فولاد ضد زنگ 321 - که در مشخصات لوله کشی به عنوان شناخته شده استTP321(UNS S32100) - یک تیتانیوم-گرید آستنیتی تثبیت شده است که برای یک کار بالاتر از همه کارهای دیگر مهندسی شده است: مقاوم در برابر خوردگی-و از نظر ابعادی پایدار در جایی که 304 حساس و ضعیف می‌شود. با اتصال کربن با تیتانیوم، 321 مرزهای دانه خود را از طریق جوشکاری و گرمایش پایدار تمیز نگه می‌دارد و آن را به یک عنصر اصلی در منیفولدهای اگزوز، بخاری‌های آتش‌زا، مبدل‌های حرارتی و خطوط انتقال پالایشگاه تبدیل می‌کند. این مقاله به چیستی TP321، شیمی و استانداردهای آن، چرایی غلبه بر 304 و 316 در گرما، محدودیت‌های دمای واقعی آن، و محل تعیین آن می‌پردازد.
چیستفولاد ضد زنگ TP321?
TP321 یک فولاد زنگ نزن آستنیتی 18-8 (تقریباً 18٪ کروم، 10٪ نیکل) با افزودنی کوچک اما تعیین کننده است.تیتانیوم. این تعیین درجه لوله/لوله است که در آن استفاده می شودASTM A312 (لوله)وASTM A213 (لوله); همان شیمی در صفحه یا نوار به سادگی "321" (UNS S32100) است. یک نوع-کربن بالاتر،321H (UNS S32109)، برای مقاومت خزشی در دمای بالا فرموله شده است.
دلیل افزودن تیتانیوم ساده است: در 304 معمولی، حرارت دادن در محدوده 425-815 درجه (800-1500 درجه فارنهایت) به کربن اجازه می دهد تا به مرز دانه ها مهاجرت کند و به صورت کاربیدهای کروم رسوب کند - پدیده ای به نامحساس شدن. سپس مناطق خالی از کروم{1}}به راحتی خورده می شوند (خوردگی بین دانه ای، IGC). تیتانیوم نسبت به کروم میل ترکیبی قوی‌تری برای کربن دارد، بنابراین کربن را «قفل می‌کند» و از بارش‌های مضر جلوگیری می‌کند.
شیمی و ترفند تیتانیوم
| عنصر | TP321 (S32100)، ٪ | TP321H (S32109)، ٪ |
|---|---|---|
| کربن (C) | کمتر یا مساوی 0.08 | 0.04 – 0.10 |
| کروم (کروم) | 17.0 – 19.0 | 17.0 – 19.0 |
| نیکل (Ni) | 9.0 – 12.0 | 9.0 – 12.0 |
| تیتانیوم (Ti) | بزرگتر یا مساوی 5 × C (حداکثر 0.70) | بزرگتر یا مساوی 4 × C (حداکثر 0.70) |
| منگنز (Mn) | کمتر یا مساوی 2.00 | کمتر یا مساوی 2.00 |
| سیلیکون (Si) | کمتر یا مساوی 0.75 | کمتر یا مساوی 0.75 |
| فسفر / گوگرد | کمتر یا مساوی 0.045 / کمتر یا مساوی 0.030 | کمتر یا مساوی 0.045 / کمتر یا مساوی 0.030 |
مشخصات ASTM / ASME
ASTM A312 / ASME SA312 - لوله فولادی زنگ نزن آستنیتی بدون درز و جوش داده شده TP321.
ASTM A213 / ASME SA213- لوله های بدون درز TP321 برای بویلرها، سوپرهیترها و مبدل های حرارتی.
ASTM A376 / ASME SA376- لوله بدون درز برای سرویس ایستگاه مرکزی-در دمای بالا.
ASTM A358 /A269- لوله جوش داده شده و لوله خدمات عمومی- که در آن 321 مشخص شده است.
خواص مکانیکی رایج (TP321 آنیل شده): استحکام کششی بیشتر یا مساوی515 مگاپاسکال (75 ksi)، قدرت تسلیم بزرگتر یا مساوی است205 مگاپاسکال (30 ksi)، ازدیاد طول بزرگتر یا مساوی35%. 321H دارای حداقل مقاومت کمی بالاتر برای پشتیبانی از طرح‌های خزش-محدود است.
مزایای کلیدی در سرویس با دمای{0}بالا
مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای-بعد از جوشکاری.تثبیت تیتانیوم به این معنی است که 321 در منطقه تحت تأثیر گرما حساس نمی شود، بنابراین عملیات حرارتی پس از جوشکاری برای مقاومت IGC معمولاً غیر ضروری است.
استحکام و پایداری در گرما را حفظ می کند.بر خلاف304، 321 حاشیه خوردگی خود را از بارش کاربید در حین سرویس در پنجره حساس سازی از دست نمی دهد.
مقاومت در برابر اکسیداسیون خوبمحتوای کروم 18 درصد، مقیاس پایداری را تا حدود 815-870 درجه (1500-1600 درجه فارنهایت) در سرویس مداوم تشکیل می دهد.
در گرمای چرخه ای ثابت شده است.این گرمایش/سرمایش مکرر را بهتر از درجه‌های ناپایدار تحمل می‌کند، که برای خطوط اگزوز و حرارتی{0}}دوچرخه مهم است.
