321 対 321H ステンレス鋼

タイプ 321 と 321H はチタン安定化オーステナイト系ステンレス鋼で、溶接や高温への曝露により鋭敏化が生じる可能性がある用途に広く指定されています。{2}どちらのグレードもタイプ 304 と同じ合金ファミリーに属しますが、炭素関連のリスクの一部を、炭素と窒素を結合して安定した析出物にする意図的なチタンの添加で置き換えています。{6}}この 2 つの実質的な違いは炭素含有量にあり、その結果、約 500 ℃を超える温度での長期強度にあります。-この記事では、冶金学的背景、ASTM A240 および A312 の指定値、および 321 または 321H をいつ使用するかを決定するエンジニアリング ロジックについて説明します。

化学組成と名称

タイプ 321 は UNS S32100 に指定され、タイプ 321H は UNS S32109 に指定されます。 EN 用語では、最も近い相当値は 321 の 1.4541 (X6CrNiTi18-10​​) で、321H は同じ安定化ファミリーの高炭素バリアントを表します。 ASTM A240 の指定された組成範囲を以下に要約します。

要素	321 (UNS S32100)	321H (UNS S32109)
炭素 (C)、最大	0.08%	0.04-0.10%
マンガン (Mn)、最大	2.00%	2.00%
シリコン (Si)、最大	0.75%	0.75%
リン (P)、最大	0.045%	0.045%
硫黄(S)、最大	0.030%	0.030%
クロム(Cr)	17.00-19.00%	17.00-19.00%
ニッケル(Ni)	9.00-12.00%	9.00-12.00%
窒素 (N)、最大	0.10%	0.10%
チタン(Ti)	5 x (C+N) 最小、最大 0.70	4 x (C+N) 最小、最大 0.70

炭素は決定的な変数です。 0.04-0.10% 炭素の 321H 範囲は、安定化コンセプトを維持しながら、高温での固溶および析出強化のためのより多くの格子間炭素を提供します。

高温-強度: クリープおよび破断挙動

約 500 ℃ を超えると、設計許容値は室温の引張特性ではなく、クリープと破断によって決まります。- 321H の炭素含有量が高いと、この領域でのクリープ強度と破断強度が向上します。これが、圧力容器規格が高温での 321H の設計応力を高くすることを許可している理由です。したがって、ボイラー過熱器、蒸気タービン部品、熱交換器チューブなど、熱と負荷が組み合わされた状態での長期使用には 321H が適しています。タイプ 321 は依然として優れた耐酸化性を備えていますが、持続した高温での構造安定性は 321H よりも低くなります。{10}

耐粒界腐食性と安定化

チタンの添加量は、実際の炭素および窒素含有量に対して計算されます。通常、321 の場合は最小 5 x (C+N)、321H の場合は最小 4 x (C+N) で、上限は 0.70% です。チタンは優先的に炭素と反応して炭化チタンを形成するため、クロムは粒界で炭化クロムとして析出するのではなく固溶体に残ります。その結果、どちらのグレードも溶接状態および鋭敏化温度範囲での曝露後の粒界腐食に耐性を持ちます。このため、通常はどちらのグレードも溶接後の熱処理を必要としません。-

機械的性質と代表的な用途

ASTM A240 に基づくプレートの最低室温機械値は両方のグレードで同一です: 引張強さ 515 MPa、0.2% 耐力 205 MPa、長手方向の伸び 40%。

プロパティ (最小)	321	321H
抗張力	515MPa	515MPa
0.2%耐力	205MPa	205MPa
伸長	40%	40%
500℃を超えるクリープ強度と破断強度	ベースライン	より高い

アプリケーション ロジックは温度と負荷に従います. 321は、中程度の温度での耐食性が優先される化学処理装置、排気システム、伸縮継手、極低温コンポーネントに適しています. 321H は、蒸気タービン、ボイラー、熱交換器のチューブ、および 500 ℃ 以上で動作する圧力容器に指定されており、その高温設計の許容値は ASME 規則を満たしています。-

セレクションガイド

設計温度が約 500 C 未満に留まり、耐食性、溶接性、経済性が決定要因となる場合は、321 を選択してください。コンポーネントが 500 C を超えるクリープまたは破断基準によって規定されている場合、または機器コードでより高い高温許容応力が要求されている場合は、321H を選択してください。-疑問がある場合は、該当する製品規格で要求される炭素範囲を確認してください。それ以外の点では、2 つのグレードは製造挙動において冶金学的に同一であるためです。

よくある質問

Q1: 321 と 321H の主な違いは何ですか?

A: 炭素含有量. 321は最大 0.08% に制限されていますが、321H は高温クリープおよび破断強度を高めるために 0.04-0.10% に指定されています。

Q2: 321H は 500℃ 以上でパフォーマンスが向上するのはなぜですか?

A: 炭素含有量が増えると、オーステナイト マトリックスと炭化物の分布が強化され、設計が時間依存特性によって左右される領域でのクリープ強度と破断強度が向上します。{0}}

Q3: 321、321Hは粒界腐食に強いですか?

A: はい。チタンは炭化チタンを形成することで炭素を安定化し、溶接または加熱中の粒界でのクロムの消耗を防ぐため、溶接後の熱処理を行わなくても鋭敏化が回避されます。-

Q4: 圧力容器やボイラーにはどのグレードが適していますか?

A: 321H は、許容温度が高く設計されているため、500 ℃ を超える熱と圧力下での長期使用がサポートされています。{{1}{2}}

Q5: 321は500℃以下でも使用できますか?

A: はい。 321 は、化学処理、排気システム、および約 500 ℃ 未満の極低温用途において、十分な強度を備えながら同様の安定化の利点を提供します。

Q6: 321 または 321H には溶接後の熱処理が必要ですか?{3}}

A: 増感制御用ではありません。どちらのグレードもチタンで安定化されているため、通常、溶接後の溶体化焼き鈍しを行わなくても溶接状態は許容可能です。-