고온-온도 서비스 - 지식 - Jinie Technology에 대한 321 대 347 스테인리스강 안정화 등급 비교

오스테나이트계 스테인리스강(예: 304 또는 316)이 다음 온도에 노출될 때425도 및 870도장기간 동안 크롬 탄화물은 입자 경계에 석출됩니다. - 이 현상은감작. 이는 크롬의 입자 경계 영역을 고갈시켜 내식성을 파괴합니다.

안정화 등급은 이 문제를 해결합니다.크롬 탄화물이 형성되기 전에 탄소를 "가두는" 강력한 탄화물 형성 원소(321의 티타늄, 347의 니오븀)를 추가함으로써 가능합니다. 그 결과, 재료는 용접 후에도 또는 장기간 고온에 노출된 후에도 내식성을 유지합니다.

이렇게 생각해보세요. 304가 일반 자물쇠라면 321과 347은 수년간 사용해도 막히지 않는 추가 데드볼트가 있는 자물쇠입니다.

321 vs 347 Stainless Steel

구체적으로 321과 347을 비교하는 이유는 무엇입니까?둘 다 ASME 섹션 VIII, ASTM A240 및 EN 10088에 지정된 오스테나이트 안정화 등급입니다. 이는 정유소, 석유화학 플랜트, 발전소 및 항공기 배기 시스템의 고온 서비스를 위한 가장 일반적인 두 가지 선택입니다. 그러나 재료 비용, 용접 신뢰성 및 장기적인 무결성에 영향을 미치는 미묘하지만 중요한 방식에서 차이가 있습니다.

요점 -장비가 500도 이상에서 작동하고 현장에서 용접되는 경우 321과 347 사이의 선택은 가장 중요한 재료 결정 중 하나입니다.

두 등급 모두 304와 동일한 18‑Cr/10‑Ni 베이스로 제작되었습니다. 주요 차이점은안정화 요소: 321은 티타늄(Ti)을 사용합니다. 347은 니오븀(Nb, 콜럼븀이라고도 함)을 사용합니다.

테이블:표 1 - 화학 성분 비교(출처: ASTM A240 / A240M‑24)

원소(중량%)	321 / 321H (UNS S32100)	347 / 347H (UNS S34700)	중요성
탄소(C)	0.08 이하(H: 0.04~0.10)	0.08 이하(H: 0.04~0.10)	C가 높을수록=크리프 강도가 높아집니다.
크롬(Cr)	17.0–19.0	17.0–19.0	부식 + 산화 저항
니켈(Ni)	9.0–12.0	9.0–13.0	오스테나이트 안정성 + 인성
티타늄(Ti)	5×C 이상(최소 0.20)	-	안정기(321만 해당)
니오븀(Nb)	-	10×C 이상(최소 0.32)	안정기(347에만 해당)
망간(Mn)	2.00 이하	2.00 이하	탈산제
실리콘(Si)	0.75 이하	0.75 이하	고온. 산화
인(P)	0.045 이하	0.045 이하	불순물(낮게 유지)
유황(S)	0.030 이하	0.030 이하	불순물(낮게 유지)
질소(N)	0.10 이하	0.10 이하	C를 강화하지만 수정합니다.

출처: ASTM A240/A240M-24: 압력 용기 및 일반 응용 분야용 크롬 및 크롬-니켈 스테인리스 강판, 시트 및 스트립에 대한 표준 사양.

왜 "저탄소"가 아닌 Ti 또는 Nb -인가요?

You might ask: "Why not just use 304L (extra‑low carbon)?" The answer: at high temperatures (>500도), 304L이라도 장기간 사용하면 결국 민감해집니다.안정화는 영구적입니다.Ti와 Nb는 크롬 탄화물보다 더 안정적인 탄화물을 형성하므로 탄소는 크롬과 반응할 수 없습니다.

티타늄 대 니오븀

티타늄(321년)더 저렴하다기계 가공이 약간 더 쉽습니다. 니오븀 (347년)용접 아크에서 더 안정적입니다.("연소"되지 않음) 장기간 사용하는 동안 "과잉 노화"에 저항하는 보다 온도에 안정적인 탄화물을 형성합니다.

