So sánh cấp ổn định bằng thép không gỉ 321 và 347 cho kiến thức về-Dịch vụ nhiệt độ cao -

Khi thép không gỉ austenit (như 304 hoặc 316) tiếp xúc với nhiệt độ giữa425 độ và 870 độtrong thời gian dài, crom cacbua kết tủa ở ranh giới hạt -, hiện tượng này gọi làmẫn cảm. Điều này làm cạn kiệt các vùng ranh giới hạt của crom, phá hủy khả năng chống ăn mòn.

Lớp ổn định giải quyết vấn đề nàybằng cách thêm một nguyên tố tạo thành cacbua mạnh (titan ở 321, niobium ở 347) để "khóa" cacbon trước khi crom cacbua có thể hình thành. Kết quả: vật liệu vẫn giữ được khả năng chống ăn mòn ngay cả sau khi hàn hoặc tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài.

Hãy nghĩ như thế này: nếu 304 là ổ khóa thông thường thì 321 và 347 là những ổ khóa có thêm một chốt chết sẽ không bị kẹt ngay cả sau nhiều năm sử dụng.

321 vs 347 Stainless Steel

Tại sao so sánh cụ thể 321 và 347?Cả hai đều là loại ổn định austenit được quy định trong ASME Phần VIII, ASTM A240 và EN 10088. Chúng là hai lựa chọn phổ biến nhất cho dịch vụ nhiệt độ cao trong các nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa dầu, nhà máy điện và hệ thống xả máy bay. Tuy nhiên, chúng khác nhau một cách tinh tế nhưng quan trọng, ảnh hưởng đến chi phí vật liệu, độ tin cậy của mối hàn và tính toàn vẹn lâu dài.

Dòng dưới cùng -Nếu thiết bị của bạn hoạt động ở nhiệt độ trên 500 độ và sẽ được hàn tại hiện trường, lựa chọn giữa 321 và 347 là một trong những quyết định quan trọng nhất mà bạn sẽ đưa ra.

Cả hai loại đều được chế tạo trên cùng một nền 18‑Cr / 10‑Ni như 304. Điểm khác biệt chính làyếu tố ổn định: 321 sử dụng titan (Ti); 347 sử dụng niobi (Nb, còn gọi là columbium).

Bàn:Bảng 1 - So sánh thành phần hóa học (Nguồn: ASTM A240 / A240M‑24)

Phần tử (wt.%)	321 / 321H (UNS S32100)	347 / 347H (UNS S34700)	Ý nghĩa
Cacbon (C)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,08 (H: 0,04–0,10)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,08 (H: 0,04–0,10)	C cao hơn=sức mạnh leo cao hơn
Crom (Cr)	17.0–19.0	17.0–19.0	Ăn mòn + chống oxy hóa
Niken (Ni)	9.0–12.0	9.0–13.0	Độ ổn định của Austenit + độ dẻo dai
Titan (Ti)	Lớn hơn hoặc bằng 5×C (tối thiểu 0,20)	-	Bộ ổn định (chỉ 321)
Niobi (Nb)	-	Lớn hơn hoặc bằng 10×C (tối thiểu 0,32)	Bộ ổn định (chỉ 347)
Mangan (Mn)	Nhỏ hơn hoặc bằng 2,00	Nhỏ hơn hoặc bằng 2,00	Chất khử oxy
Silic (Si)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,75	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,75	Nhiệt độ cao. quá trình oxy hóa
Phốt pho (P)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,045	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,045	Tạp chất (giữ ở mức thấp)
Lưu huỳnh (S)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,030	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,030	Tạp chất (giữ ở mức thấp)
Nitơ (N)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,10	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,10	Tăng cường nhưng sửa chữa C

Nguồn: ASTM A240 / A240M‑24: Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho tấm, tấm và dải thép không gỉ Crom và Niken cho Bình chịu áp lực và cho các ứng dụng chung.

Tại sao Ti hay Nb - mà không chỉ là "cacbon thấp"?

