استیل 321

فرآیندهای ساخت و تولید

گرید 321  از خانواده فولاد­های زنگ­ نزن آستنیتی است. در این گرید از تیتانیوم به عنوان پایدار کننده ساختار و یا برای جلوگیری از تشکیل رسوب­‌های کاربیدی در حین جوشکاری (دربازه دمایی  430-900 درجه سانتی­گراد) استفاده می‌­شود. علاوه بر این افزودن تیتیانیوم منجر به بهبود خواص  فولاد 321 در دماهای بالا می­‌شود. گرید 321 مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون فوق­العاده و استحکام خزشی خوبی دارد.

شکلدهی

فولاد 321 توانایی ذاتی خوبی برای شکلدهی به روش فورج دارد، اما تفاوت‌های آن با فولادهای آلیاژی و و فولاد کربنی باید در نظر گرفته شود. در مقایسه با سایر استیل‌های سری  300 ، حضور عناصر آلیاژی خاص باعث می‌شود که 321 نسبت به سایر گریدهای آستنیتی مثل 304 سخت‌تر شکل بگیرد. استحکام فولاد 321 در دماهای بالا از فولادهای کربنی ، آلیاژی و حتی مارتنزیتی بیشتر است. از این‌رو، برای فورج کردن این فولاد به فشار فورج بیشتر و ضربات چکش شدیدتری نیاز دارد. در واقع می‌توان گفت که ، انرژی لازم برای فورج فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری 300 به نسبت فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی دو یا سه برابر بیشتر است. گرید 321 در بازه دمایی 930 الی 1260 درجه سانتیگراد فورج شده و سپس بلافاصله در هوا سرد می‌شود. به طور خاص برا ی انتخاب دما و شرایط فورج از شرایط زیر استفاده می‌شود:

• نورد ، کشش عمیق ، اکستروژن رو به عقب (دما 1260 درجه سانتیگراد)
• پرچکاری گرم ، فورج نهایی ( دما 1200 درجه سانتیگراد)
• سکه‌زنی ، بازکوبی و پرچکاری گرم (دما 1120 درجه سانتیگراد)

ماشینکاری

بعد از کار سرد به صورت جزئی مغناطیسی شده و در ماشینکاری این فولاد باید قدرت ماشین زیاد، سرعت حرکت پیش روی کم و سرعت دوران آرام باشد. قابلیت ماشینکاری فولاد 321 تقریبا 45 درصد ماشینکاری فولاد AISI1212 است.

عملیات حرارتی

محدوده دمای آنیل کردن برای استیل 321 در بازه 928 تا 1093 درجه سانتیگراد است. در حالی که هدف اولیه آنیل رسیدن به نرمی و انعطاف پذیری بالا است ، این فولاد همچنین می تواند در محدوده رسوب کاربید (427 تا 816 درجه سانتیگراد) بدون هیچ گونه ریسک خوردگی بین دانه ای تنش زدایی گردد. تنش زدایی تنها برای چند ساعت در دمای 427 تا 816 درجه سانتیگراد، باعث کاهش قابل ملاحظه مقاومت خوردگی نمی شود، گرچه حرارت طولانی در این محدوده باعث کاهش مقاومت خوردگی می شود. با این حال، با تاکید بر این ، آنیلینگ در محدوده دمای 427 تا 816 درجه سانتیگراد، حساسیت به خوردگی بین دانه ای را منجر نمی شود. برای حداکثر انعطاف پذیری، محدوده دمایی بالاتر (928 تا 1093 درجه سانتیگراد) جهت آنیلینگ توصیه می شود.

هنگامی‌ که حداکثر مقاومت به خوردگی نیاز است ، برای استیل 321 ممکن است لازم باشد یک راه حل اصلاح کننده ای استفاده شود که به عنوان یک آنیل تثبیت شناخته می شود. این شامل حرارت دادن در بازه  843 تا 899 درجه سانتیگراد به مدت 5 ساعت بسته به ضخامت آن است. در این دما احتمال ترکیب تیتانیوم با کربن وجود دارد که کاربید تیتانیوم بی ضرر را تشکیل میدهد. هنگامی که گرما در اتمسفر اکسید کننده انجام می شود پس از اتمام کار اکسید باید در محلول پاک کننده ، از جمله مخلوطی از اسید نیتریک و هیدروفلوئوریک، حذف گردد. این اسید ها باید پس از کار ، کاملا از روی سطح شسته شوند.

این آلیاژ نمی تواند به وسیله‌ عملیات حرارتی سخت کاری گردد.

جوش پذیری

فولادهای ضد زنگ آستنیتی به عنوان قابل جوش ترین فولادهای آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرند و می توانند از طریق تمام فرآیندهای جوشکاری و جوشکاری مقاومتی جوش داده شوند.

دو موضوع مهم در اتصال به روش جوشکاری در فولاد ضدزنگ آستنیتی عبارتند از:

• حفظ مقاومت در برابر خوردگی
• اجتناب از ترک خوردگی

مهم این است که المان های تثبیت کننده آلیاژ موجود در نوع 321 در طول جوشکاری حفظ شود. گرید 321 بیشتر در معرض از بین رفتن تیتانیوم موجود در آلیاژ حین جوشکاری قرار دارد. مراقبت باید به منظور جلوگیری از جذب کربن از روغن و سایر منابع و نیتروژن از هوا انجام شود. روشهای جوشکاری که شامل توجه به پاکیزگی سطح فلز هنگام جوشکاری و گاز محافظ خنثی هستند ، برای این گرید های تثبیت شده و همچنین دیگر آلیاژهای آستنیتی غیر تثبیت شده توصیه می‌شود.

آلیاژ با ساختار کاملا آستنیتی بیشتر در معرض ترک خوردگی در طول عملیات جوش است به همین دلیل ، گرید 321 طراحی شده است تا با مقدار کمی از فریت ، به منظور کاهش حساسیت به ترک خوردگی  جوشکاری شود . فولاد ضد زنگ تثبیت شده با عنصر کلمبیوم بیشتر از فولاد ضد زنگ تثبیت شده با تیتانیوم در معرض ترك خوردگی داغ قرار دارد.

اگر به فلز پرکننده نیاز باشد فولاد 347 پیشنهاد می شود و نباید از 321 استفاده شود چون تیتانیوم در فرآیند جوشکاری از بین می رود.