قابلیت جوشکاری321 به راحتی توسط فرآیندهای رایج جوش داده می شود. تثبیت کننده در اکثر موارد صدای مفصل را بدون PWHT حفظ می کند.
321در مقابل304 / 316 / 347
| درجه | تثبیت کننده | بهترین در | مراقب باشید |
|---|---|---|---|
| 304 / 304L | هیچ (304 لیتر=درجه سانتی گراد کم) | خوردگی عمومی، هزینه کمتر | در 425-815 درجه حساس می شود. ضعیف در گرما |
| 316 / 316L | هیچ (316 لیتر=درجه سانتی گراد کم) | کلرید مرطوب / آب دریا (Mo) | یک متخصص-دمای بالا نیست. Mo در حرارت کمی اضافه می کند |
| 321 / 321H | تیتانیوم | حرارت بالا، جوش داده شده، گرمای چرخه ای | در کلرید آبی ضعیف تر از 316 لیتر |
| 347 / 347H | نیوبیم (Nb) | قدرت خزش کمی بالاتر از 321 است | پرهزینه تر؛ برای سادگی جوش کمتر رایج است |
محدودیت های دما
خدمات مستمر:تا حدود815–870 درجه (1500–1600 درجه فارنهایت)(اکسیداسیون-محدود است).
سرویس متناوب:تا حدود870 درجه (1600 درجه فارنهایت).
کوتاه مدت- / اوج:حداکثر ~925 درجه (1700 درجه فارنهایت).
برای فشار ASME{0}}تنش مجاز طراحی، به کد ساخت و ساز قابل اجرا (به عنوان مثال، ASME B31.3، بخش VIII) مراجعه کنید - مقادیر مجاز بیش از ~650 درجه مخروطی هستند.
برنامه های کاربردی معمولی
خودرو و تجهیزات سنگین-منیفولدها و سیستم های اگزوز
بخاری های آتش گرفتهو کویل های فرآوری در پالایشگاه ها و پتروشیمی ها
مبدل های حرارتیو لوله های دیگ بخار (A213 TP321) که در آن چرخه حرارتی رخ می دهد
هواپیما و{0}}توربین گازمجرای اگزوز
قدرت حرارتی-سوپرهیتر و لوله بخاری
اتصالات انبساط و خطوط انتقال دمای بالا-
یادداشت های جوشکاری و ساخت
321 توسط SMAW، GTAW، GMAW و SAW قابل جوش است. پرکننده های رایج 321 یا 347/347H هستند.
از آنجایی که تیتانیوم می تواند در خط جوش اکسید شود، از آن به درستی استفاده کنیدگاز پاکسازی / محافظ پشتروی پاس ریشه برای یک سطح داخلی تمیز و بدون پوسته-.
برای اکثر مجموعه های ساخته شده، عملیات حرارتی پس از جوش برای مقاومت IGC مورد نیاز نیست - تثبیت کننده از قبل از HAZ محافظت می کند.
ماشینکاری مشابه سایر آستنیتی ها است: از تنظیمات سفت استفاده کنید و از سخت شدن کار خودداری کنید.
نتیجه گیری
TP321 جایگاه خود را در هر جایی که لوله ضد زنگ در گرمای پایدار یا چرخه ای زندگی می کند و نمی تواند پس از جوشکاری حساس شود، به دست می آورد. تثبیت تیتانیوم آن بدون عملیات حرارتی پس از جوشکاری-مقاومت در برابر خوردگی بین دانه‌ای ایجاد می‌کند و رفتار اکسیداسیون آن باعث می‌شود تا تقریباً 870 درجه قابل استفاده باشد. مشخص‌کننده‌ها باید این تجارت را به خاطر بسپارند: 321 یک متخصص دمای بالا و جوش‌پذیری است، نه یک جایگزین درجه آب دریا- برای کلرید مرطوب، 316L، 317L یا دوبلکس، بهترین گزینه است.
سوالات متداول
س: آیا TP321 همان فولاد ضد زنگ 321 است؟
ج: اساساً بله. "321" درجه پایه (UNS S32100) است. "TP321" نام لوله/لوله در ASTM A312 است213. 321H نسخه کربن بالاتر-برای استحکام-در حرارت بالا است.
س: چه زمانی باید 321 را نسبت به 304L انتخاب کنم؟
پاسخ: هنگامی که لوله در محدوده 425-815 درجه کار می کند یا در آن جوش داده می شود، یا چرخه حرارتی را می بیند. 304کربن کم L کمک می کند، اما تنها تثبیت تیتانیوم 321 به طور کامل از ایجاد حساسیت در آن پنجره جلوگیری می کند.
س: آیا 321 می تواند جایگزین 316 در اگزوزهای{2}}در دمای بالا شود؟
پاسخ: اغلب برای اگزوزهای خشک و داغ بله، زیرا مولیبدن 316 در دمای بالا مقدار کمی اضافه می کند و تثبیت 321 مرتبط تر است. برای محیط های مرطوب/کلرید، 316L همچنان برتر است.
س: حداکثر دمای سرویس برای TP321 چقدر است؟
A: اکسیداسیون مداوم-خدمات محدود تا حدود 815–870 درجه . اوج-کوتاه مدت نزدیک به 925 درجه است. برای طراحی فشار، تنش های مجاز کد ASME را بررسی کنید.
