Acciaio inossidabile 321 e 347: leghe stabilizzate per alte-temperature a confronto

Cosa rende stabilizzato un acciaio inossidabile?

321 e 347 appartengono alla famiglia degli austenitici 18/8 (circa 18% di cromo e 9-13% di nichel) e risolvono un problema specifico. Quando il 304 ordinario viene riscaldato nell'intervallo di circa 425-815 gradi - durante la saldatura o in servizio, il carbonio può combinarsi con il cromo ai bordi dei grani per formare carburi di cromo, lasciando il metallo adiacente impoverito di cromo e vulnerabile alla corrosione intergranulare. I gradi stabilizzati aggiungono un elemento che si lega al carbonio ancora più facilmente rispetto al cromo: titanio nel 321, niobio nel 347. Il carbonio è racchiuso come carburi stabili, quindi il cromo rimane in soluzione solida e il materiale mantiene la sua resistenza alla corrosione dopo la saldatura e in servizio.

Composizione chimica a confronto

Intervalli di composizione secondo ASTM A240 (% in peso):

Elemento	321/UNS S32100	347/UNS S34700
Carbonio, massimo	0.08	0.08
Manganese, max	2.00	2.00
Fosforo, max	0.045	0.045
Zolfo, max	0.030	0.030
Silicio, massimo	0.75	0.75
Cromo	17.00-19.00	17.00-19.00
Nichel	9.00-12.00	9.00-13.00
Titanio	5 x Cmin; 0,70 massimo	Non specificato
Niobio (Colombio)	Non specificato	10 x Cmin; 1,00 massimo

I rapporti di stabilizzazione sono scritti nella norma: il titanio deve avere un contenuto di carbonio almeno cinque volte superiore e non superiore allo 0,70%; il niobio deve essere almeno dieci volte il contenuto di carbonio e non superiore all'1,00%.

Proprietà meccaniche (ricotto, ASTM A240)

Proprietà	321 / S32100	347 / S34700
Resistenza alla trazione, min (MPa)	515	515
Resistenza allo snervamento, min (MPa)	205	205
Allungamento, minimo (%)	40	40

A temperatura ambiente i due gradi sono essenzialmente equivalenti, motivo per cui la scelta del materiale tra loro viene decisa dalla temperatura di servizio e dal carico piuttosto che dalla resistenza della scheda tecnica.

Prestazioni ad alta-temperatura: scorrimento e ridimensionamento

Entrambi i gradi resistono alle incrostazioni in atmosfere ossidanti fino a circa 900 gradi. La differenza importante appare nel creep: al di sopra di circa 800 gradi, il 347 sviluppa una migliore resistenza al creep perché i carburi di niobio rimangono finemente distribuiti e stabili alle alte temperature, fornendo un rafforzamento delle precipitazioni più efficace rispetto ai carburi di titanio. Per questo motivo il 347 è preferito per componenti a pressione-come tubi riscaldanti e -recipienti di reazione ad alta temperatura. 321 e rimane ampiamente utilizzato nei sistemi di scarico, ossidatori termici e soffietti di espansione, dove sono apprezzate buona fabbricabilità e resistenza al carico termico ciclico.

Saldatura e fabbricazione

Entrambi i gradi si saldano facilmente con la pratica convenzionale dell'acciaio inossidabile austenitico e nessuno dei due richiede un trattamento termico post-saldatura. Per i giunti 347, il metallo d'apporto con composizione stabilizzata di niobio- corrispondente (ER347) è tipico. 321 viene spesso saldato con lo stesso riempitivo ER347 o con ER321 dove è richiesto un deposito stabilizzato di titanio- corrispondente, poiché il titanio si ossida facilmente nel bagno di saldatura. L'apporto di calore deve essere mantenuto moderato e la temperatura di interpass inferiore a circa 150 gradi per limitare la precipitazione e la distorsione del carburo.

Applicazioni tipiche

321: collettori e camini di scarico di aeromobili, ossidatori termici, soffietti di espansione, componenti di forni al di sotto di circa 900 gradi e tubazioni chimiche o petrolchimiche a temperatura moderata.

347: tubi di riscaldamento di raffineria, recipienti di reazione ad alta-temperatura, tubi di surriscaldatore e riscaldatore di vapore, componenti di caldaie e gruppi saldati che prevedono un servizio prolungato a temperature superiori a 800 gradi .

Domande frequenti

Qual è la differenza principale tra 321 e 347?

L'elemento stabilizzante: 321 utilizza titanio (5 x C minimo, 0,70% massimo), mentre 347 utilizza niobio (10 x C minimo, 1,00% massimo). Anche la gamma del nichel differisce leggermente: 9,00-12,00% per 321 e 9,00-13,00% per 347.

Quale grado ha una migliore resistenza al creep alle alte temperature?

347. Al di sopra di circa 800 gradi, i carburi di niobio forniscono un maggiore rafforzamento delle precipitazioni rispetto ai carburi di titanio, offrendo 347 una migliore resistenza allo scorrimento viscoso nel servizio ad alta-temperatura a lungo-termine.

È possibile sostituire 321 con 347?

Per servizi inferiori a circa 800 gradi e dove lo scorrimento viscoso non è il criterio determinante, è spesso possibile sostituire 321. Per le parti sotto pressione che operano a temperature superiori a 800 gradi, il 347 è la scelta più sicura grazie alla sua resistenza allo scorrimento viscoso superiore.

321 e 347 resistono alla corrosione intergranulare dopo la saldatura?

SÌ. Entrambi sono progettati in modo che il titanio o il niobio si combinino con il carbonio, prevenendo l'esaurimento del cromo ai bordi dei grani durante la saldatura o il servizio nell'intervallo di sensibilizzazione di circa 425-815 gradi.

Quale metallo d'apporto viene utilizzato per saldare 321 e 347?

Il 347 viene generalmente saldato con il corrispondente riempitivo stabilizzato di niobio-(ER347). 321 viene spesso saldato con lo stesso riempitivo ER347 o con ER321 dove è richiesto un deposito stabilizzato di titanio-corrispondente.

Qual è la temperatura massima di servizio di 321 e 347?

In atmosfere ossidanti entrambi resistono all'incrostazione fino a circa 900 gradi. Per le parti-portanti il ​​limite pratico è inferiore perché la resistenza allo scorrimento viscoso diminuisce con la temperatura; consultare i codici di progettazione per le applicazioni a pressione.