핵심 요약 -347의 Nb는 NbC(니오븀 카바이드)를 형성하며 최대 900도까지 미세하게 분산되어 있습니다. 321의 TiC는 과열되면 용해되고 크롬 탄화물로 재침전될 수 있습니다. - 650도 이상의 장기 사용 시 미묘하지만 실제 위험이 있습니다.

321과 347의 실온 특성은 기본 매트릭스가 동일한 18-Cr/10-Ni 오스테나이트이기 때문에 동일합니다. 안정화 요소(Ti, Nb)는 주변 온도에서 최소한의 영향을 미칩니다.

테이블:표 2 - 실온 기계적 특성(출처: ASTM A240‑24; Outokumpu 2024)

재산	321 (어닐링)	347 (어닐링)	테스트 표준
인장강도(MPa)	515–730	515–655	ASTM A240
항복 강도 @ 0.2%(MPa)	205 이상	205 이상	ASTM A240
50mm 단위의 신장률(%)	40 이상	40 이상	ASTM A240
경도(브리넬, HB)	217보다 작거나 같음	217보다 작거나 같음	ASTM A240
경도(로크웰 B)	95 이하	95 이하	ASTM E18
충격 인성 @ -196도(J)	32 이상	32 이상	ASTM A370
탄성률(GPa)	193	193	-
포아송비	0.29	0.29	-

출처: Outokumpu: 스테인레스 스틸 핸드북 - 고온에서의 특성(2024).

이것이 디자인에 미치는 영향:주변 온도 배관 또는 장비의 경우 321과 347은 기계적으로 상호 교환 가능합니다. 온도가 ~400도를 초과하거나 용접이 필요한 경우에만 선택이 중요합니다.

이 글에서 가장 중요한 부분입니다.고온 응용 분야에 적합한 재료를 선택하기 전에 주의 깊게 읽어 보십시오.

두 등급 모두 공기 중에서 최대 870도까지 보호용 Cr²O₃ 스케일을 형성합니다. 그 이상에서는 스케일이 부서지고 산화가 가속화됩니다.347은 약간의 엣지가 있습니다.왜냐하면 Nb로 안정화된 미세구조는 장기간 노출 후에도 결정립계 산화에 대한 저항력이 더 강하기 때문입니다.

테이블:표 3 - 고온 산화 지침(출처: Nickel Institute Publication 9004; ATI 321/347 데이터시트 2025)

온도(도)	321 - 산화율	347 - 산화율	추천
650 이하	무시할 수 있음	무시할 수 있음	어느 학년이든
650–800	< 0.1 mm/year	< 0.1 mm/year	어느 학년이든
800–900	0.1~0.5mm/년	0.08~0.4mm/년	347 preferred for >10년 수명
900–950	>0.5mm/년(현지화)	0.4~0.6mm/년	347만; ~로 제한하다<5 years
> 950	권장되지 않음	권장되지 않음	310S 또는 RA253MA를 사용하세요.

출처: 니켈 연구소: 스테인리스강의 고온 특성(간행물 9004, 2023). ATI(Allegheny Technologies) 321/347/348 기술 데이터시트(2025).

크리프는침묵의 살인자고온 장비의 경우: 실온 항복 강도의 40%만 작동하는 파이프는 크리프 때문에 100,000시간(약 11.4년) 후에도 여전히 파열될 수 있습니다.

고등학생에 대한 비유: 크리프는 밤새도록 책상 위에 구부려 놓은 플라스틱 통치자와 같습니다. - 부러지지는 않지만 결코 똑바로 돌아오지 않습니다. 고온에서 금속은 동일한 작업을 수행하지만 부하가 걸립니다.

