321 pret 347 nerūsējošais tērauds: kurš ir labāks metināšanai?

Ievads

Izvēloties nerūsējošo tēraudu augstai{0}}temperatūrai vai kodīgai videi, saraksta augšgalā konsekventi paceļas divas markas:321 nerūsējošais tēraudsun 347 nerūsējošais tērauds. Abi pieder pie austenīta nerūsējošā tērauda saimes un ir īpaši izstrādāti, lai izturētu destruktīvu parādību, ko sauc par sensibilizāciju - starpkristālu korozijas veidu, kas var klusi vājināt tēraudu, īpaši metināšanas zonās un ap tām.

Bet šeit ir galvenais jautājums, ko bieži uzdod inženieri, ražotāji un iepirkumu vadītāji:

"Vai 321 vai 347 nerūsējošais tērauds ir labāks metināšanai?"

Īsā atbilde: 347 nerūsējošais tērauds parasti ir vēlamā izvēle metināšanas vajadzībām. Tomēr pilnīga atbilde ir atkarīga no jūsu konkrētās darbības vides, budžeta un veiktspējas prasībām. Šajā rokasgrāmatā viss ir sadalīts - no ķīmijas un metalurģijas līdz praktiskiem metināšanas padomiem un reāliem-pielietojuma datiem.

1. sadaļa. Kas ir 321 nerūsējošais tērauds?

321 nerūsējošais tērauds (UNS S32100) ir titāna -stabilizēts austenīta nerūsējošais tērauds, kas iegūts no standarta 304. kategorijas. Titāna - pievienošana ar minimālo attiecību, kas ir 5 reizes lielāka par oglekļa saturu -, nodrošina 321 tā raksturīgo īpašību: izturību pret starpkristālu koroziju, jo īpaši karstuma ietekmētajā zonā (HAZ) metināšanas laikā un paaugstinātā{10}}temperatūrā.

Titāns galvenokārt saistās ar oglekli, veidojot titāna karbīdu (TiC), neļaujot ogleklim migrēt uz graudu robežām, kur pretējā gadījumā tas apvienotos ar hromu, veidojot hroma karbīdu -. Tas ir process, kas noārda tā korozijizturīgo-hroma materiālu un rada jutīgas zonas, kas pakļautas uzbrukumiem.

321 nerūsējošā tērauda galvenās īpašības

Stabilizēts ar titānu, lai novērstu hroma karbīda nogulsnēšanos

Lieliska veiktspēja nepārtrauktā darbībā no 425 grādiem līdz 870 grādiem (no 800 grādiem F līdz 1600 grādiem F)

Laba formējamība un metināmība vispārējai ražošanai

Vēlams pārtikas pārstrādes, farmācijas un mērenās ķīmiskās vidēs

Plaši izmanto gaisa kuģu izplūdes sistēmās, katlu komponentos un siltummaiņos

2. sadaļa. Kas ir 347 nerūsējošais tērauds?

347 nerūsējošais tērauds(UNS S34700) ir niobija -stabilizēts (saukts arī par kolumbija-stabilizētu) austenīta nerūsējošais tērauds. Tāpat kā 321, tas ir atvasināts no 304 un ir paredzēts, lai pārvarētu sensibilizācijas problēmu. Tomēr titāna vietā par stabilizējošu elementu kalpo niobijs (Nb) -, kas pievienots vismaz 10 reizes par oglekļa saturu -.

Niobija augstākā atomu stabilitāte salīdzinājumā ar titānu padara to īpaši efektīvu stipri metinātās konstrukcijās un ekstremālās temperatūrās. Metināšanas procesā niobijs neiztvaiko un neoksidējas tik viegli kā titāns metināšanas procesā, tādējādi nodrošinot prognozējamāku un konsekventāku metināšanas ķīmisko sastāvu.

347 nerūsējošā tērauda galvenās īpašības

Stabilizēts ar niobiju (un tantalu), lai nodrošinātu labāku metināšanas zonu aizsardzību

Lieliska izturība pret starpkristālu koroziju metināšanas karstuma{0}}ietekmētajās zonās

Izcila šļūdes izturība ļoti augstā temperatūrā, salīdzinot ar 321

Plaši norādīts kosmosa, kodolenerģijas, elektroenerģijas ražošanā un ķīmiskajā apstrādē

Priekšroka tiek dota nozarei-, ja vienmērīga metināšanas kvalitāte ir neapspriežama prasība

3. sadaļa: Ķīmiskā sastāva salīdzinājums

Abu kategoriju ķīmiskā sastāva izpratne ir būtiska, lai izprastu to metināmību. Tālāk esošajā tabulā ir salīdzināti 321 SS, 347 SS un 304 SS (kā bāzes līnijas atsauce) saskaņā ar ASTM A240 un ASTM A182 standartiem.

