Aço inoxidável 321H (UNS S32109): grau estabilizado de alto-titânio-carbono para serviços em-temperaturas elevadas

321H pertence à família dos austeníticos-estabilizados de titânio. O sufixo H denota uma faixa de carbono controlada de 0,04-0,10%, que é superior ao máximo de 0,08% do padrão 321. O carbono extra se combina com o titânio para formar mais carbonetos de titânio, e esses carbonetos restringem o deslizamento dos limites dos grãos-em temperaturas elevadas, aumentando a resistência à fluência e a tensão-vida à ruptura. 321H é, portanto, especificado onde peças soldadas ou formadas a frio devem suportar a carga em 800-900 graus. Designações: UNS S32109, ASTM A240 Tipo 321H, ASTM A213 TP321H, JIS SUS321H, legado DIN X10CrNiTi18-10. Dentro da EN 10088, o grau padrão mais próximo é 1,4541 (X6CrNiTi18-10), que cobre a composição base 321.

Composição Química conforme ASTM A240

Os limites abaixo aplicam-se a chapas, folhas e tiras conforme ASTM A240 Tipo 321H; a forma tubular TP321H de acordo com ASTM A213 atende aos mesmos requisitos.

Propriedades Mecânicas

Na condição recozida, o 321H atende às mesmas propriedades-de temperatura ambiente mínima do 321.

A vantagem do 321H aparece na temperatura: carbonetos de titânio mais finos e numerosos aumentam o limite de escoamento a 850 graus em aproximadamente 15-20% em comparação com 321 e melhoram a vida útil de ruptura por tensão em 800-900 graus, que é a base para seu uso em superaquecedores de caldeiras e tubos de reaquecedor.

Desempenho-em altas temperaturas

O 321H é aplicado para serviço contínuo até cerca de 900 graus em atmosferas oxidantes e levemente corrosivas, situando-se entre 321 a cerca de 870 graus e 309S a cerca de 980 graus. Os códigos de projeto tratam a designação H de maneira diferente da classe base: as regras do vaso de pressão- permitem 321H em temperaturas mais altas que 321 porque seus dados de fluência são documentados e seus carbonetos permanecem estáveis. A 850 graus, o 321H apresenta substancialmente menos deformação por fluência do que o 321 durante a mesma tensão e tempo, razão pela qual a tubulação do superaquecedor nesta faixa é rotineiramente especificada como TP321H. A estabilização do titânio também preserva a resistência à corrosão intergranular após a soldagem, porque o conteúdo de titânio é escalonado para carbono a 5×C no mínimo, de modo que nenhuma zona esgotada de cromo-se forma nos limites dos grãos.

Fabricação e Soldagem

O 321H solda pelos mesmos processos do 321, mas o maior teor de carbono exige disciplina. Use carga estabilizada correspondente, como uma carga de rolamento-de titânio para 321H, porque uma carga não estabilizada reintroduz o risco de sensibilização; mantenha a entrada de calor baixa e a temperatura entre passes abaixo de cerca de 150 graus; e limpe completamente as superfícies das juntas porque o titânio é facilmente oxidado e perdido na poça de fusão. A flexão requer mais força do que 321 devido ao limite de escoamento mais alto, e peças formadas-muito a frio devem ser recozidas em solução antes do serviço em-altas temperaturas. A usinagem prossegue cerca de 10-15% mais lenta que 321 devido à maior dureza, e ferramentas de metal duro são recomendadas. O recozimento pós-fabricação a cerca de 950-1120 graus seguido de resfriamento rápido restaura a ductilidade total e o desempenho de fluência.

Candidaturas e Seleção

Os componentes típicos do 321H são superaquecedores de caldeiras e tubos de reaquecedores, tubulações de vapor, componentes internos de turbinas,-elementos de fornos para serviços pesados, foles de expansão e qualquer peça soldada que suporte tensão de 800-900 graus. Orientação de seleção: use o padrão 321 abaixo de cerca de 870 graus onde as tensões são baixas e o custo é importante; use 321H onde a peça deve suportar carga a 800-900 graus; e considere 347H, onde são necessárias resistência à fluência e estabilidade de carboneto de nióbio ainda maiores, ou 309S/310S, onde predomina a resistência à incrustação acima de 900-1000 graus. Em atmosferas de combustão ricas em enxofre, os graus estabilizados com titânio são geralmente preferidos aos graus estabilizados com nióbio porque o nióbio pode formar sulfetos frágeis.

Perguntas frequentes

Q1: Por que o carbono mais alto melhora o 321H em alta temperatura?A1: O carbono de 0,04-0,10% reage com o titânio para formar mais carbonetos de titânio do que em 321. Esses carbonetos finos fixam os limites dos grãos e retardam a difusão atômica que impulsiona a fluência, aumentando a resistência ao escoamento em 850 graus em aproximadamente 15-20% e estendendo a vida útil da ruptura por tensão.

Q2: O 321H mantém a resistência à corrosão do 321?A2: Sim. O titânio é especificado a um mínimo de 5×C, portanto, para 0,10% de carbono, o titânio mínimo é 0,50%, o que liga essencialmente todo o carbono e evita zonas esgotadas-de cromo. A resistência à corrosão intergranular após soldagem corresponde a 321.

Q3: Qual é a temperatura máxima de serviço de 321H?A3: O serviço contínuo é geralmente limitado a cerca de 900 graus em atmosferas oxidantes. Entre 870 graus e 900 graus, 321H é preferível a 321 para peças-de suporte de carga; acima de 900 graus considere 309S, 310S ou 347H dependendo do estresse e da atmosfera.

Q4: Como o 321H é soldado?A4: Por GTAW, GMAW ou SMAW com enchimento estabilizado de rolamento-de titânio, baixa entrada de calor, temperatura de interpasse abaixo de cerca de 150 graus e faces de junta limpas. O tratamento térmico pós{4}}soldagem não é necessário para resistência à corrosão.

Q5: Qual é o equivalente EN de 321H?R5: EN 10088 não define uma nota H-; o grau EN 10088 mais próximo é 1,4541 (X6CrNiTi18-10), que corresponde ao padrão 321. A designação H existe em ASTM A240, ASTM A213, ASME SA-240 e SA-213, e em JIS como SUS321H.

Q6: Quando devo escolher 321H em vez de 347H?A6: Escolha 321H para serviços de suporte de carga de 800-900 graus-onde o custo é importante e a soldagem é simples; 321H é normalmente mais barato que 347H. Escolha o 347H onde a máxima resistência à fluência e a estabilidade do carboneto de nióbio justificam o preço mais alto, e observe que o 321H é geralmente preferido em atmosferas ricas em enxofre.