose-, tuuma-, keemilise töötlemise ja elektritootmise sektorites, kus keevisõmbluse terviklikkus ei ole-vaikeldav.

321 SS on endiselt ökonoomne ja mitmekülgne valik mitte-kriitiliste keevissõlmede ja rakenduste jaoks, kus vormitavus ja kuluefektiivsus on juhtivad tegurid.

Kahtluse korral konsulteerige oma materjaliinseneriga, vaadake üle oma rakendusele kehtivad ASTM/ASME standardid ja tehke koostöödusaldusväärne roostevaba terase tarnijakes suudab pakkuda sertifitseeritud veskikatsete aruandeid (MTR) ja tehnilist tuge.

Korduma kippuvad küsimused

Jah. ER347 täitemetalli kasutamine on tööstusharu-standardne lähenemisviis nende kahe klassi ühendamiseks. Keevisõmbluse sade on nioobium-stabiliseeritud, pakkudes kogu liigendis head korrosioonikindlust.

Lõõmutatud olekus on 347 SS mitte-magnetiline nagu enamik austeniitsetest roostevabast terasest. Külmtöötlemine võib deformatsioonist{3}}indutseeritud martensiidi moodustumise tõttu esile kutsuda vähesel määral magnetismi.

Mõlemad klassid on mõeldud pidevaks tööks kuni ligikaudu 870 kraadi (1600 kraadi F). Katkendliku teeninduse korral talub 347 kuni umbes 900 kraadi. Nendest temperatuuridest kõrgemal on oksüdatsioon ja katlakivi teke oluliseks probleemiks.

Titaan (321-s) kipub kaarkeevitamise ajal oksüdeeruma ja aurustuma, jättes keevisladestus -stabiliseerimata. Nioobium (täiteaines ER347) on keevitustingimustes palju stabiilsem, pakkudes usaldusväärset kaitset sensibiliseerimise eest keevismetalli ja kuumuse{4}}mõjutatud tsoonis.

321 SS-i kasutatakse sageli toiduainete töötlemise ja farmaatsiaseadmetes tänu selle suurepärasele korrosioonikindlusele ja puhastatavusele. 347 SS-i, kuigi tehniliselt-toidule ohutu, on selles sektoris harva ette nähtud, kuna selle kõrgem hind ja eriomadused sobivad paremini tööstuslikeks rakendusteks.