1. tabula: ķīmiskais sastāvs - 321 pret 347 pret 304 nerūsējošo tēraudu

Avots: ASTM A240 / ASTM A182 standarti. Visas vērtības svara procentos (masas%).

Kāpēc tas ir svarīgi metināšanai?Titāns 321 ir gaistošs metināšanas temperatūrā. Loka metināšanas procesā, jo īpaši gāzes volframa loka metināšanas (GTAW/TIG) laikā, titāns var oksidēties un iztvaikot no metināšanas baseina. Tāpēc 347 pildvielas metāls parasti ir ieteicams pat tad, ja metināšanas 321 pamatmateriāls - niobijs pildvielā ir daudz stabilāks metināšanas laikā.

4. sadaļa: Mehāniskās īpašības

Istabas temperatūrā 321 un 347 nerūsējošais tērauds uzrāda praktiski identiskas mehāniskās īpašības -, un abi atbilst tām pašām minimālajām prasībām saskaņā ar ASTM standartiem. Nozīmīgās atšķirības parādās paaugstinātā temperatūrā, īpaši virs 550 grādiem.

2. tabula. Mehāniskās īpašības - 321 pret 347 nerūsējošo tēraudu (istabas temperatūra)

Avots: ASTM A240, ASME II sadaļa, D daļa. Dati atspoguļo atkvēlināto stāvokli.

Augsta{0}}temperatūras veiktspēja:Darba temperatūrā virs 600 grādiem 347 SS pastāvīgi demonstrē izcilu šļūdes izturību - materiāla izturību pret lēnu deformāciju ilgstošas ​​spriedzes apstākļos. Šī priekšrocība ir tieši saistīta ar niobija spēcīgo karbīdu{4}}veidošanās tendenci, kas termiskās slodzes ietekmē pastiprina graudu robežas. Komponentiem, kas tiks sametināti un pēc tam novietoti prasīgā termiskajā režīmā (piem., gāzes turbīnām, pārkarsētājiem vai kodolreaktoriem), 347 piedāvā ievērojami labāku ilgtermiņa-strukturālo integritāti.

5. sadaļa: Metināšanas īpašības - Pamata salīdzinājums

Tā ir ceļveža sirds. Apskatīsim katru kritisko metināšanas faktoru blakus.

3. tabula. Metināšanas īpašības - 321 pret 347 nerūsējošo tēraudu

Avots: AWS D1.6 Strukturālās metināšanas kods - Nerūsējošais tērauds; Linkolna elektriskās metināšanas rokasgrāmatas.

Sensibilizācija un karstuma{0}}ietekmētā zona (HAZ)

Ja nerūsējošais tērauds tiek pakļauts temperatūrai no 425 grādiem līdz 870 grādiem -, metināšanas laikā parasti sastopamais diapazons - ogleklis var izkliedēties līdz graudu robežām un reaģēt ar hromu, veidojot hroma karbīdus (Cr23C6). Tas noārda apkārtējo aizsargājošo hromu, atstājot pret koroziju{7}}jutīgu zonu. Šo procesu sauc par sensibilizāciju.

Gan 321, gan 347 ir izstrādāti, lai cīnītos pret sensibilizāciju, bet ar dažādu mehānismu palīdzību:

321 SS izmanto titāna karbīdu (TiC), lai atdalītu oglekli, pirms tas var reaģēt ar hromu. Efektīva -, taču titāna nepastāvība metināšanas laikā nozīmē, ka daļa aizsardzības var tikt zaudēta.

347 SS izmanto niobija karbīdu (NbC). Metināšanas apstākļos niobijs paliek stabils, nodrošinot konsekventu aizsardzību visā metināšanas laikā un HAZ.

Metāla pildvielas izvēle ir ļoti svarīga nerūsējošā tērauda metināšanā. AWS klasifikācija un standarta nozares prakse iesaka:

Parastam metālam 321 SS: izmantojiet AWS ER347 pildvadu. ER321 izmantošana ir iespējama, bet mazāk ieteicama, jo pildvielā esošajam titānam ir tendence oksidēties, atstājot metinājuma nogulsnes nepietiekami apgādātu ar stabilizatoru.

Parastam metālam 347 SS: izmantojiet AWS ER347 pildījuma stiepli. Tas nodrošina ķīmiski saderīgu, niobija-stabilu metinājuma nogulsnējumu, kas cieši atbilst parastā metāla sastāvam un izturībai pret koroziju.

