321 vs 347 από ανοξείδωτο χάλυβα: Τι είναι καλύτερο για συγκόλληση;

Εισαγωγή

Όταν επιλέγετε ανοξείδωτο χάλυβα για περιβάλλοντα με υψηλή-θερμοκρασία ή διαβρωτικό περιβάλλον, δύο βαθμούς ανεβαίνουν σταθερά στην κορυφή της λίστας:321 ανοξείδωτο ατσάλικαι 347 από ανοξείδωτο χάλυβα. Και τα δύο ανήκουν στην οικογένεια του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα και έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να αντιστέκονται σε ένα καταστροφικό φαινόμενο που ονομάζεται ευαισθητοποίηση - μια μορφή διακοκκώδους διάβρωσης που μπορεί να αποδυναμώσει σιωπηλά τον χάλυβα, ειδικά μέσα και γύρω από τις ζώνες συγκόλλησης.

Αλλά εδώ είναι το βασικό ερώτημα που κάνουν συχνά οι μηχανικοί, οι κατασκευαστές και οι διαχειριστές προμηθειών:

"Ο ανοξείδωτος χάλυβας 321 ή 347 είναι καλύτερος για συγκόλληση;"

Η σύντομη απάντηση: Ο ανοξείδωτος χάλυβας 347 είναι γενικά η προτιμώμενη επιλογή για εφαρμογές συγκόλλησης. Ωστόσο, η πλήρης απάντηση εξαρτάται από το συγκεκριμένο περιβάλλον λειτουργίας, τον προϋπολογισμό και τις απαιτήσεις απόδοσης. Αυτός ο οδηγός αναλύει τα πάντα - από τη χημεία και τη μεταλλουργία έως τις πρακτικές συμβουλές συγκόλλησης και τα πραγματικά{4}}δεδομένα εφαρμογής του κόσμου.

Ενότητα 1: Τι είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας 321;

Ο ανοξείδωτος χάλυβας 321 (UNS S32100) είναι ένας σταθεροποιημένος ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας από τιτάνιο- που προέρχεται από την τυπική ποιότητα 304. Η προσθήκη τιτανίου - σε μια ελάχιστη αναλογία 5 φορές την περιεκτικότητα σε άνθρακα - δίνει στο 321 το καθοριστικό του χαρακτηριστικό: αντοχή στη διακοκκώδη διάβρωση, ιδιαίτερα στη θερμότητα-επηρεαζόμενη ζώνη (HAZ) κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης και τη συντήρηση σε υψηλή{10} θερμοκρασία.

Το τιτάνιο συνδέεται κατά προτίμηση με τον άνθρακα για να σχηματίσει καρβίδιο του τιτανίου (TiC), αποτρέποντας τη μετανάστευση του άνθρακα στα όρια των κόκκων όπου διαφορετικά θα συνδυαζόταν με το χρώμιο για να σχηματίσει καρβίδιο του χρωμίου - μια διαδικασία που εξαντλεί το υλικό της διάβρωσης-που αντιστέκεται στο χρώμιο και δημιουργεί ευάλωτες επιθέσεις.

Βασικά χαρακτηριστικά του ανοξείδωτου χάλυβα 321

Σταθεροποιημένο με τιτάνιο για την πρόληψη της καθίζησης καρβιδίου του χρωμίου

Εξαιρετική απόδοση σε συνεχή εξυπηρέτηση μεταξύ 425 μοιρών και 870 μοιρών (800 μοίρες F έως 1600 μοίρες F)

Καλή μορφοποίηση και συγκολλησιμότητα για γενική κατασκευή

Προτιμάται σε περιβάλλοντα επεξεργασίας τροφίμων, φαρμακευτικών και μέτριων χημικών

Χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα εξάτμισης αεροσκαφών, εξαρτήματα λέβητα και εναλλάκτες θερμότητας

Ενότητα 2: Τι είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας 347;

347 ανοξείδωτο ατσάλι(UNS S34700) είναι ένας ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας-σταθεροποιημένος με νιόβιο (ονομάζεται επίσης σταθεροποιημένος με κολόμβιο-). Όπως και το 321, προέρχεται από το 304 και έχει σχεδιαστεί για να ξεπερνά το πρόβλημα ευαισθητοποίησης. Ωστόσο, αντί για τιτάνιο, το νιόβιο (Nb) - που προστίθεται τουλάχιστον 10 φορές την περιεκτικότητα σε άνθρακα - χρησιμεύει ως σταθεροποιητικό στοιχείο.

