الفولاذ المقاوم للصدأ 321: التيتانيوم-درجة ثابتة لمقاومة التآكل بين الحبيبات

ما هو 321 الفولاذ المقاوم للصدأ؟

321 (UNS S32100) عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتي المستقر بالتيتانيوم تم تطويره من النوع 304. تتم إضافة التيتانيوم عند مستوى لا يقل عن خمسة أضعاف محتوى الكربون والنيتروجين المدمج، بحيث يتحد الكربون بشكل تفضيلي مع التيتانيوم لتكوين كربيدات تيتانيوم مستقرة بدلاً من كربيدات الكروم. يمنع هذا استنفاد الكروم عند حدود الحبوب عندما يتم الاحتفاظ بالفولاذ في نطاق درجة حرارة التحسس الذي يبلغ حوالي 450-850 درجة أثناء اللحام أو خدمة درجة الحرارة العالية-، مما يوفر مقاومة 321 للتآكل الحبيبي بدون معالجة حرارية بعد اللحام. التصنيف الأوروبي هو 1.4541 (X6CrNiTi18-10) لكل EN 10088، والتسمية اليابانية هي SUS321 لكل JIS G4303/G4304.

التركيب الكيميائي

حدود التركيب أدناه تتبع ASTM A240.

العنصر (بالوزن%)	321 (S32100)
الكربون، كحد أقصى	0.08
المنغنيز، الحد الأقصى	2.0
السيليكون، الحد الأقصى	0.75
الفوسفور، الحد الأقصى	0.045
الكبريت، الحد الأقصى	0.030
الكروم	17.0-19.0
النيكل	9.0-12.0
النيتروجين، الحد الأقصى	0.10
التيتانيوم	5 × (C+N)، الحد الأدنى

يتم التعبير عن متطلبات التيتانيوم بمضاعفات الكربون والنيتروجين لأنه يجب ربط كلا العنصرين كمركبات مستقرة. يحتوي الطراز H 321H (UNS S32109) على نطاق كربون متحكم به يبلغ 0.04-0.10% والحد الأدنى من التيتانيوم 4 × (C+N)، مما يعمل على تحسين قوة الزحف للأجزاء ذات الضغط العالي في درجة الحرارة.

الخواص الميكانيكية والمعالجة الحرارية

القيم الدنيا للوحة الملدنة لكل ASTM A240 مذكورة أدناه.

ملكية	321
قوة الشد، دقيقة (MPa)	515
قوة الخضوع 0.2%، الحد الأدنى (MPa)	205
استطالة في 50 مم، دقيقة (٪)	40

يتم توفير 321 في المحلول الملدن-، ويتم تسخينه عادةً إلى درجة حرارة 950-1120 درجة ويتم تبريده بسرعة. نظرًا لأن التيتانيوم يعمل بالفعل على تثبيت الكربون، فإن الفولاذ لا يصبح حساسًا بالتسخين اللاحق في نطاق 450-850 درجة، ولا يلزم إجراء معالجة حرارية بعد اللحام. تبلغ الصلابة الملدنة حوالي 201 HB كحد أقصى للوحة.

-أداء وتطبيقات درجات الحرارة المرتفعة

يوفر 321 قوة زحف مفيدة ومقاومة للأكسدة للخدمة المستمرة في نطاق حوالي 425-900 درجة، مع إمكانية التعرض على المدى القصير حتى حوالي 950 درجة. بالمقارنة مع 304، تُظهر الدرجة المستقرة من التيتانيوم- قوة تمزق زحف أعلى من 550 درجة تقريبًا وزيادة أقل في وزن الأكسدة عند درجة حرارة مرتفعة لأن مقياس الأكسيد يظل أكثر التصاقًا. التطبيقات النموذجية هي-أنابيب المبادلات الحرارية ذات درجة الحرارة العالية، وأنابيب الأفران والتكسير، ومنفاخ التمدد، والأنابيب الثانوية في المحطات النووية، وأنابيب السخان الفائق وإعادة التسخين، ومشعبات عوادم السيارات، وأغلفة المحولات الحفازة، والمكونات في وحدات التكسير الحفزي البتروكيميائي. بالنسبة للتطبيقات التي تزيد عن 900 درجة، عادة ما يتم تحديد درجة أعلى من السبائك مثل 310S (UNS S31008).

اللحام والتصنيع

يتمتع 321 بقابلية لحام جيدة مع العمليات التقليدية مثل TIG وMIG وSMAW وSAW. تكون إضافة التيتانيوم عرضة للأكسدة والاحتراق عند درجات حرارة حوض اللحام المرتفعة للغاية، لذلك يجب إجراء اللحام باستخدام مدخلات حرارية يمكن التحكم فيها، ووقت إقامة قصير للقوس، وتدريع مناسب من الأرجون، مع الحفاظ على محتوى التيتانيوم أعلى من الحد الأدنى المحدد بعد اللحام. عادة ما يتم مطابقة معدن الحشو مع المادة الأساسية. يتشكل الفولاذ بشكل جيد عن طريق الثني والسحب العميق والغزل، ويمكن تشكيله في حالة التلدين؛ تصلب العمل يمكن مقارنته بالدرجات الأوستنيتي الأخرى. يؤدي التخميل بمحلول حمض النيتريك بعد التصنيع إلى استعادة طبقة أكسيد الكروم - الغنية وتحسين مقاومة التلوث السطحي.

الأسئلة المتداولة

س1. ماذا يفعل التيتانيوم في الفولاذ المقاوم للصدأ 321؟
يتمتع التيتانيوم بتقارب أعلى للكربون من الكروم، لذلك فهو يشكل كربيدات تيتانيوم مستقرة ويمنع ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبوب، مما يمنع التحسس.

س2. هل يلزم إجراء معالجة حرارية ما بعد اللحام لـ 321؟
لا، إن تثبيت التيتانيوم يعني أنه يمكن لحام 321 واستخدامه في نطاق درجة حرارة التحسس دون فقدان مقاومة التآكل بين الحبيبات.

س3. ما الفرق بين 321 و 304؟
يضيف 321 التيتانيوم وهو مقاوم للتآكل بين الحبيبات بعد اللحام وخدمة درجة الحرارة العالية-، بينما يمكن أن يتحسس 304 في نطاق 450-850 درجة.

س 4. هل يمكن لـ 321 استبدال 316L في خدمة الكلوريد؟
لا يحتوي . 321 على الموليبدينوم، لذا فإن مقاومته لتنقر الكلوريد تشبه 304 وأقل من 316L؛ تم تحديده لمقاومة درجات الحرارة العالية-، وليس للبيئات البحرية.

س5. ما هو نطاق درجة حرارة الخدمة 321؟
تبلغ درجة الخدمة المستمرة بشكل عام 425-900 درجة مع تعرض قصير المدى يصل إلى حوالي 950 درجة؛ وفوق ذلك، يوصى باستخدام 310S.

س6. لماذا يشكل احتراق التيتانيوم مصدر قلق عند اللحام 321؟
يتأكسد التيتانيوم بسهولة عند درجات حرارة حوض اللحام المرتفعة؛ إن إدخال الحرارة المنخفضة ووقت القوس القصير ودرع الأرجون يحافظ على التيتانيوم المتبقي أعلى من الحد الأدنى المحدد.