304H ir 321H: anglies kiekis ir atsparumas šliaužimui aukšto{2}}temperatūros slėgio induose

Įvadas

Kurdami slėginius indus aukštos -temperatūros aptarnavimo-rafinavimo gamyklų šildytuvams, katilų perkaitintuvams, kataliziniams krekeriams ir šilumokaičiams-, inžinieriai nuolat susiduria su vienu klausimu: ar jie turėtų nurodyti 304H ar 321H? Abu yraaustenitiniai nerūdijantys plienaisu „H“ priesaga, žyminčia kontroliuojamą padidintą anglies kiekį, kad būtų pagerintas valkšnumas. Tačiau jie skiriasi stabilizavimo strategija, suvirinamumu ir ilgalaikiu patikimumu. Šis palyginimas išskaido anglies kiekį, valkšnumo stiprumą ir atrankos kriterijus paprasta kalba, todėl specifikuotojai gali priimti patikimus, kodą atitinkančius sprendimus.

Kas yra 304H ir 321H nerūdijantis plienas?

304H ir 321H yra austenitiniai, chromo-nikelio nerūdijantys plienai, priklausantys 18Cr-8Ni šeimai; „H“ priesaga rodo kontroliuojamą anglies diapazoną (0,04–0,10 %), optimizuotą naudoti aukštoje temperatūroje . 321H papildomai yra titano karbido stabilizavimui.

Abiejų rūšių chemija yra ta pati 17,0–19,0 % chromo ir 9,0–13,0 % nikelio. Skirtumas yra tai, kaip kiekvienas apdoroja anglį aukštoje temperatūroje:

304H (UNS S30409) yra daug -anglies išskiriantis standarto 304 variantas. Jo kontroliuojamas anglies kiekis (0,04–0,10 %) sustiprina lydinį aukštesnėje temperatūroje, padidindamas tirpalo -stiprumą austenito matricoje ištirpusios anglies.

321H (UNS S32109) yra daug anglies dioksido išskiriantis 321 variantas, kuris iš esmės yra 304 chemija ir titanas. Titanas pirmiausia jungiasi su anglimi, kad susidarytų stabilūs titano karbidai (TiC), užkertant kelią chromo karbido nusodinimui ties grūdelių ribomis.

Abu lydiniai patenka į ASTM A240/A240M (plokštės, lakštai, juostelės), ASTM A312 (besiūliai ir suvirinti vamzdžiai) ir ASME katilų ir slėginių indų kodo (BPVC) II skyrių.

Dėl įprastų Cr ir Ni diapazonų juos galima plačiai pakeisti atsparumo korozijai atžvilgiu nesuvirintomis, stabilizuotomis ar po-atkaitintomis sąlygomis{2}}.

Kaip anglies kiekis skiriasi tarp 304H ir 321H?

Anglies diapazonai yra nominaliai identiški -0,04–0,10 % abiejų, bet 321H titanas „užrakina“ anglį kaip TiC, todėl efektyvi laisvoji anglis, skirta valkšnumui sustiprinti, yra mažesnė 321H nei 304H.

Pagal ASTM A240 ir 304H, ir 321H reikia nuo 0,04 % iki 0,10 % anglies. Apatinė riba užtikrina minimalų šliaužimą{6}}stiprinantį poveikį; viršutinė riba neleidžia susidaryti per dideliam karbido tinklui, kuris trapi matricą. Tačiau tai, kaip ši anglis elgiasi, skiriasi:

304H didžioji dalis anglies lieka ištirpusi austenite po atkaitinimo tirpalu, tiesiogiai prisidedant prie kieto -tirpalo stiprinimo ir karbido kritulių, kurie eksploatacijos metu suspaudžia grūdelių ribas.

321H titanas (mažiausiai 5 × C, paprastai 0,15–0,70%) reaguoja su anglimi, sudarydamas stabilų TiC. Tai sumažina chromo karbido (Cr₂3C6) nusodinimui skirtą anglies kiekį ir taip pat sumažina tiesioginiam matricos stiprinimui skirtą anglį.

Praktinė pasekmė: 304H paprastai užtikrina šiek tiek didesnį trumpalaikį{1}}laiką aukštesnės temperatūros-takumo ribą, nes kietame tirpale lieka daugiau anglies, o 321H paaukoja dalį to stiprinimo mainais į imunitetą jautrinimui.

Kaip anglis veikia slinkimo stiprumą esant aukštai temperatūrai?

