Plaque d'acier 321H vs 321 : quelle est la différence ?

321 etPlaque en acier inoxydable 321Hles deux sont d'excellentes qualités austénitiques stabilisées au titane-, mais elles ne sont pas identiques. Dans cet article, vous verrez exactement en quoi leur composition chimique, leurs propriétés mécaniques, leur comportement à haute-température et leurs utilisations-dans le monde réel diffèrent.

Que sont 321 et 321H ?

Les aciers 321 et 321H sont tous deux des aciers inoxydables austénitiques stabilisés au titane. La stabilisation signifie que du titane (généralement 5 fois la teneur en carbone, minimum 0,10 %) est ajouté à l'alliage.

Le titane a une attraction beaucoup plus forte sur le carbone que le chrome. Lorsque l'acier est chauffé (pendant le soudage ou un service à haute -température), le titane attrape le carbone en premier, formant des carbures de titane inoffensifs. Cela empêche la formation de carbures de chrome aux joints de grains – cause de la corrosion intergranulaire (souvent appelée « dégradation des soudures »).

Les deux grades résistent donc à la sensibilisation. Mais le 321H est conçu spécifiquement pour les applications à haute-température où les propriétés de résistance au fluage et de rupture sous contrainte sont essentielles.

Composition chimique : la différence entre le carbone

Le tableau ci-dessous montre les principales différences chimiques selon ASTM A240.

Source : ASTM A240/A240M

Ce que vous disent les chiffres :

321 autorise jusqu'à 0,08 % de carbone mais n'a pas de limite inférieure. 321H nécessite au moins 0,04 % de carbone et autorise jusqu'à 0,10 %. Ce carbone supplémentaire, lorsqu'il est combiné avec le titane, forme davantage de carbures de titane lors d'un service à haute -température. Ces carbures « épinglent » les joints de grains et les empêchent de glisser sous l'effet d'une contrainte – un mécanisme appelé renforcement par précipitation. C'est pourquoi le 321H a une résistance au fluage plus élevée que le 321.

Propriétés mécaniques : température ambiante par rapport à haute température

À température ambiante, le 321 et le 321H ont des propriétés mécaniques presque identiques. La différence devient dramatique une fois que les températures dépassent 1 000 degrés F (537 degrés).

Propriétés à température ambiante (état recuit)

Sources : ASTM A240, ASME SA 240

Propriétés-à haute température

La qualité « H » est spécialement conçue pour un service à température élevée. Vous trouverez ci-dessous une comparaison des contraintes admissibles à haute température selon ASME Section II, Partie D.

Source des données : Code ASME sur les chaudières et les appareils sous pression, section II, partie D

Ce que cela signifie : à 1 500 degrés F (816 degrés), le 321H peut gérer en toute sécurité 87 % de contraintes en plus que le 321. Cela représente une énorme différence pour un équipement qui fonctionne en continu sous charge, comme un tube de surchauffeur ou un récipient sous pression dans une usine pétrochimique.

Comparaison de la résistance au fluage

Le fluage est une déformation lente et permanente qui se produit lorsque le métal est soumis à une contrainte à haute température. Pour un service à long-terme, la résistance au fluage est souvent plus importante que la résistance à la traction à court-terme.

À 1 200 degrés F (649 degrés) sous une contrainte de 10 000 psi :

321 se rompra après environ 5 000 heures

Le 321H se rompra après environ 10 000 heures, soit deux fois sa durée de vie.

À 1 400 degrés F (760 degrés) sous 5 000 psi :

321 ruptures en 1 000 heures environ

321H dure plus de 3 000 heures.

C'est pourquoi les codes des appareils sous pression (ASME Section VIII) exigent l'utilisation du 321H pour un service à long-haute température-à haute température lorsque le fluage est une considération de conception.

Propriétés physiques

Les deux qualités partagent des propriétés physiques presque identiques car leurs compositions de base sont très similaires.

Les deux qualités restent non-magnétiques après le recuit. Le travail à froid (pliage, laminage) peut induire un léger magnétisme, mais cela n'affecte pas les performances à haute -température.

Résistance à la corrosion

Les deux qualités étant stabilisées au titane, elles offrent une résistance identique à la corrosion intergranulaire. Ni l'un ni l'autre ne souffriront de « dégradation de la soudure » ​​après le soudage ou l'exposition à des températures comprises entre 800 et 1 600 degrés F (425 et 870 degrés).

Dans d'autres environnements corrosifs :

• Corrosion générale :Les deux résistent à l'oxydation et au tartre jusqu'à environ 1 500 degrés F (816 degrés) en service continu et 1 600 degrés F (871 degrés) par intermittence.