테이블:표 4 - ASME 허용 응력 및 추정 100,000h 크리프 파열 강도(출처: ASME 섹션 II-D 2023; tubegchina.com 크리프 데이터 2024)

온도	설계 스트레스 (321)	설계 스트레스 (347)	100,000시간 파열 응력(321)	100,000시간 파열 응력(347)
500도(화씨 932도)	117MPa	117MPa	~95MPa	~100MPa
550도(1022도 F)	105MPa	107MPa	~65MPa	~72MPa
600도(화씨 1112도)	52MPa	55MPa	~38MPa	~44MPa
650도(1202도 F)	32MPa	35MPa	~20MPa	~25MPa
700도 (1292도 F)	18MPa	21MPa	~10MPa	~13MPa
750도 (1382도 F)	10MPa	12MPa	~ 5MPa	~ 7MPa

출처: ASME 보일러 및 압력 용기 코드, 섹션 II‑D(2023년판). 크리프 파열 곡선: TubingChina.com - TP321/347 기계적 특성(2024).

크리프 결론 -600~700도에서,347 강철 ASME 코드에 따른 321보다 허용 응력이 10~20% 더 높습니다. 20년 수명을 위해 설계된 새로운 용광로 대류 섹션의 경우 튜브 벽 두께를 최대 1~2mm까지 줄일 수 있으므로 - 무게와 비용이 절약됩니다.

오스테나이트계 스테인리스강을 500~850도까지 장시간 노출하면 석출될 수 있습니다.시그마 단계(단단하고 부서지기 쉬운 금속간 화합물). 321은 일반적으로덜 민감한to sigma formation because Ti restricts chromium mobility. 347, with higher Cr and Nb, has a slightly higher risk - but this is only a concern for very long exposures (>50,000시간) 650도 이상.

테이블:표 5 - 열노화 위험 비교(출처: NACE MR0103; ASM 핸드북 Vol{2}}C 2023)

위험 요인	321	347	완화
시그마 위상(650도, 10,000h)	낮은	보통의	대조 %Ni < 11; 321H를 사용하세요
Carbide coarsening (>700도)	보통의	낮은	안정화된 H등급 사용
노화 후 충격 인성	더 나은 유지	약간 낮음	샤르피 테스트 지정

출처: NACE MR0103/ISO 15156 - H2S 함유 환경에서 사용하기 위한 금속. ASM 핸드북 Vol{3}}C: 특정 산업의 부식(2023).

이 글에서 한 가지만 기억한다면 다음을 기억하세요.321이 347 -보다 제대로 용접하기 어려운 이유는 모재가 어렵기 때문이 아니라,티타늄은 용접 아크를 가로질러 전달되지 않습니다.

티타늄 번오프 문제

Ti 베어링 필러(ER321)로 321을 용접하면 최대 50~70%의 티타늄이 아크에서 손실됩니다.결과:용접 용착물은 더 이상 적절하게 안정화되지 않으며, 사용 중에 열 영향부(HAZ)가 민감해질 수 있습니다.

비유: 이는 폭풍우가 치는 동안 울타리를 칠하려고 하는 것과 같습니다. - 티타늄이 제 역할을 하기 전에 "씻겨 나가게" 됩니다.

용접 모범 사례 -기본 금속이 321인 경우에도 대부분의 제작사는 ER347(니오븀 함유) 필러 금속을 사용합니다. ER347의 Nb는 321 및 347 모재를 완벽하게 안정화합니다. API 582와 ASME BPVC 섹션 IX는 모두 이 관행을 승인합니다.

용접 소모품 요약

테이블:표 6 - 용접 소모품 선택 (출처: AWS A5.4 / A5.9; API 582 2024)

비금속	권장 필러(SMAW)	권장 필러(GTAW/GMAW)	왜
321	E347‑XX	ER347	Ti가 타버림; Nb는 용접을 안정시킵니다
321H	E347‑XX	ER347	같은 이유; 크리프용 H 등급
347	E347‑XX	ER347	Nb는 완벽하게 전송됩니다.
347H	E347‑XX	ER347	고온용 H등급. 힘
321이 347에 용접됨	E347‑XX	ER347	공통분모=Nb

용접 후 열처리(PWHT)

321도 아니고 347도 아니고필요하다 PWHT to restore corrosion resistance (that's the whole point of stabilization). However, stress‑relief PWHT may still be needed for: • Thick‑walled pressure vessels (ASME requires it >특정 예외는 38 mm) • 가성 또는 폴리티온산 서비스용 장비 • 극저온 서비스(인성 보장을 위해)

