الفولاذ المقاوم للصدأ 321 مقابل 347: مقارنة السبائك المستقرة ذات درجات الحرارة العالية

ما الذي يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ مستقرًا؟

ينتمي 321 و347 إلى عائلة الأوستنيتي 18/8 (حوالي 18% كروم و9-13% نيكل) ويحلان مشكلة معينة. عندما يتم تسخين 304 العادي في نطاق 425-815 درجة تقريبًا - أثناء اللحام أو الخدمة - يمكن أن يتحد الكربون مع الكروم عند حدود الحبوب لتكوين كربيدات الكروم، مما يترك المعدن المجاور مستنفدًا للكروم وعرضة للتآكل بين الحبيبات. تضيف الدرجات المستقرة عنصرًا يرتبط بالكربون بسهولة أكبر من الكروم: التيتانيوم في 321، والنيوبيوم في 347. يتم حبس الكربون في صورة كربيدات مستقرة، لذلك يبقى الكروم في محلول صلب وتحافظ المادة على مقاومتها للتآكل بعد اللحام وفي الخدمة.

مقارنة التركيب الكيميائي

نطاقات التركيب لكل ASTM A240 (بالوزن٪):

عنصر	321 / أونس S32100	347 / أونس S34700
الكربون، كحد أقصى	0.08	0.08
المنغنيز، الحد الأقصى	2.00	2.00
الفوسفور، الحد الأقصى	0.045	0.045
الكبريت، الحد الأقصى	0.030	0.030
السيليكون، الحد الأقصى	0.75	0.75
الكروم	17.00-19.00	17.00-19.00
النيكل	9.00-12.00	9.00-13.00
التيتانيوم	5 × ج دقيقة؛ 0.70 كحد أقصى	غير محدد
النيوبيوم (كولومبيوم)	غير محدد	10 × ج دقيقة؛ 1.00 كحد أقصى

نسب التثبيت مكتوبة في المعيار: يجب أن يحتوي التيتانيوم على خمسة أضعاف محتوى الكربون على الأقل ولا يزيد عن 0.70%؛ يجب أن يحتوي النيوبيوم على عشرة أضعاف محتوى الكربون على الأقل ولا يزيد عن 1.00%.

الخواص الميكانيكية (ملدن، ASTM A240)

ملكية	321 / S32100	347 / S34700
قوة الشد، دقيقة (MPa)	515	515
قوة الخضوع، دقيقة (MPa)	205	205
استطالة، دقيقة (٪)	40	40

في درجة حرارة الغرفة، تكون الدرجتان متكافئتين بشكل أساسي، ولهذا السبب يتم تحديد اختيار المواد بينهما حسب درجة حرارة الخدمة والتحميل بدلاً من قوة ورقة البيانات.

أداء درجات الحرارة العالية: الزحف والتحجيم

كلا الصفين يقاومان التقشر في الأجواء المؤكسدة إلى حوالي 900 درجة. يظهر الاختلاف المهم في الزحف: فوق حوالي 800 درجة، يطور 347 قوة زحف أفضل لأن كربيدات النيوبيوم تظل موزعة بدقة ومستقرة عند درجة حرارة عالية، مما يوفر تقوية ترسيب أكثر فعالية من كربيدات التيتانيوم. لهذا السبب، يُفضل 347 للمكونات المحتوية على الضغط مثل أنابيب السخان وأوعية التفاعل ذات درجة الحرارة العالية . 321 التي تظل مستخدمة على نطاق واسع في أنظمة العادم والمؤكسدات الحرارية ومنفاخ التمدد، حيث يتم تقييم قابلية التصنيع الجيدة والمقاومة للتحميل الحراري الدوري.

اللحام والتصنيع

يتم لحام كلا الصفين بسهولة باستخدام ممارسات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي التقليدية، ولا يتطلب أي منهما معالجة حرارية بعد اللحام. بالنسبة لـ 347 وصلة، يكون معدن الحشو ذو التركيبة المستقرة من النيوبيوم (ER347) نموذجيًا . 321 غالبًا ما يتم لحامه بنفس مادة الحشو ER347، أو مع ER321 حيث يلزم وجود رواسب مثبتة من التيتانيوم المطابق، لأن التيتانيوم يتأكسد بسهولة في حوض اللحام. يجب الحفاظ على مدخلات الحرارة معتدلة ودرجة حرارة التداخل أقل من حوالي 150 درجة للحد من ترسيب الكربيد والتشويه.

التطبيقات النموذجية

321: مجمعات ومداخن عوادم الطائرات، والمؤكسدات الحرارية، ومنفاخ التمدد، ومكونات الفرن التي تقل درجة حرارتها عن 900 درجة، والأنابيب الكيميائية أو البتروكيميائية عند درجة حرارة معتدلة.

347: أنابيب سخانات المصفاة، وأوعية التفاعل ذات درجة الحرارة العالية، وأنابيب التسخين وإعادة التسخين بالبخار، ومكونات الغلايات، والتجمعات الملحومة التي تشهد خدمة مستدامة فوق 800 درجة.

الأسئلة المتداولة

ما هو الفرق الرئيسي بين 321 و 347؟

عنصر التثبيت: 321 يستخدم التيتانيوم (5 x C كحد أدنى، 0.70% كحد أقصى)، في حين يستخدم 347 النيوبيوم (10 x C كحد أدنى، 1.00% كحد أقصى). يختلف نطاق النيكل أيضًا قليلاً: 9.00-12.00% لـ 321 و9.00-13.00% لـ 347.

ما هي الدرجة التي تتمتع بقوة زحف أفضل عند درجة حرارة عالية؟

347. فوق حوالي 800 درجة، توفر كربيدات النيوبيوم تقوية ترسيب أقوى من كربيدات التيتانيوم، مما يعطي 347 مقاومة أفضل للزحف في الخدمة طويلة المدى في درجات الحرارة العالية.

هل يمكن استبدال 321 بـ 347؟

بالنسبة للخدمة التي تقل عن 800 درجة تقريبًا وحيث لا يكون الزحف هو المعيار الحاكم، غالبًا ما يمكن استبدال 321. بالنسبة لأجزاء الضغط التي تعمل فوق 800 درجة، فإن 347 هو الخيار الأكثر أمانًا بسبب قوة الزحف الفائقة.

هل يقاوم 321 و 347 التآكل الحبيبي بعد اللحام؟

نعم. تم تصميم كلاهما بحيث يتحد التيتانيوم أو النيوبيوم مع الكربون، مما يمنع استنفاد الكروم عند حدود الحبوب أثناء اللحام أو الخدمة في نطاق التحسس الذي يتراوح بين 425-815 درجة تقريبًا.

ما هو معدن الحشو المستخدم في اللحام 321 و 347؟

يتم لحام 347 عادةً باستخدام مادة حشو مثبتة من النيوبيوم (ER347). 321 غالبًا مع نفس مادة الحشو ER347، أو مع ER321 حيث يلزم إيداع مثبت من التيتانيوم المطابق.

ما هي درجة حرارة الخدمة القصوى 321 و 347؟

في الأجواء المؤكسدة يقاوم كلاهما القياس إلى حوالي 900 درجة. بالنسبة للأجزاء الحاملة، يكون الحد العملي أقل لأن قوة الزحف تنخفض مع درجة الحرارة؛ ينبغي استشارة رموز التصميم لتطبيقات الضغط.