Vergelijking van gestabiliseerde staalsoorten 321 versus 347 voor hoge- service bij hoge temperaturen - Kennis

Wanneer austenitische roestvaste staalsoorten (zoals 304 of 316) worden blootgesteld aan temperaturen tussen425 graden en 870 gradengedurende langere perioden slaan chroomcarbiden neer op korrelgrenzen - een fenomeen dat wordt genoemdsensibilisatie. Hierdoor worden de korrelgrensgebieden van chroom uitgeput, waardoor de corrosieweerstand wordt vernietigd.

Gestabiliseerde kwaliteiten lossen dit probleem opdoor een sterk carbidevormend element toe te voegen (titanium in 321, niobium in 347) dat koolstof "vasthoudt" voordat chroomcarbiden zich kunnen vormen. Het resultaat: het materiaal behoudt zijn corrosieweerstand, zelfs na lassen of langdurige blootstelling aan hoge temperaturen.

Zie het zo: als 304 een gewoon slot is, zijn 321 en 347 sloten met een extra nachtschoot die zelfs na jarenlang gebruik niet vastlopen.

321 vs 347 Stainless Steel

Waarom specifiek 321 en 347 vergelijken?Beide zijn austenitisch gestabiliseerde kwaliteiten gespecificeerd in ASME Sectie VIII, ASTM A240 en EN 10088. Ze zijn de twee meest gebruikelijke keuzes voor gebruik bij hoge temperaturen in raffinaderijen, petrochemische fabrieken, energiecentrales en uitlaatsystemen van vliegtuigen. Toch verschillen ze op subtiele maar cruciale manieren die de materiaalkosten, de lasbetrouwbaarheid en de integriteit op de lange termijn beïnvloeden.

Kortom -Als uw apparatuur boven 500 graden werkt en in het veld wordt gelast, is de keuze tussen 321 en 347 een van de belangrijkste materiële beslissingen die u zult nemen.

Beide kwaliteiten zijn gebouwd op dezelfde 18‑Cr/10‑Ni-basis als 304. Het belangrijkste verschil is destabilisatie-element: 321 gebruikt titanium (Ti); 347 maakt gebruik van niobium (Nb, ook wel columbium genoemd).

Tafel:Tabel 1 - Vergelijking van chemische samenstelling (Bron: ASTM A240 / A240M‑24)

Element (gew.%)	321 / 321H (UNS S32100)	347/347H (UNS S34700)	Betekenis
Koolstof (C)	Kleiner dan of gelijk aan 0,08 (H: 0,04–0,10)	Kleiner dan of gelijk aan 0,08 (H: 0,04–0,10)	Hogere C=hogere kruipsterkte
Chroom (Cr)	17.0–19.0	17.0–19.0	Corrosie + oxidatieweerstand
Nikkel (Ni)	9.0–12.0	9.0–13.0	Austenietstabiliteit + taaiheid
Titaan (Ti)	Groter dan of gelijk aan 5×C (min 0,20)	-	Stabilisator (alleen 321)
Niobium (Nb)	-	Groter dan of gelijk aan 10×C (min 0,32)	Stabilisator (alleen 347)
Mangaan (Mn)	Kleiner dan of gelijk aan 2,00	Kleiner dan of gelijk aan 2,00	Deoxidatiemiddel
Silicium (Si)	Kleiner dan of gelijk aan 0,75	Kleiner dan of gelijk aan 0,75	Hoge temperatuur oxidatie
Fosfor (P)	Kleiner dan of gelijk aan 0,045	Kleiner dan of gelijk aan 0,045	Onzuiverheid (laag houden)
Zwavel (S)	Kleiner dan of gelijk aan 0,030	Kleiner dan of gelijk aan 0,030	Onzuiverheid (laag houden)
Stikstof (N)	Kleiner dan of gelijk aan 0,10	Kleiner dan of gelijk aan 0,10	Versterkt, maar fixeert C

Bron: ASTM A240 / A240M-24: standaardspecificatie voor chroom- en chroomnikkel-roestvaststalen platen, platen en strippen voor drukvaten en voor algemene toepassingen.

Waarom Ti of Nb - en niet alleen maar "koolstofarm"?

You might ask: "Why not just use 304L (extra‑low carbon)?" The answer: at high temperatures (>500 graden), zal zelfs 304L uiteindelijk gevoelig worden tijdens langdurig gebruik.Stabilisatie is permanent.Ti en Nb vormen carbiden die stabieler zijn dan chroomcarbiden, dus koolstof is nooit beschikbaar om met chroom te reageren.

