Comparação de SUS321 e SUS321H: titânio-estabilizado vs alto-titânio-aço inoxidável austenítico estabilizado

SUS321 vs SUS321H: O que muda com o carbono?

SUS321 e SUS321H são aços inoxidáveis ​​austeníticos estabilizados-de titânio da mesma família 18Cr-10Ni-Ti. A principal diferença é o teor de carbono: o SUS321 limita o carbono a 0,08% no máximo, enquanto o SUS321H é controlado a 0,04-0,10%. Ambas as classes são estabilizadas com titânio em um nível de pelo menos 4 vezes o teor de carbono, com um mínimo de 0,70%, para que o carbono seja ligado aos carbonetos de TiC e não possa esgotar o cromo nos limites dos grãos. O carbono mais alto do SUS321H produz mais TiC, que fixa os limites dos grãos e melhora drasticamente a resistência à fluência em temperaturas elevadas, tornando-o a classe preferida para serviços de suporte de tensão de longo prazo entre 600 graus e 870 graus.

Composição Química

As faixas de composição abaixo seguem JIS G4304 para chapas-laminadas a quente e JIS G4303 para barras; química idêntica é definida na ASTM A240 para UNS S32100 e S32109.

Elemento	SUS321 (% em peso)	SUS321H (% em peso)
Carbono (C)	0,08 máx.	0.04-0.10
Silício (Si)	1,00 no máximo	1,00 no máximo
Manganês (Mn)	2,00 no máximo	2,00 no máximo
Fósforo (P)	0,045 máx.	0,045 máx.
Enxofre (S)	0,030 máx.	0,030 máx.
Cromo (Cr)	17.0-19.0	17.0-19.0
Níquel (Ni)	9.0-12.0	9.0-12.0
Titânio (Ti)	4 x Cmin, 0,70 min	4 x Cmin, 0,70 min
Ferro (Fe)	Equilíbrio	Equilíbrio

Propriedades mecânicas e de alta-temperatura

À temperatura ambiente, os dois graus são equivalentes na condição recozida; a diferença aparece apenas em carregamentos de-alta temperatura-de longo prazo.

Propriedade	SUS321	SUS321H
Resistência à tração mínima (MPa)	515	515
Rendimento mínimo (MPa)	205	205
Alongamento mínimo (%)	40	40
Dureza máxima (HB)	201	201
Resistência à ruptura por fluência a 700 graus/1000 h (MPa)	60	85
Faixa de serviço contínuo (grau)	-196 a 870	-196 a 870, preferencialmente 600-870 para peças sujeitas a tensão

A resistência à ruptura por fluência de 1.000-horas do SUS321H a 700 graus é aproximadamente 40% maior que a do SUS321, que é o parâmetro decisivo para a vida útil do superaquecedor e da linha de vapor medida em dezenas de milhares de horas.

Notas Equivalentes

Ambas as classes possuem equivalentes reconhecidos nos principais sistemas internacionais de designação.

Sistema	SUS321	SUS321H
JIS	SUS321	SUS321H
UNS (ASTM A240)	S32100	S32109
AISI	321	321H
EN 10088	1.4541 (X6CrNiTi18-10)	1.4941 (X7CrNiTi18-10)

Selecionando entre SUS321 e SUS321H

Escolha o SUS321 para componentes gerais-de alta temperatura que não suportam estresse sustentado: tubos de escape-de motores aeronáuticos, tubos trocadores de calor operando abaixo de 870 graus e vasos de reação química. Escolha SUS321H quando o componente suportar tensão de longo-prazo a 600-870 graus, como superaquecedor de caldeira e tubos de reaquecedor, tubulações de vapor de alta-temperatura e componentes auxiliares de turbina a gás. Onde seções pesadas de SUS321H são soldadas, é necessário um recozimento pós-soldagem a 850-900 graus com resfriamento a ar para aliviar a tensão residual e restaurar o desempenho de fluência. O SUS321H normalmente custa de 10 a 15% mais que o SUS321 devido ao controle mais rígido de carbono e aos requisitos de teste.

Perguntas frequentes

Por que o SUS321H tem maior resistência à fluência-em altas temperaturas?

Seu conteúdo controlado de carbono de 0,04-0,10% forma um volume maior de carbonetos finos de TiC que fixam os limites dos grãos, que resistem ao deslizamento dos limites dos grãos-e à deformação plástica sob tensão de longo prazo em temperatura elevada. O resultado é uma resistência à ruptura por fluência de 1000 horas a 700 graus de cerca de 85 MPa versus 60 MPa para o SUS321.

Qual tratamento térmico pós{0}}soldagem o SUS321H exige?

Para seções espessas, é necessário um recozimento pós-soldagem a 850-900 graus seguido de resfriamento a ar. Isso alivia a tensão residual da soldagem e restaura o desempenho de fluência em alta-temperatura da zona afetada pelo calor. Seções finas abaixo do limite de espessura do código aplicável geralmente não exigem isso.

O SUS321 pode substituir o SUS321H em serviços de estresse-de alta temperatura?

Acima de 600 graus, o SUS321 tem resistência à fluência insuficiente e apresentará deformação plástica progressiva sob carga sustentada, o que pode levar à falha prematura. SUS321H é o material necessário para componentes que suportam tensões-na faixa de 600 a 870 graus.

Existe uma diferença no teor de titânio entre os dois graus?

Ambos são estabilizados a 4 x C com um mínimo de 0,70% de titânio. Como o SUS321H tem um teor de carbono mais alto, seu teor real de titânio é normalmente um pouco mais alto, garantindo a formação de TiC suficiente para estabilizar o carbono mais alto.

Como escolho entre SUS321 e SUS321H?

Selecione SUS321 se a temperatura de serviço for igual ou inferior a 600 graus e o componente não sofrer estresse sustentado de alta-temperatura. Selecione SUS321H se a temperatura de serviço for 600-870 graus e o componente estiver sob estresse-de longo prazo, por exemplo, tubos de superaquecedor ou linhas de vapor projetadas para codificar regras de vida útil lenta.