Oțel inoxidabil 347: niobiu-grad austenitic stabilizat pentru temperatură înaltă- și servicii nucleare

Ce este oțelul inoxidabil 347?

Oțelul inoxidabil 347 este un grad austenitic stabilizat cu niobiu și tantal, desemnat UNS S34700 în ASTM A240 și EN 1.4550 (X6CrNiNb18-10) în EN 10088, cu echivalentul japonez SUS347 conform JIS G4303 și G4303. Stabilizarea înseamnă că carbonul este legat în carburi de niobiu stabile (NbC) în loc să fie liber să reacționeze cu cromul. Acest lucru previne precipitarea carburii de crom la granițele granulelor în timpul sudării sau expunerii susținute la temperaturi ridicate, astfel încât oțelul rezistă la coroziunea intergranulară și poate fi utilizat în stare-sudată fără recoacere post-sudare. Gradul 347 este alegerea preferată atunci când componentele se confruntă cu cicluri frecvente de încălzire și răcire, deoarece carburile de niobiu nu se dizolvă și nu se precipită din nou în timpul ciclării termice la fel de ușor ca carburile de titan.

Compoziție chimică

Limitele de compoziție de mai jos urmează ASTM A240 pentru plăci, foi și benzi; aceeași chimie se aplică țevilor și tuburilor conform ASTM A312 și A269.

Element	Compoziție (% în greutate
Carbon (C)	0,08 max
Mangan (Mn)	2,00 max
Fosfor (P)	0,045 max
sulf (S)	0,030 max
Siliciu (Si)	0,75 max
Crom (Cr)	17.0-19.0
Nichel (Ni)	9.0-13.0
Niobiu + Tantal (Nb+Ta)	10 x C min, 1,00 max

Cerința Nb+Ta de cel puțin 10 ori conținutul de carbon, cu un minim practic de 0,70%, garantează că este prezent suficient niobiu pentru a se combina cu tot carbonul din oțel.

Proprietăți mecanice

În starea de recoacere, 347 oferă următoarele proprietăți minime conform ASTM A240.

Proprietate (recoace)	Valoare
Rezistența la tracțiune min (MPa)	515
Limita de curgere min (MPa)	205
Alungire min (%)	40
Duritate max (HB)	217

La temperaturi ridicate, 347 își păstrează rezistența utilă și, spre deosebire de clasele ne-stabilizate, își păstrează rezistența la coroziune chiar și după perioade lungi în intervalul de temperatură de sensibilizare de 425-815 grade .

Stabilizarea niobiului vs stabilizarea titanului

Gradul 321 folosește titanul în același scop de stabilizare, dar cele două elemente se comportă diferit la temperatură ridicată. Carburele de titan (TiC) rămân stabile până la aproximativ 1000 de grade, în timp ce carburile de niobiu (NbC) rămân stabile până la aproximativ 1200 de grade. În funcționare peste 1000 de grade sau sub cicluri termice repetate, carburile de titan se pot dizolva și re{6}}precipita la granițele granulelor, ceea ce epuizează local cromul și reduce rezistența la coroziune. Carburele de niobiu sunt mult mai puțin afectate de ciclul termic, motiv pentru care 347 este specificat pentru componentele de evacuare a aeronavelor, piesele de supraîncălzire și componentele nucleare care suferă de încălzire și răcire frecventă. Gradul 321 rămâne alegerea mai economică pentru servicii statice la temperatură înaltă{11}sub 1000 de grade .

Sudarea și aplicațiile tipice

Gradul 347 este ușor de sudat prin procese TIG, MIG și MMA folosind metal de umplutură 347 potrivit care poartă același conținut de niobiu. Aportul scăzut de căldură minimizează creșterea granulelor în zona-afectată de căldură, iar ecranarea cu argon cu o puritate de 99,99% previne porozitatea pe suprafața sudurii. Preîncălzirea nu este necesară. Deoarece oțelul este stabilizat, îmbinările sudate își păstrează rezistența la coroziune intergranulară fără recoacere post-sudare, ceea ce reprezintă un avantaj major pentru vasele mari și fabricațiile complexe. Aplicațiile tipice includ componentele motoarelor de aeronave și sistemele de evacuare, vase nucleare sub presiune și reactoarele interne, reactoare chimice și petrochimice, tubulaturi de supraîncălzire și reîncălzire și părți ale cuptorului care funcționează la peste 800 de grade.

FAQ

Cum diferă stabilizarea niobiului de stabilizarea cu titan în 321?

Niobiul formează carburi NbC care rămân stabile până la aproximativ 1200 de grade, în timp ce titanul formează TiC stabil până la aproximativ 1000 de grade. Sub cicluri termice repetate, carburile de niobiu rezistă mult mai bine la dizolvare și re-precipitare, astfel încât 347 își păstrează rezistența la coroziune intergranulară în condiții fluctuante de temperatură-înaltă. Gradul 347 necesită, de asemenea, de 10 ori mai mult conținutul de carbon din niobiu, față de 5 ori pentru titanul din 321, ceea ce oferă o blocare mai completă a carbonului-.

De ce este folosit 347 în vasele nucleare sub presiune?

Îmbinările sudate în vasele nucleare nu trebuie să-și piardă rezistența la coroziune, deoarece orice atac intergranular ar putea deveni o cale de scurgere pentru mediile radioactive. Stabilizarea niobiului a 347 menține îmbinările sudate rezistente la coroziune- fără recoacere post-sudură, structura austenitică rezistă fragilizării radiațiilor mai bine decât gradele feritice, iar distribuția fină a NbC ajută la captarea defectelor-induse de radiații, păstrând în același timp ductilitatea.

Cum se compară 347 cu 304L?

304L se bazează pe un conținut foarte scăzut de carbon (0,03% max) pentru a evita precipitarea carburilor, dar protecția se pierde în timpul serviciului sudat sau la temperatură înaltă-peste 425 de grade . Gradul 347 rezistă la coroziunea intergranulară prin stabilizare și păstrează rezistența peste 600 de grade . 304L este mai ieftin pentru aplicații cu-solicitații reduse, cum ar fi echipamentele alimentare; 347 este alegerea corectă pentru componentele sudate-la temperatură ridicată, cum ar fi tubulatura cazanului.

Care este cel mai bun mod de a suda 347?

Utilizați TIG sau MIG cu metal de umplutură 347 potrivit, astfel încât metalul de sudură să aibă aceeași stabilizare cu niobiu. Mențineți aportul de căldură scăzut pentru a limita creșterea cerealelor în zona-afectată de căldură, protejați cu argon de-puritate ridicată pentru a preveni porozitatea și pentru a evita țeserea largă. Nu este necesară preîncălzirea, iar șlefuirea sau decaparea post-sudare îndepărtează depunerile de oxid din zona de sudare.

Poate fi folosit 347 la temperaturi criogenice?

Da. Structura austenitică a lui 347 rămâne stabilă până la -196 de grade , astfel încât poate servi în aplicații criogenice necritice, cum ar fi vasele mici de azot lichid. Pentru componentele criogenice foarte solicitate, 321 este de obicei preferat deoarece carburile sale de titan mai fine oferă o rezistență la impact mai bună; carburile de niobiu mai mari din 347 acționează ca concentratori minori de stres.