الفولاذ المقاوم للصدأ 321H (UNS S32109): درجة ثابتة من التيتانيوم عالي الكربون لخدمة درجات الحرارة المرتفعة

ينتمي 321H إلى عائلة الأوستنيتي المستقرة بالتيتانيوم. تشير اللاحقة H إلى نطاق كربون متحكم فيه بنسبة 0.04-0.10%، وهو أعلى من الحد الأقصى بنسبة 0.08% للمعيار 321. يتحد الكربون الإضافي مع التيتانيوم لتكوين المزيد من كربيدات التيتانيوم، وتقيد تلك الكربيدات انزلاق حدود الحبوب عند درجة حرارة مرتفعة، مما يزيد من قوة الزحف وعمر التمزق الإجهادي. 321 ولذلك يتم تحديد H حيث يجب أن تحمل الأجزاء الملحومة أو المشكلة على البارد الحمل عند 800-900 درجة. التسميات: UNS S32109، ASTM A240 النوع 321H، ASTM A213 TP321H، JIS SUS321H، التراث DIN X10CrNiTi18-10. ضمن EN 10088، أقرب درجة قياسية هي 1.4541 (X6CrNiTi18-10)، والتي تغطي التركيبة الأساسية 321.

التركيب الكيميائي حسب ASTM A240

تنطبق الحدود الواردة أدناه على الألواح والصفائح والأشرطة وفقًا لمعيار ASTM A240 Type 321H؛ يحمل الشكل الأنبوبي TP321H لكل ASTM A213 نفس المتطلبات.

الخواص الميكانيكية

في حالة التلدين، يفي 321H بنفس خصائص الحد الأدنى لدرجة حرارة الغرفة مثل 321.

تظهر ميزة 321H في درجة الحرارة: تعمل كربيدات التيتانيوم الدقيقة والأكثر عددًا على رفع قوة الخضوع عند 850 درجة بنسبة 15-20% تقريبًا مقارنة بـ 321، وتحسين عمر التمزق عند 800-900 درجة، وهو الأساس لاستخدامه في مسخن الغلايات وأنابيب إعادة التسخين.

أداء في درجات الحرارة العالية

يتم تطبيق 321H للخدمة المستمرة حتى حوالي 900 درجة في الأجواء المؤكسدة والتآكل الخفيف، حيث يقع بين 321 عند حوالي 870 درجة و309S عند حوالي 980 درجة. تتعامل رموز التصميم مع التصنيف H بشكل مختلف عن الدرجة الأساسية: تسمح قواعد أوعية الضغط بـ 321H عند درجات حرارة أعلى من 321 لأن بيانات الزحف الخاصة به موثقة وتبقى كربيداته مستقرة. عند 850 درجة، يظهر 321H تشوه زحف أقل بكثير من 321 خلال نفس الضغط والوقت، ولهذا السبب يتم تحديد أنابيب التسخين الزائد في هذا النطاق بشكل روتيني على أنها TP321H. يحافظ تثبيت التيتانيوم أيضًا على مقاومة التآكل بين الحبيبات بعد اللحام، نظرًا لأن محتوى التيتانيوم يتحول إلى كربون عند درجة حرارة 5×C كحد أدنى، لذلك لا تتشكل مناطق مستنفدة للكروم عند حدود الحبوب.

التصنيع واللحام

يتم لحام 321H بنفس العمليات مثل 321، لكن المحتوى العالي من الكربون يتطلب الانضباط. استخدم حشوًا ثابتًا مطابقًا، مثل حشو يحمل التيتانيوم لـ 321H، لأن الحشو غير المستقر يعيد تقديم خطر التحسس؛ إبقاء مدخلات الحرارة منخفضة ودرجة الحرارة البينية أقل من حوالي 150 درجة؛ وتنظيف أسطح المفاصل جيدًا لأن التيتانيوم يتأكسد بسهولة ويفقد من حوض اللحام. يتطلب الانحناء قوة أكبر من 321 بسبب قوة الخضوع الأعلى، ويجب أن تكون الأجزاء المشكلة على البارد شديدة التلدين قبل الخدمة في درجات الحرارة العالية. تستمر عملية التصنيع أبطأ بحوالي 10-15% من 321 بسبب الصلابة العالية، ويوصى باستخدام أدوات الكربيد. التلدين بعد التصنيع عند حوالي 950-1120 درجة متبوعًا بالتبريد السريع يعيد الليونة الكاملة وأداء الزحف.