Austenitiniame nerūdijančiame pliene esanti anglis padidina valkšnumo stiprumą dėl dviejų mechanizmų -kieto-matricos stiprinimo tirpalo ir grūdėtumo-ribų pririšimo karbidais-, ir abu poveikiai sustiprėja, kai anglis juda nuo 0,04 % iki 0,10 %.

Valkšnumas yra lėta,{0}}priklausoma nuo laiko deformacija, kuri atsiranda, kai metalas yra veikiamas aukštoje temperatūroje. Anglies dioksido kova vyksta dviem frontais:

Tvirtas{0}}sprendimo stiprinimas. Ištirpusi anglis iškraipo austenito gardelę, priešindamas dislokacijos kilimui -dominuojantį šliaužimo mechanizmą virš 0,5 Tₘ (lydymosi temperatūra kelvinais). Naudojant 18Cr-8Ni austenitą, 600–800 laipsnių eksploatacinės temperatūros lydinys tiksliai nustato šį režimą.

Grūdelių-ribos karbido prisegimas. M₂3C6 (dažniausiai Cr23C6) nusėda ant grūdų ribų eksploatacijos metu. Kontroliuojama dispersija fiksuoja grūdelių ribas, sulėtina slydimą ir pailgina plyšimo laiką. Tačiau per daug karbido sudaro vientisą grūdėtumo-ribinę plėvelę, kuri trapi lydinį ir išeikvoja gretimą chromą.

Įtampos-plyšimo duomenys (ASME II skyrius, 1A lentelė) patvirtina, kad pasiteisino. Esant 700 laipsnių ir 100 000 valandų, leistinos 304H plokštės (ASTM A240) įtempių vertės paprastai viršija 321H plokštės įtempių vertes maždaug 5–15%, priklausomai nuo gaminio formos ir tikslaus anglies/titano balanso. Tai yra tiesioginis, išmatuojamas didesnės laisvosios anglies 304H rezultatas.

Kokį vaidmenį atlieka titanas 321H?

321H esantis titanas veikia kaip anglies sugėriklis, sudarydamas stabilų TiC, kuris apsaugo nuo Cr₂3C₆ kritulių, taip apsaugodamas grūdėtąjį-ribinį chromą ir pašalindamas jautrumą karščiui -veikiamoje zonoje (HAZ) po suvirinimo.

Stabilizacijos koeficientas apibrėžiamas kaip Ti, didesnis arba lygus 5 × C (ASTM A240). Kai anglies kiekis yra 0,06 % (vidutinis -diapazonas), minimalus reikalingas titano kiekis yra 0,30 %, o tipinės specifikacijos siekia 0,30–0,60 %, kad būtų užtikrintas stabilizavimo rezervas.

TiC yra termodinamiškai stabilesnis nei Cr3C6. Jis susidaro tirpalo atkaitinimo metu (1050–1100 laipsnių) ir išlieka eksploatacijos metu, todėl chromo karbidas negali susidaryti 450–850 laipsnių jautrinimo lange, su kuriuo lydinys susiduria eksploatacijos metu arba HAZ.

Štai kodėl 321H nereikalauja atkaitinimo po-suvirinimo tirpalo, kad būtų atkurtas atsparumas tarpkristalinei korozijai,-privalumas lauke-statytų indų ir didelio-skersmens vamzdynams, kai atkaitinimas krosnyje yra nepraktiškas.

Kompromisas-: titanas taip pat suriša anglį, kuri kitu atveju sustiprintų šliaužimą, o titano nitrido / karbonitrido intarpai gali sumažinti įpjovų kietumą kambario temperatūroje.

Kuris plienas turi geresnį valkšnumo stiprumą: 304H ar 321H?

304H valkšnumo atsparumas plyšimui yra žymiai didesnis nei 321H netauriajame metale esant 600 laipsnių ir aukštesnei temperatūrai, nes daugiau jo anglies lieka prieinama kieto -tirpalo stiprinimui ir grūdelių-ribų tvirtinimui; tačiau 321H geriau išlaiko savo stiprumą suvirinimo siūlėje HAZ, kur 304H gali prarasti anglies{8}}sustiprinimą dėl jautrinimo.

Palyginimas suskirstytas į du režimus -netauriųjų metalų ir suvirinimo HAZ{1}}ir jie teikia pirmenybę skirtingoms klasėms:

Pagrindo-metalo šliaužimo-plyšimas. ASME kodo atvejis ir II skyriaus leistinų įtempių lentelės nuosekliai suteikia 304H leistiną įtempį, lygų ar didesnį nei 321H nuo 538 laipsnių (1000 laipsnių F) iki 816 laipsnių (1500 laipsnių F). Esant 704 laipsnių (1300 laipsnių F) ir 100 000 valandų, leistinas 304H plokštės įtempis paprastai yra 10–12 % didesnis nei 321H plokštės.

