Tubi senza saldatura deformati a caldo in AISI 321: vantaggi alle alte temperature

Perché AISI 321 resiste alla sensibilizzazione alle alte temperature

AISI 321 (UNS S32100) è un acciaio inossidabile austenitico stabilizzato al titanio costruito sulla base di cromo-nichel 18-8. Il titanio viene aggiunto ad un livello pari ad almeno cinque volte il contenuto di carbonio più azoto, quindi il carbonio viene legato come carburo di titanio anziché formare carburo di cromo ai bordi dei grani. Questo dettaglio metallurgico spiega perché la qualità mantiene la sua resistenza alla corrosione intergranulare dopo la saldatura e dopo una lunga esposizione all'interno della finestra di sensibilizzazione di 425-850 gradi, dove gli acciai austenitici non stabilizzati perdono gradualmente cromo dalle zone di confine del grano.

Il tubo senza saldatura prodotto con questo grado viene normalmente specificato per il servizio continuo a 900 gradi e per il servizio intermittente fino a 925 gradi. Sotto cicli termici ripetuti, il suo comportamento all'ossidazione e allo scorrimento viscoso è più stabile di quello degli acciai inossidabili 304 o 316 utilizzati nella stessa fascia di temperatura e mantiene una duttilità sufficiente dopo un invecchiamento a lungo termine per mantenere pratici i lavori di fabbricazione sul campo, piegatura e riparazione.

Composizione chimica del tubo senza saldatura AISI 321

I limiti di analisi termica riportati di seguito seguono la chimica standard del grado austenitico applicata al tubo senza saldatura TP321. Il titanio è espresso come un multiplo del carbonio più l'azoto anziché come un valore fisso, perché l'effetto stabilizzante dipende dalla quantità di carbonio interstiziale presente nel calore.

Elemento	Minimo (%)	Massimo (%)
Carbonio (C)	-	0.08
Manganese (Mn)	-	2.00
Fosforo (P)	-	0.045
Zolfo (S)	-	0.030
Silicio (Si)	-	0.75
Cromo (Cr)	17.00	19.00
Nichel (Ni)	9.00	12.00
Titanio (Ti)	5 x (C + N)	0.70

Proprietà meccaniche del tubo senza saldatura deformato a caldo

Il tubo deformato a caldo è prodotto mediante estrusione a caldo seguita da trafilatura e ricottura a freddo controllate, che conferiscono una struttura a grana equiassica uniforme e uno spessore della parete privo di cordone di saldatura che limita la pressione nominale del tubo saldato. Di seguito sono elencati i valori tipici della temperatura ambiente per la condizione ricotta.

Proprietà	Metrico	Imperiale
Resistenza alla trazione (min)	515 MPa	74,700 psi
Limite di snervamento 0,2% (min)	205 MPa	29,700 psi
Allungamento (min)	35%	35%
Durezza (Brinell, massima)	217 HB	217 HB
Densità	7,92 g/cm³	0,286 libbre/pollici³
Intervallo di fusione	1.400-1.425 gradi	2.552-2.597 gradi F

Prestazioni alla corrosione in acidi e mezzi clorurati

In servizio acido e contenente cloruri, il grado offre una buona resistenza all'ossidazione, all'attacco intergranulare e alla tensocorrosione. Il servizio con acido nitrico è un punto di forza particolare perché la struttura stabilizzata non si sensibilizza durante la saldatura di collettori e bobine, e i servizi di acido solforico diluito sono gestiti bene dove le temperature e le concentrazioni rimangono entro le curve di isocorrosione pubblicate. La resistenza alla corrosione intergranulare viene normalmente verificata con il test di screening pratica E della serie ASTM A262 dopo un trattamento termico di sensibilizzazione.

L'aggiunta di titanio non trasforma la lega in un materiale resistente ai cloruri. L'AISI 321 è ancora un grado austenitico con una resistenza alla vaiolatura equivalente nella stessa fascia generale del 304, quindi non dovrebbe essere selezionato per acqua di mare calda o salamoia concentrata di cloruro. Il suo vantaggio rispetto al 304H nel servizio con acido e vapore ad alta temperatura deriva dalla stabilità dei bordi del grano, non dal molibdeno, che il grado non contiene.

Standard, dimensioni e applicazioni tipiche

Il tubo senza saldatura deformato a caldo di questa qualità viene fornito in base a una serie di specifiche equivalenti e l'ordine di acquisto deve sempre indicare lo standard dimensionale e le condizioni di trattamento termico insieme allo standard del materiale.

Tubi austenitici saldati e senza saldatura ASTM A312 TP321 - per servizi corrosivi generali e ad alta temperatura

Tubi ASTM A269 TP321 - senza saldatura e saldati per servizi generali

ASTM A213 T321 - tubi ferritici e austenitici senza saldatura, surriscaldatori e scambiatori di calore

EN 10216-5 e DIN 17456 - Specifiche europee per tubi a pressione in acciaio inossidabile senza saldatura

ASME B36.10M e B36.19M: dimensioni dei tubi in acciaio lavorato saldati e senza saldatura

Gli usi finali tipici includono scambiatori di calore a fascio tubiero, tubi di surriscaldatore e riscaldatore, collettori di scarico e giunti di dilatazione, serpentine radianti di forni, linee di tracciamento del vapore e tubazioni di processo ad alta pressione in impianti chimici e petrolchimici dove il ciclo termico è inevitabile.

Domande frequenti

D: Qual è la differenza tra il tubo in acciaio inossidabile AISI 321 e 304?
L'AISI 321 contiene titanio, che previene la precipitazione del carburo di cromo durante la saldatura e l'esposizione prolungata alle alte temperature, quindi è la scelta migliore per il servizio a temperature elevate. 304 si basa solo sul controllo del carbonio ed è normalmente limitato a temperature di servizio più basse.

D: I tubi senza saldatura 321 deformati a caldo sono più resistenti di quelli trafilati a freddo?
Il tubo deformato a caldo offre normalmente una migliore tenacità e una struttura della grana più uniforme e, poiché non ha un cordone di saldatura, sopporta una pressione nominale più elevata rispetto al tubo saldato con lo stesso spessore di parete. La trafilatura a freddo viene utilizzata per tolleranze dimensionali più strette e una migliore finitura superficiale.

D: Quali norme riguardano i tubi senza saldatura AISI 321 deformati a caldo?
Gli standard comuni includono ASTM A312, ASTM A213, ASTM A269, EN 10216-5 e DIN 17456. Le tolleranze dimensionali sono generalmente prese da ASME B36.10M o B36.19M.

D: Quale intervallo di temperature dovrebbe essere evitato durante la saldatura del 321?
La saldatura in sé è sicura per il grado, ma il componente finito non deve essere mantenuto per lunghi periodi nell'intervallo 425-850 gradi a meno che non sia stato verificato il trattamento termico stabilizzante, poiché un'esposizione prolungata in quella fascia può comunque consumare il titanio disponibile.

D: L'AISI 321 può essere utilizzato in applicazioni con acqua di mare?
Non è una lega di acqua di mare. Come il 304, non contiene aggiunta di molibdeno ed è soggetto a vaiolatura e corrosione interstiziale in ambienti caldi con cloruro. Un grado contenente molibdeno è la scelta corretta in presenza di cloruri.

D: Quale trattamento termico viene fornito di serie?
Il tubo viene fornito allo stato ricotto, normalmente mantenuto a circa 1.040 gradi e raffreddato in acqua o raffreddato rapidamente, che dissolve i carburi e ripristina le proprietà meccaniche ricotte.