Titanium versus niobium

Titaan (in 321)is goedkoperen iets gemakkelijker te bewerken. Niobium (in 347)is stabieler in de lasboog(het "brandt niet af") en vormt meer temperatuurstabiele carbiden die bestand zijn tegen "oververoudering" tijdens langdurig gebruik.

Belangrijkste afhaalmaaltijden -Nb in 347 vormt NbC (niobiumcarbide), dat fijn verspreid blijft tot ~900 graden. TiC in 321 kan bij oververhitting oplossen en opnieuw neerslaan als chroomcarbide - een subtiel maar reëel risico bij langdurig gebruik boven 650 graden.

De eigenschappen bij kamertemperatuur van 321 en 347 zijn identiek omdat hun basismatrix hetzelfde 18-Cr / 10-Ni-austeniet is. De stabilisatie-elementen (Ti, Nb) hebben een minimaal effect bij omgevingstemperatuur.

Tafel:Tabel 2 - Mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur (Bron: ASTM A240-24; Outokumpu 2024)

Eigendom	321 (gegloeid)	347 (gegloeid)	Teststandaard
Treksterkte (MPa)	515–730	515–655	ASTM A240
Opbrengststerkte @ 0,2% (MPa)	Groter dan of gelijk aan 205	Groter dan of gelijk aan 205	ASTM A240
Verlenging in 50 mm (%)	Groter dan of gelijk aan 40	Groter dan of gelijk aan 40	ASTM A240
Hardheid (Brinell, HB)	Kleiner dan of gelijk aan 217	Kleiner dan of gelijk aan 217	ASTM A240
Hardheid (Rockwell B)	Kleiner dan of gelijk aan 95	Kleiner dan of gelijk aan 95	ASTM E18
Slagvastheid @ -196 graden (J)	Groter dan of gelijk aan 32	Groter dan of gelijk aan 32	ASTM A370
Elasticiteitsmodulus (GPa)	193	193	-
Poisson-ratio	0.29	0.29	-

Bron: Outokumpu: Stainless Steel Handbook - Eigenschappen bij verhoogde temperaturen (2024).

Wat dit betekent voor het ontwerp:Voor leidingen of apparatuur op omgevingstemperatuur zijn 321 en 347 mechanisch uitwisselbaar. De keuze is pas van belang als de temperatuur hoger is dan ~400 graden of als er gelast moet worden.

Dit is het belangrijkste gedeelte van dit artikel.Lees dit aandachtig door voordat u een materiaalkeuze maakt voor toepassingen bij hoge temperaturen.

Beide kwaliteiten vormen een beschermende Cr₂O₃-schaal tot ~870 graden in lucht. Hierboven spat de kalk af en versnelt de oxidatie.347 heeft een lichte voorsprongomdat de Nb-gestabiliseerde microstructuur beter bestand is tegen oxidatie aan de korrelgrens na langdurige blootstelling.

Tafel:Tabel 3 - Richtlijnen voor oxidatie bij hoge temperaturen (Bron: Nickel Institute Publication 9004; ATI 321/347 Datasheet 2025)

Temperatuur (graad)	321 - Oxidatiesnelheid	347 - Oxidatiesnelheid	Aanbeveling
Kleiner dan of gelijk aan 650	Verwaarloosbaar	Verwaarloosbaar	Ofwel graad
650–800	< 0.1 mm/year	< 0.1 mm/year	Ofwel graad
800–900	0,1–0,5 mm/jaar	0,08–0,4 mm/jaar	347 preferred for >Levensduur van 10 jaar
900–950	>0,5 mm/jaar (gelokaliseerd)	0,4–0,6 mm/jaar	alleen 347; beperken tot<5 years
> 950	Niet aanbevolen	Niet aanbevolen	Gebruik 310S of RA253MA

Bron: Nickel Institute: High-Temperature Characteristics of Stainless Steels (Publicatie 9004, 2023). ATI (Allegheny Technologies) 321/347/348 Technisch gegevensblad (2025).

Kruip is destille moordenaarvan apparatuur voor hoge temperaturen: een buis die op slechts 40% van de vloeisterkte bij kamertemperatuur werkt, kan na 100.000 uur (≈11,4 jaar) nog steeds scheuren als gevolg van kruip.

Analogie voor middelbare scholieren: kruip is als een plastic liniaal die je 's nachts over een bureau laat gebogen - hij knapt niet, maar keert nooit terug naar de rechte lijn. Bij hoge temperaturen doet metaal hetzelfde, maar dan onder belasting.

