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1. エグゼクティブサマリー
316Tiは300系をベースとしたオーステナイト系ステンレス鋼です。 (316) 意図的に添加した化学 チタン 炭素を安定させる.
チタンは安定した炭化チタンとして炭素を結びつけます。, 合金が鋭敏化範囲の温度にさらされた場合に、粒界での炭化クロムの析出を防止します。.
その結果、次のような耐食性を備えた合金が得られます。 316 さらに、高温暴露後の粒界腐食に対する耐性も向上.
316Ti は一般に、動作する必要があるコンポーネントまたは製造されるコンポーネントに対して指定されます。 ～425～900℃ 温度ウィンドウ (溶接アセンブリ, 熱にさらされた植物の構成要素) 低炭素グレードだけでは不十分な場合.
2. とは何ですか 316チタンステンレス鋼?
316ティは、 チタン安定化, モリブデン含有オーステナイト系 ステンレス鋼 溶接後または高温に長時間さらされた後の粒界腐食に対する耐性を強化するために開発されました。.
制御された割合でチタンを添加することにより, 炭素は炭化クロムよりも安定した炭化チタンとして優先的に結合されます。.
この安定化メカニズムにより、クロムが粒界に保持され、約 425 ～ 850 °C の温度範囲での感作リスクが大幅に軽減されます。 (800–1560 °F).
結果として, 316Ti は、溶接後の溶体化焼きなましを行わずに溶接して使用するコンポーネントに特に適しています。, または周期的または持続的な熱暴露を伴う用途向け.
従来の耐塩化物腐食性を兼ね備えています。 316 高温での構造安定性が向上したステンレス鋼. 一般的な国際識別子には次のものがあります。 US S31635 そして で 1.4571.
標準指定 & グローバル同等物
| 地域 / 標準システム | 同等の指定 |
| 私たち (アメリカ合衆国) | S31635 |
| で / から (ヨーロッパ) | 1.4571 |
| DIN 材質名 | x6crnimoti17-12-2 |
| ASTM / AISI | 316の |
| 彼 (日本) | SUS316TI |
| GB (中国) | 06cr17ni12mo2ti |
| ISO / 国際的 | 一般的に参照されるのは、 で 1.4571 家族 |
| 材料番号 | W.Nr. 1.4571 |
主要なバリエーションと関連グレード
- 316の (US S31635 / で 1.4571)
チタンで安定化された形態 316 ステンレス鋼, 耐感作性が重要な中間温度および高温にさらされる溶接構造またはコンポーネントを対象としています。. - 316 (US S31600 / で 1.4401)
安定化処理なしのベースモリブデン合金グレード. 溶接後の熱処理が可能な場合、または熱暴露が制限されている場合に適しています. - 316L (US S31603 / で 1.4404)
安定化ではなく炭素制御を通じて感作リスクを軽減する低炭素代替品. 圧力容器でよく使用されます, 配管, および製薬機器. - 321 (で 1.4541)
をベースにしたチタン安定化合金 304 ステンレス鋼の化学. モリブデンは必要ないが、安定化が必要な場合に使用されます。. - 347 (Nb安定化ステンレス鋼)
炭化物の安定化にチタンの代わりにニオブを使用. 同様の耐粒界腐食性を実現, 特定の高温圧力機器規格で好まれる場合が多い. - 316H / 316LN
高温強度向けに最適化されたバリエーション (316H) または窒素含有量の増加 (316LN). これらのグレードは機械的性能を向上させますが、チタンの安定化に代わるものではありません。.
