Nerjaveče jeklo 304 proti 321: standardne proti stabiliziranim avstenitnim zlitinam

 

Kakšne so kemične sestave, mehanske lastnosti in primarna uporaba 304 in 321?
Razred 304 (UNS S30400) je klasično avstenitno nerjavno jeklo 18/8. Stopnja 321 (UNS S32100) ima podobno osnovo 18 % kroma in 9 % niklja, vendar dodaja titan (vsaj 5-kratna vsebnost ogljika) kot stabilizacijski element. Ta dodatek titana bistveno ne spremeni njihove mehanske trdnosti ali oblikovanja. 304 se povsod uporablja v predelavi hrane, kuhinjski posodi in arhitekturnih aplikacijah. 321 je določeno za varjene sklope v letalstvu, izpušnih sistemih in kemični opremi, kjer bodo izpostavljeni visokim temperaturam.

Kako stabilizacija titana v 321 rešuje ključno slabost standarda 304?
Ko se standard 304 segreje med 425-850 stopinjami, ogljik migrira in se združi s kromom na mejah zrn. Pri tem nastanejo kromovi karbidi, ki izčrpajo okolico kroma in ustvarijo pot za interkristalno korozijo. V 321 ima titan večjo afiniteto do ogljika. Namesto tega tvori stabilne titanove karbide, pri čemer zadrži ves krom v raztopini, da ohrani enotno zaščitno plast. To preprečuje "razpad zvara" v območju toplotnega vpliva.

V katerih aplikacijah je obvezno določiti 321 namesto običajnega 304?
Določite 321 za katero koli komponento, ki bo varjena in je ni mogoče -toplotno -obdelati- po varjenju in bo pozneje delovala v temperaturnem območju izločanja karbida (npr. letalski izpušni kolektorji, ekspanzijski mehi). Obvezen je tudi za dele v neprekinjenem delovanju pri visokih-temperaturah (400-900 stopinj), kjer bi dolgotrajna izpostavljenost lahko povzročila občutljivost na 304, na primer v nekaterih ceveh izmenjevalnika toplote ali delih peči.

Ali obstajajo kakšne pomanjkljivosti pri uporabi 321 namesto 304?
Glavna pomanjkljivost je višji strošek materiala zaradi dodatka titana. Če zaščita med varjenjem ni ustrezna, lahko titan oksidira in izgubi svoj stabilizacijski učinek na zvarnem šivu, kar zahteva skrbne postopke varjenja. Za aplikacije, ki niso varjene in ne bodo izpostavljene visokim-temperaturam, uporaba 321 nad 304 ne zagotavlja nobene funkcionalne koristi in samo dodaja nepotrebne stroške.

Kakšno je končno, preprosto vodilo za izbiro med tema dvema razredoma?
Pravilo temelji na temperaturi in varjenju. Če bo vaša komponenta varjena in nato uporabljena pri temperaturah nad 400 stopinj ali med servisiranjem v območju 425-850 stopinj, morate uporabiti 321. Za vse druge splošne namene, ki vključujejo sobno temperaturo ali občasno višjo temperaturo brez varjenja, je 304 pravilna in bolj ekonomična izbira.