Tafel:Tabel 4 - ASME toelaatbare spanning en geschatte kruip-breeksterkte na 100.000 uur (Bron: ASME Sectie II-D 2023; tubingchina.com kruipgegevens 2024)

Temp.	Ontwerpspanning (321)	Ontwerpspanning (347)	100.000 uur breukspanning (321)	100.000 uur breukspanning (347)
500 graden (932 graden F)	117 MPa	117 MPa	~95 MPa	~100 MPa
550 graden (1022 graden F)	105 MPa	107 MPa	~65 MPa	~72 MPa
600 graden (1112 graden F)	52 MPa	55 MPa	~38 MPa	~44 MPa
650 graden (1202 graden F)	32 MPa	35 MPa	~20 MPa	~25 MPa
700 graden (1292 graden F)	18 MPa	21 MPa	~10 MPa	~13 MPa
750 graden (1382 graden F)	10 MPa	12 MPa	~ 5 MPa	~ 7 MPa

Bron: ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Sectie II-D (editie 2023). Kruipbreukcurven: TubingChina.com - TP321/347 Mechanische eigenschappen (2024).

Kruipende conclusie -Bij 600–700 graden,347 staal biedt 10-20% hogere toelaatbare spanning dan 321 onder de ASME-code. Voor een nieuwe convectiesectie van een oven die is ontworpen voor een levensduur van 20 jaar, kan dit de buiswanddikte met ~1–2 mm verminderen -, wat gewicht en kosten bespaart.

Lange blootstelling van austenitisch roestvast staal aan 500–850 graden kan neerslaansigma-fase(een harde, broze intermetaal). 321 is dat over het algemeen welminder vatbaarto 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 uur) boven 650 graden.

Tafel:Tabel 5 - Vergelijking van het risico op thermische veroudering (Bron: NACE MR0103; ASM Handbook Vol. 13C 2023)

Risicofactor	321	347	Verzachting
Sigmafase (650 graden, 10.000 uur)	Laag	Gematigd	Controle% Ni < 11; gebruik 321H
Carbide coarsening (>700 graden)	Gematigd	Laag	Gebruik gestabiliseerde H-kwaliteit
Slagvastheid na veroudering	Beter behouden	Iets lager	Geef Charpy-tests op

Bron: NACE MR0103/ISO 15156 - Metalen voor gebruik in H₂S-houdende omgevingen. ASM Handbook Vol. 13C: Corrosie in specifieke industrieën (2023).

Als je je maar één ding uit dit artikel herinnert, onthoud dan dit:321 is moeilijker goed te lassen dan 347 -, niet omdat het basismetaal moeilijk is, maar omdat detitanium wordt niet over de lasboog overgedragen.

Het probleem van het afbranden van titanium

Wanneer u 321 last met een Ti-dragend vulmiddel (ER321), gaat tot 50-70% van het titanium verloren in de boog.Resultaat:de lasafzetting is niet langer goed gestabiliseerd en de door hitte beïnvloede zone (HAZ) kan tijdens onderhoud gevoelig worden.

Analogie: het is alsof je een hek probeert te schilderen tijdens een regenbui - het titanium "spoelt weg" voordat het zijn werk kan doen.

Beste laspraktijk -Zelfs als het basismetaal 321 is, gebruiken de meeste fabrikanten ER347 (niobiumhoudend) vulmetaal. De Nb in ER347 stabiliseert zowel de basismetalen 321 als 347 perfect. API 582 en ASME BPVC Sectie IX keuren deze praktijk beide goed.

Samenvatting van lastoevoegmaterialen

Tafel:Tabel 6 - Selectie van lastoevoegmaterialen (Bron: AWS A5.4 / A5.9; API 582 2024)

Basismetaal	Aanbevolen vulmiddel (SMAW)	Aanbevolen vulmiddel (GTAW/GMAW)	Waarom
321	E347-XX	ER347	Ti brandt af; Nb stabiliseert las
321H	E347-XX	ER347	Dezelfde reden; H-klasse voor kruip
347	E347-XX	ER347	Nb wordt perfect overgedragen
347H	E347-XX	ER347	H-klasse voor hoge temperaturen. kracht
321 gelast aan 347	E347-XX	ER347	Gemeenschappelijke noemer=Nb

Warmtebehandeling na het lassen (PWHT)

Noch 321, noch 347vereist 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 met bepaalde uitzonderingen) • Apparatuur in bijtende of polythionzuur-toepassingen • Cryogene toepassing (om taaiheid te garanderen)