테이블:표 7 - PWHT 지침(출처: ASME BPVC 섹션 VIII Div.1 UCS-56)

상태	321 PWHT	347 PWHT	메모
용접 후(현장)	필요하지 않음	필요하지 않음	안정화 등급
스트레스 해소(ASME VIII)	600~700도, 1시간/인치	600~700도, 1시간/인치	부식에 대한 선택 사항
PWHT로 인한 감작 위험	낮은	낮추다	347 더 관대하다

321과 347은 기본 조성이 동일하기 때문에 물리적 특성이 거의 동일합니다. Ti 대 Nb 원자량에서 작은 차이가 발생합니다.

테이블:표 8 - 물리적 특성 비교(출처: ASM Handbook Vol. 1; Outokumpu 2024)

재산	321	347	중요한 이유
밀도(kg/m²)	7930	7960	무게 계산
열팽창(μm/m·도, 0~500도)	16.5	16.5	열 성장으로 인한 파이프 응력
열전도율(W/m·K, 100도)	16.3	16.3	열전달 장비
열전도율(W/m·K, 500도)	21.5	21.5	-
전기 저항률(μΩ·m, 20도)	0.72	0.73	-
자기?	아니요(오스테나이트계)	아니요(오스테나이트계)	PM 추적자 확인
녹는 범위(도)	1400–1425	1400–1425	용접예열

두 등급 모두 304뿐만 아니라 대부분의 부식성 매체에 저항합니다. 안정화는 주로 보호합니다.입계 부식(IGC) 용접 후. 특정 환경에서 비교하는 방법은 다음과 같습니다.

테이블:표 9 - 선택한 환경의 부식 저항성(출처: NACE MR0103; Outokumpu Corrosion Tables 2024)

환경	321	347	우승자
입계 부식(용접)	좋음(Ti)	더 좋음(Nb)	347
폴리티온산(정유공장 폐쇄)	허용됨	훌륭한	347(API 571)
염화물 SCC(60도 이하)	저항하다	저항하다	둘 다(304와 동일)
Chloride SCC (>60도)	가난한	가난한	2205 듀플렉스 사용
질산(HNO₃)	훌륭한	훌륭한	둘 다
황산(H2SO₄, 묽은)	공정한	공정한	합금 20 사용
가성(NaOH, < 50%)	250도까지 좋음	250도까지 좋음	둘 다
대기 부식	좋은	좋은	둘 다

폴리티온산 응력 부식 균열(PASCC)

정유소 수처리 장치가 작동을 멈추고 공기에 노출되면 강철 표면의 황 화합물이 수분과 반응하여 형성됩니다.폴리티온산(H2S₄O₆). 이 산은 민감화된 스테인리스 강의 빠른 입계 균열을 유발합니다.

API 571(손상 메커니즘)이 서비스에 대해 347(321 아님)을 명시적으로 승인합니다. Nb 안정화는 셧다운 중에 PASCC에 대한 보다 안정적인 저항을 제공합니다.

정유소 추천 -장비에 수소화 처리, 개질 또는 수소화 분해 서비스가 표시되는 경우 - 347(또는 347H)을 지정하세요. 여기서 321을 사용하는 것은 허용되지만 더 위험한 대안입니다.

테이블:표 12 - 비용 비교(2025년 시장 참조, 중국 외 공장 소스)(출처: JN Alloy 내부 비용 벤치마크 2025; Sandmeyer Steel 가격표 2025)

비용 요소	321	347	차이점
모재(플레이트, $/kg)	$3.20–3.80	$3.50–4.20	347 +9–10%
이음매 없는 파이프 4" Sch 40 ($/m)	$85–105	$95–120	347 +12%
용접파이프($/m)	$55–70	$62–78	347 +10%
용접재료 ($/kg)	ER347: $18–22	ER347: $18–22	동일(ER347 사용)
가공 비용(지수)	100(기준)	105–110	347 조금 더 세게
설치 노동	같은	같은	-
기대 수명 연장(년)	-	+3~+8년	고온. 서비스
계획되지 않은 가동 중단 위험	보통의	낮은	347 위험 감소

