321 לעומת 347 נירוסטה: סגסוגות גבוהות-מיוצבות בהשוואה

מה הופך נירוסטה למיצוב?

321 ו-347 שייכים למשפחה האוסטניטית 18/8 (כ-18% כרום ו-9-13% ניקל) ופותרים בעיה ספציפית. כאשר 304 רגיל מחומם בטווח של בערך 425-815 מעלות - במהלך ריתוך או בשימוש - פחמן יכול להתאחד עם כרום בגבולות התבואה ליצירת כרום קרבידים, מה שמותיר את המתכת הסמוכה מדולדלת כרום ופגיעה לקורוזיה בין-גרעינית. ציונים מיוצבים מוסיפים אלמנט שמתחבר עם פחמן ביתר קלות מכרום: טיטניום ב-321, ניוביום ב-347. הפחמן ננעל כקרבידים יציבים, כך שהכרום נשאר בתמיסה מוצקה והחומר שומר על עמידות הקורוזיה שלו לאחר הריתוך ובשירות.

הרכב כימי בהשוואה

טווחי הרכב לפי ASTM A240 (משקל%):

אֵלֵמֶנט	321 / UNS S32100	347 / UNS S34700
פחמן, מקסימום	0.08	0.08
מנגן, מקסימום	2.00	2.00
זרחן, מקסימום	0.045	0.045
גופרית, מקסימום	0.030	0.030
סיליקון, מקסימום	0.75	0.75
כְּרוֹם	17.00-19.00	17.00-19.00
נִיקֵל	9.00-12.00	9.00-13.00
טִיטָן	5 x C דקות; 0.70 מקסימום	לא צוין
ניוביום (קולומביום)	לא צוין	10 x C דקות; 1.00 מקסימום

יחסי הייצוב כתובים בתקן: טיטניום חייב להיות לפחות פי חמישה מתכולת הפחמן ולא יותר מ-0.70%; הניוביום חייב להיות לפחות פי עשרה מתכולת הפחמן ולא יותר מ-1.00%.

מאפיינים מכניים (חישול, ASTM A240)

נֶכֶס	321 / S32100	347 / S34700
חוזק מתיחה, דקות (MPa)	515	515
חוזק תפוקה, דקות (MPa)	205	205
התארכות, דקות (%)	40	40

בטמפרטורת החדר, שתי הדרגות שוות בעצם, וזו הסיבה שבחירת החומר ביניהן נקבעת לפי טמפרטורת השירות והטעינה ולא לפי חוזק גליון הנתונים.

ביצועי טמפרטורה{{0} גבוהים: זחילה וקנה מידה

שתי הכיתות מתנגדות להצטברות באטמוספרות מחמצנות לכ-900 מעלות. ההבדל החשוב מופיע בזחילה: מעל כ-800 מעלות, 347 מפתח חוזק זחילה טוב יותר מכיוון שקרבידים של ניוביום נשארים מפוזרים עדינים ויציבים בטמפרטורה גבוהה, ומספקים חיזוק משקעים יעיל יותר מאשר קרבידים טיטניום. מסיבה זו 347 מועדף עבור לחץ- המכילים רכיבים כגון צינורות חימום ומכלי תגובה-גבוהים בטמפרטורה. 321 נשאר בשימוש נרחב במערכות פליטה, מחמצנים תרמיים ומפוחי התפשטות, שבהם מוערכים כושר ייצור טוב ועמידות בפני עומס תרמי מחזורי.

ריתוך וייצור

שתי הדרגות רותכות בקלות עם שיטות קונבנציונליות של נירוסטה אוסטניטית, ואף אחת מהן אינה דורשת טיפול בחום לאחר-ריתוך. עבור חיבורים 347, מתכת מילוי בהרכב מיוצב-ניוביום תואם (ER347) אופייני. 321 מרותכת לרוב עם אותו חומר מילוי ER347, או עם ER321 כאשר נדרשת משקעים מיוצב טיטניום- תואם, מכיוון שטיטניום מתחמצן בקלות בבריכת הריתוך. יש לשמור על כניסת חום מתונה וטמפרטורת מעבר מתחת לכ-150 מעלות כדי להגביל משקעים ועיוותים של קרביד.

יישומים אופייניים

321: סעפות פליטה וערימות של מטוסים, מחמצנים תרמיים, מפוח התפשטות, רכיבי תנור מתחת לכ-900 מעלות וצנרת כימית או פטרוכימית בטמפרטורה מתונה.

347: צינורות לחימום בתי זיקוק, מכלי תגובה בטמפרטורה-גבוהה, צינורות מחמם-על וחימום חוזר בקיטור, רכיבי דוודים ומכלולים מרותכים שרואים שירות מתמשך מעל 800 מעלות.

שאלות נפוצות

מה ההבדל העיקרי בין 321 ל-347?

האלמנט המייצב: 321 משתמש בטיטניום (5 x C מינימום, 0.70% מקסימום), בעוד 347 משתמש בניוביום (10 x C מינימום, 1.00% מקסימום). גם טווח הניקל שונה מעט: 9.00-12.00% עבור 321 ו-9.00-13.00% עבור 347.

לאיזו כיתה יש חוזק זחילה טוב יותר בטמפרטורה גבוהה?

347. מעל כ-800 מעלות, קרבידים של ניוביום מספקים חיזוק משקעים חזק יותר מאשר קרבידים של טיטניום, ומעניקים עמידות 347 לזחילה טובה יותר בשירות-לטווח ארוך בטמפרטורה גבוהה-.

האם ניתן להחליף את 321 ב-347?

עבור שירות מתחת ל-800 מעלות וכאשר זחילה אינה הקריטריון השולט, לעתים קרובות ניתן להחליף את 321. עבור חלקי לחץ הפועלים מעל 800 מעלות, 347 הוא הבחירה הבטוחה יותר בגלל חוזק הזחילה המעולה שלו.

האם 321 ו-347 עמידים בפני קורוזיה בין-גרגירית לאחר ריתוך?

כֵּן. שניהם מתוכננים כך שטיטניום או ניוביום משתלבים עם פחמן, ומונעים דלדול כרום בגבולות התבואה במהלך ריתוך או שירות בטווח הרגישות של כ-425-815 מעלות.

באיזו מתכת מילוי משתמשים לריתוך 321 ו-347?

347 מרותך בדרך כלל עם חומר מילוי-מיוצב של ניוביום תואם (ER347). 321 מרותך לרוב עם אותו חומר מילוי ER347, או עם ER321 כאשר נדרש פיקדון מיוצב של טיטניום-.

מהי טמפרטורת השירות המקסימלית של 321 ו-347?

באטמוספרות מחמצנות, שניהם מתנגדים להצטברות של כ-900 מעלות. עבור חלקים נושאי עומס-הגבול המעשי נמוך יותר מכיוון שעוצמת הזחילה יורד עם הטמפרטורה; יש להתייעץ עם קודי עיצוב עבור יישומי לחץ.