304H vs 321H: Kolefnisinnihald og skriðstyrkur fyrir há-hitaþrýstihylki

Inngangur

Þegar hannað er þrýstihylki fyrir há-hitaþjónustu-hreinsunarstöðvar, ofurhitara ketils, hvatandi kex og varmaskipta- standa verkfræðingar ítrekað frammi fyrir einni spurningu: ættu þeir að tilgreina 304H eða 321H? Báðar eruaustenítískt ryðfrítt stálsem ber "H" viðskeytið sem táknar stýrt hækkað kolefni fyrir bætta skriðafköst. Samt eru þeir ólíkir hvað varðar stöðugleikastefnu, suðuhæfni og langtímaáreiðanleika. Þessi samanburður sundurliðar kolefnisinnihald, skriðstyrk og valviðmið á látlausu máli, þannig að forskriftaraðilar geti tekið öruggar ákvarðanir í samræmi við kóða-.

Hvað eru 304H og 321H ryðfrítt stál?

304H og 321H eru bæði austenítísk, króm-nikkel ryðfrítt stál í 18Cr-8Ni fjölskyldunni; „H“ viðskeytið gefur til kynna stýrt kolefnisvið (0,04–0,10%) sem er fínstillt fyrir háhitaþjónustu. 321H inniheldur að auki títan til að koma á stöðugleika karbíðs.

Báðar einkunnir deila sömu 17,0–19,0% króm og 9,0–13,0% nikkelbasa efnafræði. Munurinn liggur í því hvernig hver meðhöndlar kolefni við háan hita:

304H (UNS S30409) er há-kolefnisafbrigði staðalsins 304. Stýrt kolefnisinnihald þess (0,04–0,10%) styrkir málmblönduna við hærra hitastig með því að hækka lausn-styrkjandi framlag kolefnis sem er uppleyst í austenítfylki.

321H (UNS S32109) er há-kolefnisafbrigði 321, sem er í meginatriðum 304 efnafræði auk títan. Títan binst helst við kolefni til að mynda stöðug títankarbíð (TiC), sem kemur í veg fyrir útfellingu krómkarbíðs við kornmörk.

Bæði málmblöndur falla undir ASTM A240/A240M (plata, lak, ræma), ASTM A312 (óaðfinnanleg og soðin rör) og ASME ketils- og þrýstihylkiskóði (BPVC) kafla II.

Sameiginleg Cr og Ni svið þeirra gera þeim í stórum dráttum skiptanleg í tæringarþol fyrir ó-soðið, stöðugt, eða eftir-lausn-glöðu aðstæður.

Hvernig er kolefnisinnihald mismunandi á milli 304H og 321H?

Kolefnissviðin eru að nafninu til eins -0,04% til 0,10% fyrir bæði - en títan 321H "læsir" kolefni sem TiC, þannig að virkt ókeypis kolefni sem er tiltækt fyrir skriðstyrkingu er lægra í 321H en í 304H.

Samkvæmt ASTM A240 þurfa bæði 304H og 321H kolefni á milli 0,04% og 0,10%. Neðri mörkin tryggja lágmarks skrið-styrkjandi áhrif; efri mörkin koma í veg fyrir of mikla myndun karbíðnets sem stökkva fylkið. Hvernig það kolefni hegðar sér er hins vegar mismunandi:

Í 304H er mest af kolefninu uppleyst í austenítinu eftir lausnarglæðingu, sem stuðlar beint að því að fasta-lausnin styrkist og karbíðútfellingu sem festir kornamörk við notkun.

Í 321H hvarfast títan (5 × C lágmark, venjulega 0,15–0,70%) við kolefni og myndar stöðugt TiC. Þetta dregur úr kolefninu sem er tiltækt fyrir krómkarbíð (Cr₂₃C₆) úrkomu og dregur einnig úr kolefninu sem er tiltækt fyrir beina fylkisstyrkingu.

Hagnýt afleiðing: 304H skilar almennt aðeins hærri skammtíma-tíma hækkuðum-hitastyrk vegna þess að meira kolefni helst í föstu lausninni, en 321H fórnar einhverju af þeirri styrkingu í skiptum fyrir ónæmi fyrir ofnæmi.