• Résistance aux acides :Les deux ont une résistance similaire aux acides dilués, mais aucun ne convient aux acides réducteurs forts (comme le chlorhydrique ou le sulfurique chaud).

• Fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure (SCC) :Comme tous les aciers inoxydables austénitiques, les 321 et 321H peuvent se fissurer dans des solutions de chlorure chaudes au-dessus de 140 degrés F (60 degrés). Pour le service avec de l'eau de mer ou de la saumure à haute température, envisagez les qualités duplex ou super austénitiques.

Remarque importante : la résistance à la corrosion des deux qualités est meilleure dans l'état recuit en solution (chauffé à 1 850-2 050 degrés F/1 010-1 120 degrés et refroidi rapidement). En raison de la stabilisation du titane, aucun traitement thermique après soudage n’est nécessaire – un avantage majeur par rapport aux nuances non stabilisées comme le 304 ou le 304H.

Soudabilité et fabrication

Les modèles 321 et 321H se soudent à merveille. Ils peuvent être assemblés par soudage TIG, MIG, à la baguette ou à l'arc submergé. Utilisez des métaux d'apport adaptés : ER321 pour le TIG/MIG et E347 (ou E321) pour le soudage à la baguette. Le titane stabilise le bain de fusion, empêchant ainsi la précipitation de carbure de chrome dans la zone affectée par la chaleur.

Aucun préchauffage n’est requis pour les deux qualités, même sur les sections épaisses. Le traitement thermique après-soudage n'est pas non plus nécessaire : vous pouvez souder et mettre l'équipement directement en service à haute température sans vous soucier de la sensibilisation.

Formage et usinage : les deux fonctionnent-durcissent rapidement. Utilisez des outils tranchants, des vitesses de coupe faibles et beaucoup de liquide de refroidissement pour l'usinage. Pour le formage à froid (cintrage, laminage), prévoyez un retour élastique – le 321H, avec son carbone légèrement plus élevé, peut être légèrement plus difficile à former.

Normes et spécifications

Demandez toujours un certificat de test en usine (MTC) confirmant la qualité correcte.

Applications : quand utiliser laquelle ?

Choisissez 321 (Standard) Quand :

Les températures sont modérées – inférieures à environ 1 000 degrés F (537 degrés) pour un service continu.

Vous n'avez pas besoin d'une résistance maximale au fluage – par exemple dans les cheminées d'échappement, les pièces de four qui ne sont pas fortement chargées ou les échangeurs de chaleur fonctionnant sous basse pression.

L’équipement subira un chauffage et un refroidissement cycliques – le 321 est légèrement plus résistant à la fatigue thermique que le 321H car il contient moins de carbures.

Le coût est un facteur : le 321 est généralement moins cher et plus largement disponible que le 321H.

Choisissez 321H Quand :

Les températures dépassent 1 000 degrés F (537 degrés) – en particulier au-dessus de 1 200 degrés F, là où le fluage devient un problème.

Les équipements sont soumis à des contraintes constantes : récipients sous pression, tubes de surchauffeur de chaudière, tuyauterie de raffinerie et réacteurs chimiques.

Une longue durée de vie est requise – le 321H peut doubler ou tripler la durée de vie d'un composant par rapport au 321 à haute température.

Le code ASME exige la qualité « H » – de nombreux codes de chaudières et d'appareils sous pression imposent l'utilisation de qualités H pour un service à température élevée.

Vous soudez des sections épaisses – le carbone légèrement plus élevé du 321H offre une meilleure résistance à haute température dans la zone affectée par la chaleur.

Conclusion

La différence entre les plaques en acier inoxydable 321 et 321H réside dans la teneur en carbone.

Le 321 est un excellent acier inoxydable polyvalent stabilisé au titane pour des applications jusqu'à environ 1 000 degrés F (537 degrés). Il résiste à la corrosion intergranulaire, se soude facilement et ne nécessite pas de traitement thermique après soudage.

Le 321H est la version à haute teneur en carbone conçue pour un service porteur à long terme à des températures supérieures à 1 000 degrés F (537 degrés). À 1 500 degrés F, il offre près du double de la contrainte admissible de la norme 321, ce qui en fait le seul choix sûr pour les équipements haute pression et haute température.

Alors lequel devriez-vous acheter ?

Si votre température de fonctionnement est inférieure à 1 000 degrés F et que le fluage n'est pas un problème de conception, la norme 321 est parfaitement adéquate. Si votre équipement fonctionne en continu au-dessus de 1 000 degrés F sous une pression ou une contrainte importante, le 321H est la meilleure option.