ASTM A106 u odnosu na SUS321 nehrđajući čelik: koji je otporniji na toplinu?

Pregled: Cijev od ugljičnog čelika u odnosu na cijev od nehrđajućeg čelika

ASTM A106/A106M pokriva bešavne cijevi od ugljičnog čelika za rad na visokim temperaturama, s razredima A, B i C koji se razlikuju po čvrstoći. To je feritno-perlitni ugljični čelik koji je jeftin, jak i lak za zavarivanje, ali nema svojstvenu otpornost na koroziju i brzo gubi čvrstoću na povišenoj temperaturi. SUS321 (JIS G3459, ekvivalent ASTM A312 TP321 / UNS S32100 i EN 1.4541) je cijev od austenitnog nehrđajućeg čelika stabilizirana titanom. Košta nekoliko puta više od ugljičnog čelika, ali zadržava korisnu čvrstoću i otpornost na oksidaciju do oko 850 C i otporan je na širok raspon korozivnih medija. Pitanje odabira rijetko se odnosi samo na jedno svojstvo: radi se o radnoj temperaturi, tlaku, procesnoj tekućini, strategiji izolacije i troškovima životnog ciklusa.

Standardi i oznake

Razred	Tip	Standard	Vlačna čvrstoća (min.)	Prinos (min.)
A106 Razred B	Bešavni ugljični čelik	ASTM A106/A106M	Veći ili jednak 415 MPa (60 ksi)	Veći ili jednak 240 MPa (35 ksi)
A106 Razred C	Bešavni ugljični čelik	ASTM A106/A106M	Veći ili jednak 485 MPa (70 ksi)	Veći ili jednak 275 MPa (40 ksi)
SUS321TP	Bešavni/zavareni nehrđajući čelik	JIS G3459 / ASTM A312 / EN 10216-5	Veći ili jednak 520 MPa	Veći ili jednak 205 MPa

Kemijski sastav

Element (%)	A106 Razred B	A106 Razred C	SUS321
C	Manje ili jednako 0,30	Manje ili jednako 0,35	Manje ili jednako 0,08
Mn	0.29-1.06	0.29-1.06	Manje od ili jednako 2,00
Si	Veći ili jednak 0,10	Veći ili jednak 0,10	Manje od ili jednako 1,00
P	Manje od ili jednako 0,035	Manje od ili jednako 0,035	Manje od ili jednako 0,045
S	Manje od ili jednako 0,035	Manje od ili jednako 0,035	Manje od ili jednako 0,030
kr	Manje ili jednako 0,40	Manje ili jednako 0,40	17.0-19.0
Ni	Manje ili jednako 0,40	Manje ili jednako 0,40	9.0-12.0
Ti	-	-	5 x (C+N) min, 0,70 maks

Otpornost na toplinu i performanse na visokim temperaturama

Za dizajn tlaka, ASME B31.3 i slični kodovi ograničavaju A106 cijev na oko 425 C; na višim temperaturama dopušteno naprezanje ugljičnog čelika pada tako brzo da cijev postaje neekonomična, a dugotrajna izloženost iznad otprilike 450 C riskira grafitizaciju feritno-perlitne strukture. U zraku, A106 može izdržati stvaranje kamenca do oko 540 C, ali mora biti izoliran, obložen i zaštićen od vlage jer proizvodi korozije nisu zaštitni. SUS321 je u drugoj klasi: stabilizacija titana sprječava taloženje krom karbida između 425 i 850 C, tako da cijev zadržava svoju otpornost na koroziju tijekom rada, a ocijenjena je za otpornost na oksidaciju do oko 850 C kontinuirano i do 900 C povremeno. Za nosivu konstrukciju iznad 540 C, potrebni su SUS321 ili drugi nehrđajući stupnjevi; ugljični čelik jednostavno ne može podnijeti opterećenje na tim temperaturama.

Otpornost na koroziju

A106 nema otpornost na koroziju. U dodiru s vodom, kondenzatom ili procesnom vlagom hrđa, te ga je potrebno zaštititi premazima, omotima, katodnom zaštitom ili antikorozivnim dodatkom uračunatim u debljinu stijenke. SUS321 je inherentno otporan na koroziju u atmosferskim, slatkovodnim, organskim kiselinama i mnogim procesnim okruženjima, i otporan je na interkristalnu koroziju nakon zavarivanja bez toplinske obrade nakon zavarivanja. U vodi visoke temperature oko 300 C radi nešto bolje od nestabiliziranog 304, zbog čega se pojavljuje u pomoćnim cjevovodima za paru i nuklearnu energiju. Za uslugu bogatu kloridima, SUS321 treba provjeriti u odnosu na granice pucanja od rupičaste korozije i naprezanja, budući da ne sadrži molibden.

Odabir cijene i primjene

Stanje	Preporučena ocjena	Razlog
Visokotlačna para i procesne linije do oko 425 C	A106 Razred B ili C	Najniža cijena, dokazana čvrstoća, jednostavno zavarivanje
Rad iznad 540 C s opterećenjem	SUS321 ili više legirani nehrđajući	Ugljični čelik gubi čvrstoću i ljušti se
Korozivni ili sanitarni procesni mediji	SUS321	Svojstvena otpornost na koroziju, nije potreban premaz
Zavarene cijevi u rasponu 450-850 C	SUS321	Stabilizacija od titana sprječava preosjetljivost

Često postavljana pitanja

P1. Koja je cijev otpornija na toplinu, A106 ili SUS321?
SUS321 velikom razlikom. A106 je kodom ograničen na oko 425 C za dizajn tlaka i mjeri se na otprilike 540 C; SUS321 služi do oko 850 C neprekidno i 900 C povremeno.

Q2. Može li se cijev A106 zamijeniti sa SUS321 u postojećim sustavima?
Mehanički da, ali promjena se mora pregledati: SUS321 ima nižu granicu tečenja (205 naspram 240 MPa minimalno za stupanj B), različito toplinsko širenje i mnogo veću cijenu, tako da se debljina stijenke, oslonci i dilatacijske petlje moraju ponovno provjeriti.

Q3. Je li SUS321 skuplji od A106?
Da, obično nekoliko puta više po metru, ovisno o sadržaju legure. Dodatni trošak je opravdan otpornošću na koroziju, višom radnom temperaturom i nižim održavanjem u agresivnom radu.

Q4. Treba li A106 zaštitu od korozije?
Da. Ugljični čelik A106 mora biti obojan, premazan ili katodno zaštićen tijekom rada, a dizajn obično uključuje dopuštenje za koroziju jer oksidna ljestvica nije zaštitna.

P5. Koja je maksimalna temperatura cijevi A106 razreda B?
Za dizajn tlaka, oko 425 C po ASME kodovima cjevovoda. U radu bez tlaka ili pod malim opterećenjem može izdržati oksidaciju na zraku do oko 540 C, ali čvrstoća i grafitizacija ograničavaju dugotrajnu upotrebu.