You might ask: "Why not just use 304L (extra‑low carbon)?" The answer: at high temperatures (>500 độ), thậm chí 304L cuối cùng cũng sẽ nhạy cảm trong quá trình sử dụng lâu dài.Sự ổn định là vĩnh viễn.Ti và Nb tạo thành cacbua ổn định hơn cacbua crom, do đó cacbon không bao giờ có sẵn để phản ứng với crom.

Titan so với Niobi

Titan (năm 321)rẻ hơnvà dễ gia công hơn một chút. Niobi (năm 347)ổn định hơn trong hồ quang hàn(nó không "cháy hết") và tạo thành cacbua ổn định nhiệt độ hơn, chống lại hiện tượng "lão hóa quá mức" trong thời gian sử dụng lâu dài.

Bài học chính -Nb ở dạng 347 NbC (niobi cacbua), chất này vẫn được phân tán mịn tới ~900 độ. TiC trong 321 có thể hòa tan và kết tủa lại dưới dạng cacbua crom nếu bị nung quá nóng - một rủi ro nhỏ nhưng thực sự khi sử dụng lâu dài ở nhiệt độ trên 650 độ.

Các đặc tính ở nhiệt độ phòng của 321 và 347 giống hệt nhau vì nền gốc của chúng có cùng austenite 18‑Cr / 10‑Ni. Các bộ phận ổn định (Ti, Nb) có tác dụng tối thiểu ở nhiệt độ môi trường.

Bàn:Bảng 2 - Đặc tính cơ học ở nhiệt độ phòng (Nguồn: ASTM A240‑24; Outokumpu 2024)

Tài sản	321 (ủ)	347 (ủ)	Tiêu chuẩn kiểm tra
Độ bền kéo (MPa)	515–730	515–655	ASTM A240
Cường độ năng suất @ 0,2% (MPa)	Lớn hơn hoặc bằng 205	Lớn hơn hoặc bằng 205	ASTM A240
Độ giãn dài trong 50 mm (%)	Lớn hơn hoặc bằng 40	Lớn hơn hoặc bằng 40	ASTM A240
Độ cứng (Brinell, HB)	Nhỏ hơn hoặc bằng 217	Nhỏ hơn hoặc bằng 217	ASTM A240
Độ cứng (Rockwell B)	Nhỏ hơn hoặc bằng 95	Nhỏ hơn hoặc bằng 95	ASTM E18
Độ bền va đập @ -196 độ (J)	Lớn hơn hoặc bằng 32	Lớn hơn hoặc bằng 32	ASTM A370
Mô đun đàn hồi (GPa)	193	193	-
Tỷ lệ Poisson	0.29	0.29	-

Nguồn: Outokumpu: Sổ tay thép không gỉ - Thuộc tính ở nhiệt độ cao (2024).

Điều này có ý nghĩa gì đối với thiết kế:Đối với đường ống hoặc thiết bị ở nhiệt độ môi trường xung quanh, 321 và 347 có thể hoán đổi cho nhau về mặt cơ học. Sự lựa chọn chỉ quan trọng khi nhiệt độ vượt quá ~ 400 độ hoặc cần phải hàn.

Đây là phần quan trọng nhất của bài viết này.Đọc kỹ tài liệu trước khi lựa chọn vật liệu cho bất kỳ ứng dụng nhiệt độ cao nào.

Cả hai loại đều tạo thành thang đo Cr₂O₃ bảo vệ lên tới ~870 độ trong không khí. Trên mức này, sự bong tróc cặn và quá trình oxy hóa tăng tốc.347 có một chút cạnhvì cấu trúc vi mô được ổn định bằng Nb có khả năng chống lại quá trình oxy hóa ranh giới hạt tốt hơn sau khi tiếp xúc lâu.

