SUS321 và 304: Hợp kim titan cải thiện khả năng chịu nhiệt độ-cao như thế nào

SUS321 và SUS304 trong họ Austenitic

SUS321 và SUS304 đều là thép không gỉ austenit được xác định bởi JIS G4303 và G4304, và thoạt nhìn chúng có vẻ giống nhau. Sự khác biệt quyết định là titan: SUS321 có hàm lượng titan bổ sung ít nhất năm lần hàm lượng carbon, thường là 0,4 đến 0,8%, trong khi SUS304 không chứa titan. Bởi vì titan có ái lực với cacbon mạnh hơn crom nên nó tạo thành các cacbua titan ổn định và để lại crom trong dung dịch rắn, bảo vệ ranh giới hạt. Trên bình diện quốc tế, SUS321 tương ứng với UNS S32100, EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10) và GB 06Cr18Ni11Ti, trong khi SUS304 tương ứng với UNS S30400, EN 1.4301 (X5CrNi18-10) và GB 06Cr19Ni10.

Thành phần: Vai trò của Titan

Bảng so sánh các giới hạn thành phần theo JIS G4303. Cả hai loại đều có chung mức trần carbon, nhưng chỉ SUS321 chỉ định titan, giúp khóa carbon và ngăn chặn sự suy giảm crom ở nhiệt độ cao.

Yếu tố	SUS321	SUS304
Cacbon, tối đa	0.08	0.08
Silicon, tối đa	1.00	1.00
Mangan, tối đa	2.00	2.00
Phốt pho, tối đa	0.045	0.045
Lưu huỳnh, tối đa	0.030	0.030
Niken	9.00-13.00	8.00-10.50
crom	17.00-19.00	18.00-20.00
Titan	5 x C, tối thiểu	-

Hiệu suất nhiệt độ-cao

EN 10095, tiêu chuẩn Châu Âu về thép chịu nhiệt-, liệt kê nhiệt độ sử dụng tối đa trong không khí là 850 độ C đối với 1,4541 so với 800 độ C đối với 1,4301, phản ánh cấp ổn định có khả năng chống oxy hóa và nứt vỡ cặn tốt hơn. Cấu trúc-ổn định bằng titan cũng làm chậm quá trình tạo hạt cacbua và độ giòn pha sigma-, do đó SUS321 giữ được độ bền lâu hơn dưới tải trọng liên tục. Dữ liệu về độ rão{11}}được công bố thường được trích dẫn cho các loại này cho thấy SUS321 duy trì khoảng 60 MPa ở 700 độ C trong 1000 giờ so với khoảng 40 MPa đối với SUS304 trong cùng điều kiện; đây là các giá trị bảng dữ liệu điển hình để so sánh và phải được xác nhận dựa trên dữ liệu hiện tại của nhà sản xuất hoặc mã cho phép, chẳng hạn như ASME Phần II, trước khi thiết kế.

Ăn mòn giữa các hạt và tính hàn

Khi một trong hai loại được giữ trong phạm vi nhạy cảm khoảng 450 đến 850 độ C, carbon có thể kết tủa dưới dạng cacbua crom ở ranh giới hạt, làm cạn kiệt crom liền kề và làm cho vật liệu dễ bị ăn mòn giữa các hạt. Trong SUS321, cacbua titan hình thành trước tiên, do đó crom vẫn tồn tại trong dung dịch và vật liệu có khả năng miễn nhiễm hiệu quả với sự tấn công này, ngay cả trong vùng -bị ảnh hưởng bởi nhiệt mối hàn và trong môi trường-nhiệt độ cao-lâu dài. Do đó, SUS321 không yêu cầu ủ dung dịch sau mối hàn, giúp đơn giản hóa việc chế tạo các kết cấu hàn lớn như ống lò và tấm ống trao đổi nhiệt. Ngược lại, SUS304 có thể yêu cầu ủ dung dịch ở khoảng 1050 độ C bằng cách làm nguội bằng nước sau khi hàn hoặc thay thế SUS304L có hàm lượng carbon thấp bằng lượng carbon tối đa 0,030%.

Kịch bản ứng dụng và hướng dẫn lựa chọn

SUS321 là lựa chọn tự nhiên khi nhiệt độ vận hành vượt quá khoảng 500 độ C, nơi có ứng suất-nhiệt độ cao kéo dài hoặc khi các cấu trúc hàn phức tạp không thể được giải pháp-ủ một cách dễ dàng. Các ứng dụng điển hình bao gồm các thành phần của bộ phận Cracking xúc tác trong phạm vi 600 đến 800 độ C, ủ-ống lò múp trong môi trường oxy hóa, các tấm ống trao đổi nhiệt-nhiệt độ cao-và đường ống hơi nước trong các nhà máy điện. SUS304 vẫn là vật liệu có hiệu quả về mặt chi phí cho đường ống axit và kiềm thông thường dưới 450 độ C, đường ống ngưng tụ ở nhiệt độ phòng, kho lưu trữ LNG ở nhiệt độ đông lạnh và các thiết bị hỗ trợ không quan trọng. Đối với môi trường giàu clorua{17}}chẳng hạn như nước biển, không có loại nào phù hợp; Thay vào đó, nên chọn molypden-mang loại hợp kim SUS316 trở lên{20}}.

Câu hỏi thường gặp

Q1. Titan làm gì trong SUS321?
Titan ưu tiên tạo thành các cacbua ổn định, ngăn chặn sự kết tủa cacbua crom- ở các ranh giới hạt và loại bỏ sự ăn mòn giữa các hạt và sự suy giảm crom ở nhiệt độ cao.

Q2. SUS321 có thể sử dụng ở nhiệt độ trên 850 độ C không?
EN 10095 liệt kê 850 độ C là nhiệt độ sử dụng tối đa trong không khí đối với 1.4541; trên mức này, quá trình oxy hóa và mất độ bền cơ học tăng tốc nhanh chóng.

Q3. SUS321 có cần-xử lý nhiệt sau hàn không?
Không. Chất ổn định bằng titan giữ cho vùng chịu ảnh hưởng nhiệt-của mối hàn không bị nhạy cảm, do đó không cần phải ủ dung dịch sau khi hàn.

Q4. SUS321 có đắt hơn SUS304 không?
Có, do có bổ sung titan và kiểm soát xử lý chặt chẽ hơn. Giá cao hơn là hợp lý khi-nhiệt độ cao hoặc dịch vụ hàn yêu cầu sự ổn định.

Q5. Cái nào tốt hơn cho nước biển, SUS321 hay SUS304?
Không. Cả hai đều thiếu molypden; sử dụng SUS316 hoặc loại song công cho môi trường clorua hoặc biển.

Q6. Tương đương với SUS321 là gì?
UNS S32100, EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10), GB 06Cr18Ni11Ti và các ký hiệu cũ hơn của Anh là 321S31 hoặc tương tự theo tiêu chuẩn liên quan.