Η υψηλότερη ατομική σταθερότητα του νιοβίου σε σύγκριση με το τιτάνιο το καθιστά ιδιαίτερα αποτελεσματικό σε δομές με μεγάλη συγκόλληση και σε ακραίες θερμοκρασίες. Κρίσιμο για τη συγκόλληση, το νιόβιο δεν εξατμίζεται ούτε οξειδώνεται τόσο εύκολα όσο το τιτάνιο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, με αποτέλεσμα πιο προβλέψιμη και συνεπή χημεία συγκόλλησης.

Βασικά χαρακτηριστικά του ανοξείδωτου χάλυβα 347

Σταθεροποιημένο με νιόβιο (και ταντάλιο) για ανώτερη προστασία της ζώνης συγκόλλησης

Εξαιρετική αντοχή στη διακοκκώδη διάβρωση σε ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα συγκόλλησης-

Ανώτερη αντοχή ερπυσμού σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες σε σύγκριση με 321

Καθορίζεται ευρέως στην αεροδιαστημική, την πυρηνική, την παραγωγή ενέργειας και τη χημική επεξεργασία

Ο κλάδος-προτιμάται όταν η σταθερή ποιότητα συγκόλλησης είναι μη διαπραγματεύσιμη απαίτηση

Ενότητα 3: Σύγκριση χημικής σύνθεσης

Η κατανόηση της χημικής σύνθεσης και των δύο βαθμών είναι απαραίτητη για την κατανόηση της συγκολλησιμότητας τους. Ο παρακάτω πίνακας συγκρίνει τα 321 SS, 347 SS και 304 SS (ως βασική αναφορά) σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM A240 και ASTM A182.

Πίνακας 1: Χημική σύνθεση - 321 έναντι 347 έναντι 304 από ανοξείδωτο χάλυβα

Πηγή: ASTM A240 / ASTM A182 Standards. Όλες οι τιμές σε ποσοστό βάρους (wt%).

Γιατί αυτό έχει σημασία για τη συγκόλληση;Το τιτάνιο στο 321 είναι πτητικό σε θερμοκρασίες συγκόλλησης. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης τόξου, ιδιαίτερα της συγκόλλησης τόξου με αέριο βολφραμίου (GTAW/TIG), το τιτάνιο μπορεί να οξειδωθεί και να εξατμιστεί από τη δεξαμενή συγκόλλησης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το μέταλλο πλήρωσης 347 συνιστάται συνήθως ακόμη και όταν η συγκόλληση υλικού βάσης 321 - στο νιόβιο είναι πολύ πιο σταθερό κατά τη συγκόλληση.

Ενότητα 4: Μηχανικές ιδιότητες

Σε θερμοκρασία δωματίου, οι ανοξείδωτοι χάλυβες 321 και 347 παρουσιάζουν σχεδόν ίδιες μηχανικές ιδιότητες - και οι δύο πληρούν τις ίδιες ελάχιστες απαιτήσεις σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM. Οι σημαντικές διαφορές εμφανίζονται σε υψηλές θερμοκρασίες, ιδιαίτερα πάνω από 550 βαθμούς.

Πίνακας 2: Μηχανικές ιδιότητες - 321 έναντι ανοξείδωτου χάλυβα 347 (Θερμοκρασία δωματίου)

Πηγή: ASTM A240, ASME Section II, Part D. Τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν ανοπτημένη κατάσταση.