Bàn:Bảng 3 - Hướng dẫn oxy hóa ở nhiệt độ cao (Nguồn: Ấn phẩm của Viện Niken 9004; Bảng dữ liệu ATI 321/347 2025)

Nhiệt độ (độ)	321 - Tốc độ oxy hóa	347 - Tốc độ oxy hóa	Sự giới thiệu
Nhỏ hơn hoặc bằng 650	không đáng kể	không đáng kể	Lớp nào cũng được
650–800	< 0.1 mm/year	< 0.1 mm/year	Lớp nào cũng được
800–900	0,1–0,5 mm/năm	0,08–0,4 mm/năm	347 preferred for >cuộc sống 10 năm
900–950	>0,5 mm/năm (cục bộ)	0,4–0,6 mm/năm	chỉ 347; giới hạn ở<5 years
> 950	Không được đề xuất	Không được đề xuất	Sử dụng 310S hoặc RA253MA

Nguồn: Viện Niken: Đặc tính nhiệt độ cao của thép không gỉ (Ấn phẩm 9004, 2023). Bảng dữ liệu kỹ thuật ATI (Allegheny Technologies) 321/347/348 (2025).

leo làkẻ giết người thầm lặngcủa thiết bị nhiệt độ cao: một đường ống chỉ hoạt động ở mức 40% cường độ chảy ở nhiệt độ phòng vẫn có thể bị đứt sau 100.000 giờ (≈11,4 năm) do từ biến.

Tương tự đối với học sinh trung học: dây leo giống như một chiếc thước nhựa bị uốn cong trên bàn qua đêm - nó không bị đứt nhưng không bao giờ trở lại thẳng. Ở nhiệt độ cao, kim loại cũng hoạt động tương tự nhưng chịu tải.

Bàn:Bảng 4 - Ứng suất cho phép của ASME và cường độ đứt gãy ước tính 100.000 ‑h (Nguồn: ASME Mục II‑D 2023; dữ liệu từ biến tubingchina.com 2024)

Nhiệt độ.	Căng thẳng thiết kế (321)	Căng thẳng thiết kế (347)	Ứng suất vỡ 100.000‑h (321)	Ứng suất vỡ 100.000‑h (347)
500 độ (932 độ F)	117 MPa	117 MPa	~95 MPa	~100 MPa
550 độ (1022 độ F)	105 MPa	107 MPa	~65 MPa	~72 MPa
600 độ (1112 độ F)	52 MPa	55 MPa	~38 MPa	~44 MPa
650 độ (1202 độ F)	32 MPa	35 MPa	~20 MPa	~25 MPa
700 độ (1292 độ F)	18 MPa	21 MPa	~10 MPa	~13 MPa
750 độ (1382 độ F)	10 MPa	12 MPa	~ 5 MPa	~ 7 MPa

Nguồn: Mã nồi hơi và bình áp lực ASME, Phần II‑D (ấn bản năm 2023). Đường cong đứt gãy: TubingChina.com - TP321/347 Tính chất cơ học (2024).

Kết luận leo thang -Ở 600–700 độ,thép 347 cung cấp ứng suất cho phép cao hơn 10–20% so với 321 theo mã ASME. Đối với phần đối lưu lò mới được thiết kế có tuổi thọ 20 năm, điều này có thể giảm độ dày thành ống khoảng ~1–2 mm -, tiết kiệm trọng lượng và chi phí.

Tiếp xúc lâu dài với thép không gỉ austenit ở nhiệt độ 500–850 độ có thể tạo ra kết tủapha sigma(một loại kim loại cứng, giòn). 321 nói chung làít nhạy cảm hơnto sigma formation because Ti restricts chromium mobility. 347, with higher Cr and Nb, has a slightly higher risk - but this is only a concern for very long exposures (>50.000 h) trên 650 độ.

Bàn:Bảng 5 - So sánh nguy cơ lão hóa do nhiệt (Nguồn: NACE MR0103; Sổ tay ASM Tập. 13C 2023)

Yếu tố rủi ro	321	347	Giảm nhẹ
Pha Sigma (650 độ, 10.000 h)	Thấp	Vừa phải	Kiểm soát %Ni < 11; sử dụng 321H
Carbide coarsening (>700 độ)	Vừa phải	Thấp	Sử dụng loại H ổn định
Độ bền va đập sau khi lão hóa	Giữ lại tốt hơn	Thấp hơn một chút	Chỉ định thử nghiệm Charpy

Nguồn: NACE MR0103/ISO 15156 - Kim loại để sử dụng trong môi trường chứa H₂S. Cẩm nang ASM Quyển. 13C: Ăn mòn trong các ngành cụ thể (2023).

