แผ่นเหล็ก 321H กับ 321: อะไรคือความแตกต่าง?

321 และแผ่นเหล็กสแตนเลส 321Hทั้งสองเป็นเกรดออสเทนนิติกไทเทเนียมที่ยอดเยี่ยม-แต่ไม่เหมือนกัน ในบทความนี้ คุณจะเห็นว่าองค์ประกอบทางเคมี สมบัติเชิงกล -พฤติกรรมที่อุณหภูมิสูง และ-การใช้งานจริงในโลกแตกต่างกันอย่างไร

321 และ 321H คืออะไร?

ทั้ง 321 และ 321H เป็นสเตนเลสออสเทนนิติกที่ผ่านการทำให้เสถียรด้วยไทเทเนียม การรักษาเสถียรภาพหมายความว่าจะมีการเติมไทเทเนียม (โดยปกติจะมีปริมาณคาร์บอน 5 เท่า หรือขั้นต่ำ 0.10%) ลงในโลหะผสม

ไทเทเนียมมีแรงดึงดูดคาร์บอนมากกว่าโครเมียมมาก เมื่อเหล็กได้รับความร้อน (ระหว่างการเชื่อมหรือการใช้งานที่อุณหภูมิสูง-) ไทเทเนียมจะจับคาร์บอนก่อน ทำให้เกิดไทเทเนียมคาร์ไบด์ที่ไม่เป็นอันตราย ซึ่งจะช่วยป้องกันการก่อตัวของโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งเป็นสาเหตุของการกัดกร่อนตามขอบเกรน (มักเรียกว่า "การผุของรอยเชื่อม")

ดังนั้นทั้งสองเกรดจึงสามารถต้านทานการแพ้ได้ แต่ 321H ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง-ซึ่งคุณสมบัติความแข็งแรงของการคืบและการแตกหักของความเค้นเป็นสิ่งสำคัญ

องค์ประกอบทางเคมี: ความแตกต่างของคาร์บอน

ตารางด้านล่างแสดงความแตกต่างทางเคมีที่สำคัญตามมาตรฐาน ASTM A240

ที่มา: ASTM A240 / A240M

ตัวเลขบอกอะไรคุณ:

321 อนุญาตให้มีคาร์บอนได้มากถึง 0.08% แต่ไม่มีขีดจำกัดล่าง. 321H ต้องมีคาร์บอนอย่างน้อย 0.04% และยอมได้มากถึง 0.10% คาร์บอนที่เพิ่มเข้ามานั้นเมื่อรวมกับไทเทเนียมจะทำให้เกิดไทเทเนียมคาร์ไบด์มากขึ้นในระหว่างการซ่อมบำรุงที่อุณหภูมิสูง- คาร์ไบด์เหล่านี้จะ "ปักหมุด" ขอบเขตของเกรนและป้องกันไม่ให้เลื่อนภายใต้ความเค้น ซึ่งเป็นกลไกที่เรียกว่าการเสริมการตกตะกอน นี่คือสาเหตุที่ 321H มีความแข็งแรงในการคืบสูงกว่า 321

คุณสมบัติทางกล: อุณหภูมิห้องกับอุณหภูมิสูง

ที่อุณหภูมิห้อง 321 และ 321H มีคุณสมบัติทางกลเกือบเหมือนกัน ความแตกต่างจะรุนแรงขึ้นอย่างมากเมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 1,000 องศาฟาเรนไฮต์ (537 องศา)

คุณสมบัติอุณหภูมิห้อง (สภาพอบอ่อน)

แหล่งที่มา: ASTM A240, ASME SA-240

คุณสมบัติอุณหภูมิสูง-

เกรด "H" ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการให้บริการที่อุณหภูมิสูง ด้านล่างนี้เป็นการเปรียบเทียบความเค้นที่อนุญาตที่อุณหภูมิสูงตาม ASME หมวด II, ส่วน D

แหล่งข้อมูล: รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน ASME ส่วนที่ 2 ส่วน D

ความหมาย: ที่อุณหภูมิ 1,500 องศา F (816 องศา ) 321H สามารถรองรับความเครียดได้มากกว่า 321 ถึง 87% ได้อย่างปลอดภัย นั่นคือความแตกต่างอย่างมากสำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานอย่างต่อเนื่องภายใต้ภาระงาน เช่น ท่อซุปเปอร์ฮีตเตอร์หรือภาชนะรับแรงดันในโรงงานปิโตรเคมี

