Stosowanie stali 321 (1.4541) dla medium o temperaturze -196ºC

Witam, piszę z zapytaniem o instalację gdzie medium ma około -196ºC czy stal z tytułu może być stosowana w tak niskiej temperaturze? Dostawcy oferują mi ten gatunek stali w zamian za 304L, o ile wiem stal 321 jest dodatkowo wzbogacona w tytan, jakie to ma zalety? Widziałam Pana poradę "stal na instalację chłodniczą" nawiązując do niego, czy wszystkie stale austenityczne można stosować w temp ok -200ºC?

Austenityczne stale nierdzewne znajdują zastosowanie do budowy instalacji i zbiorników transportowych pracujących w temperaturze -196ºC, np. instalacje skroplonego gazu ziemnego LNG. Najkorzystniejsze własności w zastosowaniach kriogenicznych wykazują stabilizowane azotem gatunki 1.4311 (AISI 304LN) i 1.4315 (AISI 304N), które mogą pracować w jeszcze niższej temperaturze.

Generalnie na zbiorniki ciśnieniowe pracujące w temperaturze do -196°C dopuszcza się stale austenityczne gatunków: 1.4301/1.4306 (AISI 304/304L), 1.4541 (AISI 321), 1.4550 (AISI 347), natomiast do -60°C stale 1.4401 (AISI 316), 1.4404 (AISI 316L), 1.4571 (AISI 316Ti). Takie zalecenia dla kriogenicznych instalacji ciśnieniowych podaje norma DIN 17440. Nie wyklucza to jednak możliwości stosowania wszystkich z podanych gatunków w temperaturze -196°C dla zastosowań konstrukcyjnych (nie ciśnieniowych). Wybór gatunku jest często podyktowany przyjętymi do projektowania normami i istotnymi dla danej konstrukcji – elementu zaleceniami.

Rozpatrując zastosowanie stali nierdzewnej w niskiej temperaturze najbardziej istotne jest zachowanie wysokiej udarności w takich warunkach pracy. Pod tym względem zarówno stal AISI 304L jak i AISI 321 wykazują równorzędne własności i mogą być stonowane zamiennie. Pod względem stężenia chromu i niklu oba gatunki są równorzędne, natomiast w celu zabezpieczenia przed korozją międzykrystaliczną, jaka może pojawić się w wyniku spawania, w gatunku AISI 304L obniżono stężenie węgla do maksymalnie 0,03% a w gatunku AISI 321 ten sam efekt uzyskano przez dodatek tytanu zachowując standardowe stężenie węgla 0,08%. W efekcie w obu gatunkach wyeliminowano problem korozji międzykrystalicznej tylko z zastosowaniem różnych metod metalurgicznych.

Podsumowując, wszystkie stale austenityczne można stosować w temperaturze obniżonej, ponieważ w odróżnieniu do stali ferrytycznych, duplex, martenzytycznych jako jedyne nie wykazują temperatur przejścia w stan kruchy a ich udarność ze spadkiem temperatury pozostaje na wysokim poziomie. Stale austenityczne w zależności od gatunku wykazują różny spadek własności mechanicznych. Do takich zastosowań najbardziej nadają się stale chromowo-niklowe o niskim stężeniu pierwiastków stopowych oraz stale chromowo-niklowo-molibdenowe. Wybór konkretnego gatunku jest zawsze podyktowany wymaganymi własnościami w temperaturze obniżonej, przeznaczeniem elementu (zastosowania konstrukcyjne, ciśnieniowe) i specyficznymi wymaganiami zastosowanych norm projektowych.

Szczegółowa analiza stali nierdzewnych w zastosowaniach kriogenicznych została przedstawiona w publikacji Materials for cryogenic service: engineering properties of austenitic stainless steel [1], gdzie zamieszczono szczegółowe informacje na temat własności mechanicznych austenitycznych stali nierdzewnych w temperaturach kriogenicznych.

 

Literatura

[1]. Materials for cryogenic service: engineering properties of austenitic stainless steel, Nickel Development Institute, Publication No 4368.