Hvernig hefur kolefni áhrif á skriðstyrk við háan hita?

Kolefni í austenítískum ryðfríu stáli eykur skriðstyrk með tveimur aðferðum-fastri-lausnarstyrkingu á fylki og korna-mörkum með karbíðum-og bæði áhrifin magnast þegar kolefni færist úr 0,04% í 0,10%.

Skrið er hæga,-tímaháða aflögun sem á sér stað þegar málmi er haldið undir álagi við háan hita. Kolefnisbardagar læðast á tveimur vígstöðvum:

Styrking á traustri-lausn. Uppleyst kolefni skekkir austenít grindurnar og þolir frádráttarklifri-ráðandi skriðkerfi yfir 0,5 Tₘ (bræðsluhitastig í Kelvin). Fyrir 18Cr-8Ni austenít, 600–800 gráðu hitastig setur málmblönduna beint í þetta kerfi.

Korna-karbíðfesting. M₂₃C6 (aðallega Cr₂₃C6) fellur út á kornamörkum meðan á þjónustu stendur. Stýrð dreifing festir kornamörk, hægir á renna og lengir líftíma rofsins. Of mikið karbíð myndar hins vegar samfellda korna-jaðarfilmu sem stökkir málmblönduna og eyðir aðliggjandi krómi.

Gögn um streitu-rof (ASME Hluti II, Tafla 1A) staðfesta endurgreiðsluna. Við 700 gráður og 100.000 klukkustundir eru leyfileg álagsgildi fyrir 304H plötu (ASTM A240) venjulega hærri en 321H plötu um u.þ.b. 5–15%, allt eftir vöruformi og nákvæmlega kolefni/títanjafnvægi. Þetta er bein, mælanleg niðurstaða hærra frís kolefnis í 304H.

Hvaða hlutverki gegnir títan í 321H?

Títan í 321H virkar sem kolefnishreinsiefni og myndar stöðugt TiC sem kemur í veg fyrir Cr₂₃C₆ útfellingu og verndar þar með korn-mörk króms og útilokar næmingu á hita-áhrifasvæðinu (HAZ) eftir suðu.

Stöðugleikahlutfallið er skilgreint sem Ti Stærra en eða jafnt og 5 × C (ASTM A240). Með kolefni á 0,06% (mið-sviði) er lágmarks títan sem krafist er 0,30% og dæmigerðar forskriftir miða við 0,30–0,60% til að tryggja stöðugleikaforða.

TiC er varmafræðilega stöðugra en Cr₂₃C6. Það myndast við lausnarglæðingu (1050–1100 gráður) og er viðvarandi í notkun, þannig að krómkarbíð getur ekki myndast við 450–850 gráðu næmingargluggann sem málmblönduna lendir í í notkun eða í HAZ.

Þetta er ástæðan fyrir því að 321H krefst ekki eftir-suðulausnarglæðingar til að endurheimta tæringarþol milli korna-kostur fyrir svæði-uppsett skip og stóra-þvermálslögn þar sem ofnglæðing er óframkvæmanleg.

Viðskiptin-af: títan bindur einnig kolefni sem annars myndi stuðla að skriðstyrkingu og títanítríð/karbónítríð innifalið getur dregið úr seigu við stofuhita.

Hvaða stál hefur betri skriðstyrk: 304H eða 321H?

304H hefur mælanlega hærri skrið-rofstyrk en 321H við 600 gráður og hærra í grunnmálminum, vegna þess að meira af kolefni hans er eftir til að styrkja-lausn í föstu formi og festa korn-mörk; þó heldur 321H styrkleika sínum betur í suðu HAZ, þar sem 304H getur tapað kolefnis-styrkingu með næmingu.

Samanburðurinn skiptist í tvö kerfi-ealmálm og suðu HAZ-og þeir eru hlynntir mismunandi einkunnum:

Grunn-málmskrið-brot. ASME Code Case og Section II leyfilegar streitutöflur gefa stöðugt 304H jafna eða hærra leyfilega streitu en 321H frá 538 gráður (1000 gráður F) upp í 816 gráður (1500 gráður F). Við 704 gráður (1300 gráður F) og 100.000 klukkustundir er leyfilegt álag á 304H plötu venjulega 10–12% hærra en 321H plötu.

