Ống biến dạng nóng liền mạch AISI 321: Ưu điểm ở nhiệt độ cao

Tại sao AISI 321 chống lại sự nhạy cảm ở nhiệt độ cao

AISI 321 (UNS S32100) là thép không gỉ austenit ổn định bằng titan được chế tạo trên nền crom-niken 18-8. Titan được thêm vào ở mức ít nhất gấp năm lần hàm lượng carbon cộng với nitơ, do đó carbon được liên kết dưới dạng cacbua titan thay vì tạo thành cacbua crom ở ranh giới hạt. Chi tiết luyện kim đó giải thích tại sao loại này vẫn giữ được khả năng chống ăn mòn giữa các hạt sau khi hàn và sau khi tiếp xúc lâu bên trong cửa sổ nhạy cảm 425-850 độ, nơi thép austenit không ổn định dần mất crom khỏi các vùng ranh giới hạt.

Ống liền mạch được sản xuất từ ​​​​loại này được chỉ định thường xuyên cho dịch vụ liên tục ở 900 độ và cho nhiệm vụ không liên tục lên đến 925 độ. Trong chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại, hành vi oxy hóa và rão của nó ổn định hơn so với thép không gỉ 304 hoặc 316 được sử dụng trong cùng dải nhiệt độ và nó vẫn giữ đủ độ dẻo sau quá trình lão hóa lâu dài để duy trì công việc chế tạo, uốn và sửa chữa tại hiện trường.

Thành phần hóa học của ống liền mạch AISI 321

Các giới hạn phân tích nhiệt dưới đây tuân theo hóa học cấp austenit tiêu chuẩn áp dụng cho ống liền mạch TP321. Titan được biểu thị dưới dạng bội số của carbon cộng với nitơ chứ không phải là một giá trị cố định, bởi vì tác dụng ổn định phụ thuộc vào lượng carbon xen kẽ có trong nhiệt.

Yếu tố	Tối thiểu (%)	Tối đa (%)
Cacbon (C)	-	0.08
Mangan (Mn)	-	2.00
Phốt pho (P)	-	0.045
Lưu huỳnh (S)	-	0.030
Silic (Si)	-	0.75
Crom (Cr)	17.00	19.00
Niken (Ni)	9.00	12.00
Titan (Ti)	5 x (C + N)	0.70

Tính chất cơ học của ống liền mạch biến dạng nóng

Ống biến dạng nóng được sản xuất bằng cách ép đùn nóng, sau đó là kéo và ủ nguội có kiểm soát, tạo ra cấu trúc hạt cân bằng đồng nhất và độ dày thành không có đường hàn làm hạn chế mức áp suất của ống hàn. Các giá trị nhiệt độ phòng điển hình cho điều kiện ủ được liệt kê dưới đây.

Tài sản	Số liệu	hoàng gia
Độ bền kéo (phút)	515 MPa	74,700 psi
Sức mạnh năng suất 0,2% (phút)	205 MPa	29,700 psi
Độ giãn dài (phút)	35%	35%
Độ cứng (Brinell, tối đa)	217 HB	217 HB
Tỉ trọng	7,92 g/cm³	0,286 lb/in³
phạm vi nóng chảy	1.400-1.425 độ	2.552-2.597 độ F

Hiệu suất ăn mòn trong môi trường axit và clorua

Trong dịch vụ chứa axit và clorua, loại này có khả năng chống oxy hóa tốt, tấn công giữa các hạt và nứt ăn mòn do ứng suất. Dịch vụ axit nitric có độ bền đặc biệt vì cấu trúc ổn định không bị nhạy cảm trong quá trình hàn các đầu nối và ống cuộn, đồng thời, tác dụng của axit sulfuric loãng được xử lý tốt khi nhiệt độ và nồng độ nằm trong đường cong ăn mòn đồng vị đã công bố. Khả năng chống ăn mòn giữa các hạt thường được xác minh bằng thử nghiệm sàng lọc thực hành E của dòng sản phẩm ASTM A262 sau khi xử lý nhiệt nhạy cảm.

