SUS321 در مقابل 304: چگونه آلیاژ تیتانیوم مقاومت در برابر دمای بالا را بهبود می‌بخشد-

SUS321 و SUS304 در خانواده آستنیتی

SUS321 و SUS304 هر دو فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند که توسط JIS G4303 و G4304 تعریف شده‌اند و در نگاه اول مشابه به نظر می‌رسند. تفاوت تعیین کننده در تیتانیوم است: SUS321 حاوی تیتانیوم اضافه شده حداقل پنج برابر کربن است، معمولاً 0.4 تا 0.8 درصد، در حالی که SUS304 حاوی تیتانیوم نیست. از آنجایی که تیتانیوم نسبت به کروم میل ترکیبی قوی تری برای کربن دارد، کاربیدهای تیتانیوم پایدار را تشکیل می دهد و کروم را در محلول جامد باقی می گذارد و از مرزهای دانه محافظت می کند. در سطح بین‌المللی، SUS321 با UNS S32100، EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10) و GB 06Cr18Ni11Ti مطابقت دارد، در حالی که SUS304 مربوط به UNS S30400، EN 1.4301 (X5CrNiTi18) و EN 1.4301 (X5CrNiTi10rNi18) است.

ترکیب: نقش تیتانیوم

جدول محدودیت های ترکیب را در JIS G4303 مقایسه می کند. هر دو گرید سقف کربن یکسانی دارند، اما فقط SUS321 تیتانیوم را مشخص می کند که کربن را قفل می کند و از تخلیه کروم در دمای بالا جلوگیری می کند.

عنصر	SUS321	SUS304
کربن، حداکثر	0.08	0.08
سیلیکون، حداکثر	1.00	1.00
منگنز، حداکثر	2.00	2.00
فسفر، حداکثر	0.045	0.045
گوگرد، حداکثر	0.030	0.030
نیکل	9.00-13.00	8.00-10.50
کروم	17.00-19.00	18.00-20.00
تیتانیوم	5 x C، حداقل	-

عملکرد دمای بالا-

EN 10095، استاندارد اروپایی برای فولادهای مقاوم در برابر حرارت، حداکثر دمای هوا را 850 درجه سانتی‌گراد برای 1.4541 در مقایسه با 800 درجه سانتی‌گراد برای 1.4301 فهرست می‌کند، که نشان‌دهنده مقاومت بهتر درجه تثبیت‌شده در برابر اکسیداسیون و پوسته پوسته شدن است. ساختار تثبیت شده{7}}تیتانیوم همچنین درشت شدن کاربید و شکنندگی فاز سیگما را به تأخیر می اندازد، بنابراین SUS321 استحکام بیشتری را تحت بارگذاری پایدار نگه می دارد. داده‌های خزش منتشر شده{11}}که معمولاً برای این درجه‌ها ذکر می‌شود نشان می‌دهد که SUS321 تقریباً 60 مگاپاسکال را در دمای 700 درجه سانتی‌گراد به مدت 1000 ساعت در مقابل حدود 40 مگاپاسکال برای SUS304 در شرایط مشابه حفظ می‌کند. اینها مقادیر معمولی برگه داده برای مقایسه هستند و باید قبل از طراحی در برابر داده‌های تولیدکننده فعلی یا کد مجاز، مانند بخش ASME II، تأیید شوند.

