Confronto tra SUS321 e SUS321H: titanio-stabilizzato vs acciaio inossidabile austenitico stabilizzato ad alto-carbonio-acciaio inossidabile

SUS321 vs SUS321H: cosa cambia con il carbonio?

SUS321 e SUS321H sono acciai inossidabili austenitici stabilizzati al titanio-della stessa famiglia 18Cr-10Ni-Ti. La differenza principale è il contenuto di carbonio: SUS321 limita il carbonio allo 0,08% massimo, mentre SUS321H è controllato allo 0,04-0,10%. Entrambi i gradi sono stabilizzati con titanio a un livello pari ad almeno 4 volte il contenuto di carbonio, con un minimo dello 0,70%, in modo che il carbonio sia legato ai carburi TiC e non possa impoverire il cromo ai bordi dei grani. Il carbonio più elevato di SUS321H produce più TiC, che fissa i bordi dei grani e migliora notevolmente la resistenza allo scorrimento viscoso a temperature elevate, rendendolo il grado di scelta per il servizio di carico a lungo termine tra 600 gradi e 870 gradi.

Composizione chimica

Gli intervalli di composizione riportati di seguito seguono JIS G4304 per lamiere laminate a caldo- e JIS G4303 per barre; la chimica identica è definita in ASTM A240 per UNS S32100 e S32109.

Elemento	SUS321 (in peso%)	SUS321H (in peso%)
Carbonio (C)	0,08 massimo	0.04-0.10
Silicio (Si)	1,00 massimo	1,00 massimo
Manganese (Mn)	2,00 massimo	2,00 massimo
Fosforo (P)	0,045 massimo	0,045 massimo
Zolfo (S)	0,030 massimo	0,030 massimo
Cromo (Cr)	17.0-19.0	17.0-19.0
Nichel (Ni)	9.0-12.0	9.0-12.0
Titanio (Ti)	4 x Cmin, 0,70 minuti	4 x Cmin, 0,70 minuti
Ferro (Fe)	Bilancia	Bilancia

Proprietà meccaniche e-alle alte temperature

A temperatura ambiente i due gradi sono equivalenti allo stato ricotto; la differenza appare solo nel carico a lungo termine-ad alta-temperatura.

Proprietà	SUS321	SUS321H
Resistenza alla trazione min (MPa)	515	515
Limite di snervamento minimo (MPa)	205	205
Allungamento minimo (%)	40	40
Durezza massima (HB)	201	201
Resistenza alla rottura al creep a 700 gradi/1000 h (MPa)	60	85
Intervallo di servizio continuo (gradi)	da -196 a 870	-Da 196 a 870, preferibile 600-870 per parti sottoposte a sollecitazione

La resistenza alla rottura per creep di 1000-ore di SUS321H a 700 gradi è superiore di circa il 40% rispetto a quella di SUS321, che è il parametro decisivo per la durata di progettazione di surriscaldatori e linee di vapore misurata in decine di migliaia di ore.

Gradi equivalenti

Entrambi i gradi hanno equivalenti riconosciuti nei principali sistemi di designazione internazionali.

Sistema	SUS321	SUS321H
JIS	SUS321	SUS321H
UNS (ASTM A240)	S32100	S32109
AISI	321	321H
EN10088	1.4541 (X6CrNiTi18-10)	1.4941 (X7CrNiTi18-10)

Selezione tra SUS321 e SUS321H

Scegli SUS321 per componenti generali ad alta-temperatura che non sopportano sollecitazioni prolungate: tubi di scarico di motori aeronautici-, tubi di scambiatori di calore che operano al di sotto di 870 gradi e recipienti per reazioni chimiche. Scegli SUS321H quando il componente è sottoposto a sollecitazioni a lungo-termine a 600-870 gradi, come i tubi del surriscaldatore e del postriscaldatore della caldaia, le condutture del vapore ad alta-temperatura e i componenti ausiliari delle turbine a gas. Laddove vengono saldate sezioni pesanti di SUS321H, è necessaria una ricottura post-saldatura a 850-900 gradi con raffreddamento ad aria per alleviare lo stress residuo e ripristinare le prestazioni di scorrimento viscoso. SUS321H costa in genere il 10-15% in più rispetto a SUS321 a causa dei requisiti di test e controllo del carbonio più severi.

Domande frequenti

Perché SUS321H ha una maggiore resistenza allo scorrimento alle alte-temperature?

Il suo contenuto di carbonio controllato pari a 0,04-0,10% forma un volume maggiore di carburi TiC fini che fissano i bordi dei grani, che resistono allo scivolamento-dei bordi dei grani e alla deformazione plastica sotto stress a lungo termine a temperature elevate. Il risultato è una resistenza alla rottura per creep di 1000 ore a 700 gradi di circa 85 MPa contro 60 MPa per SUS321.

Quale trattamento termico post-saldatura richiede SUS321H?

Per le sezioni spesse, è necessaria una-ricottura postsaldatura a 850-900 gradi seguita da raffreddamento ad aria. Ciò allevia lo stress residuo della saldatura e ripristina le-prestazioni di scorrimento ad alta temperatura della zona interessata dal calore. Le sezioni sottili al di sotto della soglia di spessore della normativa applicabile generalmente non lo richiedono.

SUS321 può sostituire SUS321H nel servizio di stress ad alta-temperatura?

No. Al di sopra di 600 gradi, SUS321 ha una resistenza allo scorrimento viscoso insufficiente e mostrerà una deformazione plastica progressiva sotto carico sostenuto, che può portare a guasti prematuri. SUS321H è il materiale richiesto per i componenti portanti-stress nell'intervallo 600-870 gradi.

C'è una differenza nel contenuto di titanio tra i due gradi?

Entrambi sono stabilizzati a 4 x C con un minimo di 0,70% di titanio. Poiché SUS321H ha un contenuto di carbonio più elevato, il suo contenuto effettivo di titanio è in genere leggermente più alto, garantendo che si formi abbastanza TiC per stabilizzare il carbonio più elevato.

Come faccio a scegliere tra SUS321 e SUS321H?

Seleziona SUS321 se la temperatura di servizio è pari o inferiore a 600 gradi e il componente non è sottoposto a stress prolungato da alte-temperature. Seleziona SUS321H se la temperatura di servizio è di 600-870 gradi e il componente è sottoposto a stress a lungo-termine, ad esempio tubi del surriscaldatore o linee del vapore progettate per codificare le regole di resistenza allo scorrimento.