Tafel:Tabel 7 - PWHT-richtlijnen (Bron: ASME BPVC Sectie VIII Div.1 UCS-56)

Voorwaarde	321 PWHT	347 PWHT	Opmerking
Na het lassen (veld)	Niet vereist	Niet vereist	Gestabiliseerde cijfers
Stressverlichting (ASME VIII)	600–700 graden, 1 uur/in	600–700 graden, 1 uur/in	Optioneel voor corrosie
Sensibilisatierisico door PWHT	Laag	Lager	347 vergevingsgezinder

321 en 347 hebben vrijwel identieke fysieke eigenschappen omdat hun basissamenstellingen hetzelfde zijn. Kleine verschillen komen voort uit het atoomgewicht van Ti versus Nb.

Tafel:Tabel 8 - Vergelijking van fysieke eigenschappen (Bron: ASM Handbook Vol. 1; Outokumpu 2024)

Eigendom	321	347	Waarom het ertoe doet
Dichtheid (kg/m³)	7930	7960	Gewicht berekeningen
Thermische uitzetting (μm/m· graad, 0–500 graad)	16.5	16.5	Leidingspanning door thermische groei
Thermische geleidbaarheid (W/m·K, 100 graden)	16.3	16.3	Apparatuur voor warmteoverdracht
Thermische geleidbaarheid (W/m·K, 500 graden)	21.5	21.5	-
Elektrische weerstand (μΩ·m, 20 graden)	0.72	0.73	-
Magnetisch?	Nee (austenitisch)	Nee (austenitisch)	PM-tracercontrole
Smeltbereik (graad)	1400–1425	1400–1425	Lassen voorverwarmen

Beide kwaliteiten zijn bestand tegen de meeste corrosieve media en tegen 304. De stabilisatie beschermt vooralintergranulaire corrosie(IGC) na het lassen. Hier ziet u hoe ze zich verhouden in specifieke omgevingen.

Tafel:Tabel 9 - Corrosiebestendigheid in geselecteerde omgevingen (Bron: NACE MR0103; Outokumpu-corrosietabellen 2024)

Omgeving	321	347	Winnaar
Intergranulaire corrosie (gelast)	Goed (Ti)	Beter (Nb)	347
Polythionzuur (sluitingen van raffinaderijen)	Aanvaardbaar	Uitstekend	347 (API 571)
Chloride SCC (minder dan of gelijk aan 60 graden)	Weerstaat	Weerstaat	Beide (hetzelfde als 304)
Chloride SCC (>60 graden)	Arm	Arm	Gebruik 2205-duplex
Salpeterzuur (HNO₃)	Uitstekend	Uitstekend	Beide
Zwavelzuur (H₂SO₄, verdund)	Eerlijk	Eerlijk	Gebruik Legering 20
Bijtend (NaOH, < 50%)	Goed tot 250 graden	Goed tot 250 graden	Beide
Atmosferische corrosie	Goed	Goed	Beide

Polythionzuur spanningscorrosiescheuren (PASCC)

Wanneer een hydroprocessor van een raffinaderij wordt uitgeschakeld en wordt blootgesteld aan lucht, reageren zwavelverbindingen op het staaloppervlak met vocht en vormen zichpolythionzuur(H₂S₄O₆). Dit zuur veroorzaakt snelle intergranulaire scheurvorming in gevoelig roestvrij staal.

API 571 (schademechanismen)onderschrijft expliciet 347 (niet 321) voor deze dienst. Nb-stabilisatie biedt betrouwbaardere weerstand tegen PASCC tijdens shutdowns.

Aanbeveling van een raffinaderij -Als uw apparatuur een hydroverwerkings-, reforming- of hydrokraakservice krijgt, - SPECIFICEER 347 (of 347H). Het gebruik van 321 is hier een geaccepteerd maar riskanter alternatief.

Tafel:Tabel 12 - Kostenvergelijking (marktreferentie 2025, ex-Chinese fabrieksbron) (Bron: JN Alloy interne kostenbenchmark 2025; Sandmeyer Steel-prijslijst 2025)

Kostenelement	321	347	Verschil
Basismateriaal (plaat, $/kg)	$3.20–3.80	$3.50–4.20	347 +9–10%
Naadloze buis 4" Sch 40 ($/m)	$85–105	$95–120	347 +12%
Gelaste buis ($/m)	$55–70	$62–78	347 +10%
Lastoevoegmateriaal ($/kg)	ER347: $ 18-22	ER347: $ 18-22	Hetzelfde (gebruik ER347)
Bewerkingskosten (index)	100 (basislijn)	105–110	347 iets harder
Installatie arbeid	Dezelfde	Dezelfde	-
Verwachte levensverlenging (jaren)	-	+3 tot +8 jaar	Hoge temperatuur dienst
Ongepland afsluitrisico	Gematigd	Laag	347 lager risico

Inzicht in de levenscycluskosten (LCC).

