AISI 321 الأنابيب غير الملحومة الساخنة المشوهة: مزايا درجات الحرارة العالية

لماذا يقاوم AISI 321 التحسس عند درجات الحرارة العالية

AISI 321 (UNS S32100) عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتي مثبت بالتيتانيوم ومبني على قاعدة 18-8 من الكروم والنيكل. تتم إضافة التيتانيوم عند مستوى لا يقل عن خمسة أضعاف محتوى الكربون بالإضافة إلى النيتروجين، لذلك يتم ربط الكربون على شكل كربيد التيتانيوم بدلاً من تكوين كربيد الكروم عند حدود الحبوب. تشرح هذه التفاصيل المعدنية سبب احتفاظ الدرجة بمقاومتها للتآكل بين الحبيبات بعد اللحام وبعد التعرض لفترة طويلة داخل نافذة التحسس بدرجة 425-850، حيث يفقد الفولاذ الأوستنيتي غير المستقر الكروم تدريجيًا من المناطق الحدودية للحبيبات.

يتم تحديد الأنابيب غير الملحومة المنتجة من هذه الدرجة بشكل روتيني للخدمة المستمرة عند 900 درجة وللخدمة المتقطعة حتى 925 درجة. في ظل التدوير الحراري المتكرر، يكون سلوك الأكسدة والزحف أكثر استقرارًا من سلوك الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أو 316 المستخدم في نفس نطاق درجة الحرارة، ويحتفظ بما يكفي من الليونة بعد التقادم على المدى الطويل للحفاظ على أعمال التصنيع والثني والإصلاح الميدانية.

التركيب الكيميائي للأنابيب غير الملحومة AISI 321

تتبع حدود تحليل الحرارة الموضحة أدناه كيمياء الدرجة الأوستنيتي القياسية المطبقة على الأنابيب غير الملحومة TP321. يتم التعبير عن التيتانيوم كمضاعف للكربون بالإضافة إلى النيتروجين وليس كقيمة ثابتة، لأن تأثير التثبيت يعتمد على كمية الكربون الخلالي الموجود في الحرارة.

عنصر	الحد الأدنى (%)	الحد الأقصى (%)
الكربون (ج)	-	0.08
المنغنيز (من)	-	2.00
الفوسفور (ف)	-	0.045
الكبريت (S)	-	0.030
السيليكون (سي)	-	0.75
الكروم (الكروم)	17.00	19.00
النيكل (ني)	9.00	12.00
التيتانيوم (تي)	5 x (C + N)	0.70

الخواص الميكانيكية للأنابيب غير الملحومة الساخنة المشوهة

يتم إنتاج الأنابيب المشوهة الساخنة عن طريق البثق الساخن متبوعًا بالسحب البارد والتليين المتحكم فيه، مما يعطي بنية حبيبية موحدة متساوية وسمك جدار خالي من وصلة اللحام التي تحد من تصنيف الضغط للأنبوب الملحوم. يتم سرد قيم درجة حرارة الغرفة النموذجية للحالة الملدنة أدناه.

ملكية	متري	إمبراطوري
قوة الشد (دقيقة)	515 MPa	74,700 psi
قوة الخضوع 0.2% (دقيقة)	205 MPa	29,700 psi
استطالة (دقيقة)	35%	35%
الصلابة (برينل، الحد الأقصى)	217 HB	217 HB
كثافة	7.92 جم/سم3	0.286 رطل/بوصة³
نطاق الانصهار	1,400-1,425 درجة	2,552-2,597 درجة فهرنهايت

أداء التآكل في الأحماض ووسائط الكلوريد

في الخدمة الحمضية والكلوريدية، يوفر الصف مقاومة جيدة للأكسدة والهجوم الحبيبي والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. تعتبر خدمة حمض النيتريك ذات قوة خاصة لأن الهيكل المستقر لا يتحسس أثناء لحام الرؤوس والبكرات، ويتم التعامل مع واجبات حمض الكبريتيك المخفف بشكل جيد حيث تظل درجات الحرارة والتركيزات ضمن منحنيات التآكل المتساوي المنشورة. عادة ما يتم التحقق من مقاومة التآكل بين الحبيبات من خلال اختبار الفحص E الممارسة لسلسلة ASTM A262 بعد المعالجة الحرارية للحساسية.

