Acer inoxidable 321SS (UNS S32100): Ti-aliatge austenític estabilitzat per al servei de-temperatura elevada

Descripció general de les qualificacions i equivalents internacionals

321SS és un acer inoxidable austenític-estabilitzat amb titani construït sobre la base clàssica d'un 18% de crom i un 8% de níquel. S'ha desenvolupat per prevenir la corrosió intergranular en conjunts soldats que poden experimentar els graus 18-8 no estabilitzats estàndard quan s'exposen a temperatures en el rang de precipitació de carbur d'aproximadament 427-816 graus . L'addició de titani, normalment almenys cinc vegades el contingut de carboni més nitrogen, forma carburs de titani estables i deixa crom disponible per a la protecció contra la corrosió. Com a resultat, el 321 es pot utilitzar en condicions de soldadura per a molts serveis químics i petroquímics on el 304 requeriria un recuit de solució posterior a la soldadura. El grau està disponible com a placa, làmina, tira, canonada, tub, barra, filferro i forja sota les designacions següents.

Sistema de designació	Nom del grau	Estàndard de referència
UNS	S32100	ASTM A240, A312, A213, A269
EN	1,4541 (X6CrNiTi18-10)	EN 10088
JIS	SUS321	JIS G4303, G4304
DIN històric	X6CrNiTi18-10	DIN 17440

Composició química segons ASTM A240

Els límits següents per a UNS S32100 es prenen de l'ASTM A240 per a plaques, làmines i tires. El mínim de titani s'expressa en funció del contingut de carboni i nitrogen, que és la característica definitòria d'un grau estabilitzat.

Element	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	N	Ti
Límit, %	0,08 màx	2,00 màx	0,045 màx	0,030 màx	0,75 màx	17.0-19.0	9.0-12.0	0,10 màx	5 x (C+N) min, 0,10 min, 0,70 màx

En comparació amb el 304 normal, les gammes de crom i níquel són similars, però el titani s'afegeix deliberadament. La relació d'estabilització d'almenys 5 x (C+N) garanteix que hi hagi prou titani per combinar-se amb tot el carboni i nitrogen disponibles.

Propietats mecàniques a temperatura ambient

Les propietats -típiques de temperatura ambient mínima per a la placa recuita s'especifiquen a ASTM A240 de la següent manera.

Propietat	Valor
Resistència a la tracció, MPa	515 min
0,2% de límit elàstic, MPa	205 min
Elongació en 50 mm, %	40 min
Duresa Brinell, HBW	217 màx

Per què és important l'estabilització del titani

Sensibilització i desintegració de la soldadura

Quan l'acer inoxidable austenític no estabilitzat s'escalfa entre aproximadament 427 graus i 816 graus, el carboni es difon als límits del gra i reacciona amb el crom per formar carburs de crom. La zona esgotada de crom-contigua als límits perd la seva pel·lícula passiva i esdevé susceptible a l'atac intergranular en medis corrosius, un fenomen conegut com a decadència de la soldadura a la zona afectada per la calor-de les juntes soldades. En 321SS, el titani reacciona preferentment amb el carboni per formar carburs de titani estables, de manera que no es produeix l'esgotament del crom i el material es pot utilitzar com a-soldat en molts serveis corrosius.

Capacitat de-temperatura elevada

321 ofereix una bona resistència a l'oxidació i resistència a la fluència per a un servei continu fins a uns 900 graus, amb un servei intermitent a aproximadament 870 graus. L'estructura estabilitzada també conserva una força útil en el rang de 427-816 graus on la sensibilitat 304 estaria en risc. Aquesta combinació d'estabilització i resistència a alta temperatura explica la seva llarga història en sistemes d'escapament d'avions, reformadors químics i components de centrals elèctriques.

Soldadura, Fabricació i Tractament tèrmic

321SS és soldable per tots els processos convencionals, inclosos TIG, MIG, MMA i SAW. La composició estabilitzada normalment permet un servei-soldat sense tractament tèrmic posterior a la-soldadura, tot i que les seccions pesades o els mitjans altament agressius encara poden justificar un recuit de solució completa. El metall de farciment recomanat sol ser un tipus estabilitzat amb niobi-com ara ER347 o un farcit estabilitzat coincident, depenent del codi de govern. Per a la conformació, el treball d'aliatge-s'endureix a un ritme moderat i es pot laminar en fred, embutir i filar mitjançant la pràctica austenítica estàndard. El recuit de la solució estàndard es realitza a prop de 925-1100 graus seguit d'un refredament ràpid a l'aire o l'aigua, que restaura la resistència total a la corrosió després del treball en calent.

Aplicacions típiques

Equips de procés químic soldat que operen en el rang de temperatura de precipitació del carbur

Bescanviadors de calor, tubs reformadors i peces de forn en plantes petroquímiques

Col·lectors d'escapament d'avions i components del motor

Equips de processament d'aliments i làctics que requereixen integritat de la soldadura

Components de generació d'energia exposats a temperatures elevades

Preguntes freqüents

1. Per què s'afegeix titani a l'acer inoxidable 321?

El titani és un formador de carbur fort. Es combina amb el carboni per formar carburs de titani durant la soldadura o l'exposició a altes-temperaturas, evitant la precipitació del carbur de crom als límits del gra. Això preserva la resistència a la corrosió a la-zona afectada per la calor i prevé l'atac intergranular, també anomenat decadència de la soldadura.

2. Quina diferència hi ha entre el 321 i el 316Ti?

Tots dos són graus austenítics-estabilitzats amb titani. La diferència clau és el molibdè: el 316Ti conté un 2-3% de Mo, que millora significativament la resistència a la corrosió per picats i esquerdes en entorns de clorur. 321 es basa en la composició 18-8 sense molibdè, de manera que es prefereix el 316Ti quan la corrosió localitzada del clorur és un risc, mentre que sovint es selecciona 321 per a una resistència a la corrosió a baixa temperatura i economia de temperatura.

3. Es pot utilitzar 321 a temperatures criogèniques?

Com a grau totalment austenític, 321 conserva una bona resistència a l'impacte a temperatures inferiors a -zero i s'ha utilitzat en equips criogènics. Tanmateix, els dissenyadors solen preferir austenítics de grau L-no estabilitzat o reforçats amb nitrogen-com el 304L o el 316L per a aplicacions de temperatura molt baixa perquè estan àmpliament coberts en codis de disseny criogènic. 321 és el més valorat en el rang de temperatures-elevades per sobre dels 400 graus aproximadament.

4. Què és la decadència de la soldadura i com l'estabilització l'impedeix?

La degradació de la soldadura és una corrosió intergranular localitzada a la-zona afectada per la calor d'una unió soldada, causada per la precipitació de carbur de crom i l'esgotament de crom als límits del gra quan l'acer es manté en el rang de 427-816 graus durant la soldadura. A 321, el titani elimina el carboni, de manera que els carburs de crom no es poden formar i la zona afectada per la calor manté la seva resistència a la corrosió.

5. Quin tractament tèrmic s'aplica al 321SS?

El tractament estàndard és el recuit de la solució a prop de 925-1100 graus seguit d'un refredament ràpid a l'aire o l'aigua, que dissol els precipitats i restaura la resistència total a la corrosió. Per als graus estabilitzats, de vegades s'especifica un recuit estabilitzador a prop de 870-900 graus després de la soldadura quan el component està pensat per al servei per sobre de 427 graus.