Нержавеющая сталь 321 (UNS S32100): решение, стабилизированное титаном, для сварки при высоких-температурах

Обзор и обозначения

321 — это аустенитная нержавеющая сталь 18-8, стабилизированная титаном. Он предназначен для сварных компонентов, работающих при высоких температурах, где стандартные или низкоуглеродистые марки могут потерять коррозионную стойкость из-за сенсибилизации. Марка указана как ASTM A240, класс 321 для пластин и ASTM A213, класс TP321 для труб, с UNS S32100 и EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10) в качестве эквивалентов.

Химический состав

Химический состав, мас.% (ASTM A240 Grade 321)

Элемент	Содержание
C	Меньше или равно 0,08
Мин.	Меньше или равно 2,00
P	Меньше или равно 0,045
S	Меньше или равно 0,030
Си	Меньше или равно 0,75
Кр	17.0–19.0
Ни	9.0–12.0
Ти	Больше или равно 5 × C

Механические и физические свойства

Механические свойства, минимальные значения, пластина (ASTM A240)

Свойство	Ценить
Предел прочности	515 МПа
Предел текучести	205 МПа
Удлинение в 2 дюйма	40%

Типичные физические свойства

Свойство	Типичное значение
Плотность	7,9 г/см³
Диапазон плавления	≈1400–1425 градусов
Модуль упругости	≈193 ГПа
Теплопроводность при 100 градусах	≈16 W/(m·K)

Механизм стабилизации и диапазон обслуживания

В 321 титан преимущественно соединяется с углеродом, образуя стабильные карбиды титана, поэтому углерод не разрушает хром на границах зерен. Это предотвращает сенсибилизацию, которая приводит к межкристаллитной коррозии. Хотя низкое содержание углерода в стали 304L предотвращает сенсибилизацию во время одной сварки, компоненты, которые неоднократно проходят через критический диапазон 450–850 градусов, со временем остаются под угрозой. Карбиды титана в 321 термически стабильны, обеспечивая непрерывную долговременную-защиту даже при тысячах термических циклов, поэтому 321 предпочтителен для выпускных коллекторов, воздуховодов и деталей теплообменников. При эксплуатации эта марка обычно рассчитана на непрерывное окисление до температуры примерно до 870 градусов, точный предел зависит от применения и окружающей среды.

Сварка, изготовление и закупки

Основная задача изготовления — сохранение стабилизирующего эффекта титана при сварке. Используйте превосходное покрытие защитным газом и аргоном для корневого прохода, чтобы предотвратить окисление титана. Следует использовать соответствующий присадочный металл, обычно ER321, и контролировать подвод тепла, чтобы сохранить узкую зону термического-воздействия. Термическая обработка после-сварки обычно не требуется для тонких сечений, но может быть рекомендована для тяжелых сварных деталей, работающих в условиях высокой коррозии. Для непрерывной эксплуатации при температуре выше 800 градусов и значительных нагрузках часто предпочтительнее использовать марку 347, стабилизированную ниобием, поскольку карбиды ниобия более стабильны при экстремальных температурах и обеспечивают лучшую долговременную-стойкость к ползучести. При заказе укажите полное обозначение, например ASTM A240 Grade 321 или UNS S32100, и потребуйте отчет о прокатных испытаниях, подтверждающий содержание титана и соотношение Ti/C не менее 5. Определите максимальную рабочую температуру и профиль термоциклирования в спецификации, чтобы была доставлена ​​и задокументирована правильная марка.

Часто задаваемые вопросы