Acier inoxydable 321 (UNS S32100) : la solution stabilisée au titane pour le service soudé à haute température

Aperçu et désignations

Le 321 est un acier inoxydable austénitique 18-8 stabilisé au titane. Il est conçu pour les composants soudés qui fonctionnent à haute température, où les qualités standard ou à faible teneur en carbone peuvent perdre leur résistance à la corrosion par sensibilisation. La qualité est spécifiée comme ASTM A240 Grade 321 pour les plaques et ASTM A213 Grade TP321 pour les tubes, avec UNS S32100 et EN 1.4541 (X6CrNiTi18-10) comme équivalents.

Composition chimique

Composition chimique, % en poids (ASTM A240 Grade 321)

Élément	Contenu
C	Inférieur ou égal à 0,08
Mn	Inférieur ou égal à 2,00
P	Inférieur ou égal à 0,045
S	Inférieur ou égal à 0,030
Si	Inférieur ou égal à 0,75
Cr	17.0–19.0
Ni	9.0–12.0
Ti	Supérieur ou égal à 5 ​​× C

Propriétés mécaniques et physiques

Propriétés mécaniques, valeurs minimales, plaque (ASTM A240)

Propriété	Valeur
Résistance à la traction	515 MPa
Limite d'élasticité	205 MPa
Allongement en 2 po	40%

Propriétés physiques typiques

Propriété	Valeur typique
Densité	7,9 g/cm³
Plage de fusion	≈1400-1425 degrés
Module élastique	≈193 GPa
Conductivité thermique à 100 degrés	≈16 W/(m·K)

Mécanisme de stabilisation et gamme de services

Dans le 321, le titane se combine préférentiellement avec le carbone pour former des carbures de titane stables, de sorte que le carbone n'épuise pas le chrome aux joints de grains. Cela évite la sensibilisation qui conduit à la corrosion intergranulaire. Bien que la faible teneur en carbone du 304L empêche la sensibilisation lors d'un seul événement de soudage, les composants qui traversent à plusieurs reprises la plage critique de 450 à 850 degrés restent menacés au fil du temps. Les carbures de titane du 321 sont thermiquement stables, offrant une protection continue à long terme même sous des milliers de cycles thermiques. C'est pourquoi le 321 est préféré pour les collecteurs d'échappement, les conduits et les pièces d'échangeur de chaleur. En service, la nuance est généralement conçue pour une oxydation continue jusqu'à environ 870 degrés, la limite exacte dépendant de l'application et de l'environnement.

Soudage, fabrication et approvisionnement

Le principal défi de fabrication consiste à préserver l’effet stabilisant du titane pendant le soudage. Utilisez une excellente couverture de gaz de protection, avec un support en argon pour le passage racine afin d'éviter l'oxydation du titane. Un métal d'apport correspondant, normalement ER321, doit être utilisé, et l'apport de chaleur doit être contrôlé pour garder la zone affectée par la chaleur étroite. Le traitement thermique après soudage n'est généralement pas requis pour les sections minces, mais peut être recommandé pour les soudures lourdes en service hautement corrosif. Pour un service continu au-dessus d'environ 800 degrés sous contrainte importante, la nuance 347, qui est stabilisée avec du niobium, est souvent préférée car les carbures de niobium sont plus stables à des températures extrêmes et offrent une meilleure résistance au fluage à long terme. Lors de la commande, spécifiez la désignation complète telle que ASTM A240 Grade 321 ou UNS S32100, et exigez que le rapport d'essai de l'usine confirme la teneur en titane et un rapport Ti/C d'au moins 5. Définissez la température de fonctionnement maximale et le profil de cycle thermique dans les spécifications afin que la nuance correcte soit livrée et documentée.

Foire aux questions