Υψηλή-Απόδοση θερμοκρασίας:Σε θερμοκρασίες λειτουργίας πάνω από 600 μοίρες, το 347 SS επιδεικνύει σταθερά ανώτερη αντοχή ερπυσμού - την αντίσταση ενός υλικού σε αργή παραμόρφωση υπό παρατεταμένη καταπόνηση. Αυτό το πλεονέκτημα αποδίδεται άμεσα στην τάση σχηματισμού ισχυρού καρβιδίου-του νιοβίου, η οποία ενισχύει τα όρια των κόκκων υπό θερμικό φορτίο. Για εξαρτήματα που θα συγκολληθούν και στη συνέχεια θα τοποθετηθούν σε απαιτητική θερμική υπηρεσία (π.χ. αεριοστρόβιλοι, υπερθερμαντήρες ή πυρηνικοί αντιδραστήρες), το 347 προσφέρει μετρήσιμα καλύτερη μακροπρόθεσμη-δομική ακεραιότητα.

Ενότητα 5: Ιδιότητες συγκόλλησης - Σύγκριση πυρήνα

Αυτή είναι η καρδιά του οδηγού. Ας εξετάσουμε κάθε κρίσιμο παράγοντα συγκόλλησης δίπλα-δίπλα.

Πίνακας 3: Ιδιότητες συγκόλλησης - 321 έναντι ανοξείδωτου χάλυβα 347

Πηγή: AWS D1.6 Structural Welding Code - Ανοξείδωτος χάλυβας; Lincoln Electric Welding Guides.

Ευαισθητοποίηση & Ζώνη που επηρεάζεται από τη ζέστη-(HAZ)

Όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας εκτίθεται σε θερμοκρασίες μεταξύ 425 μοιρών και 870 μοιρών - ένα εύρος που συναντάται συνήθως κατά τη συγκόλληση - άνθρακας μπορεί να διαχέεται στα όρια των κόκκων και να αντιδράσει με το χρώμιο για να σχηματίσει καρβίδια χρωμίου (Cr23C6). Αυτό εξαντλεί τη γύρω περιοχή από προστατευτικό χρώμιο, αφήνοντας μια ζώνη ευαίσθητη στη διάβρωση-. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ευαισθητοποίηση.

Και τα δύο 321 και 347 έχουν σχεδιαστεί για την καταπολέμηση της ευαισθητοποίησης, αλλά μέσω διαφορετικών μηχανισμών:

Το 321 SS χρησιμοποιεί καρβίδιο του τιτανίου (TiC) για να δεσμεύσει τον άνθρακα προτού μπορέσει να αντιδράσει με το χρώμιο. Αποτελεσματικό - αλλά η πτητότητα του τιτανίου κατά τη συγκόλληση σημαίνει ότι μπορεί να χαθεί κάποια προστασία.

Το 347 SS χρησιμοποιεί καρβίδιο του νιοβίου (NbC). Το νιόβιο παραμένει σταθερό σε συνθήκες συγκόλλησης, παρέχοντας σταθερή προστασία σε όλη τη συγκόλληση και το HAZ.

Η επιλογή μετάλλου πλήρωσης είναι κρίσιμης σημασίας στη συγκόλληση από ανοξείδωτο χάλυβα. Η ταξινόμηση AWS και η τυπική πρακτική του κλάδου συνιστούν:

Για βασικό μέταλλο 321 SS: Χρησιμοποιήστε σύρμα πλήρωσης AWS ER347. Η χρήση του ER321 είναι δυνατή, αλλά λιγότερο προτιμώμενη, καθώς το τιτάνιο στο πληρωτικό τείνει να οξειδώνεται, αφήνοντας την απόθεση συγκόλλησης να μην παρέχεται με σταθεροποιητή.

Για βασικό μέταλλο 347 SS: Χρησιμοποιήστε σύρμα πλήρωσης AWS ER347. Αυτό παρέχει μια χημικά συμβατή, νιόβιο-σταθερή απόθεση συγκόλλησης που ταιριάζει πολύ με τη σύνθεση του βασικού μετάλλου και την αντοχή στη διάβρωση.