Nếu bạn chỉ nhớ một điều từ bài viết này, hãy nhớ điều này:321 khó hàn đúng cách hơn 347 - không phải vì kim loại cơ bản khó hàn mà vìtitan không chuyển qua hồ quang hàn.

Vấn đề cháy titan

Khi bạn hàn 321 bằng chất độn mang Ti (ER321), có tới 50–70% titan bị thất thoát trong hồ quang.Kết quả:cặn hàn không còn được ổn định đúng cách và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có thể nhạy cảm trong quá trình sử dụng.

Tương tự: giống như việc cố gắng sơn hàng rào trong cơn mưa - titan "bị cuốn trôi" trước khi nó có thể thực hiện được công việc của mình.

Phương pháp hàn tốt nhất -Ngay cả khi kim loại cơ bản là 321, HẦU HẾT NHÀ MÁY CHẾ TẠO SỬ DỤNG KIM LOẠI LỌC ER347 (mang niobium). Nb trong ER347 ổn định hoàn hảo cả kim loại cơ bản 321 và 347. API 582 và ASME BPVC Phần IX đều phê duyệt phương pháp này.

Tóm tắt vật liệu hàn

Bàn:Bảng 6 - Lựa chọn vật tư hàn (Nguồn: AWS A5.4 / A5.9; API 582 2024)

Kim loại cơ bản	Chất làm đầy được đề xuất (SMAW)	Chất bổ sung được đề xuất (GTAW/GMAW)	Tại sao
321	E347‑XX	ER347	Ti cháy rụi; Nb ổn định mối hàn
321H	E347‑XX	ER347	Lý do tương tự; Cấp H cho leo
347	E347‑XX	ER347	Nb chuyển hoàn hảo
347H	E347‑XX	ER347	Cấp H cho nhiệt độ cao. sức mạnh
321 hàn vào 347	E347‑XX	ER347	Mẫu số chung=Nb

Xử lý nhiệt sau hàn (PWHT)

Không phải 321 cũng không phải 347yêu cầu PWHT to restore corrosion resistance (that's the whole point of stabilization). However, stress‑relief PWHT may still be needed for: • Thick‑walled pressure vessels (ASME requires it >38 mm với một số ngoại lệ nhất định) • Thiết bị dùng trong dịch vụ xút hoặc axit polythionic • Dịch vụ đông lạnh (để đảm bảo độ dẻo dai)

Bàn:Bảng 7 - hướng dẫn PWHT (Nguồn: ASME BPVC Phần VIII Div.1 UCS-56)

Tình trạng	321 PWHT	347 PWHT	Ghi chú
Sau khi hàn (hiện trường)	Không bắt buộc	Không bắt buộc	Lớp ổn định
Giảm căng thẳng (ASME VIII)	600–700 độ, 1 giờ/năm	600–700 độ, 1 giờ/năm	Tùy chọn cho sự ăn mòn
Rủi ro nhạy cảm từ PWHT	Thấp	Thấp hơn	347 tha thứ hơn

321 và 347 có đặc tính vật lý gần như giống nhau vì thành phần bazơ của chúng giống nhau. Sự khác biệt nhỏ đến từ trọng lượng nguyên tử Ti và Nb.

Bàn:Bảng 8 - So sánh các đặc tính vật lý (Nguồn: Sổ tay ASM Tập. 1; Outokumpu 2024)

Tài sản	321	347	Tại sao nó quan trọng
Mật độ (kg/m³)	7930	7960	Tính toán trọng lượng
Giãn nở nhiệt (μm/m· độ , 0–500 độ )	16.5	16.5	Ứng suất đường ống do tăng trưởng nhiệt
Độ dẫn nhiệt (W/m·K, 100 độ )	16.3	16.3	Thiết bị truyền nhiệt
Độ dẫn nhiệt (W/m·K, 500 độ )	21.5	21.5	-
Điện trở suất (μΩ·m, 20 độ )	0.72	0.73	-
Từ tính?	Không (austenit)	Không (austenit)	Kiểm tra dấu vết PM
Phạm vi nóng chảy (độ)	1400–1425	1400–1425	Hàn nóng trước

Cả hai loại đều chống lại hầu hết các phương tiện ăn mòn cũng như 304. Sự ổn định chủ yếu bảo vệăn mòn giữa các hạt(IGC) sau khi hàn. Đây là cách họ so sánh trong các môi trường cụ thể.

