Thép không gỉ 304 và 321: Hợp kim Austenitic tiêu chuẩn và ổn định

 

Thành phần hóa học, tính chất cơ học và công dụng chính của 304 và 321 là gì?
Lớp 304 (UNS S30400) là loại thép không gỉ austenit 18/8 cổ điển. Lớp 321 (UNS S32100) có gốc tương tự gồm 18% crom và 9% niken nhưng bổ sung thêm titan (ít nhất gấp 5 lần hàm lượng carbon) làm nguyên tố ổn định. Việc bổ sung titan này không làm thay đổi đáng kể độ bền cơ học hoặc khả năng định dạng của chúng. 304 được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng chế biến thực phẩm, đồ dùng nhà bếp và kiến ​​trúc. 321 được chỉ định cho các cụm hàn trong ngành hàng không vũ trụ, hệ thống ống xả và thiết bị hóa học nơi chúng sẽ tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Làm thế nào để ổn định titan trong 321 giải quyết được điểm yếu chính của tiêu chuẩn 304?
Khi tiêu chuẩn 304 được nung nóng ở nhiệt độ 425-850 độ, carbon sẽ di chuyển và kết hợp với crom ở ranh giới hạt. Điều này tạo thành các cacbua crom, làm cạn kiệt diện tích crom xung quanh và tạo ra đường ăn mòn giữa các hạt. Trong 321, titan có ái lực mạnh hơn với carbon. Thay vào đó, nó tạo thành các cacbua titan ổn định, giữ tất cả crom trong dung dịch để duy trì một lớp bảo vệ đồng nhất. Điều này ngăn chặn tình trạng “mối hàn bị hỏng” ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.

Trong những ứng dụng nào bắt buộc phải chỉ định 321 thay vì 304 phổ biến hơn?
Chỉ định 321 cho bất kỳ thành phần nào sẽ được hàn và không thể-xử lý nhiệt-sau hàn và sau đó sẽ hoạt động trong phạm vi nhiệt độ kết tủa cacbua (ví dụ: ống xả máy bay, ống thổi giãn nở). Điều này cũng bắt buộc đối với các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ-cao liên tục (400-900 độ ) khi việc tiếp xúc lâu dài có thể làm nhạy cảm 304, chẳng hạn như trong một số ống trao đổi nhiệt hoặc các bộ phận của lò nung.

Có bất kỳ hạn chế nào khi sử dụng 321 thay vì 304 không?
Hạn chế chính là chi phí vật liệu cao hơn do bổ sung titan. Trong quá trình hàn, nếu che chắn không đủ, titan có thể bị oxy hóa và mất tác dụng ổn định tại đường hàn, đòi hỏi quy trình hàn cẩn thận. Đối với các ứng dụng không được hàn và sẽ không tiếp xúc với nhiệt độ-cao, việc sử dụng 321 trên 304 không mang lại lợi ích chức năng nào và chỉ làm tăng thêm chi phí không cần thiết.

Hướng dẫn đơn giản, cuối cùng để lựa chọn giữa hai loại này là gì?
Quy tắc dựa trên nhiệt độ và hàn. Nếu thành phần của bạn sẽ được hàn và sau đó được sử dụng ở nhiệt độ trên 400 độ hoặc được giữ ở phạm vi 425-850 độ trong khi sử dụng thì bạn phải sử dụng 321. Đối với tất cả các ứng dụng có mục đích chung khác liên quan đến nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao hơn thường xuyên mà không cần hàn, 304 là lựa chọn chính xác và tiết kiệm hơn.