Praksē ER347 tiek izmantots abām klasēm -, kas liecina par 347 izcilo metināšanas ķīmiju. Tas arī vienkāršo krājumu pārvaldību veikala stāvā.

Karstās plaisāšanas izturība

Karstā plaisāšana (saukta arī par sacietēšanas plaisāšanu) rodas metinātajā metālā vai HAZ, kad metinātā šuve atdziest un sacietē. To ietekmē metināšanas baseina ķīmija, piemaisījumu līmenis (īpaši sērs un fosfors) un noteiktu leģējošu elementu klātbūtne.

347 SS sastāvā esošais niobijs palīdz uzlabot graudu struktūru un samazina karstās plaisāšanas risku, īpaši daudzkārtu metināšanas šuvēs. Lai gan titāns ir efektīvs parastajā metālā, tas nodrošina mazāk konsekventu aizsardzību metināšanas baseinā iepriekš minētā oksidācijas faktora dēļ. Rezultātā 347 SS tiek uzskatīts par izturīgāku pret karsto plaisāšanu sarežģītās metināšanas ģeometrijās.

6. sadaļa. Pieteikumu salīdzinājums pēc nozares

Lai gan abas kategorijas kalpo daudzām no tām pašām nozarēm, to veiktspējas raksturlielumi padara katru piemērotāku konkrētiem lietošanas gadījumiem. Tālāk esošajā tabulā ir norādīts, kur katra atzīme ir izcila.

4. tabula. Nozares lietojuma salīdzinājums - 321 un 347 nerūsējošais tērauds

Avots: ASTM A213, ASTM A240, ASME Boiler & Pressure Vessel Code un nozares iepirkuma standarti.

7. sadaļa. Izmaksu un pieejamības apsvērumi

Cena vienmēr ir praktisks faktors materiālu izvēlē. Lūk, kas jums jāzina:

321 SS parasti ir rentablākā-iespēja. Titāns ir lētāks nekā niobijs kā sakausējuma piedeva, un 321 tiek ražots lielākā apjomā visā pasaulē.

347 SS nodrošina nelielu piemaksu -, kas parasti ir par 5% līdz 15% augstāka nekā 321 - niobija izmaksu un tā specializētākā pieprasījuma profila dēļ.

Abas kategorijas ir plaši pieejamas plākšņu, lokšņu, stieņu, cauruļu, cauruļu un veidgabalu formās no lielākajām rūpnīcām un servisa centriem visā pasaulē.

Lielākajai daļai metināto lietojumu, kur 347 metināšanas veiktspēja ir kritiska, cenas piemaksa ir labi pamatota ar samazinātu pārstrādi, labāku izturību pret koroziju un ilgāku kalpošanas laiku.

8. sadaļa. Ātro lēmumu ceļvedis - 321 pret 347

Izmantojiet šo lēmumu sistēmu, lai vadītu materiālu izvēli:

5. tabula. Materiālu izvēles lēmumu rokasgrāmata

9. sadaļa. Attiecīgie standarti un sertifikāti

Norādot 321 vai 347 nerūsējošo tēraudu, nodrošiniet atbilstību jūsu nozarē piemērojamajiem standartiem:

ASTM A240 - Standarta specifikācija hromam un hroma{1}}niķeļa nerūsējošā tērauda plāksnēm, loksnēm un sloksnēm

ASTM A182 - Kalti vai velmēti sakausējumi-tērauda cauruļu atloki, kalti veidgabali un vārsti

ASTM A213 - Bezšuvju ferīta un austenīta sakausējuma-tērauda katls, pārkarsētājs un siltummaiņa caurules

ASME katlu un spiedtvertņu kods (BPVC) - II sadaļa, D daļa: Materiāla īpašības

AWS D{0}} Nerūsējošā tērauda konstrukciju metināšanas kodekss

EN 10088 - Eiropas standarts nerūsējošajam tēraudam (līdzvērtīgas markas: 1,4541 — 321; 1,4550 — 347)

10. sadaļa: Metināšanas paraugprakse abām klasēm

Neatkarīgi no izvēlētās klases, lai sasniegtu labākos rezultātus, ievērojiet šīs metināšanas paraugprakses:

Rūpīgi notīriet parasto metālu -, izmantojot acetonu vai apstiprinātu nerūsējošā tērauda tīrīšanas līdzekli, no metināšanas zonas noņemiet visus taukus, eļļu, krāsu un dzirnaviņas.

