Stal nierdzewna 321 - znana w specyfikacjach rurociągów jakoTP321(UNS S32100) - to gatunek austenityczny-stabilizowany tytanem, zaprojektowany przede wszystkim do jednego zadania: zachowania odporności na korozję-i stabilności wymiarowej tam, gdzie gatunek 304 uwrażliwiłby się i osłabiłby. Wiążąc węgiel z tytanem, 321 utrzymuje granice ziaren w czystości poprzez spawanie i ciągłe ogrzewanie, co czyni go podstawą w kolektorach wydechowych, grzejnikach opalanych, wymiennikach ciepła i liniach przesyłowych rafinerii. W tym artykule opisano, czym jest TP321, jego skład chemiczny i standardy, dlaczego pokonuje 304 i 316 pod względem ciepła, rzeczywiste limity temperatur i gdzie je określić.
Co jestStal nierdzewna TP321?
TP321 to austenityczna stal nierdzewna 18-8 (około 18% chromu, 10% niklu) z niewielkim, ale zdecydowanym dodatkiemtytan. Jest to oznaczenie gatunku rury używane wASTM A312 (rura)IASTM A213 (rura); ten sam skład chemiczny w płycie lub sztabce to po prostu „321” (UNS S32100). Wariant o wyższej-węglowości,321H (UNS S32109) został opracowany z myślą o wytrzymałości na pełzanie-w podwyższonej temperaturze.
Powód dodawania tytanu jest prosty: w zwykłym gatunku 304 ogrzewanie w zakresie 425–815 stopni (800–1500 stopni F) umożliwia migrację węgla do granic ziaren i wytrącanie się w postaci węglików chromu -, zjawisko to nazywa sięuczulenie. Strefy zubożonej w chrom-łatwo ulegają wówczas korozji (korozja międzykrystaliczna, IGC). Tytan ma silniejsze powinowactwo do węgla niż chrom, więc „blokuje” węgiel i zapobiega szkodliwym wytrącaniom.
Chemia i sztuczka z tytanem
| Element | TP321 (S32100),% | TP321H (S32109),% |
|---|---|---|
| Węgiel (C) | Mniejsza lub równa 0,08 | 0.04 – 0.10 |
| Chrom (Cr) | 17.0 – 19.0 | 17.0 – 19.0 |
| Nikiel (Ni) | 9.0 – 12.0 | 9.0 – 12.0 |
| Tytan (Ti) | Większe lub równe 5 × C (maks. 0,70) | Większe lub równe 4 × C (maks. 0,70) |
| Mangan (Mn) | Mniejsza lub równa 2,00 | Mniejsza lub równa 2,00 |
| Krzem (Si) | Mniejsza lub równa 0,75 | Mniejsza lub równa 0,75 |
| Fosfor / Siarka | Mniejsza lub równa 0,045 / Mniejsza lub równa 0,030 | Mniejsza lub równa 0,045 / Mniejsza lub równa 0,030 |
Specyfikacje ASTM/ASME
ASTM A312 / ASME SA312 - Bezszwowa i spawana rura ze stali austenitycznej TP321.
ASTM A213 / ASME SA213- Rury bez szwu TP321 do kotłów, przegrzewaczy i wymienników ciepła.
ASTM A376 / ASME SA376- rura bez szwu do-temperatury-centralnej stacji.
ASTM A358 /A269- rury spawane i rury do ogólnych-usług, gdzie określono 321.
Typowe właściwości mechaniczne (wyżarzane TP321): wytrzymałość na rozciąganie Większa lub równa515 MPa (75 ksi), granica plastyczności Większa lub równa205 MPa (30 ksi), wydłużenie Większe lub równe35%. 321H charakteryzuje się nieco wyższą wytrzymałością minimalną, aby wytrzymać konstrukcje-z ograniczonym pełzaniem.
Kluczowe zalety w-obsłudze wysokotemperaturowej
Odporność na korozję międzykrystaliczną-po spawaniu.Stabilizacja tytanem oznacza, że 321 nie uczula w-strefie wpływu ciepła, więc obróbka cieplna po-spawaniu w celu uzyskania odporności IGC jest generalnie niepotrzebna.
Zachowana wytrzymałość i stabilność w wysokiej temperaturze.Inaczej304, 321 nie traci marginesu korozji w wyniku wytrącania się węglików podczas pracy w oknie uczulającym.
Dobra odporność na utlenianie.18% zawartość chromu tworzy stabilną skalę do około 815–870 stopni (1500–1600 stopni F) w pracy ciągłej.
Sprawdzone w cyklicznych upałach.Wytrzymuje wielokrotne ogrzewanie/chłodzenie lepiej niż gatunki niestabilizowane, co jest ważne w przypadku linii wydechowych i{0}}termicznych.
Spawalność.321 można łatwo spawać zwykłymi procesami; stabilizator w większości przypadków utrzymuje dźwięk złącza bez PWHT.