Bàn:Bảng 9 - Khả năng chống ăn mòn trong các môi trường đã chọn (Nguồn: NACE MR0103; Bảng ăn mòn Outokumpu 2024)

Môi trường	321	347	Người chiến thắng
Ăn mòn giữa các hạt (hàn)	Tốt (Ti)	Tốt hơn (Nb)	347
Axit polythionic (nhà máy lọc dầu ngừng hoạt động)	Có thể chấp nhận được	Xuất sắc	347 (API 571)
Clorua SCC (Nhỏ hơn hoặc bằng 60 độ)	Chống lại	Chống lại	Cả hai (giống như 304)
Chloride SCC (>60 độ)	Nghèo	Nghèo	Sử dụng song công 2205
Axit nitric (HNO₃)	Xuất sắc	Xuất sắc	Cả hai
Axit sunfuric (H₂SO₄, loãng)	Hội chợ	Hội chợ	Sử dụng hợp kim 20
Ăn da (NaOH, < 50%)	Tốt đến 250 độ	Tốt đến 250 độ	Cả hai
Ăn mòn khí quyển	Tốt	Tốt	Cả hai

Vết nứt do ăn mòn do ứng suất axit đa giác (PASCC)

Khi bộ xử lý hydro của nhà máy lọc dầu ngừng hoạt động và tiếp xúc với không khí, các hợp chất lưu huỳnh trên bề mặt thép sẽ phản ứng với độ ẩm để tạo thànhaxit polythionic(H₂S₄O₆). Axit này gây ra vết nứt giữa các hạt nhanh chóng trong thép không gỉ nhạy cảm.

API 571 (Cơ chế thiệt hại)xác nhận rõ ràng 347 (không phải 321) cho dịch vụ này. Ổn định Nb cung cấp khả năng chống PASCC đáng tin cậy hơn trong quá trình tắt máy.

Đề xuất nhà máy lọc dầu -Nếu thiết bị của bạn thấy dịch vụ xử lý hydro, cải cách hoặc bẻ khóa hydro - SPECIFY 347 (hoặc 347H). Sử dụng 321 ở đây là một giải pháp thay thế được chấp nhận nhưng rủi ro hơn.

Bàn:Bảng 12 - So sánh chi phí (tham khảo thị trường năm 2025, nguồn nhà máy ngoài Trung Quốc) (Nguồn: Điểm chuẩn chi phí nội bộ của JN Alloy 2025; Bảng giá Sandmeyer Steel 2025)

Yếu tố chi phí	321	347	Sự khác biệt
Vật liệu cơ bản (tấm, $/kg)	$3.20–3.80	$3.50–4.20	347 +9–10%
Ống liền mạch 4" Sch 40 ($/m)	$85–105	$95–120	347 +12%
Ống hàn ($/m)	$55–70	$62–78	347 +10%
Vật liệu hàn ($/kg)	ER347: $18–22	ER347: $18–22	Tương tự (sử dụng ER347)
Chi phí gia công (chỉ số)	100 (cơ sở)	105–110	347 khó hơn một chút
Nhân công lắp đặt	Như nhau	Như nhau	-
Tuổi thọ dự kiến (năm)	-	+3 đến +8 năm	Nhiệt độ cao. dịch vụ
Rủi ro ngừng hoạt động ngoài kế hoạch	Vừa phải	Thấp	347 rủi ro thấp hơn

Cái nhìn sâu sắc về chi phí vòng đời (LCC)

Đối với dự án lò sưởi nhà máy lọc dầu điển hình (500 m ống 6", 650 độ): •321 vật liệuchi phí: ~$68.000 • Chi phí vật liệu 347: ~$76.000 (+8.000 USD) • Rủi ro ngừng hoạt động ngoài kế hoạch với 321: ước tính 2–5 triệu USD cho mỗi sự kiện • Giảm xác suất với 347: ~60–80% →Giá trị dự kiến của việc sử dụng khoản đầu tư 347=$8.000 so với mức giảm rủi ro $1,2–4 triệu.