Suvirinimo{0}}HAZ elgesys. 304H HAZ suvirinant ištirpsta karbidas, o aušinant – nusodina pakartotinai. Jei aušinimas vyksta lėtai (storos sekcijos), susidaro įjautrinta zona, kurioje lokaliai trūksta chromo ir susilpnėja šliaužimas. 321H titanas pirmiausia formuoja TiC, išsaugodamas grūdėtumo-ribų vientisumą ir HAZ valkšnumo stiprumą.

Praktiškas variantas: besiūlių, plonų -sienelių komponentų (vamzdžių, plono vamzdžio) atveju dažniausiai laimi didesnis 304H bazinis-metalinis valkšnumo stiprumas. Storų-sienių, suvirintų ar lauko-slėginių indų atveju 321H suvirinimo-HAZ stabilumas dažnai laimi gyvenimo-ciklo argumentą.

Kaip jie lyginami pagal jautrumą ir atsparumą tarpkristalinei korozijai?

321H yra daug atsparesnis sensibilizacijai ir tarpkristalinei korozijai (IGC) nei 304H, nes titano stabilizavimas apsaugo nuo chromo- išeikvojimo mechanizmo, kuris skatina 304H jautrinimą 425–900 laipsnių diapazone.

Jautrinimas yra atsparumo korozijai praradimas, kurį sukelia chromo karbido nusodinimas grūdelių ribose. Dvi klasės labai skirtingai elgiasi:

Jautrinimo mechanizmas. Kai 304H lėtai-atšaldomas iki 425–900 laipsnių, Cr₂3C₆ nusėda ant grūdelių ribų. Šalia esantis chromas nukrenta žemiau 10,5 % pasyvumo slenksčio, todėl šios zonos yra pažeidžiamos IGC rūgštinėje arba chloridinėje terpėje.

321H atsparumas. TiC susidaro aukštesnėje temperatūroje ir yra stabilesnis nei Cr3C6, todėl chromo karbidai negali susidaryti, o grūdelių ribos išlaiko visą chromo kiekį. Lydinys išlaiko ASTM A262 praktikos A/E testus net po sensibilizuojančio terminio apdorojimo.

Paslaugos aktualumas. Naftos perdirbimo gamyklų rūgštingumo paslaugoms politioninės rūgšties (PTA) įtrūkimai išjungimo metu yra pripažintas jautrinto 304H gedimo būdas. NACE SP0170 aiškiai rekomenduoja stabilizuotas klases (321H, 347H) virš 304H įrangai, kuriai būdingas PTA įtrūkimas.

Huey testas (ASTM A262 praktika C). 304H paprastai reikalauja, kad po suvirinimo būtų atkaitintas tirpalas; 321H praeina kaip-suvirintos būklės.

Kokie yra ASME ir ASTM standartai 304H ir 321H?

Abu lydiniai iš esmės reglamentuojami pagal tas pačias ASTM medžiagų specifikacijas ir ASME BPVC II skyriaus leistinas{0}}įtempių lenteles, tačiau skiriasi konkretus UNS pavadinimas, stabilizavimo reikalavimas ir produkto{1}}formos taikymo sritis.

Žemiau esančioje lentelėje apibendrinami kiekvienos klasės standartai ir pagrindiniai reikalavimai:

ASME leistinas -įtempių pagrindas (II skyrius, 1 priedas) abiem klasėms yra mažesnis iš: (1) du-trečdaliai 0,2% derliaus esant temperatūrai, (2) 100% vidutinio įtempio, kad susidarytų 1% šliaužimas per 100 000 valandų, arba (3) 67% 0–0 plyšimas per 0–0 val. Apytiksliai aukštesnėje nei 538 laipsnių temperatūroje dominuoja valkšnumo{16}}trūkimo kriterijus-, todėl didesnis 304H valkšnumo stiprumas tiesiogiai reiškia didesnį leistiną netauriųjų metalų įtempį.

Kuo skiriasi suvirinimo klausimai?

321H lengviau suvirinti storoms pjūviams ir gaminant vietoje, nes jis atsparus jautrinimui be po-suvirinimo terminio apdorojimo (PWHT), o 304H po suvirinimo gali reikėti atkaitinti tirpalu, kad būtų atkurtas atsparumas korozijai; 321H taip pat reikalingas specializuotas užpildas.

