316L 対 321 ステンレス鋼: パイプと継手の比較

両方316Lと321は、クロム (16 ～ 18%) とニッケル (10 ～ 14%) の含有量がほぼ同じオーステナイト系ステンレス鋼です。違いは、それぞれ 1 つの合金添加に帰着します。

316L 2.0〜3.0%のモリブデンが含まれています。このモリブデンにより、316L は塩化物環境における孔食や隙間腐食に対する耐性が得られます。これは、ほとんどの市場で 316L が 321 より高価になる原因でもあります。

321 チタンが含まれており、少なくとも 5 x C% (炭素含有量) が添加されています。チタンは炭化チタンとして炭素を結合し、金属が摂氏 425 ～ 900 度に加熱されたときに粒界での炭化クロムの析出を防ぎます。これは安定化と呼ばれ、316L が低炭素形態であっても困難を感じる温度でも 321 が動作できる理由はこのためです。{7}}

製品形態

バー＆ロッド

プレート＆シート

コイル＆ストリップ

パイプ＆チューブ

継手：フランジ、ティー、エルボ、レデューサーなど

鍛造品：リング、シャフト、サークル、ブロック等

耐食性: 316L が優れている点

使用環境に塩化物が含まれる場合は、316L がより良い選択です。モリブデン含有量により、耐孔食性当量数（PREN）は 321 の約 17 ～ 19 と比較して、約 22-25 に上昇します。実際的には、これは、321 が局所的な攻撃を示し始めるであろう海水、汽水、および塩化物を含むプロセス流中で 316L が孔食に耐性があることを意味します。

臨界孔食温度 (CPT) は数字で物語ります。 ASTM G150 に基づく標準の 3.5% NaCl 溶液では、316L通常、CPT は摂氏 25- 30 度付近を示します。 321 の場合、CPT は 15 ～ 20 度に近くなります。摂氏 35 度で塩分濃度の高い現実世界の湾岸海水では、どちらのグレードも海水との直接接触には理想的ではありません (そこで SAF 2507 や 254 SMO のような超二相グレードが登場します)。しかし、316L はスプラッシュ ゾーンや大気への暴露にも 321 よりもはるかに長く耐えられます。

応力腐食割れ (SCC) は、言及する価値のあるもう 1 つの故障モードです。どちらのグレードも、塩化物を含む環境では摂氏 60 度を超える塩化物 SCC の影響を受けやすい-{3}}L は、ここでは 321 よりも有意に優れた性能を示しません。塩化物環境での使用温度が 60 度を超え、塩化物を除去できない場合は、これら 2 つのグレードのどちらかを選択するのではなく、二相グレードまたはスーパー オーステナイト グレードを検討する必要があります。

どこ321高温の酸化性の酸性環境においても、その特性は維持されます。中濃度の硫酸、硝酸の供給、および塩化物による攻撃よりも温度が主な課題となる特定の石油化学プロセスの流れ。チタンの安定化により、溶接後の熱影響部の粒界腐食が防止されます。これは、粒界攻撃が主な破損メカニズムである酸使用において重要です。-

高温パフォーマンス: 321 の場合-

ここに、321 には目に見える真の利点があります。 ASME ボイラーおよび圧力容器規格 (セクション VIII、ディビジョン 1) では、321 は摂氏 816 度までの使用温度を許可しています。 316L の場合、連続サービスでのコード制限は摂氏約 450 度ですが、断続的に 425 度までのサービスが一般的です。

原因は炭化物の析出です。 316L の炭素含有量が低い場合でも、425 度を超える温度に長時間さらされると、結晶粒界にクロム炭化物が形成され、隣接する領域のクロムが枯渇し、後で金属が腐食性媒体にさらされたときに粒界腐食の経路が形成されます。 321 のチタンは炭化チタンを優先的に形成し、クロムを溶液中に残すことでこれを防ぎます。

321 が正しい呼び出しである実際のアプリケーション:

• 600 ～ 800 度で動作する排気システムとマニホールド
• 接触分解装置の熱交換器チューブ
• 炉コンポーネントおよびラジアントチューブアセンブリ
• 高温ダクトの拡張継手とベローズ-
• 航空宇宙用排気およびアフターバーナー部品

溶接と製造: 316L はより寛容です

どちらのグレードも、標準的なオーステナイト法 (GTAW (TIG)、GMAW (MIG)、SMAW (スティック)、および SAW) で溶接可能です。しかし、製造体験は異なります。

316L ショップや現場での作業が容易なグレードです。炭素含有量が低いということは、熱影響部の鋭敏化を心配することなく溶接できることを意味します。-また、耐食性を回復するために溶接後の溶体化焼きなましを行う必要もありません。-溶加材の選択は簡単です。ほとんどの用途には ER316L、より良い濡れとより滑らかなビードプロファイルが必要な場合は ER316LSi です。

