321 مقابل 347 الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المستقر: اختيار المكونات الملحومة ذات درجة الحرارة العالية

يوجد النوعان 321 و347 لغرض واحد: السماح بلحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي واستخدامه في درجات حرارة مرتفعة دون التعرض لخطر التآكل الحبيبي أو الحاجة إلى معالجة حرارية بعد اللحام. المعيار 304، الملحوم والمثبت في نطاق 425-850 درجة مئوية، يرسب كربيدات الكروم عند حدود الحبوب ويفقد مقاومة التآكل. إن إضافة مادة كربيد قوية، مثل التيتانيوم في 321 أو النيوبيوم في 347، تمنع ذلك عن طريق ربط الكربون بمركبات مستقرة.

يتم تحديد كلا الدرجتين على نطاق واسع لأجزاء الفرن ومكونات الغلايات والمبادلات الحرارية وأنظمة العادم وأنابيب المصفاة. يعود الاختيار بينهما إلى درجة حرارة الخدمة ومقاومة الزحف والتصنيع والتكلفة.

التركيب الكيميائي حسب ASTM A240

العنصر (بالوزن%)	321، أونس S32100	347، أونس S34700
الكربون، كحد أقصى	0.08	0.08
الكروم	17.0–19.0	17.0–19.0
النيكل	9.0–12.0	9.0–13.0
التيتانيوم	5 × (C + N) دقيقة إلى 0.70 كحد أقصى	-
النيوبيوم + التنتالوم	-	10 × درجة مئوية دقيقة إلى 1.10 كحد أقصى
المنغنيز، الحد الأقصى	2.00	2.00
السيليكون، الحد الأقصى	0.75	0.75
النيتروجين، كحد أقصى	0.10	-

يظهر كلا الصفين نفس الحد الأدنى الملدن لكل ASTM A240: قوة الشد 515 ميجا باسكال، 0.2% قوة الخضوع 205 ميجا باسكال، الاستطالة 40 بالمائة. تظهر الاختلافات في خدمة درجات الحرارة المرتفعة على المدى الطويل.

سلوك درجة الحرارة المرتفعة: استقرار الكربيد والزحف

تكون كربيدات التيتانيوم الموجودة في 321 مستقرة عند حوالي 800 درجة مئوية، ولكنها تخشن ببطء أثناء التعرض لفترات طويلة فوق درجة الحرارة تلك، مما يقلل تدريجيًا من قوة حدود الحبوب ومقاومة الزحف. تظل كربيدات النيوبيوم في 347 جيدة ومستقرة عند التعرض لفترة أطول بكثير عند 800-900 درجة مئوية، ولهذا السبب يُفضل 347 للمكونات الأكثر سخونة للخدمة المستمرة مثل أجزاء توربينات الغاز وأنابيب السخان الفائق وأنابيب البخار النووي. في الخدمة الدورية، تقاوم كربيدات النيوبيوم الدقيقة والأكثر ثباتًا أيضًا أضرار الإجهاد الحراري بشكل أفضل من كربيدات التيتانيوم الخشنة 321.

ولأغراض التصميم، يدرج ASME B31.3 كلا الدرجتين بحد أقصى حوالي 816 درجة مئوية، مع الضغوط المسموح بها التي تنخفض مع درجة الحرارة؛ فوق هذا النطاق، ينبغي تقييم الدرجات المقاومة للحرارة ذات السبائك الأعلى.

قابلية اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام

لا يتطلب أي من الصفين معالجة حرارية بعد اللحام لأسباب تتعلق بالتآكل: حيث يمنع التثبيت التحسس في المنطقة المتأثرة بالحرارة. يتم استخدام معادن الحشو المطابقة: حشو من النوع 321 لـ 321، حشو من النوع 347 لـ 347. بالنسبة للمفاصل غير المتشابهة بين الدرجات الأوستنيتي المستقرة وغير المستقرة، يعد الحشو من النوع 347 خيارًا محايدًا شائعًا. يجب أن يستخدم اللحام 347 مدخلات حرارية يتم التحكم فيها لتجنب فصل النيوبيوم أو تكتل الكربيد في معدن اللحام.