Voor een typisch raffinaderijverwarmingsproject (500 m pijp van 6 inch, 650 graden): •321 materiaalkosten: ~$68.000 • 347 materiaalkosten: ~$76.000 (+$8.000) • Risico op ongeplande sluiting met 321: geschat $2–5 miljoen per gebeurtenis • Waarschijnlijkheidsreductie met 347: ~60–80% →Verwachte waarde van het gebruik van een investering van 347=$8.000 versus een risicoreductie van $1,2-4 miljoen.

Kostenoordeel -De materiële kostenpremie voor 347 is verwaarloosbaar vergeleken met het financiële risico op falen. Voor elk project waarbij de kosten voor downtime hoger zijn dan $ 100.000, is 347 de economisch rationele keuze - en niet 321.

A: Voor niet-gelaste toepassingen bij omgevingstemperatuur - ja.Voor elke hogetemperatuur- of lastoepassing biedt - nee. 347 een betere kruipsterkte en las-HAZ-stabiliteit. Raadpleeg altijd ASME B31.3 of Sectie VIII voor de specifieke ontwerptemperatuur.

Vraag 2: Waarom raden fabrikanten altijd ER347-vulmiddel aan, zelfs voor 321?

A: Omdat titanium niet betrouwbaar over de lasboog wordt overgedragen.Ti brandt af, waardoor de las niet gestabiliseerd blijft. ER347 (niobiumhoudend) brengt perfect over en stabiliseert zowel de 321 als de 347 basismetalen. Dit is de standaardpraktijk in de sector (AWS A5.4).

Vraag 3: Wat is de maximale bedrijfstemperatuur voor 321 en 347?

A: Intermitterende dienst:tot 870 graden (321) / 900 graden (347).Continue service:limit to 750°C for long design life (>20 jaar). Overweeg het gebruik van 310S of RA253MA (legeringen voor hoge temperaturen) boven 800 graden.

Vraag 4: Is 347 altijd beter dan 321 voor gebruik bij hoge temperaturen?

A: Nee.Voor luchtvaartuitlaatgassen (cyclisch 400–750 graden, door trillingen veroorzaakt) wordt vaak de voorkeur gegeven aan 321 omdat dit gemakkelijker te vormen en te bewerken is en ~0,4% lichter is. Voor raffinaderijen/petrochemie (constant 600–800 graden) is 347 beter.

Vraag 5: Wat betekent "H"-klasse (321H / 347H)?

A: "H"=Hoog koolstofgehalte(0,04–0,10%, versus minder dan of gelijk aan 0,08% voor de niet-H-klasse). Het hogere koolstofgehalte verhoogt de kruipsterkte bij hoge temperaturen. Voor elke service boven 550 graden,specificeer altijd de H-klasse(321H of 347H).

Vraag 6: Kunnen 321 of 347 worden gebruikt in chloridehoudende omgevingen met hoge temperaturen?

A: Nee.Zoals alle austenitische staalsoorten uit de 300-serie zijn 321 en 347 gevoelig voor chloride-spanningscorrosiescheuren (Cl-SCC) boven ~60 graden. Gebruik voor chloridehoudende toepassingen bij hoge temperaturen duplex 2205 of superaustenitisch 254 SMO.

Vraag 7: Wordt 347 door ASME geaccepteerd voor de constructie van drukvaten?

A: Ja.347 en 347H worden vermeld in ASME Sectie II-D met toegestane spanningen tot 900 graden F (482 graden) en, met extrapolatie, tot ~1200 graden F (650 graden). Sectie VIII Div.1-ontwerpkaarten omvatten beide kwaliteiten.

Vraag 8: Hoe kan ik in het veld vaststellen of een stuk pijp 321 of 347 is?

A: PMI (positieve materiaalidentificatie)het gebruik van röntgenfluorescentie (XRF) is de enige betrouwbare methode. Ti (titanium) is duidelijk detecteerbaar met XRF. Nb (niobium) is ook detecteerbaar, maar hiervoor is mogelijk een gevoeliger instrument nodig. Visuele identificatie is onmogelijk - beide cijfers zien er identiek uit.