التطبيقات والاختيار

مكونات 321H النموذجية هي مسخن الغلاية وأنابيب إعادة التسخين، وأنابيب البخار، والأجزاء الداخلية للتوربينات، وعناصر الفرن للخدمة الشاقة، ومنفاخ التمدد، وأي جزء ملحوم يحمل الضغط عند درجة 800-900. إرشادات الاختيار: استخدم المعيار 321 أدناه حوالي 870 درجة حيث تكون الضغوط منخفضة والتكلفة مهمة؛ استخدم 321H حيث يجب أن يحمل الجزء الحمل عند 800-900 درجة؛ وفكر في 347H حيث يلزم وجود قوة زحف أعلى واستقرار كربيد النيوبيوم، أو 309S/310S حيث تهيمن مقاومة التحجيم فوق 900-1000 درجة. في أجواء الاحتراق الغنية بالكبريت، تُفضل الدرجات المستقرة بالتيتانيوم بشكل عام على الدرجات المستقرة بالنيوبيوم لأن النيوبيوم يمكن أن يشكل كبريتيدات هشة.

الأسئلة المتداولة

س 1: لماذا يؤدي ارتفاع نسبة الكربون إلى تحسين 321H عند درجة حرارة عالية؟A1: يتفاعل الكربون بنسبة 0.04-0.10% مع التيتانيوم لتكوين كربيدات تيتانيوم أكثر من 321. تثبت هذه الكربيدات الدقيقة حدود الحبوب وتبطئ الانتشار الذري الذي يدفع الزحف، مما يزيد من قوة الخضوع عند 850 درجة بنسبة 15-20% تقريبًا ويطيل عمر التمزق الناتج عن الإجهاد.

س 2: هل يحافظ 321H على مقاومة التآكل 321؟ج2: نعم. تم تحديد التيتانيوم عند درجة حرارة 5×C كحد أدنى، لذلك بالنسبة إلى 0.10% من الكربون، يكون الحد الأدنى من التيتانيوم 0.50%، مما يربط كل الكربون بشكل أساسي ويمنع ظهور المناطق المستنفدة للكروم. مقاومة التآكل بين الحبيبات بعد اللحام 321.

س 3: ما هي درجة حرارة الخدمة القصوى 321 ساعة؟A3: تقتصر الخدمة المستمرة بشكل عام على حوالي 900 درجة في الأجواء المؤكسدة. بين 870 درجة و900 درجة، يفضل 321H على 321 للأجزاء الحاملة؛ فوق 900 درجة، فكر في 309S أو 310S أو 347H اعتمادًا على الضغط والجو.

س 4: كيف يتم لحام 321H؟A4: بواسطة GTAW أو GMAW أو SMAW مع حشوة ثابتة تحمل التيتانيوم، وإدخال حرارة منخفضة، ودرجة حرارة تداخلية أقل من حوالي 150 درجة، ووجوه مشتركة نظيفة. المعالجة الحرارية بعد اللحام غير مطلوبة لمقاومة التآكل.

س5: ما هو المعادل EN لـ 321H؟A5: EN 10088 لا يحدد الدرجة H؛ أقرب درجة EN 10088 هي 1.4541 (X6CrNiTi18-10)، والتي تتوافق مع المعيار 321. يوجد تصنيف H في ASTM A240 وASTM A213 وASME SA-240 وSA-213، وفي JIS كـ SUS321H.

س6: متى يجب أن أختار 321H بدلاً من 347H؟A6: اختر 321H لخدمة حمل 800-900 درجة حيث تكون التكلفة مهمة واللحام بسيطًا؛ 321H عادةً ما يكون أرخص من 347H. اختر 347H حيث تبرر قوة الزحف القصوى واستقرار كربيد النيوبيوم السعر الأعلى، ولاحظ أن 321H يُفضل عادةً في الأجواء الغنية بالكبريت.