Suvirinant daug anglies{0}}austenitinio nerūdijančio plieno, šios dvi rūšys labiausiai skiriasi:

Užpildas metalas. 304H paprastai suvirinamas ER308H užpildu, atitinkančiu pagrindinio metalo anglies diapazoną. 321H suvirinamas ER347 (niobio-stabilizuotu) užpildu, o ne ER321, nes titanas prastai pereina lanku; niobis užtikrina lygiavertį suvirinimo metalo stabilizavimą.

Jautrinimas po suvirinimo. 304H HAZ įjautrina, jei aušinimas 425–900 laipsnių yra lėtas (stora sienelė, didelis šilumos įvedimas). Sušvelninimas: tirpalo atkaitinimas 1050–1100 laipsnių kampu, po to greitas gesinimas, krosnies veikimas nepraktiškas dideliems slėginiams indams. 321H HAZ nesukelia jautrumo, nes pirmiausia susidaro TiC re{8}}.

PWHT reikalavimas. ASME VIII skyrius neįpareigoja PWHT nei vienai rūšiai, tačiau paslaugų aplinkai (rūgštus, PTA, kaustinė) dažnai to reikalaujama. 304H atveju reikalingas PWHT yra pilnas tirpalo atkaitinimas; 321H atveju dažnai pakanka įtempių-reljefo 850–900 laipsnių kampu ir išvengiama iškraipymo rizikos dėl visiško atkaitinimo.

Karšto įtrūkimo rizika. Abi rūšys yra austenitinės, o suvirinimo metale yra 5–10 % ferito, todėl karštasis įtrūkimas yra nedidelis. 321H titano nitrido intarpai gali veikti kaip įtrūkimų iniciatoriai labai suvaržytose jungtyse-, kurioms reikalingas kontroliuojamas šilumos įvedimas ir tarpinė temperatūra.

Kuris yra geresnis slėginiams indams?

Nėra universalaus nugalėtojo; 304H tinka plonasieniams, aukštos{2} temperatūros komponentams, kurių konstrukcija priklauso nuo bazinio-metalo valkšnumo stiprumo (perkaitintuvo vamzdžiai, krosnies gyvatukai), o 321H tinka storos-sienos, suvirintiems ar rūgščių integraliniams būgnai, reaktoriaus vidinės dalys, katalizinio krekingo regeneratoriaus korpusai).

Tinkamas pasirinkimas priklauso nuo to, kuris gedimo režimas iš tikrųjų valdo dizainą. Naudokite šį sprendimo vadovą:

Pasirinkite 304h, kai:

Konstrukcija priklauso nuo šliaužimo{0}}trūkimo įtempių, o komponentas yra vientisas arba turi nedaug suvirinimo siūlių (vamzdis, vamzdis, ritė).

Galimas atkaitinimas po-suvirinimo tirpalo (gamyba ceche, maži indai).

Paslauga yra oksiduojanti, mažai{0}}sieringa ir be politioninės rūgšties poveikio.

Minimalus sienelės storis ir svoris yra aukščiausios kokybės dizaino tikslai (didesnis leistinas įtempis lemia plonesnę sienelę).

Pasirinkite 321H, kai:

Indas yra storas-siena, suvirintas lauke- arba per didelis, kad būtų galima atkaitinti krosnyje.

Paslauga apima politioninės rūgšties poveikio išjungimą (rafinavimo FCC, koksavimo, hidrovalymo).

Dizainas turi atlaikyti ciklinį temperatūros režimą be jautrinimo{0}}skilimo.

Kodas arba galutinio naudotojo{0}}specifikacija (pvz., NACE SP0170, API RP 939-A) reikalauja stabilizuoto įvertinimo.

Nykščio taisyklė: žemiau apytiksliai 538 laipsnių abiejų laipsnių viršija-nurodytą-standartinį 304/321 arba 316L pakanka. Nuo 538 laipsnių iki maždaug 750 laipsnių 304H paprastai yra efektyviausias pasirinkimas. Virš 750 laipsnių apsvarstykite 800H/HT, 310S arba nikelio lydinius (600/601).

Kokie yra išlaidų skirtumai?

321H paprastai kainuoja 15–30 % daugiau nei 304H vienam svorio vienetui dėl pridėto titano, mažesnės gamyklos gamybos apimties ir griežtesnių kokybės -kontrolės reikalavimų stabilizavimo santykiui; tačiau gyvavimo ciklo sąnaudų analizė-dažnai teikia pirmenybę 321 val., kai įtraukiama PWHT, patikros ir gedimų rizika.

