321 対 347 ステンレス鋼: 安定化された高温合金の比較

ステンレス鋼を安定化させるものは何ですか?

321 と 347 は 18/8 オーステナイト系 (約 18% のクロムと 9 ～ 13% のニッケル) に属しており、特定の問題を解決します。通常の 304 が溶接中または使用中に約 425 ～ 815 度の範囲で加熱されると、炭素が粒界でクロムと結合してクロム炭化物を形成し、隣接する金属のクロムが枯渇し、粒界腐食を受けやすくなります。安定化グレードには、クロムよりもさらに容易に炭素と結合する元素が追加されています。321 にはチタン、347 にはニオブがあります。炭素は安定した炭化物として閉じ込められているため、クロムは固溶体に留まり、溶接後や使用後も材料の耐食性が維持されます。

化学組成の比較

ASTM A240 に基づく組成範囲 (wt%):

要素	321 / UNS S32100	347 / UNS S34700
カーボン、最大	0.08	0.08
マンガン、最大	2.00	2.00
リン最大	0.045	0.045
硫黄、最大	0.030	0.030
シリコン、最大	0.75	0.75
クロム	17.00-19.00	17.00-19.00
ニッケル	9.00-12.00	9.00-13.00
チタン	5×C分。最大0.70	指定されていない
ニオブ (コロンビウム)	指定されていない	10×C分;最大1.00

安定化率は規格に記載されています。チタンは炭素含有量の少なくとも 5 倍、0.70% 以下でなければなりません。ニオブは炭素含有量の少なくとも 10 倍、1.00% 以下でなければなりません。

機械的特性 (焼きなまし、ASTM A240)

財産	321 / S32100	347 / S34700
引張強さ、最小 (MPa)	515	515
降伏強さ、最小 (MPa)	205	205
伸び、最小 (%)	40	40

室温では 2 つのグレードは本質的に同等であるため、これらのグレード間の材料の選択は、データシートの強度ではなく、使用温度と負荷によって決まります。

高温性能: クリープとスケーリング

どちらのグレードも、酸化雰囲気中で約 900 度までのスケール付着に耐えます。重要な違いはクリープに現れます。約 800 度を超えると 347 のクリープ強度が向上します。これは、ニオブ炭化物が微細に分布し高温でも安定しており、炭化チタンよりも効果的な析出強化が得られるためです。このため、347 は、ヒーター チューブや高温反応容器などの圧力を含むコンポーネントに適しています. 321は、良好な加工性と周期的熱負荷に対する耐性が重視される排気システム、熱酸化装置、膨張ベローズで広く使用され続けています。

溶接と製作

どちらのグレードも従来のオーステナイト系ステンレス鋼の手法で容易に溶接でき、どちらも溶接後の熱処理を必要としません。 347 継手の場合、適合するニオブ安定化組成の溶加材 (ER347) が一般的です。. 321 は、多くの場合、同じ ER347 溶加材を使用するか、適合するチタン安定化溶着物が必要な ER321 を使用して溶接されます。チタンは溶接池内で容易に酸化するためです。炭化物の析出と歪みを制限するには、入熱を適度に保ち、パス間温度を約 150 度未満に保つ必要があります。

代表的な用途

321: 航空機の排気マニホールドおよびスタック、熱酸化剤、膨張ベローズ、約 900 度未満の炉コンポーネント、および中程度の温度の化学または石油化学配管。

347: 製油所のヒーターチューブ、高温反応容器、蒸気過熱器および再熱器のチューブ、ボイラーコンポーネント、および 800 度を超える温度で継続的に使用される溶接アセンブリ。

よくある質問

321 と 347 の主な違いは何ですか?

安定化要素: 321 はチタン (最小 5 x C、最大 0.70%) を使用し、347 はニオブ (最小 10 x C、最大 1.00%) を使用します。ニッケルの範囲もわずかに異なり、321 では 9.00 ～ 12.00%、347 では 9.00 ～ 13.00% です。

高温でのクリープ強度に優れているグレードはどれですか?

347. 約 800 度を超えると、炭化ニオブは炭化チタンよりも強力な析出強化をもたらし、長期の高温使用において優れた耐クリープ性をもたらします。

321 を 347 に置き換えることはできますか?

約 800 度未満で使用し、クリープが管理基準ではない場合は、多くの場合 321 で置き換えることができます。 800 度を超える温度で動作する圧力部品の場合は、クリープ強度に優れている 347 がより安全な選択です。

321 と 347 は溶接後の粒界腐食に耐性がありますか?

はい。どちらもチタンまたはニオブが炭素と結合するように設計されており、約 425 ～ 815 度の鋭敏化範囲での溶接または使用中に粒界でのクロムの消耗を防ぎます。

321 と 347 の溶接にはどのような溶加材が使用されますか?

347 は通常、対応するニオブ安定化フィラー (ER347) で溶接されます。. 321 は、多くの場合、同じ ER347 フィラー、または対応するチタン安定化溶着が必要な ER321 で溶接されます。

321℃と347℃の最高使用温度は何度ですか?

酸化雰囲気では、どちらも約 900 度までのスケーリングに耐えます。耐荷重部品の場合、温度とともにクリープ強度が低下するため、実際の限界は低くなります。圧力用途については設計コードを参照する必要があります。