اعتبارات مقاومة التآكل

في الحالة الملدنة والملحومة، يقاوم كلا الصفين التآكل الحبيبي عبر نطاق 425-850 درجة مئوية وفي الخدمة عند درجة حرارة مرتفعة. لا يحتوي أي من الصنفين على الموليبدينوم، لذلك لا يعتبر أي منهما مناسبًا للخدمة الحاملة للكلوريد أو الخدمة البحرية أو الرطبة الحمضية؛ لمقاومة الحرارة والكلوريد مجتمعة، ينبغي اختيار درجات الموليبدينوم المستقرة أو المزدوجة.

التكلفة والتصنيع وإرشادات الاختيار

321 هو بشكل عام الدرجة الأقل تكلفة لأن التيتانيوم متوافر وغير مكلف للسبائك، في حين أن النيوبيوم عبارة عن إضافة مضبوطة وأكثر تكلفة . 347 وهي أقل قابلية للتشكيل بشكل هامشي في المقاطع الثقيلة بسبب محتواها من النيوبيوم، وتتطلب قوة انحناء أكثر قليلاً. عندما تظل درجة حرارة التصميم أقل من حوالي 800 درجة مئوية ولا يكون عمر الزحف حرجًا، فإن 321 يوفر ميزة التثبيت بتكلفة أقل؛ حيث تقترب الخدمة المستمرة من 850-900 درجة مئوية، فإن 347 المثبت بالنيوبيوم يبرر قسطه.

اختر 321 للمكونات الملحومة التي تعمل تحت درجة حرارة أقل من 800 درجة مئوية تقريبًا: صواني الفرن، وأنابيب الغلايات، ورؤوس العادم، والأنابيب الكيميائية في نطاق التحسس، وتركيبات المعالجة الحرارية العامة. اختر 347 للخدمة المستمرة فوق حوالي 800 درجة مئوية، وللتطبيقات طويلة العمر، وللخدمة الحرارية الدورية، وللمواصفات النووية أو الفضائية التي تتطلب أقصى قدر من استقرار الكربيد على المدى الطويل.

التعليمات

لماذا لا يحتاج 321 و 347 إلى معالجة حرارية بعد اللحام؟

تعمل إضافات التثبيت على ربط الكربون على شكل كربيدات التيتانيوم أو النيوبيوم، لذلك لا يمكن لترسيب كربيد الكروم أن يستنفد حدود الحبوب. وبالتالي تحافظ المنطقة المتأثرة بالحرارة على مقاومتها للتآكل دون التلدين.

ما هي الدرجة التي تقاوم درجات الحرارة المرتفعة؟

347، لأن كربيدات النيوبيوم تظل جيدة ومستقرة عند درجة حرارة 800-900 درجة مئوية بينما تخشن كربيدات التيتانيوم. يتم تحديد الحد الأقصى لكلا الدرجتين بالقرب من 816 درجة مئوية في جداول تصميم ASME B31.3، لذا فإن الفرق مهم جدًا بالنسبة لعمر الزحف والبنية الدقيقة طويلة المدى بدلاً من الحد الأقصى لدرجة حرارة الكود.

هل يمكن أن يحل 321 أو 347 محل 304 في بيئات الكلوريد؟

لا، لا يحتوي أي منهما على الموليبدينوم، لذا فإن كلاهما لهما نفس حدود تأليب الكلوريد مثل 304. التثبيت يحمي من التآكل بين الحبيبات، وليس ضد التنقر أو التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.

ما هو معدن الحشو الذي يجب استخدامه في اللحام 321؟

استخدم حشوًا مطابقًا من النوع 321 بحيث يحتوي معدن اللحام أيضًا على مثبت التيتانيوم. بالنسبة لـ 347، استخدم حشو من النوع 347. يعد الحشو من النوع 347 خيارًا شائعًا للمفاصل المستقرة غير المتشابهة.

هل 321 أرخص من 347؟

عموما نعم. يعتبر التيتانيوم إضافة منخفضة التكلفة بينما يحمل النيوبيوم علاوة كبيرة في السبائك، لذا فإن 347 عادة ما يكون الأكثر تكلفة بين الدرجتين المستقرتين.

هل 321 و 347 مغناطيسي؟

كلا، كلاهما أوستنيتي بالكامل في الحالة الملدنة ويظلان في الأساس غير مغناطيسيين؛ يمكن أن تظهر مغناطيسية طفيفة بعد العمل البارد الثقيل.