การเปรียบเทียบความแรงของการคืบคลาน

การคืบคือการเสียรูปถาวรอย่างช้าๆ ที่เกิดขึ้นเมื่อโลหะถูกยึดภายใต้ความเครียดที่อุณหภูมิสูง สำหรับการบริการระยะยาว- ความต้านทานการคืบมักจะมีความสำคัญมากกว่าความต้านทานแรงดึงในระยะสั้น-

ที่อุณหภูมิ 1200 องศา F (649 องศา) ภายใต้ความเค้น 10,000 psi:

321 จะแตกออกหลังจากผ่านไปประมาณ 5,000 ชั่วโมง

321H จะแตกออกหลังจากผ่านไปประมาณ 10,000 ชั่วโมง – สองเท่าของอายุการใช้งาน

ที่ 1,400 องศา F (760 องศา) ต่ำกว่า 5,000 psi:

321 แตกในเวลาประมาณ 1,000 ชั่วโมง

321H ใช้งานได้นานกว่า 3,000 ชั่วโมง

นี่คือเหตุผลที่รหัสภาชนะรับความดัน (ASME มาตรา VIII) กำหนดให้ใช้ 321H สำหรับบริการที่อุณหภูมิสูง-ในระยะยาว- เมื่อการคืบเป็นข้อพิจารณาในการออกแบบ

คุณสมบัติทางกายภาพ

ทั้งสองเกรดมีคุณสมบัติทางกายภาพที่เกือบจะเหมือนกันเพราะองค์ประกอบพื้นฐานของพวกมันคล้ายกันมาก

ทั้งสองเกรดยังคงไม่ใช่-แม่เหล็กหลังจากการหลอม การทำงานด้วยความเย็น (การโค้งงอ การกลิ้ง) อาจกระตุ้นให้เกิดสนามแม่เหล็กเล็กน้อย แต่จะไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูง-

ความต้านทานการกัดกร่อน

เนื่องจากไทเทเนียมทั้งสองเกรด-มีความเสถียร จึงมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนเท่ากัน จะไม่เกิด "รอยผุกร่อน" หลังจากการเชื่อมหรือสัมผัสกับอุณหภูมิระหว่าง 800–1600 องศา F (425–870 องศา)

ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอื่นๆ:

• การกัดกร่อนทั่วไป:ทั้งต้านทานการเกิดออกซิเดชันและปรับขนาดได้สูงถึงประมาณ 1,500 องศา F (816 องศา ) ในการให้บริการอย่างต่อเนื่อง และ 1,600 องศา F (871 องศา ) เป็นระยะ ๆ

• ความต้านทานต่อกรด:ทั้งสองมีความต้านทานต่อกรดเจือจางคล้ายคลึงกัน แต่ไม่เหมาะกับกรดรีดิวซ์ที่รุนแรง (เช่น ไฮโดรคลอริกหรือซัลฟิวริกร้อน)

• การกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ (SCC):เช่นเดียวกับสเตนเลสออสเทนนิติกทั้งหมด ทั้ง 321 และ 321H สามารถแตกร้าวในสารละลายคลอไรด์ร้อนที่สูงกว่า 140 องศา F (60 องศา) สำหรับการให้บริการน้ำทะเลหรือน้ำเกลือที่อุณหภูมิสูง ให้พิจารณาเกรดดูเพล็กซ์หรือซูเปอร์-ออสเทนนิติก

หมายเหตุสำคัญ: ความต้านทานการกัดกร่อนของทั้งสองเกรดจะดีที่สุดในสภาวะการอบอ่อนของสารละลาย (ได้รับความร้อนถึง 1850–2050 องศา F / 1010–1120 องศา และเย็นลงอย่างรวดเร็ว) เนื่องจากไทเทเนียมมีความคงตัว จึงไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนหลังการเชื่อม- ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือเกรดที่ไม่เสถียร เช่น 304 หรือ 304H

ความสามารถในการเชื่อมและการแปรรูป

เชื่อมทั้ง 321 และ 321H ได้อย่างสวยงาม สามารถเชื่อมได้โดยใช้ TIG, MIG, แท่งหรือการเชื่อมอาร์กแบบจุ่ม ใช้โลหะตัวเติมที่เข้ากัน: ER321 สำหรับ TIG/MIG และ E347 (หรือ E321) สำหรับการเชื่อมแบบแท่ง ไทเทเนียมทำให้สระเชื่อมมีความเสถียร ป้องกันการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-

