Aços inoxidáveis ​​austeníticos estabilizados 321 vs 347: seleção de componentes soldados em alta-temperatura

Os tipos 321 e 347 existem com uma finalidade: permitir que o aço inoxidável austenítico seja soldado e usado em temperaturas elevadas sem o risco de corrosão intergranular ou a necessidade de tratamento térmico pós-soldagem. O padrão 304, soldado e mantido na faixa de 425-850 C, precipita carbonetos de cromo nos limites dos grãos e perde resistência à corrosão. A adição de um formador de carboneto forte, titânio em 321 ou nióbio em 347, evita isso ligando o carbono em compostos estáveis.

Ambas as classes são amplamente especificadas para peças de fornos, componentes de caldeiras e trocadores de calor, sistemas de exaustão e tubulações de refinarias. A escolha entre eles depende da temperatura de serviço, resistência à fluência, fabricação e custo.

Composição Química conforme ASTM A240

Elemento (% em peso)	321, UNS S32100	347, UNS S34700
Carbono, máx.	0.08	0.08
Cromo	17.0–19.0	17.0–19.0
Níquel	9.0–12.0	9.0–13.0
Titânio	5 x (C + N) mínimo a 0,70 máximo	-
Nióbio + Tântalo	-	10 x C mínimo a 1,10 máximo
Manganês, máx.	2.00	2.00
Silício, máx.	0.75	0.75
Nitrogênio, máx.	0.10	-

Ambas as classes apresentam os mesmos mínimos recozidos de acordo com ASTM A240: resistência à tração 515 MPa, resistência ao escoamento de 0,2% 205 MPa, alongamento 40 por cento. As diferenças aparecem em serviços de temperatura-elevada-de longo prazo.

Comportamento-de temperatura elevada: estabilidade e fluência do carboneto

Os carbonetos de titânio em 321 são estáveis ​​até cerca de 800°C, mas tornam-se mais grossos lentamente durante a exposição prolongada acima dessa temperatura, o que reduz gradualmente a resistência do limite-do grão e a resistência à fluência. Os carbonetos de nióbio no 347 permanecem finos e estáveis ​​para uma exposição muito mais longa a 800-900 C, e é por isso que o 347 é preferido para os componentes de serviço-contínuo mais quentes, como peças de-turbinas a gás, tubos de superaquecedores e tubulações de vapor nuclear. Em serviço cíclico, os carbonetos de nióbio mais finos e estáveis ​​também resistem melhor aos danos da fadiga térmica do que os carbonetos de titânio grosseiros do 321.

Para fins de projeto, a ASME B31.3 lista ambos os graus até um máximo de cerca de 816°C, com tensões admissíveis que diminuem com a temperatura; acima dessa faixa, ligas com maior resistência ao-calor-devem ser avaliadas.

Soldabilidade e tratamento térmico pós{0}}soldagem

Nenhum dos tipos requer tratamento térmico pós{0}}soldagem por motivos de corrosão: a estabilização evita a sensibilização na zona-afetada pelo calor. Metais de adição correspondentes são usados: enchimento tipo 321- para 321, enchimento tipo 347 para 347. Para juntas diferentes entre classes austeníticas estabilizadas e não estabilizadas, um enchimento tipo 347 é uma escolha neutra comum. A soldagem de 347 deve usar entrada de calor controlada para evitar a segregação de nióbio ou aglomeração de carboneto no metal de solda.

Considerações sobre resistência à corrosão

Na condição recozida e soldada, ambas as classes resistem à corrosão intergranular na faixa de 425-850 C e em serviço em temperaturas elevadas. Nenhum dos tipos contém molibdênio, portanto nenhum deles é adequado para serviços com cloreto-, marítimos ou úmidos-ácidos; para resistência combinada ao calor e ao cloreto, devem ser selecionados graus estabilizados ou duplex contendo molibdênio.

Orientação sobre custo, fabricação e seleção

321 é geralmente o grau de custo mais baixo-porque o titânio é abundante e barato para ligar, enquanto o nióbio é uma adição controlada e mais cara. 347 é marginalmente menos moldável em seções pesadas devido ao seu conteúdo de nióbio e requer um pouco mais de força de flexão. Onde a temperatura de projeto permanece abaixo de cerca de 800°C e a vida útil da fluência não é crítica, o 321 oferece o benefício de estabilização a um custo menor; onde o serviço contínuo se aproxima de 850{7}}900 C, o 347 estabilizado com nióbio justifica seu prêmio.

Escolha 321 para componentes soldados que operam abaixo de cerca de 800°C: bandejas de fornalhas, tubos de caldeiras, coletores de exaustão, tubulações químicas na faixa de sensibilização e acessórios de-tratamento térmico geral. Escolha 347 para serviço contínuo acima de 800 °C, para aplicações de longa-fluência-vida, para serviço térmico cíclico e para especificações nucleares ou aeroespaciais que exigem estabilidade máxima de{8}}carboneto a longo prazo.

Perguntas frequentes

Por que 321 e 347 não precisam de tratamento térmico pós{2}}soldagem?

As adições estabilizadoras ligam carbono como carbonetos de titânio ou nióbio, de modo que a precipitação de carboneto de cromo não pode esgotar os limites dos grãos. A zona-afetada pelo calor, portanto, mantém sua resistência à corrosão sem recozimento.

Qual classe resiste a temperaturas mais altas?

347, porque os carbonetos de nióbio permanecem finos e estáveis ​​a 800-900 C enquanto os carbonetos de titânio ficam mais grossos. Ambas as classes são limitadas perto de 816 C nas tabelas de projeto ASME B31.3, portanto, a diferença é mais importante para a vida útil de fluência e microestrutura de longo prazo, em vez da temperatura máxima do código.

321 ou 347 podem substituir 304 em ambientes de cloreto?

Não. Nenhum dos dois contém molibdênio, portanto ambos têm os mesmos limites de corrosão por corrosão de cloreto que 304. A estabilização protege contra corrosão intergranular, não contra corrosão por corrosão sob tensão ou corrosão sob tensão.

Qual metal de adição deve ser usado para soldar 321?

Use uma carga do tipo 321 correspondente para que o metal de solda também contenha estabilização de titânio. Para 347, use preenchimento do tipo 347. Um enchimento tipo 347 é uma escolha comum para juntas estabilizadas diferentes.

321 é mais barato que 347?

Geralmente sim. O titânio é uma adição-de baixo custo, enquanto o nióbio tem uma qualidade de liga significativa, portanto o 347 é normalmente o mais caro dos dois tipos estabilizados.

321 e 347 são magnéticos?

Não. Ambos são totalmente austeníticos na condição recozida e permanecem essencialmente não-magnéticos; leve magnetismo pode aparecer após trabalho pesado a frio.