Việc bổ sung titan không biến hợp kim thành vật liệu chống clorua. AISI 321 vẫn là loại austenit có khả năng chống rỗ tương đương trong cùng dải chung với 304, vì vậy không nên chọn loại này cho nước biển ấm hoặc nước muối clorua đậm đặc. Ưu điểm của nó so với 304H trong dịch vụ hơi nước và axit ở nhiệt độ cao đến từ sự ổn định ranh giới của hạt chứ không phải từ molypden mà loại này không chứa.

Tiêu chuẩn, kích thước và ứng dụng điển hình

Ống biến dạng nóng liền mạch ở loại này được cung cấp theo một số thông số kỹ thuật tương đương và đơn đặt hàng phải luôn nêu rõ tiêu chuẩn về kích thước và điều kiện xử lý nhiệt cùng với tiêu chuẩn vật liệu.

ASTM A312 TP321 - ống austenit hàn và liền mạch dành cho dịch vụ ăn mòn nói chung và nhiệt độ cao

ASTM A269 TP321 - ống liền mạch và hàn cho dịch vụ tổng hợp

ASTM A213 T321 - ống nồi hơi, bộ quá nhiệt và bộ trao đổi nhiệt liền mạch từ ferritic và austenit

EN 10216-5 và DIN 17456 - Thông số kỹ thuật ống áp suất không gỉ liền mạch của Châu Âu

ASME B36.10M và B36.19M - kích thước ống thép rèn hàn và liền mạch

Các mục đích sử dụng cuối cùng điển hình bao gồm bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống, ống quá nhiệt và hâm nóng, ống xả và khe co giãn, cuộn bức xạ của lò, đường dẫn hơi nước và đường ống xử lý áp suất cao trong các nhà máy hóa chất và hóa dầu, nơi không thể tránh khỏi chu kỳ nhiệt.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Sự khác biệt giữa ống thép không gỉ AISI 321 và 304 là gì?
AISI 321 chứa titan, giúp ngăn chặn sự kết tủa cacbua crom trong quá trình hàn và tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài, do đó, đây là lựa chọn tốt hơn cho dịch vụ ở nhiệt độ cao. 304 chỉ dựa vào kiểm soát cacbon và thường bị hạn chế ở nhiệt độ sử dụng thấp hơn.

Hỏi: Ống liền mạch biến dạng nóng 321 có bền hơn ống kéo nguội không?
Ống biến dạng nóng thường mang lại độ dẻo dai được cải thiện và cấu trúc hạt đồng đều hơn, và vì không có đường hàn nên nó mang mức áp suất cao hơn ống hàn có cùng độ dày thành. Vẽ nguội được sử dụng để có dung sai kích thước chặt chẽ hơn và bề mặt hoàn thiện tốt hơn.

Hỏi: Những tiêu chuẩn nào bao gồm các ống biến dạng nóng liền mạch AISI 321?
Các tiêu chuẩn phổ biến bao gồm ASTM A312, ASTM A213, ASTM A269, EN 10216-5 và DIN 17456. Dung sai kích thước thường được lấy từ ASME B36.10M hoặc B36.19M.

Hỏi: Nên tránh phạm vi nhiệt độ nào khi hàn 321?
Bản thân hàn là an toàn cho cấp độ, nhưng thành phần đã hoàn thiện không nên được giữ trong thời gian dài ở phạm vi 425-850 độ trừ khi quá trình xử lý nhiệt ổn định đã được xác minh, vì việc tiếp xúc kéo dài trong dải đó vẫn có thể tiêu thụ lượng titan có sẵn.

Hỏi: AISI 321 có thể được sử dụng trong các ứng dụng nước biển không?
Nó không phải là hợp kim nước biển. Giống như 304, nó không có bổ sung molypden và dễ bị ăn mòn rỗ và kẽ hở trong môi trường clorua ấm. Loại chứa molypden là lựa chọn chính xác khi có mặt clorua.

Hỏi: Phương pháp xử lý nhiệt nào được cung cấp theo tiêu chuẩn?
Ống được cung cấp trong điều kiện ủ bằng dung dịch, thường được giữ ở khoảng 1.040 độ và được làm nguội bằng nước hoặc làm nguội nhanh, hòa tan cacbua và khôi phục các tính chất cơ học đã ủ.