강철 321H 플레이트 대 321: 차이점은 무엇입니까?

321 및321H 스테인레스 강판둘 다 뛰어난 티타늄-안정화 오스테나이트 등급이지만 동일하지는 않습니다. 이 기사에서는 화학 성분, 기계적 특성, 고온-거동 및 실제 사용이 어떻게 다른지-정확하게 살펴보겠습니다.

Steel 321H Plate Vs 321 What Is The Difference

321과 321H는 모두 티타늄으로 안정화된 오스테나이트계 스테인리스강입니다. 안정화란 티타늄(보통 탄소 함량의 5배, 최소 0.10%)이 합금에 첨가되는 것을 의미합니다.

티타늄은 크롬보다 탄소에 대한 인력이 훨씬 더 강합니다. 강철이 가열되면(용접 또는 고온 서비스 중) 티타늄이 먼저 탄소를 붙잡아 무해한 티타늄 탄화물을 형성합니다. 이는 입계 부식(종종 "용접 부패"라고 함)의 원인인 결정립 경계에서 크롬 탄화물의 형성을 방지합니다.

따라서 두 등급 모두 감작에 저항합니다. 그러나 321H는 크리프 강도와 응력 파열 특성이 중요한 고온- 응용 분야를 위해 특별히 설계되었습니다.

특징	321	321H
UNS 번호	S32100	S32109
탄소 함량	0.08% 이하	0.04 – 0.10%
티타늄 함량	5×C 이상	4×(C+N) 이상 0.70 이하
1차 강도 메커니즘	솔루션 강화	용액 + 탄화물 석출 강화
다음에 가장 적합	일반 고온-온도 서비스(최대 1500F)	장기간-내하중-고온-서비스(화씨 1000도 이상)
용접 후 열처리?-	필요하지 않음	필요하지 않음
일반적인 애플리케이션	항공기 배기 스택, 화학 장비, 열교환기	보일러, 압력 용기, 과열기, 정유 배관

아래 표는 ASTM A240에 따른 주요 화학적 차이점을 보여줍니다.

요소	321 (S32100)	321H (S32109)
탄소(C)	0.08% 이하	0.04 – 0.10%
크롬(Cr)	17.0 – 19.0%	17.0 – 19.0%
니켈(Ni)	9.0 – 12.0%	9.0 – 12.0%
티타늄(Ti)	5×C 이상	4×(C+N) 최소, 최대 0.70 이상
망간(Mn)	2.00% 이하	2.00% 이하
실리콘(Si)	0.75% 이하	0.75% 이하
인(P)	0.045% 이하	0.045% 이하
유황(S)	0.030% 이하	0.030% 이하
질소(N)	0.10% 이하	–

출처: ASTM A240 / A240M

숫자가 말해 주는 것:

321은 최대 0.08%의 탄소를 허용하지만 하한은 없습니다.. 321H는 최소 0.04%의 탄소를 요구하고 최대 0.10%를 허용합니다. 추가 탄소가 티타늄과 결합하면 고온에서 사용하는 동안 더 많은 티타늄 탄화물이 형성됩니다-. 이러한 탄화물은 입자 경계를 "고정"하여 응력 하에서 미끄러지는 것을 방지합니다. 이는 석출 강화라고 불리는 메커니즘입니다. 이것이 321H가 321보다 크리프 강도가 더 높은 이유입니다.

실온에서 321과 321H는 거의 동일한 기계적 특성을 갖습니다. 온도가 화씨 1000도(537도)를 초과하면 그 차이는 극적으로 커집니다.

상온특성(소둔상태)

재산	321	321H
인장 강도(최소)	75ksi(515MPa)	75ksi(515MPa)
항복 강도(0.2% 오프셋, 최소)	30ksi(205MPa)	30ksi(205MPa)
신장(분)	40%	40%
경도(최대)	217HBW	217HBW
탄성 계수	28.0 × 10³ ksi(193GPa)	28.0 × 10³ ksi(193GPa)

출처: ASTM A240, ASME SA-240

"H" 등급은 고온 서비스용으로 특별히 설계되었습니다. 다음은 ASME 섹션 II, 파트 D에 따라 고온에서 허용되는 응력을 비교한 것입니다.

온도(화씨)	321 허용응력(ksi)	321H 허용 응력(ksi)	차이점
800	18.7	18.7	없음
1000	14.5	14.5	없음
1200	8.8	9.6	+9%
1300	5.4	6.9	+28%
1400	3.0	4.8	+60%
1500	1.5	2.8	+87%

데이터 출처: ASME 보일러 및 압력 용기 코드, 섹션 II, 파트 D

의미: 1500°F(816°)에서 321H는 321보다 87% 더 많은 응력을 안전하게 처리할 수 있습니다. 이는 과열기 튜브나 석유화학 공장의 압력 용기와 같이 부하가 걸린 상태에서 지속적으로 작동하는 장비의 경우 엄청난 차이입니다.