321vs304 / 316 / 347
| Stopień | Stabilizator | Najlepiej w | Uważaj |
|---|---|---|---|
| 304 / 304L | brak (304L=niskie C) | Ogólna korozja, niższy koszt | Uczula w zakresie 425–815 stopni; słaby w upale |
| 316 / 316L | brak (316L=niskie C) | Mokry chlorek / woda morska (Mo) | Nie jestem specjalistą od-pracy tymczasowej; Mo dodaje niewiele podczas ogrzewania |
| 321 / 321H | Tytan | Wysoka temperatura, spawanie, cykliczne ciepło | Słabszy w wodnym chlorku niż 316L |
| 347 / 347H | Niob (Nb) | Nieco wyższa wytrzymałość na pełzanie niż 321 | Droższe; rzadziej ze względu na prostotę spawania |
Limity temperatur
Usługa ciągła:do około815–870 stopni (1500–1600 stopni F)(utlenianie-ograniczone).
Usługa przerywana:do około870 stopni (1600 stopni F).
Krótko-terminowy/szczytowy:Maksymalnie ~925 stopni (1700 stopni F).
W przypadku ciśnienia-dopuszczalnego naprężenia projektowego ASME należy zapoznać się z obowiązującymi normami konstrukcyjnymi (np. ASME B31.3, sekcja VIII). - dopuszczalne wartości zwężają się powyżej ~650 stopni.
Typowe zastosowania
Motoryzacja i ciężki-sprzętkolektory i układy wydechowe
Zapalone grzejnikii wężownice procesowe w rafineriach i zakładach petrochemicznych
Wymienniki ciepłai rury kotłowe (A213 TP321), w których zachodzą cykle termiczne
Samolot i turbina-gazowaprzewody wydechowe
Moc cieplna-przewody przegrzewacza i przegrzewacza wtórnego
Szczeliny dylatacyjne i linie przesyłu-wysokotemperaturowych
Uwagi dotyczące spawania i produkcji
321 można spawać metodami SMAW, GTAW, GMAW i SAW. Typowymi wypełniaczami są 321 lub 347/347H.
Ponieważ tytan może utleniać się na linii spawania, należy używać odpowiedniego tytanugaz płuczący/osłonowyna przejściu korzeniowym, aby uzyskać czystą powierzchnię wewnętrzną-wolną od łusek.
W przypadku większości gotowych zespołów-obróbka cieplna po spawaniu w celu uzyskania odporności na IGC nie jest wymagana - stabilizator już chroni strefę HAZ.
Obróbka jest podobna do innych materiałów austenitycznych: używaj sztywnych ustawień i unikaj utwardzania przez zgniot.
Wniosek
TP321 sprawdza się wszędzie tam, gdzie rury ze stali nierdzewnej narażone są na długotrwałe lub cykliczne ciepło i nie mogą pozwolić sobie na uczulenie po spawaniu. Jego stabilizacja tytanem zapewnia odporność na korozję międzykrystaliczną-bez obróbki cieplnej-po spawaniu, a jego właściwości utleniające pozwalają na użytkowanie w temperaturze około 870 stopni. Specyfikatorzy powinni pamiętać o swojej branży: 321 to specjalista w wysokich-temperaturach i spawalności, a nie zamiennik-wody morskiej- mokrego chlorku, 316L, 317L lub duplex pozostają właściwym wyborem.
Często zadawane pytania
P: Czy TP321 to to samo co stal nierdzewna 321?
O: Zasadniczo tak. „321” to gatunek podstawowy (UNS S32100); „TP321” to oznaczenie rury w normie ASTM A312/A.213. 321H to wersja z wyższą-węglową, zapewniającą wytrzymałość w podwyższonej-temperaturze.
P: Kiedy powinienem wybrać 321 zamiast 304L?
Odp.: Gdy rura pracuje lub jest spawana w zakresie temperatur 425–815 stopni lub ulega cyklicznym zmianom termicznym,. 304niska zawartość węgla w L pomaga, ale tylko stabilizacja tytanowa 321 w pełni zapobiega uczuleniu w tym oknie.
P: Czy 321 może zastąpić 316 w-wysokotemperaturowych układach wydechowych?
Odpowiedź: Często tak w przypadku suchych, gorących spalin, ponieważ molibden zawarty w 316 dodaje niewiele w wysokiej temperaturze, a stabilizacja w 321 jest bardziej istotna. W środowiskach mokrych/chlorkowych, 316L jest nadal lepszy.
P: Jaka jest maksymalna temperatura pracy dla TP321?
Odp.: Ciągłe utlenianie-w ograniczonym zakresie do około 815–870 stopni; krótkoterminowe-szczyty w pobliżu 925 stopni. W przypadku projektowania ciśnieniowego należy sprawdzić dopuszczalne naprężenia obowiązujące w normie ASME.