Suðu-HAZ hegðun. Í 304H upplifir HAZ karbíðupplausn við suðu og endur-úrfellingu við kælingu. Ef kólnun er hæg (þykkir hlutar) myndast næmt svæði, staðbundið tæmt af krómi og veikt í skrið. Í 321H, endur-myndar títan TiC helst, varðveitir korn-heildleika og HAZ skriðstyrk.

Hagnýtt: Fyrir óaðfinnanlega, þunna-vegghluta (slöngur, þunnt pípa) vinnur meiri grunnstyrkur-málms 304H venjulega. Fyrir þrýstihylki með þykkum-veggjum, soðnum eða-framleiddum þrýstihylkjum vinnur suðu-HAZ stöðugleiki 321H oft lífsferilsrök-.

Hvernig bera þau saman hvað varðar næmingu og tæringarþol milli korna?

321H er mun ónæmari fyrir næmingu og tæringu á milli korna (IGC) en 304H, vegna þess að títanstöðugleiki kemur í veg fyrir króm-eyðingarbúnaðinn sem knýr 304H næmingu á bilinu 425–900 gráður.

Næmni er tap á tæringarþoli af völdum krómkarbíðúrkomu við kornamörk. Einkunnirnar tvær höndla það mjög mismunandi:

Næmingarkerfi. Þegar 304H er hægt-kælt í gegnum 425–900 gráður fellur Cr₂₃C6 út á kornamörkum. Aðliggjandi króm fer niður fyrir 10,5% aðgerðarþröskuldinn, sem gerir þessi svæði viðkvæm fyrir IGC í súrum eða klóríðefnum-.

321H ónæmi. TiC myndast við hærra hitastig og er stöðugra en Cr₂₃C₆, þannig að krómkarbíð geta ekki myndast og kornamörk halda fullu króminnihaldi. Málblönduna stenst ASTM A262 Practice A/E próf, jafnvel eftir næmandi hitameðferð.

Þjónustusamsvörun. Í súrri þjónustu er pólýþíónsýra (PTA) sprunga við lokun viðurkennd bilunarhamur fyrir næmt 304H. NACE SP0170 mælir beinlínis með stöðugum einkunnum (321H, 347H) yfir 304H fyrir búnað sem er háður PTA sprungum.

Huey próf (ASTM A262 Practice C). 304H krefst yfirleitt lausnarglæðingar eftir suðu til að standast; 321H fer í -soðið ástandi.

Hverjir eru ASME og ASTM staðlar fyrir 304H og 321H?

Báðar málmblöndurnar falla undir í meginatriðum sama setti af ASTM efnislýsingum og leyfilegum ASME BPVC kafla II-álagstöflum, en sérstök UNS tilnefning, stöðugleikakrafa og vöru-umfang eru mismunandi.

Taflan hér að neðan tekur saman gildandi staðla og lykilkröfur fyrir hverja einkunn:

Leyfilegur -álagsgrundvöllur ASME (kafli II, viðauki 1) fyrir báðar einkunnir er sá lægri af: (1) tveir-þriðju hlutar 0,2% afraksturs við hitastig, (2) 100% af meðalálagi til að framleiða 1% skrið á 100.000 klukkustundum, eða (3) 67,0% af meðalálagi á 0 klst. Við hitastig yfir u.þ.b. 538 gráður ræður skrið-brotviðmiðuninni-svo að hærri skriðstyrkur 304H skilar sér beint í hærra leyfilegt álag í grunnmálmi.

Hvernig eru suðusjónarmið mismunandi?

321H er auðveldara að suða fyrir þykka hluta og sviðsframleiðslu vegna þess að það þolir næmingu án eftir-suðuhitameðferðar (PWHT), en 304H gæti þurft lausnarglæðingu eftir suðu til að endurheimta tæringarþol; 321H þarf einnig sérhæft fylliefni.