Izmantojiet nerūsējošā tērauda stiepļu sukas un slīpripas, kas paredzētas tikai nerūsējošajam tēraudam - piesārņojums ar oglekļa tērauda instrumentiem izraisa rūsu un koroziju

Glabājiet un rīkojieties tīrā vidē, lai novērstu savstarpēju{0}}piesārņojumu

Kad vien iespējams, izmantojiet AWS ER347 pildvadu gan parastajiem metāliem 321, gan 347

Izmantojiet zemas siltuma ievades metodes, lai samazinātu HAZ izmēru un samazinātu sensibilizācijas risku

Metinot caurules, caurules vai slēgtas daļas, izmantojiet atpakaļ-attīrīšanu ar argona gāzi, lai aizsargātu metinājuma sakni no oksidēšanās

Lai kontrolētu graudu augšanu, saglabājiet starpplūsmas temperatūru zem 175 grādiem (350 ° F).

Pasivācija - Apstrādājiet metināšanas zonas ar slāpekļskābes vai citronskābes šķīdumu, lai atjaunotu pasīvo hroma oksīda slāni

Pēc-metināšanas termiskā apstrāde (PWHT) - Parasti nav nepieciešama stabilizētām pakāpēm, taču to var norādīt ar noteiktiem kodiem (ASME) spiediena-saturošām sastāvdaļām

Kodināšana - Noņemiet karstuma nokrāsu un oksidāciju no metināšanas vietām, izmantojot piemērotu kodināšanas pastu vai šķīdumu, pēc tam rūpīgi izskalojiet

Secinājums

Gan 321, gan 347 nerūsējošais tērauds ir izcili materiāli augstas temperatūras, korozijas{3} izturīgiem materiāliem. Viņiem ir kopīgs mērķis - novērst sensibilizāciju -, taču tas tiek sasniegts, izmantojot dažādas sakausēšanas stratēģijas, un šī atšķirība ir ļoti svarīga metināšanas gadījumā.

Lai apkopotu šīs rokasgrāmatas galvenos secinājumus:

347 SS niobija stabilizācija nodrošina stabilāku metināto šuvju ķīmisko sastāvu, labāku HAZ aizsardzību un izcilu veiktspēju paaugstinātā temperatūrā -, padarot to par labāko kosmosa, kodolenerģijas, ķīmiskās apstrādes un elektroenerģijas ražošanas nozarēs, kur metināšanas integritāte nav apspriežama.

321 SS joprojām ir ekonomisks, daudzpusīgs risinājums ne-kritiskiem metinātiem mezgliem un lietojumiem, kur formējamība un izmaksu efektivitāte ir virzošie faktori.

Ja rodas šaubas, konsultējieties ar savu materiālu inženieri, pārskatiet savam lietojumam piemērojamos ASTM/ASME standartus un sadarbojieties aruzticams nerūsējošā tērauda piegādātājskas var nodrošināt sertificētus dzirnavu testu ziņojumus (MTR) un tehnisko atbalstu.

Bieži uzdotie jautājumi

Jā. ER347 pildmetāla izmantošana ir nozares-standarta pieeja šo divu šķiru savienošanai. Metinātā šuve būs stabilizēta ar niobija-noturību, nodrošinot labu izturību pret koroziju visā savienojumā.

Atkausētā stāvoklī 347 SS nav-magnētisks, tāpat kā vairums austenīta nerūsējošā tērauda. Aukstā apstrāde var izraisīt nelielu magnētisma pakāpi deformācijas-izraisītā martensīta veidošanās dēļ.

Abas kategorijas ir paredzētas nepārtrauktai darbībai līdz aptuveni 870 grādiem (1600 F). Neregulāram pakalpojumam 347 var izturēt līdz aptuveni 900 grādiem. Virs šīm temperatūrām oksidēšanās un mērogošana kļūst par būtiskām bažām.

Titānam (321) loka metināšanas laikā ir tendence oksidēties un iztvaikot, atstājot metinājuma nogulsnes zem -stabilizētas. Niobijs (pildvielā ER347) ir daudz stabilāks metināšanas apstākļos, nodrošinot drošu aizsardzību pret sensibilizāciju metinātā metāla un karstuma ietekmētajā zonā.

321 SS parasti izmanto pārtikas pārstrādes un farmācijas iekārtās, jo tas ir lieliski noturīgs pret koroziju un tīrāms,. 347 SS, lai gan tehniski ir pārtikas-nekaitīgs, šajā nozarē tiek norādīts reti, jo tā augstākās izmaksas un īpašās īpašības ir labāk piemērotas rūpnieciskiem lietojumiem.