Nerezová ocel 347: Niob-Stabilizovaná austenitická kvalita pro vysokoteplotní-a jaderné služby

Co je nerezová ocel 347?

Nerezová ocel 347 je austenitická třída stabilizovaná niobem a tantalem, označená UNS S34700 v ASTM A240 a EN 1.4550 (X6CrNiNb18-10) v EN 10088, s japonským ekvivalentem SUS347 podle JIS G4304 a G4304. Stabilizace znamená, že uhlík je vázán na stabilní karbidy niobu (NbC) místo toho, aby mohl volně reagovat s chromem. To zabraňuje precipitaci karbidu chrómu na hranicích zrn během svařování nebo dlouhodobého vystavení vysokým{12}}teplotám, takže ocel odolává mezikrystalové korozi a lze ji použít ve-stavu po svařování bez následného-žíhání po svařování. Třída 347 je preferovanou volbou, když součásti čelí častým cyklům zahřívání a chlazení, protože karbidy niobu se nerozpouštějí a znovu nesrážejí během tepelného cyklování tak snadno jako karbidy titanu.

Chemické složení

Níže uvedené limity složení se řídí ASTM A240 pro desky, desky a pásy; stejná chemie platí pro trubky a trubky podle ASTM A312 a A269.

Živel	Složení (hmot. %)
uhlík (C)	0,08 max
mangan (Mn)	max. 2,00
fosfor (P)	0,045 max
síra (S)	max. 0,030
křemík (Si)	0,75 max
Chrom (Cr)	17.0-19.0
nikl (Ni)	9.0-13.0
Niob + Tantal (Nb+Ta)	10 x C min, 1,00 max

Požadavek Nb+Ta na alespoň 10násobek obsahu uhlíku, s praktickým minimem 0,70 %, zaručuje, že je přítomno dostatek niobu, aby se sloučil s veškerým uhlíkem v oceli.

Mechanické vlastnosti

V žíhaném stavu poskytuje 347 následující minimální vlastnosti podle ASTM A240.

Vlastnost (žíhaná)	Hodnota
Pevnost v tahu min (MPa)	515
Mez kluzu min (MPa)	205
Min. prodloužení (%)	40
Tvrdost max (HB)	217

Při zvýšených teplotách si 347 zachovává užitečnou pevnost a na rozdíl od ne-stabilizovaných druhů si zachovává odolnost vůči korozi i po dlouhé době v rozsahu senzibilizačních teplot 425-815 stupňů .

Stabilizace niobem vs stabilizace titanem

Stupeň 321 používá titan pro stejný stabilizační účel, ale tyto dva prvky se při vysoké teplotě chovají odlišně. Karbidy titanu (TiC) zůstávají stabilní až do asi 1000 stupňů, zatímco karbidy niobu (NbC) zůstávají stabilní až do asi 1200 stupňů. Při provozu nad 1000 stupňů nebo při opakovaném tepelném cyklování se karbidy titanu mohou rozpouštět a znovu vysrážet na hranicích zrn, což lokálně ochuzuje chrom a snižuje odolnost proti korozi. Karbidy niobu jsou mnohem méně ovlivněny tepelnými cykly, a proto je 347 specifikován pro součásti výfukových plynů letadel, části přehřívačů a součásti jader, které se často zahřívají a ochlazují. Třída 321 zůstává ekonomičtější volbou pro statické vysokoteplotní{11}}provozy pod 1000 stupňů.

Svařování a typické aplikace

Třída 347 je snadno svařitelná pomocí procesů TIG, MIG a MMA s použitím přídavného kovu 347, který má stejný obsah niobu. Nízký přísun tepla minimalizuje růst zrn v tepelně-ovlivněné zóně a argonové stínění o čistotě 99,99 % zabraňuje poréznosti na svarové ploše. Předehřívání není nutné. Protože je ocel stabilizovaná, svarové spoje si zachovávají odolnost vůči mezikrystalové korozi bez následného- žíhání po svařování, což je hlavní výhoda pro velké nádoby a složité výroby. Typické aplikace zahrnují součásti leteckých motorů a výfukové systémy, jaderné tlakové nádoby a vnitřky reaktorů, chemické a petrochemické reaktory, potrubí přehřívačů a přihříváků a části pecí pracující při teplotách nad 800 stupňů.

FAQ

Jak se liší stabilizace niobu od stabilizace titanu v 321?

Niob tvoří karbidy NbC, které zůstávají stabilní až do asi 1200 stupňů, zatímco titan tvoří TiC stabilní do asi 1000 stupňů. Při opakovaném tepelném cyklování karbidy niobu odolávají rozpouštění a opětovnému vysrážení mnohem lépe, takže 347 si zachovává odolnost vůči mezikrystalové korozi i při kolísavém provozu při vysokých-teplotách. Stupeň 347 také vyžaduje 10násobný obsah uhlíku v niobu oproti 5násobku obsahu titanu v 321, což poskytuje dokonalejší uzamčení uhlíku-.

Proč se 347 používá v jaderných tlakových nádobách?

Svařované spoje v jaderných nádobách nesmí ztratit odolnost proti korozi, protože jakýkoli intergranulární útok by se mohl stát únikovou cestou pro radioaktivní média. Stabilizace niobem 347 udržuje svarové spoje proti korozi -bez žíhání po-svaru, austenitická struktura odolává radiačnímu křehnutí lépe než feritické oceli a jemné rozložení NbC pomáhá zachycovat defekty vyvolané zářením- při zachování tažnosti.

Jak je na tom 347 v porovnání s 304L?

304L spoléhá na velmi nízký obsah uhlíku (max. 0,03 %), aby se zabránilo srážení karbidů, ale ochrana se ztrácí při svařování nebo při vysokých{2}}teplotách nad 425 stupňů. Stupeň 347 odolává mezikrystalové korozi díky stabilizaci a zachovává si pevnost nad 600 stupňů . 304L je levnější pro aplikace s nízkým-zátěžem, jako jsou potravinářská zařízení; 347 je správnou volbou pro svařované vysokoteplotní{10}}komponenty, jako jsou trubky kotlů.

Jaký je nejlepší způsob svařování 347?

Použijte TIG nebo MIG s odpovídajícím přídavným kovem 347, aby měl svarový kov stejnou stabilizaci niobu. Udržujte nízký přísun tepla, abyste omezili růst zrn v tepelně-zasažené zóně, zakryjte-argonem o vysoké čistotě, abyste zabránili poréznosti, a vyhněte se širokému tkaní. Není potřeba žádné předehřívání a po-broušení nebo moření se odstraní oxidové okují z oblasti sváru.

Lze 347 použít při kryogenních teplotách?

Ano. Austenitická struktura 347 zůstává stabilní až do -196 stupňů, takže může sloužit v nekritických kryogenních aplikacích, jako jsou malé nádoby na kapalný dusík. Pro vysoce namáhané kryogenní součásti je obvykle preferován 321, protože jeho jemnější karbidy titanu poskytují lepší rázovou houževnatost; větší karbidy niobu v 347 působí jako menší koncentrátory napětí.