נירוסטה 321: טיטניום-דרגה מיוצבת לעמידות בפני קורוזיה בין-גרגירית

מה זה נירוסטה 321?

321 (UNS S32100) היא פלדת אל-חלד מיוצבת טיטניום- שפותחה מ-Type 304. טיטניום מתווסף ברמה של לפחות פי חמישה מתכולת הפחמן והחנקן המשולבת, כך שפחמן מתחבר עדיפות לטיטניום ויוצרים קרבידים טיטניום יציבים במקום כרום קרבידים. זה מונע דלדול כרום בגבולות התבואה כאשר הפלדה מוחזקת בטווח טמפרטורות רגישות של כ-450-850 מעלות במהלך ריתוך או שירות-בטמפרטורה גבוהה, מה שמעניק עמידות של 321 בפני קורוזיה בין-גרגירית ללא טיפול בחום לאחר הריתוך. הייעוד האירופי הוא 1.4541 (X6CrNiTi18-10) לפי EN 10088, והיעוד היפני הוא SUS321 לכל JIS G4303/G4304.

הרכב כימי

מגבלות ההרכב שלהלן עוקבות אחר ASTM A240.

אלמנט (%)	321 (S32100)
פחמן, מקסימום	0.08
מנגן, מקסימום	2.0
סיליקון, מקסימום	0.75
זרחן, מקסימום	0.045
גופרית, מקסימום	0.030
כְּרוֹם	17.0-19.0
נִיקֵל	9.0-12.0
חנקן, מקסימום	0.10
טִיטָן	5 x (C+N), דקות

דרישת הטיטניום מתבטאת ככפולה של פחמן וחנקן מכיוון ששני היסודות חייבים להיות קשורים כתרכובות יציבות. לגרסה H 321H (UNS S32109) יש טווח פחמן מבוקר של 0.04-0.10% ומינימום טיטניום של 4x (C+N), מה שמשפר עוד יותר את חוזק הזחילה עבור חלקים בלחץ בטמפרטורה גבוהה.

מאפיינים מכניים וטיפול בחום

ערכי מינימום עבור צלחת חישול לפי ASTM A240 מפורטים להלן.

נֶכֶס	321
חוזק מתיחה, דקות (MPa)	515
חוזק תשואה של 0.2%, דקות (MPa)	205
התארכות ב-50 מ"מ, דקות (%)	40

321 מסופק במצב חישול-, בדרך כלל מחומם ל-950-1120 מעלות ומתקרר במהירות. מכיוון שטיטניום כבר מייצב את הפחמן, הפלדה אינה עוברת רגישות על ידי חימום שלאחר מכן בטווח של 450-850 מעלות, ואין צורך בטיפול בחום לאחר הריתוך. קשיות החישול היא כ-201 HB מקסימום לצלחת.

ביצועי-טמפרטורה גבוהה ויישומים

321 מציע חוזק זחילה שימושי ועמידות לחמצון עבור שירות רציף בטווח של כ-425-900 מעלות, עם חשיפה לטווח קצר-אפשרית עד כ-950 מעלות. בהשוואה ל-304, דרגת הטיטניום-המיוצבת מראה חוזק קרע זחילה גבוה יותר מעל 550 מעלות בערך ועלייה נמוכה יותר במשקל חמצון בטמפרטורה גבוהה מכיוון שאבנית התחמוצת נשארת דביקה יותר. יישומים אופייניים הם צינורות מחליפי חום-בטמפרטורה גבוהה, צינורות כבשנים ופיצוח, מפוח הרחבה, צנרת משנית במפעלים גרעיניים, צינורות מחמם-על ומחממים מחדש, סעפות פליטה לרכב וקונכיות של ממיר קטליטי, ורכיבים ביחידות לפיצוח קטליטי פטרוכימי. עבור יישומים מעל כ-900 מעלות, בדרך כלל צוין דרגת סגסוגת גבוהה יותר כגון 310S (UNS S31008).

ריתוך וייצור

ל-321 יכולת ריתוך טובה עם תהליכים קונבנציונליים כגון TIG, MIG, SMAW ו-SAW. תוספת הטיטניום נוטה לחמצון ושחיקה בטמפרטורות גבוהות מאוד של בריכת ריתוך, ולכן יש לבצע את הריתוך עם כניסת חום מבוקרת, זמן שהייה קצר בקשת וסיכוך ארגון הולם, תוך שמירה על תכולת הטיטניום מעל המינימום שצוין לאחר הריתוך. מתכת המילוי מותאמת בדרך כלל לחומר הבסיס. הפלדה נוצרת היטב על ידי כיפוף, ציור עמוק וסחיטה, והיא ניתנת לעיבוד במכונה במצב חישול; התקשות העבודה דומה לדרגות אוסטניטיות אחרות. פסיבציה עם תמיסת חומצה חנקתית לאחר הייצור משחזרת את סרט התחמוצת העשיר בכרום- ומשפרת את העמידות בפני זיהום פני השטח.

שאלות נפוצות

שאלה 1. מה עושה טיטניום בנירוסטה 321?
לטיטניום יש זיקה גבוהה יותר לפחמן מאשר לכרום, ולכן הוא יוצר טיטניום קרבידים יציבים ומונע משקעים של כרום קרביד בגבולות התבואה, ומבטל רגישות.

שאלה 2. האם נדרש טיפול בחום לאחר-ריתוך עבור 321?
לא. אמצעי ייצוב הטיטניום 321 ניתן לרתך ולהשתמש בו בטווח הטמפרטורות הרגישות מבלי לאבד עמידות בפני קורוזיה בין-גרגירית.

שאלה 3. מה ההבדל בין 321 ל-304?
321 מוסיף טיטניום ועמיד בפני קורוזיה בין-גרגירית לאחר ריתוך ושירות בטמפרטורה- גבוהה, בעוד ש-304 יכול לעשות רגישות בטווח של 450-850 מעלות.

שאלה 4. האם 321 יכול להחליף 316L בשירות כלוריד?
No. 321 אינו מכיל מוליבדן, כך שהעמידות שלו בפני גלעיני כלוריד דומה ל-304 ונמוכה מ-316L; הוא נבחר עבור חוזק-בטמפרטורה גבוהה, לא עבור סביבות ימיות.

שאלה 5. מהו טווח טמפרטורת השירות של 321?
שירות רציף הוא בדרך כלל 425-900 מעלות עם חשיפה לטווח קצר של עד כ-950 מעלות; מעל זה מומלץ 310S.

שאלה 6. מדוע שחיקת טיטניום היא דאגה בעת ריתוך 321?
טיטניום מתחמצן בקלות בטמפרטורות גבוהות של בריכת ריתוך; כניסת חום נמוכה, זמן קשת קצר ומיגון ארגון שומרים על שיורי הטיטניום מעל המינימום שצוין.