수명주기 비용(LCC) 통찰력

일반적인 정유소 히터 프로젝트의 경우(6인치 파이프 500m, 650도): •321 소재비용: ~$68,000 • 347 재료 비용: ~$76,000 (+$8,000) • 321의 예상치 못한 가동 중단 위험: 이벤트당 약 $2~5M • 347의 확률 감소: ~60~80% →347=$8,000 투자 대비 $120~400만 위험 감소의 예상 가치.

비용 평결 -347의 재료비 프리미엄은 실패로 인한 재정적 위험에 비해 무시할 수 있습니다. 다운타임 비용이 $100,000를 초과하는 프로젝트의 경우 321이 아닌 347이 경제적으로 합리적인 선택-입니다.

A: 주변 온도, 비용접 용도의 경우 - 예.고온 또는 용접 응용 분야의 경우 - no{1}}는 더 나은 크리프 강도와 용접 HAZ 안정성을 제공합니다. 특정 설계 온도에 대해서는 항상 ASME B31.3 또는 섹션 VIII을 참조하십시오.

Q2: 제작자는 왜 321에도 항상 ER347 필러를 권장합니까?

A: 티타늄은 용접 아크를 통해 안정적으로 전달되지 않기 때문입니다.Ti가 연소되어 용접이 불안정해집니다. ER347(니오븀 함유)은 321 및 347 모재를 완벽하게 전달하고 안정화합니다. 이는 업계 표준 관행(AWS A5.4)입니다.

Q3: 321과 347의 최대 사용 온도는 얼마입니까?

A: 간헐적인 서비스:최대 870도(321) / 900도(347).지속적인 서비스:limit to 750°C for long design life (>20년). 800도 이상에서는 310S 또는 RA253MA(고온 합금) 사용을 고려하십시오.

Q4: 고온 서비스에서는 347이 항상 321보다 낫습니까?

A: 아니요.항공 배기 장치(주기적인 400~750도, 진동 피로 구동)의 경우 321이 성형, 기계 가공이 더 쉽고 ~0.4% 더 가볍기 때문에 선호되는 경우가 많습니다. 정유/석유화학(안정적인 600~800도)의 경우 347이 더 좋습니다.

Q5: "H"등급(321H/347H)은 무엇을 의미합니까?

A: "H"=고탄소(0.04~0.10%, 비H 등급의 경우 0.08% 이하). 탄소 함량이 높을수록 고온 크리프 강도가 증가합니다. 550도 이상의 서비스에 대해서는항상 H등급을 지정하세요.(321H 또는 347H).

질문 6: 321 또는 347을 고온의 염화물 함유 환경에서 사용할 수 있습니까?

A: 아니요.모든 300 시리즈 오스테나이트 강철과 마찬가지로 321 및 347도 ~60도 이상에서 염화물 응력 부식 균열(Cl-SCC)에 취약합니다. 염화물 함유 고온 서비스의 경우 듀플렉스 2205 또는 슈퍼 오스테나이트 254 SMO를 사용하십시오.

Q7: ASME가 압력 용기 건설에 대해 347을 승인합니까?

A: 예.347 및 347H는 최대 허용 응력이 화씨 900도(482도)이고 외삽법을 사용하면 최대 ~1200화씨(650도)인 ASME 섹션 II-D에 나열되어 있습니다. 섹션 VIII Div.1 디자인 차트에는 두 등급이 모두 포함됩니다.

Q8: 현장에서 파이프 조각이 321인지 347인지 어떻게 식별합니까?

A: PMI(긍정적 물질 식별)X선 형광(XRF)을 사용하는 것이 유일하게 신뢰할 수 있는 방법입니다. Ti(티타늄)는 XRF로 명확하게 검출할 수 있습니다. Nb(니오븀)도 검출 가능하지만 더 민감한 장비가 필요할 수 있습니다. 육안식별은 불가능합니다. - 두 등급 모두 동일해 보입니다.