321 より注意が必要です。材種を安定させるチタンは溶融池にも影響を与えます。チタンは酸素との親和性が高く、溶融池内で酸化チタン介在物を形成する可能性があり、シールドガスの適用範囲が十分でない場合、スラグのような欠陥として現れることがあります-。このため、ER321 の代わりに ER347 フィラー (ニオブ-安定化) が一般的に使用されます。ニオブは、チタンのような溶接の困難を伴うことなく、同じ安定化機能を提供します。

ASME B16.9 に基づくパイプ-対-パイプの突合せ溶接の場合、適切な手順でどちらのグレードも問題なく溶接できます。この問題は、複数のパスを伴う複雑な溶接、緊密な接合構成、または風や汚染が要因となる現場溶接でより顕著に現れます。製造に位置溶接や現場作業が多く含まれる場合、316L を使用すると溶接工の負担が軽減されます。

成形性は 2 つのグレード間で同様です。どちらも標準のオーステナイト成形技術を使用して曲げ、フレア、拡張することができます. 321炭窒化チタン粒子により加工硬化率が高まるため、冷間成形は若干困難になる可能性があります-が、ほとんどのパイプや継手の用途ではその違いはわずかです。

突合せ溶接継手（ASME B16.9 および B16.28 に準拠したエルボ、ティー、レデューサー）の場合、両方のグレードがほとんどの販売代理店から入手可能です。ただし、316L 継手は在庫がある可能性が高くなりますが、321 継手は、特に大きいサイズや非標準スケジュールの場合、より長いリードタイムで注文する必要がある場合があります。-

コストを節約し、問題を回避する調達のヒント

321 注文のチタン含有量については、ミルテスト証明書を確認してください。一部の工場では、最低限 (5 x カーボン) のチタンを使用して 321 を生産しています。カーボンが範囲の上限 (0.06 ～ 0.08%) にある場合、チタンは少なくとも 0.30 ～ 0.40% である必要があります。チタンがわずかでカーボンが多い場合、安定化が効果的でない可能性があります。計算してください: 完全に安定化するには、Ti / (4 x C) が 1.0 より大きくなければなりません。

配送条件を指定します。316L パイプは通常、溶体化焼きなまし状態で供給されます-。. 321焼きなましまたは安定化焼きなまして供給することもできます-。安定した-焼きなまし状態（900-950度で1～2時間保持）により、炭化チタンの形成が最大限に促進され、粒界腐食耐性が向上します。溶接後に腐食サービスを行う用途の場合は、安定化焼鈍を指定してください。

316L と 321 がコードに準拠したアプリケーションで互換性があると想定しないでください。-。設計が 316L (ASME セクション II、パート D に基づく特定の許容応力を使用) で行われた場合、321 を置き換えるには、設計温度での許容応力値を再確認する必要があります。- 400 度では、321 の許容応力は 316L よりわずかに低くなります。 600 度では、316L はその温度ではコード定格にまったく適合していないため、321 の方が高くなります。-

突合せ溶接継手の場合は、等級マークを確認してください。{0}継手には、ASME B16.9 に準拠したグレード、熱番号、およびメーカーのシンボルをマークする必要があります。 WP316L と WP321 のフィッティングは同一に見えます。倉庫に両方の在庫がある場合は、色分けまたは分別した保管が不可欠です。 321 フィッティングが 316L システムに取り付けられているプロジェクトや、その逆のプロジェクトを見たことがありますが、これは間違ったグレードが早期に故障した場合にのみ発見されました。

321 プロジェクトの追加資料を注文します。321 は在庫が少ないため、プロジェクトの途中で少量を再注文すると、6 週間待つことになります。-特に標準以外のサイズやスケジュールの場合は、5 ～ 10% 追加で注文してください。余剰金 321 の維持コストは、不足するスケジュールのリスクよりも低くなります。

結論

サービス条件を明確に定義しておけば、316L と 321 のどちらを選択するかは、ほとんど難しいことではありません。問題は、多くの購入者が環境を十分に特徴付けることなく決定に臨み、常に使用してきたグレードをデフォルトにしてしまうことです。それは機能しなくなるまで機能します。

新しいプロジェクトのパイプを指定する場合は、時間をかけて動作温度、塩化物への曝露、酸濃度、設計寿命を文書化してください。これら 4 つのパラメータは、どの比較表よりも確実に必要なグレードを示します。また、完全なミル認証と世界各地への出荷を備えたいずれかのグレードの調達にサポートが必要な場合は、316L と 321 の両方をシームレスで溶接された形状で、ASME B16.9、B16.11、B16.5 に準拠した対応する突合せ溶接継手とフランジとともに取り揃えています。-

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