321 לעומת 347 פלדות אל חלד אוסטיניות מיוצבות: מבחר רכיבים מרותכים בטמפרטורה גבוהה-

סוגים 321 ו-347 קיימים למטרה אחת: לאפשר לריתוך פלדת אל-חלד אוסטניטית ולהשתמש בטמפרטורות גבוהות ללא סיכון של קורוזיה בין-גרגירית או צורך בטיפול בחום לאחר-ריתוך. תקן 304, מרותך ומוחזק בטווח 425-850 C, משקיע כרום קרבידים בגבולות הגרגרים ומאבד עמידות בפני קורוזיה. הוספת יוצר קרביד חזק, טיטניום ב-321 או ניוביום ב-347, מונעת זאת על ידי קשירת פחמן לתרכובות יציבות.

שתי הדרגות מוגדרות באופן נרחב עבור חלקי תנורים, רכיבי דוודים ומחליפים חום, מערכות פליטה וצנרת של בתי זיקוק. הבחירה ביניהם מסתכמת בטמפרטורת השירות, עמידות בזחילה, ייצור ועלות.

הרכב כימי לפי ASTM A240

רכיב (משקל)	321, UNS S32100	347, UNS S34700
פחמן, מקסימום	0.08	0.08
כְּרוֹם	17.0–19.0	17.0–19.0
נִיקֵל	9.0–12.0	9.0–13.0
טִיטָן	5 x (C + N) דקות עד 0.70 מקסימום	-
ניוביום + טנטלום	-	10 x C min עד 1.10 מקסימום
מנגן, מקסימום	2.00	2.00
סיליקון, מקסימום	0.75	0.75
חנקן, מקסימום	0.10	-

שתי הדרגות מציגות את אותם מינימום חישול לפי ASTM A240: חוזק מתיחה 515 MPa, חוזק תפוקה של 0.2% 205 MPa, התארכות 40 אחוז. ההבדלים מופיעים בשירות-לטווח ארוך של טמפרטורות גבוהות-.

התנהגות טמפרטורה{{0} מוגברת: יציבות קרביד וזחילה

טיטניום קרבידים ב-321 יציבים לכ-800 C, אך מתגסים באיטיות במהלך חשיפה ממושכת מעל לטמפרטורה זו, מה שמפחית בהדרגה את חוזק גבול הגרגרים ועמידות לזחילה. ניוביום קרבידים ב-347 נשארים עדינים ויציבים לחשיפה ארוכה בהרבה ב-800-900 C, וזו הסיבה ש-347 מועדף עבור הרכיבים הרציפים-החמים ביותר כגון חלקי טורבינת-גז, צינורות חימום-על וצנרת קיטור גרעינית. בשירות מחזורי, קרבידי הניוביום העדינים והיציבים יותר עמידים גם בפני נזקי עייפות תרמית טוב יותר מאשר קרבידים טיטניום מתגסים של 321.

למטרות עיצוב, ASME B31.3 מפרט את שתי הדרגות עד למקסימום של כ-816 C, עם מתחים מותרים שיורדים עם הטמפרטורה; מעל טווח זה, יש להעריך דרגות עמידות גבוהות יותר של-סגסוגת לחום-.

יכולת ריתוך וטיפול בחום לאחר-

אף אחד מהדרגות אינו דורש טיפול בחום לאחר-ריתוך מסיבות קורוזיה: הייצוב מונע רגישות באזור-החום המושפע. נעשה שימוש במתכות מילוי תואמות: חומר מילוי מסוג 321- עבור 321, חומר מילוי מסוג 347 עבור 347. עבור חיבורים שונים בין דרגות אוסטניטיות מיוצבות ולא מיוצבות, חומר מילוי מסוג 347 הוא בחירה נייטרלית נפוצה. ריתוך של 347 צריך להשתמש בהזנת חום מבוקרת כדי למנוע הפרדת ניוביום או הצטברות קרביד במתכת הריתוך.