إضافة التيتانيوم لا تحول السبيكة إلى مادة مقاومة للكلوريد. لا يزال AISI 321 عبارة عن درجة أوستنيتي ذات مقاومة تأليب مكافئة في نفس النطاق العام مثل 304، لذا لا ينبغي اختياره لمياه البحر الدافئة أو محلول الكلوريد المركز. إن ميزته على 304H في خدمة الحمض والبخار ذات درجة الحرارة العالية تأتي من ثبات حدود الحبوب، وليس من الموليبدينوم، الذي لا يحتوي على الدرجة.

المعايير والأحجام والتطبيقات النموذجية

يتم توفير الأنابيب غير الملحومة المشوهة على الساخن في هذه الدرجة مقابل عدد من المواصفات المكافئة، ويجب أن يوضح أمر الشراء دائمًا معيار الأبعاد وحالة المعالجة الحرارية جنبًا إلى جنب مع معيار المادة.

ASTM A312 TP321 - الأنابيب الأوستنيتي الملحومة وغير الملحومة لدرجات الحرارة العالية وخدمة التآكل العامة

ASTM A269 TP321 - أنابيب ملحومة وغير ملحومة للخدمة العامة

ASTM A213 T321 - غلايات حديدية وأوستنيتية غير ملحومة وأنابيب مسخن فائق ومبادل حراري

EN 10216-5 وDIN 17456 - مواصفات أنابيب الضغط الأوروبية غير الملحومة المقاومة للصدأ

ASME B36.10M وB36.19M - أبعاد الأنابيب الفولاذية الملحومة وغير الملحومة

تشمل الاستخدامات النهائية النموذجية المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب، وأنابيب التسخين الفائقة وإعادة التسخين، ومشعبات العادم ووصلات التمدد، وملفات الفرن المشعة، وخطوط تتبع البخار، وأنابيب عمليات الضغط العالي في مصانع الكيماويات والبتروكيماويات حيث لا يمكن تجنب التدوير الحراري.

الأسئلة المتداولة

س: ما هو الفرق بين أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 321 و 304؟
يحتوي AISI 321 على التيتانيوم، الذي يمنع ترسيب كربيد الكروم أثناء اللحام والتعرض الطويل لدرجة الحرارة العالية، لذا فهو الخيار الأفضل للخدمة ذات درجة الحرارة المرتفعة. 304 الذي يعتمد على التحكم في الكربون وحده ويقتصر عادةً على درجات حرارة الخدمة المنخفضة.

س: هل الأنابيب غير الملحومة المشوهة على الساخن 321 أقوى من الأنابيب المسحوبة على البارد؟
عادةً ما توفر الأنابيب المشوهة على الساخن صلابة محسنة وبنية حبيبية أكثر اتساقًا، ولأنها لا تحتوي على وصلة لحام، فإنها تحمل تصنيف ضغط أعلى من الأنابيب الملحومة بنفس سمك الجدار. يتم استخدام الرسم البارد للحصول على تفاوتات أكثر إحكامًا للأبعاد وتحسين تشطيب السطح.

س: ما هي المعايير التي تغطي الأنابيب غير الملحومة الساخنة المشوهة AISI 321؟
تشمل المعايير الشائعة ASTM A312، ASTM A213، ASTM A269، EN 10216-5 وDIN 17456. عادة ما يتم أخذ تفاوتات الأبعاد من ASME B36.10M أو B36.19M.

س: ما هو نطاق درجة الحرارة الذي يجب تجنبه عند اللحام 321؟
يعتبر اللحام نفسه آمنًا بالنسبة للدرجة، ولكن لا ينبغي الاحتفاظ بالمكون النهائي لفترات طويلة في نطاق 425-850 درجة ما لم يتم التحقق من المعالجة الحرارية المستقرة، لأن التعرض لفترة طويلة في هذا النطاق يمكن أن يستهلك التيتانيوم المتاح.

س: هل يمكن استخدام AISI 321 في تطبيقات مياه البحر؟
إنها ليست سبيكة مياه البحر. مثل 304، فهو لا يحتوي على إضافة الموليبدينوم وهو عرضة للتآكل والشقوق في بيئات الكلوريد الدافئة. الدرجة الحاملة للموليبدينوم هي الاختيار الصحيح حيث توجد الكلوريدات.

س: ما هي المعالجة الحرارية المتوفرة بشكل قياسي؟
يتم توفير الأنابيب في حالة التلدين بالمحلول، والتي يتم الاحتفاظ بها عادة عند حوالي 1040 درجة ويتم إخمادها بالماء أو تبريدها بسرعة، مما يؤدي إلى إذابة الكربيدات واستعادة الخواص الميكانيكية الملدنة.