Στην πράξη, το ER347 χρησιμοποιείται και για τους δύο βαθμούς - που αποτελεί απόδειξη της ανώτερης χημείας συγκόλλησης του 347. Αυτό απλοποιεί επίσης τη διαχείριση του αποθέματος στο κατάστημα.

Αντίσταση σε θερμό ράγισμα

Η θερμή ρωγμή (ονομάζεται επίσης ρωγμή στερεοποίησης) εμφανίζεται στο μέταλλο συγκόλλησης ή στο HAZ καθώς η συγκόλληση ψύχεται και στερεοποιείται. Επηρεάζεται από τη χημεία της δεξαμενής συγκόλλησης, τα επίπεδα ακαθαρσιών (ιδιαίτερα θείου και φωσφόρου) και την παρουσία ορισμένων στοιχείων κράματος.

Το νιόβιο στο 347 SS βοηθά στη βελτίωση της δομής των κόκκων και μειώνει τον κίνδυνο θερμής ρωγμής, ιδιαίτερα σε συγκολλήσεις πολλαπλών-περασμάτων. Το τιτάνιο, ενώ είναι αποτελεσματικό στο βασικό μέταλλο, προσφέρει λιγότερο σταθερή προστασία στη δεξαμενή συγκόλλησης λόγω του παράγοντα οξείδωσης που αναφέρθηκε παραπάνω. Ως αποτέλεσμα, το 347 SS θεωρείται πιο ανθεκτικό στη θερμή ρωγμή σε περίπλοκες γεωμετρίες συγκόλλησης.

Ενότητα 6: Σύγκριση εφαρμογών ανά κλάδο

Ενώ και οι δύο ποιότητες εξυπηρετούν πολλές από τις ίδιες βιομηχανίες, τα χαρακτηριστικά απόδοσης καθιστούν την καθεμία πιο κατάλληλη για συγκεκριμένες περιπτώσεις χρήσης. Ο παρακάτω πίνακας επισημαίνει πού υπερέχει κάθε βαθμός.

Πίνακας 4: Σύγκριση εφαρμογών βιομηχανίας - 321 έναντι ανοξείδωτου χάλυβα 347

Πηγή: ASTM A213, ASTM A240, ASME Boiler & Pressure Vessel Code και βιομηχανικά πρότυπα προμηθειών.

Ενότητα 7: Θέματα κόστους και διαθεσιμότητας

Η τιμή είναι πάντα ένας πρακτικός παράγοντας στην επιλογή υλικού. Εδώ είναι τι πρέπει να γνωρίζετε:

Το 321 SS είναι γενικά η πιο οικονομικά-οικονομική επιλογή. Το τιτάνιο είναι λιγότερο ακριβό από το νιόβιο ως πρόσθετο κράματος και το 321 παράγεται σε μεγαλύτερο όγκο παγκοσμίως.

Το 347 SS έχει ένα μέτριο ασφάλιστρο - συνήθως 5% έως 15% υψηλότερο από το 321 - λόγω του κόστους του νιοβίου και του πιο εξειδικευμένου προφίλ ζήτησης του.

Και οι δύο ποιότητες είναι ευρέως διαθέσιμες σε μορφές πλάκας, φύλλου, ράβδου, σωλήνα, σωλήνων και εξαρτημάτων από μεγάλα εργοστάσια και κέντρα σέρβις παγκοσμίως.

Για τις περισσότερες συγκολλημένες εφαρμογές όπου η απόδοση συγκόλλησης του 347 είναι κρίσιμη, το ασφάλιστρο τιμής δικαιολογείται επαρκώς από μειωμένη επανεπεξεργασία, καλύτερη απόδοση διάβρωσης και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Ενότητα 8: Οδηγός γρήγορης απόφασης - 321 έναντι 347

Χρησιμοποιήστε αυτό το πλαίσιο αποφάσεων για να καθοδηγήσετε την επιλογή του υλικού σας:

Πίνακας 5: Οδηγός απόφασης επιλογής υλικού

Ενότητα 9: Σχετικά Πρότυπα & Πιστοποιήσεις

Όταν προσδιορίζετε ανοξείδωτο χάλυβα 321 ή 347, βεβαιωθείτε ότι συμμορφώνεστε με τα ισχύοντα πρότυπα για τον κλάδο σας:

ASTM A240 - Τυπική προδιαγραφή για χρώμιο και χρώμιο-πλάκα, φύλλο και λωρίδα από ανοξείδωτο νικέλιο

ASTM A182 - Σφυρήλατο ή έλασμα από κράμα-φλάντζες σωλήνων από χάλυβα, σφυρήλατα εξαρτήματα και βαλβίδες

ASTM A213 - Άνευ ραφής φερριτικό και ωστενιτικό κράμα-χάλυβας λέβητας, υπερθερμαντήρας και σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας

ASME Boiler & Pressure Vessel Code (BPVC) - Ενότητα II, Μέρος Δ: Ιδιότητες υλικού

Κώδικας δομικής συγκόλλησης AWS D1.6 - για ανοξείδωτο χάλυβα

EN 10088 - Ευρωπαϊκό πρότυπο για ανοξείδωτους χάλυβες (ισοδύναμες ποιότητες: 1,4541 για 321, 1,4550 για 347)

Ενότητα 10: Βέλτιστες πρακτικές συγκόλλησης και για τις δύο βαθμίδες

Ανεξάρτητα από τον βαθμό που θα επιλέξετε, ακολουθήστε αυτές τις βέλτιστες πρακτικές συγκόλλησης για να επιτύχετε τα καλύτερα αποτελέσματα:

Καθαρίστε σχολαστικά το βασικό μέταλλο - αφαιρέστε όλα τα λίπη, το λάδι, το χρώμα και τα λέπια από τη ζώνη συγκόλλησης χρησιμοποιώντας ασετόν ή εγκεκριμένο καθαριστικό από ανοξείδωτο χάλυβα

Χρησιμοποιήστε συρμάτινες βούρτσες και τροχούς λείανσης από ανοξείδωτο χάλυβα που προορίζονται μόνο για ανοξείδωτο χάλυβα - μόλυνση με εργαλεία από ανθρακούχο χάλυβα προκαλεί σκουριά και διάβρωση

Αποθηκεύστε και χειριστείτε το υλικό σε καθαρό περιβάλλον για να αποτρέψετε τη διασταυρούμενη-μόλυνση

Χρησιμοποιήστε σύρμα πλήρωσης AWS ER347 για βασικά μέταλλα 321 και 347 όποτε είναι δυνατόν

Χρησιμοποιήστε τεχνικές χαμηλής εισαγωγής θερμότητας για να ελαχιστοποιήσετε το μέγεθος HAZ και να μειώσετε τον κίνδυνο ευαισθητοποίησης

Χρησιμοποιήστε εκ νέου-καθαρισμό με αέριο αργό κατά τη συγκόλληση σωλήνων, σωλήνων ή κλειστών τμημάτων για την προστασία της ρίζας συγκόλλησης από την οξείδωση

Διατηρήστε τις θερμοκρασίες ενδιάμεσης διέλευσης κάτω από 175 βαθμούς (350 βαθμοί F) για να ελέγξετε την ανάπτυξη των κόκκων

Παθητικοποίηση - Επεξεργαστείτε τις ζώνες συγκόλλησης με διάλυμα νιτρικού οξέος ή κιτρικού οξέος για να αποκαταστήσετε το παθητικό στρώμα οξειδίου του χρωμίου

Μετά-Θερμική επεξεργασία συγκόλλησης (PWHT) - Γενικά δεν απαιτείται για σταθεροποιημένες ποιότητες, αλλά μπορεί να καθορίζεται από ορισμένους κωδικούς (ASME) για εξαρτήματα που περιέχουν πίεση-

Πίκρωση - Αφαιρέστε τη θερμική απόχρωση και την οξείδωση από τις περιοχές συγκόλλησης χρησιμοποιώντας την κατάλληλη πάστα ή διάλυμα τουρσί, ακολουθούμενη από σχολαστικό ξέπλυμα

Σύναψη

Τόσο ο ανοξείδωτος χάλυβας 321 όσο και ο ανοξείδωτος χάλυβας 347 είναι εξαιρετικά υλικά για εφαρμογές ανθεκτικές σε υψηλές-θερμοκρασίες, διάβρωση-. Μοιράζονται έναν κοινό σκοπό - για την πρόληψη της ευαισθητοποίησης -, αλλά τον επιτυγχάνουν μέσω διαφορετικών στρατηγικών κραμάτων και αυτή η διαφορά είναι σημαντική όταν εμπλέκεται η συγκόλληση.

