Безшевни горещо деформирани тръби AISI 321: предимства при високи температури

Защо AISI 321 е устойчив на сенсибилизация при висока температура

AISI 321 (UNS S32100) е стабилизирана с титан аустенитна неръждаема стомана, изградена върху 18-8 хром-никелова основа. Титанът се добавя на ниво най-малко пет пъти съдържанието на въглерод плюс азот, така че въглеродът се свързва като титанов карбид, вместо да образува хромов карбид по границите на зърната. Този металургичен детайл обяснява защо марката запазва своята устойчивост на междукристална корозия след заваряване и след продължителна експозиция в прозореца за чувствителност от 425-850 градуса, където нестабилизираните аустенитни стомани постепенно губят хром от граничните зони на зърното.

Безшевната тръба, произведена от този клас, е рутинно определена за непрекъсната работа при 900 градуса и за периодична работа до 925 градуса. При повтарящи се термични цикли поведението му при окисление и пълзене е по-стабилно от това на неръждаемите стомани 304 или 316, използвани в същия температурен диапазон, и запазва достатъчно пластичност след дългосрочно стареене, за да запази практичността на изработката, огъването и ремонта на място.

Химичен състав на безшевна тръба AISI 321

Границите на топлинния анализ по-долу следват стандартната химия за аустенитен клас, приложена към безшевна тръба TP321. Титанът се изразява като кратно на въглерод плюс азот, а не като фиксирана стойност, тъй като стабилизиращият ефект зависи от това колко интерстициален въглерод присъства в топлината.

елемент	минимум (%)	Максимум (%)
Въглерод (C)	-	0.08
Манган (Mn)	-	2.00
Фосфор (P)	-	0.045
Сяра (S)	-	0.030
Силиций (Si)	-	0.75
хром (Cr)	17.00	19.00
Никел (Ni)	9.00	12.00
Титан (Ti)	5 x (C + N)	0.70

Механични свойства на горещо деформирана безшевна тръба

Горещо деформираната тръба се произвежда чрез горещо екструдиране, последвано от контролирано студено изтегляне и отгряване, което дава равномерна равноосна зърнеста структура и дебелина на стената без заваръчния шев, който ограничава номиналното налягане на заварената тръба. Типичните стойности на стайна температура за загрято състояние са изброени по-долу.

Собственост	Метрика	имперски
Якост на опън (мин.)	515 MPa	74,700 psi
Граница на провлачване 0,2% (мин.)	205 MPa	29,700 psi
Удължение (мин.)	35%	35%
Твърдост (по Бринел, макс.)	217 HB	217 HB
Плътност	7,92 g/cm³	0,286 lb/in³
Диапазон на топене	1400-1425 градуса	2552-2597 градуса F

Ефективност на корозия в киселини и хлоридни среди

При работа с киселини и хлориди класът осигурява добра устойчивост на окисление, междукристална атака и корозионно напукване под напрежение. Използването на азотна киселина е особено силно, тъй като стабилизираната структура не предизвиква чувствителност по време на заваряването на колектори и макари, а задълженията на разредена сярна киселина се справят добре, когато температурите и концентрациите остават в рамките на публикуваните криви на изокорозия. Устойчивостта на междукристална корозия обикновено се проверява с практически Е скрининг тест от серията ASTM A262 след сенсибилизираща термична обработка.

Добавянето на титан не превръща сплавта в хлоридоустойчив материал. AISI 321 все още е аустенитна степен с еквивалент на устойчивост на питинг в същата обща лента като 304, така че не трябва да се избира за топла морска вода или концентриран хлориден разтвор. Неговото предимство пред 304H при високотемпературно обслужване с киселина и пара идва от стабилността на границите на зърната, а не от молибдена, който класът не съдържа.

Стандарти, размери и типични приложения

Безшевната горещо деформирана тръба в този клас се доставя в съответствие с редица еквивалентни спецификации и поръчката за покупка винаги трябва да посочва стандарта за размери и условията на топлинна обработка заедно със стандарта за материала.

ASTM A312 TP321 - безшевна и заварена аустенитна тръба за високотемпературна и обща корозивна работа

ASTM A269 TP321 - безшевни и заварени тръби за общо обслужване

ASTM A213 T321 - безшевни феритни и аустенитни тръби за бойлер, прегревател и топлообменник

EN 10216-5 и DIN 17456 - Европейски спецификации за безшевни неръждаеми тръби под налягане

ASME B36.10M и B36.19M - размери на заварени и безшевни тръби от кована стомана

Типичните крайни употреби включват кожухотръбни топлообменници, тръби за прегревател и пренагревател, изпускателни колектори и компенсатори, лъчисти намотки на пещ, линии за проследяване на пара и тръбопроводи за процеси с високо налягане в химически и нефтохимически заводи, където топлинният цикъл е неизбежен.

Често задавани въпроси

Въпрос: Каква е разликата между тръба от неръждаема стомана AISI 321 и 304?
AISI 321 съдържа титан, който предотвратява утаяването на хромов карбид по време на заваряване и продължително излагане на висока температура, така че е по-добрият избор за обслужване при повишена температура. 304 разчита само на контрол на въглерода и обикновено е ограничен до по-ниски работни температури.

Въпрос: 321 горещо деформирани безшевни тръби по-здрави ли са от студено изтеглените?
Горещо деформираната тръба обикновено предлага подобрена издръжливост и по-равномерна зърнеста структура и тъй като няма заваръчен шев, носи по-високо налягане от заварената тръба със същата дебелина на стената. Студеното изтегляне се използва за по-строги толеранси на размерите и по-добро покритие на повърхността.

В: Кои стандарти обхващат безшевни горещо деформирани тръби AISI 321?
Общите стандарти включват ASTM A312, ASTM A213, ASTM A269, EN 10216-5 и DIN 17456. Допустимите отклонения на размерите обикновено се вземат от ASME B36.10M или B36.19M.

В: Какъв температурен диапазон трябва да се избягва при заваряване на 321?
Самото заваряване е безопасно за класа, но готовият компонент не трябва да се държи за дълги периоди в диапазона 425-850 градуса, освен ако не е проверена стабилизиращата термична обработка, тъй като продължителното излагане в тази лента все още може да изразходва наличния титан.

В: Може ли AISI 321 да се използва в приложения с морска вода?
Не е сплав от морска вода. Подобно на 304, той няма добавка на молибден и е склонен към точкова и цепнатина корозия в топли хлоридни среди. Класът, съдържащ молибден, е правилният избор, когато присъстват хлориди.

Въпрос: Каква топлинна обработка се предлага като стандарт?
Тръбата се доставя в състояние на загряване в разтвор, обикновено поддържано при около 1040 градуса и закалено с вода или бързо охладено, което разтваря карбидите и възстановява закалените механични свойства.