Medžiagos kaina yra tik viena visų nuosavybės išlaidų sudedamoji dalis. Suskirstymas:

Priemoka už žaliavą{0}}. Titano -ferolydiniai ir siauresnis šilumos chemijos langas (Ti turi būti didesnis arba lygus 5 × C, bet ne toks didelis, kad susidarytų TiN intarpai) padidina lydymosi išlaidas.

Malūnų prieinamumas. 304H visame pasaulyje gaminamas daug didesniu tonažu, todėl pristatymo laikas ir kainos yra konkurencingesnės. 321H yra specialios klasės, kurioje mažiau kvalifikuotų gamintojų.

Gamybos sąnaudos. 304H gali prireikti viso tirpalo atkaitinimo po suvirinimo-papildomo krosnies ciklo, transportavimo ir galimo iškraipymų perdirbimo. 321H paprastai yra -suvirintas arba sumažintas įtempis-, todėl sumažėja gamybos sąnaudos.

gyvavimo{0}}ciklo kaina. Neplanuotas naftos perdirbimo gamyklos gedimas, kurį sukelia 304H PTA krekingas, gali kainuoti milijonus per dieną. Nedidelė medžiagų priemoka už 321H dažnai atgaunama daug kartų, kad būtų išvengta gedimų.

Kaip pasirinkti tarp 304H ir 321H: sprendimų kontrolinis sąrašas

Atlikite pasirinkimą keturiais eilės tvarka{0}}(1) nustatykite valdantį gedimo režimą, (2) patikrinkite temperatūros langą, (3) įvertinkite suvirinamumą ir PWHT galimybes, (4) patvirtinkite kodą ir galutinio -naudotojo įgaliojimus-, tada nurodykite UNS, gaminio formą ir stabilizavimo arba anglies bandymo reikalavimą.

Struktūrinis metodas apsaugo nuo dažniausiai pasitaikančių specifikacijų klaidų:

1 - veiksmas. Nustatykite valdymo gedimo režimą. Jei valdo šliaužimo -plyšimas (plonas-siena, aukšta-temperatūra), liesos 304H. Jei valdo IGC / PTA įtrūkimai (stora siena, išjungimo ekspozicija), lieskite 321H.

2 - veiksmas Patikrinkite temperatūros langą. Žemiau 538 laipsnių, H-laipsnio nereikia. Nuo 538 laipsnių iki 750 laipsnių, abu tinka; virš 750 laipsnių, atnaujinkite lydinių šeimą.

3 - veiksmas. Įvertinkite suvirinamumą / PWHT. Jei po-suvirinimo tirpalo atkaitinimas yra nepraktiškas (didelio lauko-pagamintas indas), pasirinkite 321H. Jei parduotuvė-pagaminta plona-siena, pasirinkite 304H.

4 - veiksmas Patvirtinkite kodą ir galutinio{1}}naudotojo įgaliojimus. NACE SP0170 (PTA krekingas), API RP 939-A (rafinavimo gamyklos šildytuvo vamzdžiai) ir daugelis operatoriaus specifikacijų verčia rinktis.

Tada brėžinyje ir pirkimo užsakyme nurodykite: UNS numerį, ASTM produkto specifikaciją, H- anglies klasės diapazoną, stabilizavimo koeficientą (321H) ir reikalingą korozijos testą (ASTM A262).

Išvada

304H ir 321H yra artimi metalurgijos pusbroliai: abu yra 18Cr-8Ni austenitiniai nerūdijantys plienai su kontroliuojamu padidintu anglies kiekiu, kad atsparumas aukštai -temperatūrai. Sprendimas tarp jų įjungia-iš{8}}didesnį metalo valkšnumo stiprumą (304H), palyginti su puikiu suvirinimo-HAZ stabilumu ir atsparumu korozijai (321H). Plonasieniams, besiūliams aukštos temperatūros vamzdžiams, kurių dizainą lemia šliaužimas, 304H paprastai yra tinkamas skambutis.

Naudojant storas-sienas, lauko-suvirintus ar uždaromus-slėginius indus, 321H paprastai atsiperka už patikimumą ir eksploatavimo{4}}kaštus. Inžinieriai, kurie atlieka šį pasirinkimą sąmoningai-naudodami ASME leistinas-įtempių lenteles, NACE ir API gaires bei paslaugų-aplinkos profilį-pirmą kartą nurodys tinkamą lydinį ir išvengs brangios staigmenos, kai nebenaudojamas{10}}įrenginys.