שיקולי עמידות בפני קורוזיה

במצב חישול ומרותך, שתי הדרגות מתנגדות לקורוזיה בין-גרגירית בטווח של 425-850 C ובשימוש בטמפרטורה גבוהה. אף אחת מהדרגות אינה נושאת מוליבדן, כך שאף אחת מהן אינה מתאימה לכלוריד-, לימי או לחומצה-לשירות רטוב; לעמידות משולבת בחום וכלוריד, יש לבחור בדרגות מיוצבות או דופלקס נושאות מוליבדן.

עלות, ייצור ובחירה

321 הוא בדרך כלל דרגת העלות-הנמוכה יותר מכיוון שטיטניום מצוי בשפע וזול לסגסוגת, בעוד שניוביום הוא תוספת מבוקרת ויקרה יותר. 347 ניתנת ליצירת מעט פחות בקטעים כבדים בגלל תכולת הניוביום שלו, ודורשת מעט יותר כוח כיפוף. כאשר טמפרטורת התכנון נשארת מתחת לכ-800 C וחיי הזחילה אינם קריטיים, 321 מספק את יתרון הייצוב בעלות נמוכה יותר; היכן שהשירות הרציף מתקרב ל-850-900 C, ה-347 המיוצב בניוביום מצדיק את הפרמיה שלו.

בחר 321 עבור רכיבים מרותכים הפועלים מתחת ל-800 C: מגשי תנורים, צינורות דוודים, ראשי פליטה, צנרת כימית בטווח הרגישות, ומכשירי טיפול- כלליים בחום. בחר 347 עבור שירות רציף מעל כ-800 C, עבור יישומי חיים ארוכים של-זחילה-, עבור שירות תרמי מחזורי, ולמפרטים גרעיניים או תעופה וחלל הדורשים יציבות קרביד מקסימלית-לטווח ארוך.

שאלות נפוצות

מדוע 321 ו-347 אינם זקוקים לטיפול בחום לאחר-ריתוך?

התוספות המייצבות קושרות פחמן כקרבידים של טיטניום או ניוביום, ולכן משקעי כרום קרביד אינם יכולים לדלדל את גבולות התבואה. לכן האזור המושפע מהחום שומר על עמידות הקורוזיה שלו ללא חישול.

איזו כיתה עמידה בטמפרטורות גבוהות יותר?

347, מכיוון שקרבידים של ניוביום נשארים עדינים ויציבים ב-800-900 C בעוד קרבידים טיטניום מתגסים. שתי הדרגות מוגבלות ליד 816 C בטבלאות עיצוב ASME B31.3, כך שההבדל חשוב ביותר עבור חיי זחילה ומיקרו-מבנה ארוך טווח ולא טמפרטורת קוד מקסימלית.

האם 321 או 347 יכולים להחליף 304 בסביבות כלוריד?

לא. אף אחד מהם אינו מכיל מוליבדן, כך שלשניהם יש את אותם מגבלות בור כלוריד כמו 304. ייצוב מגן מפני קורוזיה בין-גרגירית, לא מפני פיצולים או פיצוח קורוזיה מתח.

באיזו מתכת מילוי כדאי להשתמש לריתוך 321?

השתמש בחומר מילוי תואם מסוג 321 כך שמתכת הריתוך תכיל גם ייצוב טיטניום. עבור 347, השתמש בחומר מילוי מסוג 347. חומר מילוי מסוג 347 הוא בחירה נפוצה עבור מפרקים מיוצבים שאינם דומים.

האם 321 זול יותר מ-347?

באופן כללי כן. טיטניום הוא תוספת-בעלות נמוכה בעוד שניוביום נושא פרמיית סגסוגת משמעותית, כך ש-347 הוא בדרך כלל היקר יותר מבין שני הציונים המיוצבים.

האם 321 ו-347 מגנטיים?

לא. שניהם אוסטניטיים לחלוטין במצב חישול ונשארים בעצם לא-מגנטיים; מגנטיות קלה יכולה להופיע לאחר עבודה קרה כבדה.