ไม่จำเป็นต้องอุ่นก่อนสำหรับเกรดใดเกรดหนึ่ง แม้แต่ในส่วนที่หนาก็ตาม นอกจากนี้-ไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนหลังการเชื่อม คุณสามารถเชื่อมและนำอุปกรณ์เข้าบริการที่อุณหภูมิสูง-ได้โดยตรงโดยไม่ต้องกังวลเรื่องอาการแพ้

การขึ้นรูปและการตัดเฉือน: ทั้งคู่ทำงาน-แข็งตัวเร็ว ใช้เครื่องมือที่มีความคม ความเร็วตัดต่ำ และใช้น้ำหล่อเย็นปริมาณมากในการตัดเฉือน สำหรับการขึ้นรูปเย็น (การดัด การม้วน) ปล่อยให้มีการดีดตัวกลับ – 321H ซึ่งมีคาร์บอนสูงกว่าเล็กน้อย อาจจะขึ้นรูปยากขึ้นเล็กน้อย

มาตรฐานและข้อมูลจำเพาะ

ขอใบรับรองการทดสอบโรงงาน (MTC) เพื่อยืนยันเกรดที่ถูกต้องเสมอ

แอพพลิเคชัน: เมื่อใดควรใช้อันไหน?

เลือก 321 (มาตรฐาน) เมื่อ:

อุณหภูมิปานกลาง - ต่ำกว่าประมาณ 1,000 องศา F (537 องศา) สำหรับการให้บริการอย่างต่อเนื่อง

คุณไม่จำเป็นต้องมีกำลังการคืบสูงสุด เช่น ในปล่องไอเสีย ชิ้นส่วนเตาหลอมที่รับน้ำหนักไม่มาก หรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำงานภายใต้แรงดันต่ำ

อุปกรณ์จะเห็นการทำความร้อนและความเย็นแบบวนรอบ โดย 321 ทนทานต่อความล้าจากความร้อนได้ดีกว่า 321H เล็กน้อย เนื่องจากมีคาร์ไบด์น้อยกว่า

ต้นทุนเป็นปัจจัยหนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว 321 จะมีราคาถูกกว่าและมีจำหน่ายทั่วไปมากกว่า 321H

เลือก 321H เมื่อ:

อุณหภูมิเกิน 1,000 องศา F (537 องศา) โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่สูงกว่า 1,200 องศา F ซึ่งการคืบกลายเป็นเรื่องที่น่ากังวล

อุปกรณ์อยู่ภายใต้ความเครียดอย่างต่อเนื่อง เช่น ถังแรงดัน ท่อฮีตเตอร์หม้อไอน้ำ ท่อโรงกลั่น และเครื่องปฏิกรณ์เคมี

จำเป็นต้องมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน – 321H สามารถเพิ่มอายุการใช้งานของส่วนประกอบได้สองเท่าหรือสามเท่า เมื่อเทียบกับ 321 ที่อุณหภูมิสูง

รหัส ASME ต้องใช้เกรด "H" โดยรหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดันหลายรหัสกำหนดให้ใช้เกรด H สำหรับบริการที่มีอุณหภูมิสูง-

คุณกำลังเชื่อมส่วนที่หนา – คาร์บอนที่สูงขึ้นเล็กน้อยใน 321H ให้ความแรงที่อุณหภูมิสูงได้ดีกว่าในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-

บทสรุป

ความแตกต่างระหว่างแผ่นเหล็กสเตนเลส 321 และ 321H ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน

321 เป็นสเตนเลสสตีลที่มีความเสถียรด้วยไทเทเนียมอเนกประสงค์ที่ยอดเยี่ยม สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 1,000 องศา F (537 องศา ) ต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรน เชื่อมได้ง่าย และไม่ต้องผ่านการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อม

321H เป็นรุ่นคาร์บอนสูงที่ออกแบบมาเพื่อบริการรับน้ำหนักในระยะยาวที่อุณหภูมิสูงกว่า 1000 องศา F (537 องศา) ที่อุณหภูมิ 1500 องศา F ให้ความเค้นที่ยอมรับได้เกือบสองเท่าของมาตรฐาน 321 ทำให้เป็นตัวเลือกเดียวที่ปลอดภัยสำหรับอุปกรณ์แรงดันสูงและอุณหภูมิสูง

คุณควรซื้ออันไหน?

หากอุณหภูมิในการทำงานของคุณต่ำกว่า 1,000 องศา F และการคืบไม่เป็นปัญหาในการออกแบบ มาตรฐาน 321 ก็เพียงพอแล้ว หากอุปกรณ์ของคุณทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศา F ภายใต้ความกดดันหรือความเครียดอย่างมาก 321H เป็นตัวเลือกที่ดีกว่า