В категории нержавеющих фитингов детали трубопроводов AISI 321 занимают верхнюю позицию по показателям коррозионной стойкости, жаропрочности, жаростойкости. В сплаве содержится высокий процент титана, что, с одной стороны, обеспечивает высокий ресурс трубопроводов, с другой стороны, резко увеличивает стоимость реализации таких проектов.
Обозначение конструкционного материала по стандарту США AISI 321 расшифровывается следующим образом:
· трехзначное число используется в данном американском стандарте только для обозначения нержавеющих сталей/сплавов;
· первая из трех цифр – 3, указывает на принадлежность к 300 серии аустенитных сталей;
· вторая и третья цифры используются для обозначения порядкового номера сплава внутри серии, более никакой информации не несут;
Дальнейшая расшифровка производится по таблицам характеристик и соответствий со сталями по стандартам других стран:
· хромоникелевый высоколегированный сплав;
· около 0,5% титана в качестве стабилизирующей добавки;
· соотношение хрома/никеля составляет 18/10 частям, соответственно;
· химический состав подобен российской стали 08Х18Н10Т;
· использование в температурном диапазоне +400°С … +800°С;
· не закаливается и не магнитится, даже после холодной обработки резанием.
Для изготовления «супердымоходов» отопительных приборов на газообразном и жидком топливе отвод AISI 321 считается лучшим вариантом. Поскольку сплав не разрушается при контакте с выделяющимися из топлива кислотами.
В серии AISI 300 – 301, 302B, 303, 304, 305, 309, 310, 314, 317L, 321 и 347 сплав стоит на предпоследнем месте. То есть, практически завершает линейку аустенитных высоколегированных нержавеющих сталей. Соответственно, он обладает самыми высокими характеристиками в анной подкатегории, стоит дорого.
В процентном соотношении в сталь AISI 321 входят следующие химические элементы-металлы:
· Fe (железо) – 66 – 71%;
· С (углерод) – около 0,08%;
· Р (фосфор) – меньше 0,045%;
· S (сера) – менее 0,03%;
· N (азот) – около 0,1%;
· Si (кремний) – менее 1%;
· Mn (марганец) – менее 2%;
· Cr (хром) – от 17 до 19%;
· Ni (никель) – от 9 до 12%;
· Cu (медь) – меньше 0,3%;
· Ti (титан) – менее 0,5%.
Легирующие добавки для AISI 321 подобраны с учетом создания аустенитной структуры сплава и ее упрочнении под воздействием высоких температур. Титан создает карбид при взаимодействии с углеродом, прочность которого намного выше поверхностной пленки обычной нержавеющей стали.
Легированием снижается скорость закалки, риск трещинообразования, порог хладоломкости и деформируемость изделий. Одновременно с этим увеличивается коррозионная стойкость материала, относительное сужение, текучесть, ударная вязкость, прокаливаемость.
При сварке нержавейки возникают следующие проблемы:
· из-за высокого электрического сопротивления быстро сгорают электроды;
· высокая теплопроводность приводит к прожогу сварочного шва;
· для компенсации высокого коэффициента линейного расширения при нагреве необходим значительный зазор на усадку шва.
Дополнительно титан в составе стали повышает его тугоплавкость. То есть, чтобы расплавить металл, нужно увеличить сварочный ток, что чревато прожогом. Однако титан защищает сплав от межкристаллитной коррозии и растрескивания под воздействием нагрузок. То есть увеличивает жаропрочность и жаростойкость стали.
С другой стороны, титана в стали не может быть много, конкретно, более 0,8%, чтобы он не взаимодействовал с азотом, который является сопутствующим элементом железа, и присутствует в сплаве всегда. От межкристаллитной коррозии 08Х18Н10Т дополнительно стабилизируется после изготовления.
Экономически оправдано использовать детали трубопроводов AISI 321 в сложных, особых и специальных эксплуатационных условиях,
По российскому стандарту эквивалентным аналогом AISI 321 является коррозионно-стойкий сплав 08Х18Н10Т. В других странах ближайшими по химическому составу сплавами к AISI 321 являются:
· Германия – X6CrNiTi18-10, X10CrNiTi18-9;
· Великобритания – 321S12, 321S18, 321S22 и 321S31;
· Япония – SUS 321;
· Швеция – 2337;
· Франция – Z6CNT18-10;
· Испания – F.3523;
· Евросоюз – 1.4541.
Согласно американскому стандарту отвод нержавеющий AISI 321 обозначается и у азиатских, и у европейских производителей.
Благодаря химическому составу нержавейка AISI 321 обладает следующими техническими характеристиками:
Значение |
Усталостная прочность |
Твердость по Бриннелю |
Относительное удлинение |
Предел текучести |
Предел прочности |
Минимальное |
230 |
– |
40 |
205 |
515 |
Стандартное |
260 |
163 |
60 |
280 |
580 |
При повышении температуры в процессе эксплуатации характеристики фланцев AISI 321 изменяются следующим образом:
Температура (°С) |
Предел текучести |
Предел прочности |
+550 |
120 |
420 |
+600 |
80 |
390 |
+650 |
50 |
329 |
+700 |
25 |
280 |
+800 |
5 |
190 |
+850 |
– |
140 |
Предел текучести указан при наработке 100 000 часов. Для сплава AISI 321 рекомендуется непрерывное воздействие при +900°С или прерывистое при +810°С. Плотность материала составляет 7,79 г/см3.
Помимо дымоходов, типовые детали трубопроводов AISI 321 используются в следующих отраслях промышленности:
· теплообменники систем отопления и электростанций;
· реторты и патрубки выхлопных систем;
· печная арматура;
· сварная коррозионно-стойкая труба;
· сварочное оборудование;
· коллекторы технологических трубопроводов.
Отпуск производится при +450 … +800°С, отжиг при +1050 … +1150°С, ковка при +1150 … 1250°С.Для сварки применяются электроды серии 347.
Промышленность выпускает две разновидности нержавеющей стали этого типа. В AISI 321L процент углерода снижен до 0,03%, что улучшает ее свариваемость и сопротивление межкристаллитной коррозии. В AISI 321H интервал содержания углерод расширен для использования изделий из этой нержавейки в особых эксплуатационных условиях.
Таким образом, отвод AISI 321 широко используется в химически активных средах, регионах с большим количеством осадков, в условиях интенсивного нагрева, нефтяной, химической, фармацевтической и пищевой промышленности.