321SS rostfritt stål (UNS S32100): Ti-stabiliserad austenitisk legering för förhöjd-temperaturservice

Betygsöversikt och internationella motsvarigheter

321SS är ett titan-stabiliserat austenitiskt rostfritt stål byggt på den klassiska basen av 18 % krom och 8 % nickel. Den har utvecklats för att förhindra intergranulär korrosion i svetsade sammansättningar som standard ostabiliserade 18-8-grader kan uppleva när de utsätts för temperaturer i karbidutfällningsintervallet på ungefär 427-816 grader. Titantillsatsen, normalt minst fem gånger kol plus kvävehalten, bildar stabila titankarbider och lämnar krom tillgängligt för korrosionsskydd. Som ett resultat kan 321 användas i svetsat tillstånd för många kemiska och petrokemiska tjänster där 304 skulle kräva en eftersvetslösningsglödgning. Kvaliteten finns som plåt, plåt, remsa, rör, rör, stång, tråd och smide under beteckningarna nedan.

Beteckningssystem	Betygets namn	Referensstandard
UNS	S32100	ASTM A240, A312, A213, A269
SV	1,4541 (X6CrNiTi18-10)	EN 10088
JIS	SUS321	JIS G4303, G4304
DIN historisk	X6CrNiTi18-10	DIN 17440

Kemisk sammansättning enligt ASTM A240

Följande gränser för UNS S32100 är hämtade från ASTM A240 för plåt, plåt och remsa. Titanminimum uttrycks som en funktion av kol- och kvävehalten, vilket är det avgörande för en stabiliserad kvalitet.

Element	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	N	Ti
Gräns, %	0,08 max	2.00 max	0,045 max	0,030 max	0,75 max	17.0-19.0	9.0-12.0	0,10 max	5 x (C+N) min, 0,10 min, 0,70 max

Jämfört med vanlig 304 är krom- och nickelintervallen liknande men titan tillsätts medvetet. Stabiliseringsförhållandet på minst 5 x (C+N) garanterar att tillräckligt mycket titan finns för att kombineras med allt tillgängligt kol och kväve.

Mekaniska egenskaper vid rumstemperatur

Typiska egenskaper för lägsta rumstemperatur- för glödgade plåtar specificeras i ASTM A240 enligt följande.

Egendom	Värde
Draghållfasthet, MPa	515 min
0,2 % sträckgräns, MPa	205 min
Förlängning i 50 mm, %	40 min
Brinell hårdhet, HBW	217 max

Varför titanstabilisering är viktigt

Sensibilisering och svetsnedbrytning

När ostabiliserat austenitiskt rostfritt stål värms upp mellan cirka 427 grader och 816 grader diffunderar kol till korngränserna och reagerar med krom för att bilda kromkarbider. Den krom-utarmade zonen intill gränserna förlorar sin passiva film och blir mottaglig för intergranulära angrepp i frätande media, ett fenomen som kallas svetsavfall i den värme-påverkade zonen av svetsfogar. I 321SS reagerar titan företrädesvis med kol för att bilda stabila titankarbider, så kromutarmning sker inte och materialet kan användas som -svetsat i många korrosiva tjänster.

Förhöjd-temperaturkapacitet

321 erbjuder bra oxidationsbeständighet och kryphållfasthet för kontinuerlig drift upp till cirka 900 grader, med intermittent service till ungefär 870 grader. Den stabiliserade strukturen bibehåller också användbar styrka i 427-816 graders intervallet där sensibiliserade 304 skulle vara i riskzonen. Denna kombination av stabilisering och hög temperaturstyrka förklarar dess långa historia inom flygplans avgassystem, kemiska reformer och kraftverkskomponenter.

Svetsning, tillverkning och värmebehandling

321SS är svetsbar med alla konventionella processer, inklusive TIG, MIG, MMA och SAW. Den stabiliserade sammansättningen tillåter vanligtvis som-svetsad service utan efter-svetsvärmebehandling, även om tunga sektioner eller mycket aggressiva media fortfarande kan motivera en fullständig lösningsglödgning. Rekommenderad fyllnadsmetall är vanligtvis en niob-stabiliserad typ som ER347 eller ett matchande stabiliserat fyllmedel, beroende på gällande kod. För formning härdar legeringsarbetet-med måttlig hastighet och kan kallvalsas, djupdragas och spinnas med standard austenitisk praxis. Standardlösningens glödgning utförs nära 925-1100 grader följt av snabb kylning i luft eller vatten, vilket återställer full korrosionsbeständighet efter varmbearbetning.

Typiska applikationer

Svetsad kemisk processutrustning som arbetar i karbidutfällningstemperaturområdet

Värmeväxlare, reformerrör och ugnsdelar i petrokemiska anläggningar

Flygplans avgasgrenrör och motorkomponenter

Utrustning för livsmedelsbearbetning och mejeri som kräver svetsintegritet

Kraftgenererande komponenter som utsätts för förhöjda temperaturer

Vanliga frågor

1. Varför tillsätts titan till 321 rostfritt stål?

Titan är en stark karbidbildare. Den kombineras med kol för att bilda titankarbider under svetsning eller exponering för hög- temperatur, vilket förhindrar utfällning av kromkarbid vid korngränserna. Detta bevarar korrosionsbeständigheten i den värme-påverkade zonen och förhindrar intergranulär attack, även kallad svetsnedbrytning.

2. Vad är skillnaden mellan 321 och 316Ti?

Båda är titan-stabiliserade austenitiska kvaliteter. Nyckelskillnaden är molybden: 316Ti innehåller 2-3% Mo, vilket avsevärt förbättrar motståndskraften mot grop- och spaltkorrosion i kloridmiljöer. 321 är baserad på 18-8-sammansättningen utan molybden, så 316Ti är att föredra där lokal kloridkorrosion är en risk, medan 32-1 hållfasthet ofta väljs för hög hållfasthet och ekonomi i mindre korrosion.

3. Kan 321 användas vid kryogena temperaturer?

Som en helt austenitisk kvalitet behåller 321 god slagseghet vid temperaturer under-noll och har använts i kryogen utrustning. Men designers föredrar vanligtvis ostabiliserad L-kvalitet eller kväve-förstärkt austenitik som 304L eller 316L för tillämpningar med mycket låga temperaturer eftersom de täcks brett i kryogena designkoder. 321 är mest värderad i det förhöjda-temperaturområdet över ungefär 400 grader.

4. Vad är svetsnedbrytning och hur förhindrar stabilisering det?

Svetsnedbrytning är lokal intergranulär korrosion i den värmepåverkade zonen i en svetsfog, orsakad av kromkarbidutfällning och kromutarmning vid korngränserna när stålet hålls i intervallet 427-816 grader under svetsning. I 321 rensar titan kolet, så kromkarbider kan inte bildas och den värmepåverkade zonen behåller sin korrosionsbeständighet.

5. Vilken värmebehandling tillämpas på 321SS?

Standardbehandlingen är lösningsglödgning nära 925-1100 grader följt av snabb kylning i luft eller vatten, vilket löser upp eventuella fällningar och återställer full korrosionsbeständighet. För stabiliserade kvaliteter anges ibland en stabiliserande glödgning nära 870-900 grader efter svetsning när komponenten är avsedd för service över 427 grader.