Að suða há-kolefnis austenítískt ryðfríu stáli er þar sem flokkarnir tveir skipta mest:

Fyllimálmur. 304H er venjulega soðið með ER308H fylliefni, sem passar við kolefnissvið móðurmálmsins. 321H er soðið með ER347 (níóbíum-stöðugleika) fylliefni, ekki ER321, vegna þess að títan flytur ekki vel yfir bogann; níóbín veitir jafngilda stöðugleika í suðumálminum.

Næmni eftir suðu. 304H HAZ næmar ef kæling í gegnum 425–900 gráður er hæg (þykkur veggur, mikið hitaálag). Mótvæg: lausnarglæðing við 1050–1100 gráður fylgt eftir með hraðri slökkvi-ofnaðgerð sem er ópraktísk fyrir stór þrýstihylki. 321H HAZ næmar ekki vegna þess að TiC endur-myndast helst.

PWHT krafa. ASME Hluti VIII kveður ekki á um PWHT fyrir hvorugt bekkinn, en þjónustuumhverfi (súrt, PTA, ætandi) krefst þess oft. Fyrir 304H er nauðsynleg PWHT glæðing í fullri lausn; fyrir 321H er streitulosun-við 850–900 gráður oft nægjanleg og kemur í veg fyrir brenglunarhættu á fullri glæðingu.

Heitt sprunguhætta. Báðar flokkarnir eru austenítískir með 5–10% ferríti í suðumálmi, svo heit sprunga er hófleg. 321Títanítríðinnihald H getur virkað sem sprunguhvetjandi í mjög þvinguðum samskeytum-sem krefjast stjórnaðs varmainntaks og millihitastigs.

Hvað er betra fyrir notkun þrýstihylkja?

Það er enginn alhliða sigurvegari; 304H er valinn fyrir þunnt-vegg, há-hitahluta þar sem skriðstyrkur grunn-málms stjórnar hönnun (ofurhitarrör, ofnspólur), en 321H er valinn fyrir þykka-veggaða, soðna eða súr-þjónustuþrýstihylki þar sem suðu{7 þrýstiþol} (H{7) tunnur, innra hluta kjarnaofna, endurnýjunarskeljar fyrir hvatabrjót).

Rétt val fer eftir því hvaða bilunarhamur stjórnar hönnuninni í raun og veru. Notaðu eftirfarandi ákvörðunarleiðbeiningar:

Veldu 304H þegar:

Hönnun er stjórnað af skrið-rofálagi og íhluturinn er óaðfinnanlegur eða hefur fáar suðu (rör, pípa, spólu).

Eftir-suðulausnarglæðingu er mögulegt (framleiðsla í verslun, lítil skip).

Þjónustan er oxandi, lítið-brennisteins og laus við fjölþíónsýru.

Lágmarksveggþykkt og þyngd eru hágæða hönnunarmarkmið (hærra leyfilegt álag gefur þynnri vegg).

Veldu 321H þegar:

Skipið er þykkt-vegg, tún-soðið eða of stórt til að elda-ofn.

Þjónustan felur í sér stöðvun útsetningar fyrir pólýþíónsýru (hreinsunarstöð FCC, koksvél, vatnshreinsiefni).

Hönnunin verður að standast hringlaga hitastigsþjónustu án næmingar-drifnar sprungur.

Kóði eða -endanotendaforskrift (td NACE SP0170, API RP 939-A) krefst stöðugrar einkunnar.

Þumalputtaregla: Undir u.þ.b. 538 gráður, báðar einkunnir eru yfir-tilgreindar-staðall 304/321 eða 316L. Milli 538 gráður og u.þ.b. 750 gráður er 304H venjulega -skilvirkur kosturinn. Yfir 750 gráður skaltu íhuga 800H/HT, 310S eða nikkelblendi (600/601).

Hver er kostnaðarmunurinn?

321H kostar venjulega 15–30% meira en 304H á hverja þyngdareiningu vegna títaníumblöndunar, lægra framleiðslumagns verksmiðjunnar og strangari gæða-kröfur um stöðugleikahlutfallið; Hins vegar er-lífsferilskostnaðargreining oft hlynnt 321H þegar PWHT, skoðun og hætta á bilun eru tekin með.

