321 vs 347 ステンレス鋼: 高温に対するチタンとニオブの安定化

安定したグレードが存在する理由

304 などの不安定なオーステナイト系ステンレス鋼が 425 - 815 C 範囲に長期間保持されると、炭化クロムが粒界に沿って析出し、隣接する金属のクロムを消耗させます。このクロムが枯渇したバンドは粒界腐食の開始点です。 321 のチタンと 347 のニオブは、これを防ぐために特別に添加されています。どちらの元素もクロムよりも炭素との親和性が強いため、最初に独自の炭化物を形成し、クロムを溶液中に残し、鋼を保護します。

したがって、321 および 347 は、一般的な腐食に関しては 304 とほぼ同じに見えますが、溶接後または長年の高温使用後には劇的に改善されています。 2 つの安定化グレードの違いは、どの炭化物形成剤が使用されるか、および温度が上昇してもその炭化物がどの程度安定するかにあります。

321 のチタンと 347 のニオブ

特徴	321	347
安定化要素	チタン	ニオブ、多くの場合タンタルを含む
最低加算額	5 x カーボン (通常 0.15 - 0.60)	10 x カーボン (Nb + Ta の場合) (0.75 - 1.50 代表値)
超硬形成	炭化チタン	炭化ニオブ
	約800℃までOK	800℃を超えても優れた温度
周期的な熱挙動	熱サイクルに優れています	継続的な熱でより良い
冷間成形性	わずかに良くなった	適切な、より描画に対する耐性
代表的なサービス	排気システム、熱交換器	炉、ボイラー、原子力配管

乗算係数が重要です。炭化物が形成された後、十分なチタンが溶液中に残るように、チタンは炭素含有量の５倍以上添加される。ニオブとタンタルは炭素含有量の約 10 倍で添加されます。ニオブの原子量が大きいため、同じ量の炭素を結合するには約 2 倍の質量が必要となります。

800℃を超えるパフォーマンス

炭化ニオブは、2 つの化合物の中でより熱的に安定しています。約 800 ℃を超えると炭化チタンは粗大化し、部分的に再溶解する傾向があるため、321 は徐々に安定性を失い、非常に長時間の暴露中に再び鋭敏化を示し始める可能性があります。炭化ニオブはその粗大化に抵抗し、その結果、347 はその強度と、高温かつ長期間にわたって粒界攻撃に対する耐性を維持します。

このため、347 は、工業炉内部構造、ガス タービン部品、過熱器配管、原子炉配管など、800 ℃を超える連続使用に通常選択されるのに対し、321 は、約 760 ℃ までの中程度の高温使用や、繰り返し熱サイクルを受ける部品に使用されます。安定剤の含有量が低いため、延性がわずかに高く、サイクル中に亀裂が発生しにくくなります。

腐食、酸化、溶接性

一般的な腐食: どちらも、大気、淡水、および穏やかな化学薬品の使用において 304 に近い挙動を示します。

粒界腐食: どちらも溶接後に良好に耐性があり、これが 304 や 316 に比べて大きな利点です。

塩化物孔食: どちらのグレードにもモリブデンが含まれていないため、塩化物が豊富な環境では 316 または 317LMN がより良い選択肢となります。

高温スケーリング: どちらも酸化に十分耐性があります。 347 は、連続加熱においてその溶接特性をより長く保持します。

Welding: both are readily welded with standard austenitic fillers, and post-weld heat treatment is rarely required.

高温になる溶接部の場合、ニオブ炭化物はチタン炭化物ほど早く粗大化しないため、347 を使用するとより安定した接合が得られます。そのため、熱影響部のクリープ強度が維持されます. 321。過剰な熱によりチタンを多く含む相が析出し、靱性を低下させる可能性があるため、入熱とパス間温度にもう少し注意が必要です。

選択および供給フォーム

自動車や航空宇宙の排気ガス、拡張ベローズ、熱交換器チューブなど、加熱と冷却が繰り返され、最高温度が中程度で、優れた冷間成形性が必要な部品には 321 を使用します。 347 は、熱が継続的で厳しい場所、またはボイラーの過熱器、炉のレトルト、熱処理装置、原子力部品など、溶接接合部がその温度で非常に長期間の使用に耐える必要がある場所に使用します。

どちらのグレードもシームレスおよび溶接されたパイプ、チューブ、プレート、シート、バー、ワイヤーおよび鍛造品として供給され、それぞれ ASTM A240、A312、A213、A276、および A479 がプレート、パイプ、チューブ、バーおよび鍛造品の最も一般的な製品仕様であり、欧州の実務において EN 10088 ファミリによってサポートされています。

よくある質問

Q: 321 と 347 は互換性がありますか?
多くの中温での作業では可能ですが、800℃を超える連続使用や非常に長時間の高温使用が予想される場合は常に 347 が推奨されます。

Q: 溶接後のグレードはどれが良いですか?
どちらも安定しているため、溶接後の粒界腐食に耐えます。 347 は非常に高温でも溶接強度をより良く保ちます。

Q: ニオブはなぜチタンより高い炭素倍数で添加されるのですか?
ニオブの原子質量ははるかに大きいため、同量の炭素と結合するには約 2 倍の質量が必要です。

Q: 321 または 347 には溶接後の熱処理が必要ですか?
めったに。安定化とは、ほとんどの用途において、別個のアニーリングステップを行わずに熱影響部が保護されることを意味します。

Q: 塩化物に対する耐性はどちらが優れていますか?
どちらもモリブデンを含まないため、塩化物での使用では、どちらも 316、316L、317LMN、または二相グレードよりも劣ります。

Q: 321 と 347 は極低温でも使用できますか?
焼きなまし状態にある限り、304 と同様に、低温でもオーステナイト性と靭性を維持します。