Phán quyết chi phí -Phí bảo hiểm chi phí vật chất cho 347 là không đáng kể so với rủi ro thất bại tài chính. Đối với bất kỳ dự án nào có chi phí ngừng hoạt động vượt quá 100 nghìn USD, 347 là lựa chọn hợp lý về mặt kinh tế - chứ không phải 321.

A: Đối với các ứng dụng không hàn, nhiệt độ môi trường - có.Đối với bất kỳ ứng dụng hàn hoặc nhiệt độ cao nào, - no{1}} đều mang lại độ bền rão tốt hơn và độ ổn định mối hàn‑HAZ. Luôn tham khảo ASME B31.3 hoặc Phần VIII để biết nhiệt độ thiết kế cụ thể.

Câu hỏi 2: Tại sao các nhà chế tạo luôn khuyên dùng chất độn ER347 ngay cả đối với 321?

A: Bởi vì titan không truyền qua hồ quang hàn một cách đáng tin cậy.Ti cháy, làm cho mối hàn không ổn định. ER347 (mang niobi) chuyển giao hoàn hảo và ổn định cả kim loại cơ bản 321 và 347. Đây là thông lệ tiêu chuẩn ngành (AWS A5.4).

Câu 3: Nhiệt độ sử dụng tối đa cho 321 và 347 là bao nhiêu?

A: Dịch vụ liên tục:lên tới 870 độ (321) / 900 độ (347).Dịch vụ liên tục:limit to 750°C for long design life (>20 năm). Trên 800 độ, hãy cân nhắc sử dụng 310S hoặc RA253MA (hợp kim nhiệt độ cao).

Câu hỏi 4: Có phải 347 luôn tốt hơn 321 khi sử dụng ở nhiệt độ cao không?

A: KHÔNG.Đối với khí thải hàng không (theo chu kỳ 400–750 độ, do rung động dẫn đến mỏi), loại 321 thường được ưa thích hơn vì nó dễ tạo hình, gia công hơn và nhẹ hơn ~ 0,4%. Đối với nhà máy lọc dầu/hóa dầu (ổn định 600–800 độ), 347 thì tốt hơn.

Câu 5: Cấp "H" (321H / 347H) nghĩa là gì?

A: "H"=Carbon cao(0,04–0,10%, so với Nhỏ hơn hoặc bằng 0,08% đối với loại không phải H). Lượng carbon cao hơn làm tăng độ bền rão ở nhiệt độ cao. Đối với bất kỳ dịch vụ nào trên 550 độ,luôn chỉ định cấp H(321H hoặc 347H).

Câu hỏi 6: Có thể sử dụng 321 hoặc 347 trong môi trường chứa clorua ở nhiệt độ cao không?

A: KHÔNG.Giống như tất cả các loại thép austenit 300-series, 321 và 347 dễ bị nứt do ăn mòn do ứng suất clorua (Cl‑SCC) trên ~60 độ. Đối với dịch vụ ở nhiệt độ cao có chứa clorua, hãy sử dụng duplex 2205 hoặc SMO siêu austenit 254.

Câu hỏi 7: ASME 347 có được chấp nhận để chế tạo bình chịu áp lực không?

A: Đúng.347 và 347H được liệt kê trong ASME Phần II‑D với ứng suất cho phép lên tới 900 độ F (482 độ ) và, với phép ngoại suy, lên tới ~1200 độ F (650 độ ). Sơ đồ thiết kế Phần VIII Div.1 bao gồm cả hai cấp.

Câu hỏi 8: Làm cách nào để xác định xem một đoạn ống là 321 hay 347 trên hiện trường?

A: PMI (Nhận dạng vật liệu tích cực)sử dụng huỳnh quang tia X (XRF) là phương pháp đáng tin cậy duy nhất. Ti (titan) có thể được phát hiện rõ ràng bằng XRF. Nb (niobium) cũng có thể được phát hiện nhưng có thể cần thiết bị nhạy hơn. Không thể nhận dạng bằng hình ảnh - cả hai lớp đều trông giống hệt nhau.