Για να συνοψίσουμε το βασικό εύρημα αυτού του οδηγού:

Η σταθεροποίηση νιοβίου της 347 SS παρέχει πιο σταθερή χημεία της πισίνας συγκόλλησης, καλύτερη προστασία HAZ και ανώτερη απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες - καθιστώντας την την κατηγορία επιλογής στους τομείς της αεροδιαστημικής, της πυρηνικής, της χημικής επεξεργασίας και της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όπου η ακεραιότητα της συγκόλλησης δεν είναι-διαπραγματεύσιμη.

Το 321 SS παραμένει η οικονομική, ευέλικτη επιλογή για μη κρίσιμα συγκολλημένα συγκροτήματα και εφαρμογές όπου η μορφοποίηση και η αποδοτικότητα κόστους είναι οι κινητήριοι παράγοντες.

Σε περίπτωση αμφιβολίας, συμβουλευτείτε τον μηχανικό υλικών σας, ελέγξτε τα ισχύοντα πρότυπα ASTM/ASME για την αίτησή σας και συνεργαστείτε με έναναξιόπιστος προμηθευτής ανοξείδωτου χάλυβαπου μπορεί να παρέχει πιστοποιημένες αναφορές δοκιμών μύλου (MTR) και τεχνική υποστήριξη.

Συχνές Ερωτήσεις

Ναί. Η χρήση μετάλλου πλήρωσης ER347 είναι η βιομηχανική-τυπική προσέγγιση για τη σύνδεση αυτών των δύο ποιοτήτων. Η απόθεση συγκόλλησης θα είναι σταθεροποιημένη με νιόβιο-, προσφέροντας καλή αντοχή στη διάβρωση σε όλη την άρθρωση.

Στην κατάσταση ανόπτησης, το 347 SS δεν είναι-μαγνητικό όπως οι περισσότεροι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες. Η ψυχρή επεξεργασία μπορεί να προκαλέσει μικρό βαθμό μαγνητισμού λόγω του σχηματισμού μαρτενσίτη που προκαλείται από καταπόνηση-.

Και οι δύο βαθμοί αξιολογούνται για συνεχή εξυπηρέτηση έως περίπου 870 μοίρες (1600 βαθμοί F). Για διακοπτόμενη υπηρεσία, το 347 μπορεί να αντέξει έως και περίπου 900 μοίρες. Πάνω από αυτές τις θερμοκρασίες, η οξείδωση και η απολέπιση γίνονται σημαντικές ανησυχίες.

Το τιτάνιο (στο 321) τείνει να οξειδώνεται και να εξατμίζεται κατά τη συγκόλληση με τόξο, αφήνοντας την απόθεση συγκόλλησης κάτω-σταθεροποιημένη. Το νιόβιο (στο πληρωτικό ER347) είναι πολύ πιο σταθερό σε συνθήκες συγκόλλησης, παρέχοντας αξιόπιστη προστασία ευαισθητοποίησης στη ζώνη συγκόλλησης μετάλλου και θερμότητας-που επηρεάζεται.

Το 321 SS χρησιμοποιείται συνήθως στην επεξεργασία τροφίμων και στον φαρμακευτικό εξοπλισμό λόγω της εξαιρετικής αντοχής στη διάβρωση και καθαρισμού. 347 Το SS, ενώ τεχνικά ασφαλές για τρόφιμα, προσδιορίζεται σπάνια σε αυτόν τον τομέα, καθώς το υψηλότερο κόστος και οι εξειδικευμένες ιδιότητές του ταιριάζουν καλύτερα σε βιομηχανικές εφαρμογές.