الفولاذ المقاوم للصدأ 321: تيتانيوم-مقاوم للتآكل بين الحبيبات-

الفولاذ المقاوم للصدأ 321 هو عبارة عن نسخة محسنة ومستقرة من التيتانيوم 304، مع إضافة 0.10%-0.30% تيتانيوم. يتحد التيتانيوم بشكل تفضيلي مع الكربون لتكوين TiC، مما يمنع ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبوب أثناء اللحام أو الخدمة في درجات الحرارة العالية، وبالتالي يحل بشكل أساسي مشكلة التآكل الحبيبي 304 في نطاق درجة حرارة التحسس (450-850 درجة).

المعلمات الأساسية

التركيب الكيميائي (بالوزن٪): C أقل من أو يساوي 0.08، Si أقل من أو يساوي 1.00، Mn أقل من أو يساوي 2.00، P أقل من أو يساوي 0.045، S أقل من أو يساوي 0.030، Cr=17.00-19.00، Ni=9.00-12.00، Ti=0.10-0.30، Fe= الرصيد

الخواص الميكانيكية (ملدن): قوة الشد أكبر من أو تساوي 520 ميجا باسكال، قوة الخضوع أكبر من أو تساوي 205 ميجا باسكال، الاستطالة أكبر من أو تساوي 40%، صلابة برينل أقل من أو تساوي 201HB

درجة حرارة الخدمة: من 400 درجة إلى 900 درجة (الخدمة المستمرة)، وتصل إلى 950 درجة للخدمة على المدى القصير-

الدرجات المكافئة: SUS321 (JIS)، EN 1.4541 (EN)، UNS S32100 (ASTM)

مزايا الأداء: يتيح تثبيت التيتانيوم مقاومة التآكل بين الحبيبات بدون المعالجة الحرارية بعد اللحام؛ قوة زحف درجة الحرارة العالية-أعلى بنسبة 22% من 304 عند 600 درجة؛ يتمتع فيلم الأكسيد المركب Cr₂O₃-TiO₂ المتكون عند درجات حرارة عالية بتماسك أفضل من 304، مع معدل زيادة وزن أقل بنسبة 30% عند 900 درجة؛ قابلية اللحام الجيدة والتشكيل.

التطبيقات النموذجية: أنابيب المبادلات الحرارية ذات درجة الحرارة العالية-، وخطوط أنابيب الدائرة الثانوية لمحطات الطاقة النووية، وأنابيب أفران التكسير الكيميائي، وأنظمة عادم السيارات (المشعبات، وأغلفة المحولات الحفزية)، والمكونات ذات درجات الحرارة المرتفعة- في وحدات التكسير الحفزي البتروكيميائي.

أسئلة وأجوبة عملية

س1: ما هو دور التيتانيوم في الفولاذ المقاوم للصدأ 321؟ A1: إن تقارب التيتانيوم للكربون أعلى من تقارب الكروم. فهو يتحد بشكل تفضيلي مع الكربون لتكوين TiC مستقر، مع تجنب تكوين Cr₂₃C₆ واستنفاد الكروم الناتج عند حدود الحبوب. تظهر اختبارات المحاكاة الحرارية أنه بعد الاحتفاظ بدرجة حرارة 650 درجة لمدة ساعتين، فإن ترسيب كربيدات الكروم عند حدود الحبوب 304 يصل إلى 3.2%، في حين أن 321 يصل إلى 0.8% فقط.

س2: هل سيحدث "احتراق التيتانيوم" عند اللحام 321؟ ج2: نعم. التيتانيوم عرضة للأكسدة والاحتراق عندما تتجاوز درجة حرارة اللحام 1200 درجة. ينبغي اعتماد لحام TIG، مع التحكم في التيار عند 100-140A، وتقصير وقت بقاء القوس، واستخدام حماية الأرجون النقي لضمان أن محتوى التيتانيوم لا يقل عن 0.10%.

س 3: ما الفرق بين 321 و 304 من حيث مقاومة التآكل الحبيبي؟ A3: 304 عرضة للتآكل الحبيبي عندما يبقى في نطاق 450-850 درجة لفترة طويلة (منطقة التحسس) بعد اللحام؛ 321، بسبب تثبيت التيتانيوم، لا ينتج حساسية حتى لو بقي في منطقة التحسس لفترة طويلة، وله مقاومة ممتازة للتآكل بين الحبيبات دون معالجة حرارية بعد اللحام.

س 4: هل 321 مناسب لأنابيب الغلايات ذات درجات الحرارة العالية والضغط العالي-؟ ج4: نعم. إنه يتميز بقوة زحف ممتازة في درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل بين الحبيبات، ويمكن استخدامه كمسخن فائق للغلاية وأنابيب إعادة تسخين في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 400-850 درجة وضغط أقل من أو يساوي 10 ميجا باسكال. تجدر الإشارة إلى أن سمك الجدار يجب أن يتم تصميمه بشكل معقول وفقاً لضغط العمل لضمان السلامة الهيكلية.

س5: كيف يتم التعامل مع سطح الفولاذ المقاوم للصدأ 321 لتحسين مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية؟ A5: بعد المعالجة، قم بإجراء معالجة التخميل باستخدام محلول حمض الهيدروفلوريك بنسبة 25% + 2% من حمض النيتريك (درجة حرارة الغرفة، 20 دقيقة) لتكوين فيلم أكسيد مركب Cr₂O₃-TiO₂ كثيف؛ بالنسبة للمكونات المستخدمة بدرجة حرارة أعلى من 800 درجة، -يمكن تطبيق طبقة سيراميك مقاومة لدرجات الحرارة العالية على السطح لتعزيز مقاومة الأكسدة بشكل أكبر.