Aço inoxidável 321 vs 347: comparação entre ligas estabilizadas de alta-temperatura

O que torna um aço inoxidável estabilizado?

321 e 347 pertencem à família austenítica 18/8 (cerca de 18% de cromo e 9-13% de níquel) e resolvem um problema específico. Quando o 304 comum é aquecido na faixa de aproximadamente 425{10}}815 graus - durante a soldagem ou em serviço - o carbono pode se combinar com o cromo nos limites dos grãos para formar carbonetos de cromo, deixando o metal adjacente sem cromo e vulnerável à corrosão intergranular. As classes estabilizadas adicionam um elemento que se liga ao carbono ainda mais facilmente do que o cromo: titânio em 321, nióbio em 347. O carbono é bloqueado como carbonetos estáveis, de modo que o cromo permanece em solução sólida e o material mantém sua resistência à corrosão após a soldagem e em serviço.

Composição Química Comparada

Faixas de composição de acordo com ASTM A240 (% em peso):

Elemento	321/UNS S32100	347/UNS S34700
Carbono, máx.	0.08	0.08
Manganês, máx.	2.00	2.00
Fósforo, máx.	0.045	0.045
Enxofre, máx.	0.030	0.030
Silício, máx.	0.75	0.75
Cromo	17.00-19.00	17.00-19.00
Níquel	9.00-12.00	9.00-13.00
Titânio	5 x Cmin; 0,70 máx.	Não especificado
Nióbio (Colúmbio)	Não especificado	10 x Cmin; 1,00 no máximo

As taxas de estabilização estão escritas na norma: o titânio deve ter pelo menos cinco vezes o teor de carbono e não mais que 0,70%; o nióbio deve ter pelo menos dez vezes o teor de carbono e não mais que 1,00%.

Propriedades Mecânicas (Recozido, ASTM A240)

Propriedade	321 / S32100	347 / S34700
Resistência à tração, mín. (MPa)	515	515
Força de rendimento, mín (MPa)	205	205
Alongamento, mín (%)	40	40

À temperatura ambiente, os dois tipos são essencialmente equivalentes, razão pela qual a seleção do material entre eles é decidida pela temperatura de serviço e pela carga, e não pela resistência da folha de dados.

Desempenho-em altas temperaturas: fluência e escalonamento

Ambas as classes resistem à incrustação em atmosferas oxidantes até cerca de 900 graus. A diferença importante aparece na fluência: acima de cerca de 800 graus, o 347 desenvolve melhor resistência à fluência porque os carbonetos de nióbio permanecem finamente distribuídos e estáveis ​​em altas temperaturas, proporcionando um reforço de precipitação mais eficaz do que os carbonetos de titânio. Por esse motivo, o 347 é preferido para componentes-que contêm pressão, como tubos de aquecimento e vasos de reação-de alta temperatura. 321 e permanece amplamente utilizado em sistemas de exaustão, oxidantes térmicos e foles de expansão, onde boa capacidade de fabricação e resistência a cargas térmicas cíclicas são valorizadas.

Soldagem e Fabricação

Ambas as classes soldam facilmente com a prática convencional de aço inoxidável austenítico e nenhuma delas requer tratamento térmico pós{0}}soldagem. Para juntas 347, o metal de adição de composição estabilizada de nióbio correspondente-(ER347) é típico. 321 geralmente é soldado com o mesmo enchimento ER347 ou com ER321 onde um depósito estabilizado-de titânio correspondente é necessário, porque o titânio oxida facilmente na poça de fusão. A entrada de calor deve ser mantida moderada e a temperatura entre passes abaixo de cerca de 150 graus para limitar a precipitação e distorção do carboneto.

Aplicações Típicas

321: coletores e pilhas de exaustão de aeronaves, oxidantes térmicos, foles de expansão, componentes de fornos abaixo de cerca de 900 graus e tubulações químicas ou petroquímicas em temperatura moderada.

347: tubos de aquecedores de refinarias, vasos de reação de alta-temperatura, superaquecedores de vapor e tubos de reaquecedores, componentes de caldeiras e conjuntos soldados que suportam serviço sustentado acima de 800 graus .

Perguntas frequentes

Qual é a principal diferença entre 321 e 347?

O elemento estabilizador: 321 utiliza titânio (5 x C mínimo, 0,70% máximo), enquanto 347 utiliza nióbio (10 x C mínimo, 1,00% máximo). A faixa de níquel também difere ligeiramente: 9,00-12,00% para 321 e 9,00-13,00% para 347.

Qual classe tem melhor resistência à fluência em altas temperaturas?

347. Acima de cerca de 800 graus, os carbonetos de nióbio fornecem um reforço de precipitação mais forte do que os carbonetos de titânio, proporcionando 347 melhor resistência à fluência em serviços de longo-prazo em altas-temperaturas.

321 pode ser substituído por 347?

Para serviços abaixo de cerca de 800 graus e onde a fluência não é o critério governante, o 321 pode frequentemente ser substituído. Para peças de pressão operando acima de 800 graus, 347 é a escolha mais segura devido à sua resistência superior à fluência.

Os 321 e 347 resistem à corrosão intergranular após a soldagem?

Sim. Ambos são projetados para que o titânio ou o nióbio se combinem com o carbono, evitando o esgotamento do cromo nos limites dos grãos durante a soldagem ou serviço na faixa de sensibilização de aproximadamente 425-815 graus.

Qual metal de adição é usado para soldar 321 e 347?

347 normalmente é soldado com nióbio-enchimento estabilizado correspondente (ER347). 321 geralmente é soldado com o mesmo enchimento ER347 ou com ER321 onde um depósito estabilizado-de titânio correspondente é necessário.

Qual é a temperatura máxima de serviço de 321 e 347?

Em atmosferas oxidantes, ambos resistem à incrustação de cerca de 900 graus. Para peças-que suportam carga, o limite prático é menor porque a resistência à fluência cai com a temperatura; os códigos de projeto devem ser consultados para aplicações de pressão.