크리프는 금속이 고온에서 응력을 받을 때 발생하는 느리고 영구적인 변형입니다. 장기-사용의 경우 크리프 강도가 단기-인장 강도보다 더 중요한 경우가 많습니다.

10,000psi의 응력 하에서 1200°F(649°)에서:

321은 약 5,000시간 후에 파열됩니다.

321H는 수명의 두 배인 약 10,000시간 후에 파열됩니다.

5,000psi 미만의 1400°F(760°)에서:

약 1,000시간 동안 321개 파열

321H는 3,000시간 이상 지속됩니다.

이것이 바로 압력 용기 코드(ASME 섹션 VIII)에서 크리프가 설계 고려 사항일 때 장기간-고온 서비스에 321H를 사용해야 하는 이유입니다.

두 등급 모두 기본 구성이 매우 유사하기 때문에 거의 동일한 물리적 특성을 공유합니다.

재산	321 / 321H
밀도	7.92 – 8.03g/cm3(0.286 – 0.290lb/in3)
녹는 범위	1400 – 1425도(2550 – 2600F)
열전도율(100도에서)	16.2 W/m·K
비열 용량 (500도에서)	540J/kg·K
전기 저항력 (20도에서)	0.73 µΩ·m
열팽창계수(20~1000도)	16.6 × 10⁻⁶/도
자기적 성질	어닐링된 상태에서 비자성-

두 등급 모두 어닐링 후에도 비자성을 유지합니다.- 냉간 가공(굽힘, 롤링)은 약간의 자성을 유발할 수 있지만 이는 고온 성능에 영향을 미치지 않습니다.-

두 등급 모두 티타늄-안정화되어 있어 입계 부식에 대해 동일한 저항성을 제공합니다. 용접 후 또는 800~1600도(425~870도) 사이의 온도에 노출된 후 "용접 부식"이 발생하지 않습니다.

기타 부식성 환경에서는:

일반 부식:둘 다 지속적인 서비스에서는 약 1500도 F(816도)까지, 간헐적으로는 1600도 F(871도)까지 산화 및 스케일링에 저항합니다.

내산성:두 가지 모두 묽은 산에 대한 내성이 비슷하지만 둘 다 강한 환원성 산(예: 염산 또는 뜨거운 황산)에는 적합하지 않습니다.

염화물 응력 부식 균열(SCC):모든 오스테나이트계 스테인리스강과 마찬가지로 321과 321H 모두 화씨 140도(60도) 이상의 뜨거운 염화물 용액에서 균열이 발생할 수 있습니다. 고온의 해수 또는 염수 서비스의 경우 이중 또는 초-오스테나이트 등급을 고려하세요.

중요 참고 사항: 두 등급의 내식성은 용체화 어닐링 조건(1850~2050°F/1010~1120°F로 가열하고 급속 냉각)에서 가장 좋습니다. 티타늄 안정화로 인해 용접 후 열처리가 필요하지 않습니다. 이는 304 또는 304H와 같은 비-안정화 등급에 비해 큰 이점입니다.

321과 321H는 모두 아름답게 용접됩니다. TIG, MIG, 스틱 또는 수중 아크 용접을 사용하여 접합할 수 있습니다. TIG/MIG에는 ER321, 스틱 용접에는 E347(또는 E321)과 같은 적합한 용가재를 사용하십시오. 티타늄은 용접 풀을 안정화하여 열-영향부에서 크롬 탄화물 석출을 방지합니다.

두꺼운 부분에서도 두 등급 모두 예열이 필요하지 않습니다. 용접 후 열처리도 필요하지 않습니다. 예민화에 대한 걱정 없이 장비를 직접 용접하고 고온 서비스에 투입할 수 있습니다.-

성형 및 가공: 두 작업 모두-빠르게 경화됩니다. 날카로운 공구, 낮은 절삭 속도, 충분한 절삭유를 사용하여 가공하십시오. 냉간 성형(벤딩, 롤링)의 경우 스프링백을 허용하십시오. 탄소 함량이 약간 높은 321H는 성형하기가 약간 더 어려울 수 있습니다.

항상 올바른 등급을 확인하는 밀 테스트 인증서(MTC)를 요청하십시오.

기준	321	321H
ASTM A240 / A240M	플레이트, 시트, 스트립	플레이트, 시트, 스트립
ASME SA 240	압력 용기 응용	압력 용기 응용
UNS	S32100	S32109
KO	1.4541	1.4912(고온)
아이시	321	321H
AMS	5510, 5570, 5645	5511, 5571