خوردگی بین دانه ای و جوش پذیری

هنگامی که هر یک از گریدها در محدوده حساسیت حدود 450 تا 850 درجه سانتیگراد نگهداری می شوند، کربن می تواند به صورت کاربید کروم در مرزهای دانه رسوب کند، کروم مجاور را تخلیه کرده و مواد را مستعد خوردگی بین دانه ای می کند. در SUS321 ابتدا کاربیدهای تیتانیوم تشکیل می‌شوند، بنابراین کروم در محلول باقی می‌ماند و ماده به طور مؤثری در برابر این حمله مصون است، حتی در منطقه تحت تأثیر گرمای جوش و در مدت زمان طولانی خدمات با دمای بالا. در نتیجه، SUS321 نیازی به بازپخت کردن محلول جوشی ندارد، که ساخت سازه‌های جوشی بزرگ مانند لوله‌های کوره و ورق‌های لوله مبدل حرارتی{10}را ساده می‌کند. در مقابل، SUS304 ممکن است به بازپخت محلول در حدود 1050 درجه سانتیگراد با خاموش کردن آب پس از جوشکاری یا جایگزینی SUS304L کم کربن با کربن حداکثر 0.030 درصد نیاز داشته باشد.

سناریوهای کاربردی و راهنمای انتخاب

SUS321 انتخاب طبیعی است که در آن دمای عملیاتی از حدود 500 درجه سانتیگراد فراتر می رود، در جایی که تنش دمایی بالا وجود دارد، یا در جایی که سازه های پیچیده جوش داده شده را نمی توان به راحتی با محلول بازپخت کرد. کاربردهای معمولی شامل اجزای واحد ترک کاتالیزوری در محدوده 600 تا 800 درجه سانتیگراد، بازپخت-لوله های صدا خفه کن کوره در اتمسفرهای اکسید کننده، ورق های لوله مبدل با حرارت بالا-و لوله کشی بخار در نیروگاه ها می باشد. SUS304 همچنان یک ماده مقرون‌به‌صرفه برای لوله‌های اسیدی و قلیایی عمومی زیر 450 درجه سانتی‌گراد، خطوط میعانات دمایی اتاق، ذخیره‌سازی LNG در دمای برودتی، و پشتیبانی از تجهیزات غیر بحرانی باقی می‌ماند. برای محیط‌های غنی از کلرید مانند آب دریا، هیچ کدام از این دو درجه مناسب نیستند. به جای آن باید نمرات آلیاژی{18}}دارای SUS316 یا بالاتر{20}}مولیبدن انتخاب شود.

سوالات متداول

Q1. تیتانیوم در SUS321 چه می کند؟
تیتانیوم ترجیحاً کاربیدهای پایداری را تشکیل می‌دهد و از بارش کروم{0}}کاربید در مرز دانه‌ها جلوگیری می‌کند و خوردگی بین دانه‌ای و کاهش کروم را در دمای بالا حذف می‌کند.

Q2. آیا می توان از SUS321 در دمای بالای 850 درجه سانتیگراد استفاده کرد؟
EN 10095 850 درجه سانتیگراد را به عنوان حداکثر دمای سرویس در هوا برای 1.4541 فهرست می کند. بالاتر از این، اکسیداسیون و از دست دادن استحکام مکانیکی به سرعت تسریع می شود.

Q3. آیا SUS321 به عملیات حرارتی پس از جوش-نیاز دارد؟
خیر. تثبیت کننده تیتانیوم، ناحیه آسیب دیده را در برابر حساسیت ایمن نگه می دارد، بنابراین نیازی به بازپخت محلول پس از جوشکاری نیست.

Q4. آیا SUS321 گرانتر از SUS304 است؟
بله، به دلیل افزودن تیتانیوم و کنترل پردازش سخت تر. در مواردی که دمای بالا یا خدمات جوش داده شده نیاز به تثبیت دارد، حق بیمه قابل توجیه است.

Q5. کدام یک برای آب دریا بهتر است، SUS321 یا SUS304؟
هیچ کدام. هر دو فاقد مولیبدن هستند. از SUS316 یا درجه دوبلکس برای کلرید یا محیط های دریایی استفاده کنید.

Q6. معادل SUS321 چیست؟
UNS S32100، EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10)، GB 06Cr18Ni11Ti، و در نام‌گذاری‌های قدیمی‌تر بریتانیایی 321S31 یا مشابه بر اساس استانداردهای مربوطه.