Efnisverð er aðeins einn þáttur í heildareignarkostnaði. Sundurliðunin:

Hráefnis-álag. Títan-berandi járnblendi og þrengri hitaefnafræðilegur gluggi (Ti verður að vera stærra en eða jafnt og 5×C en ekki svo hátt að það valdi TiN-innihaldi) hækka bræðslukostnað.

Milliframboð. 304H er framleitt í mun meiri tonnafjölda á heimsvísu, svo afgreiðslutími og verð eru samkeppnishæfari. 321H er sérgrein með færri hæfu framleiðendum.

Framleiðslukostnaður. 304H gæti þurft að glæða fulla lausn eftir suðu-viðbótarhringrás ofnsins, flutning og hugsanlega röskun endurvinnslu. 321H er venjulega eins-soðið eða streitu-létt, og dregur úr framleiðslukostnaði.

Kostnaður við-lífsferil. Ófyrirséð bilun í hreinsunarstöð af völdum 304H PTA sprunga getur kostað milljónir á dag. Hóflegt efnisálag fyrir 321H er oft endurheimt margfalt til að forðast straumleysi.

Hvernig á að velja á milli 304H og 321H: Gátlisti fyrir ákvarðanir

Veldu í fjórum röðum skrefum-(1) auðkenndu stjórnunarbilunarhaminn, (2) athugaðu hitastigsgluggann, (3) metdu suðuhæfni og PWHT-fýsileika, (4) staðfestu kóða og -endandi umboð notenda- og tilgreindu síðan UNS, vöruform og kröfur um stöðugleika eða kolefnisprófun.

Skipulögð nálgun kemur í veg fyrir algengustu forskriftarvillur:

Skref 1 - Þekkja gildandi bilunarham. Ef skrið-rof ræður (þunnur-veggur, hár-hiti), halla 304H. Ef IGC/PTA sprunga ræður (þykkur-vegg, útsetning fyrir lokun), hallaðu 321H.

Skref 2 - Athugaðu hitastigsgluggann. Undir 538 gráður, hvorki H-einkunn er þörf. Frá 538 gráður til 750 gráður, passa bæði; yfir 750 gráður, uppfærðu álfjölskylduna.

Skref 3 - Metið suðuhæfni/PWHT. Ef glæðing eftir -suðulausn er óframkvæmanleg (ílát með stóru sviði-), veldu 321H. Ef búð-smíðaður þunnur-veggur skaltu velja 304H.

Skref 4 - Staðfestu kóða og loka-umboð notenda. NACE SP0170 (PTA sprunga), API RP 939-A (hitunarrör olíuhreinsistöðvar) og margar forskriftir rekstraraðila þvinga fram valið.

Tilgreindu síðan á teikningu og innkaupapöntun: UNS númer, ASTM vörulýsing, H-gráðu kolefnissvið, stöðugleikahlutfall (fyrir 321H) og áskilið tæringarpróf (ASTM A262).

Niðurstaða

304H og 321H eru nánir málmvinnslufrændur: báðir eru 18Cr-8Ni austenítískt ryðfrítt stál með stýrðu hækkuðu kolefni fyrir háan-hitastyrk. Ákvörðunin á milli þeirra kveikir á einni viðskipti-af-hærri grunn-málmskriðstyrk (304H) á móti betri suðu-HAZ stöðugleika og tæringarþol (321H). Fyrir þunnt-veggað, óaðfinnanlegt háhitaslöngur þar sem skrið stjórnar hönnun, er 304H venjulega rétti kallinn.

Fyrir þrýstihylki með þykkum-veggjum, sviði-soðnum eða stöðvuðum-þrýstihylkum, greiðir 321H venjulega iðgjald sitt til baka hvað varðar áreiðanleika og líf-kostnað. Verkfræðingar sem velja þetta val vísvitandi-með því að nota ASME leyfilegar-álagstöflur, NACE og API leiðbeiningar og þjónustu-umhverfissniðið-tilgreina rétta málmblönduna í fyrsta skiptið og forðast dýra óvart-af-skip.