3. 316Ti ステンレス鋼の代表的な化学組成
値は鍛造品の代表的なエンジニアリング範囲です。, 溶体化処理材 (US S31635 / で 1.4571 家族).
| 要素 | 典型的な範囲 (重量%) - 代表 | 冶金学 / 機能的な役割 |
| C (炭素) | 0.02 – 0.08 (最大 ~0.08) | 強度への貢献; C が高くなると炭化クロムを形成する傾向が増加します (感作). 316Tiでは, C は意図的に存在しますが、Ti が安定した TiC を形成できるように制御されています. |
| Cr (クロム) | 16.0 – 18.5 | 一次不動態皮膜形成剤 (cr₂o₃) — 一般的な耐食性と酸化防止の鍵. |
| で (ニッケル) | 10.0 – 14.0 | オーステナイト安定剤 — 靭性を提供します, 延性と耐食性; MoとCrの溶解を助ける. |
モー (モリブデン) |
2.0 – 3.0 | 塩化物を含む環境における孔食や隙間腐食に対する耐性を強化します。 (局所的な耐食性を向上させます). |
| の (チタン) | 0.30 – 0.80 (典型的 ≈ 0.4 ～ 0.7) | スタビライザー — 炭素を TiC/Ti として結合します(C,N), 熱暴露中の粒界での炭化クロムの析出を防止 (感作を防ぐ / 粒界腐食). |
| ん (マンガン) | 0.5 – 2.0 | 脱酸剤および微量オーステナイト安定剤; 熱間加工性と脱酸素の実施を制御するのに役立ちます. |
| そして (シリコン) | 0.1 – 1.0 | デオキシジ剤; 少量で強度と耐酸化性が向上しますが、有害な相を避けるために少量に抑えられます。. |
P (リン) |
≤ 0.04 – 0.045 (トレース) | 不純物; Pは靱性と耐食性を低下させるため、低く保たれます。. |
| S (硫黄) | ≤ 0.02 – 0.03 (トレース) | 不純物; 低レベルが好ましい (S が高くなると、自由加工が改善されますが、腐食/延性が損なわれます。). |
| N (窒素) | トレース – 0.11 (多くの場合 ≤0.11) | 強化剤が存在し、存在する場合には耐孔食性にわずかに寄与します; 過剰なNは溶接性に影響を与える可能性があります. |
| 鉄 (鉄) | バランス (~残り) | 行列要素; Niと結合してオーステナイト構造を保持します。. |
4. 微細構造と冶金学的挙動
- オーステナイト母材 (γ-Fe): Niにより室温で安定. 微細構造は延性がある, 非磁性 (焼きなまし状態で) そして加工硬化.
- 安定化機構: Tiは反応して炭化チタンを形成します (チック) または、マトリックスから C を除去し、約 425 ～ 900 °C での暴露中に粒界での Cr₂₃C₆ の析出を防止する炭窒化物.
- 感作枠と限界: ティと一緒でも, 増感範囲での極端に長時間の露光、または不適切な Ti:C 比率により、炭化クロムやその他の金属間化合物の形成が可能になる可能性があります。. 適切な溶解作業と熱処理制御が不可欠です.
- 金属間化合物相: 特定の中間距離での長時間暴露 (特に600～900℃) シグマを励ますことができる (a) またはチー (h) Mo/Crが豊富なオーステナイトグレードでの相形成;
316Ti は影響を受けません。設計者はこれらの範囲での長時間の滞在を避けるか、組成と熱機械履歴が制御された安定化鋼を指定する必要があります。. - 使用後の降水量: Ti で安定化された合金には、Ti に富んだ微細な析出物が見られる場合があります; これらは結晶粒界で Cr を消耗させないため、Cr 炭化物と比較して無害であるか有益です。.
5. 機械的特性 — 316Ti ステンレス鋼
以下の数字は、 代表 で提供される鍛造 316Ti の値 溶体化処理 / 焼きなましされた 状態.
実際の値は製品の形状によって異なります (シート, 皿, パイプ, バー), 厚さ, サプライヤーの処理と熱ロット.
| 財産 | 代表値 (溶体化処理) | 実践メモ |
| 0.2% 証拠 (収率) 強さ, RP0.2 | ~170 – 260 MPa (≈ 25 – 38 クシ) | 一般的な下端方向の薄いシート (≒170～200MPa); 重いセクションは高くなる傾向にある可能性があります. MTR値を設計に使用する. |
| 抗張力 (rm / UTS) | ~480 – 650 MPa (≈ 70 – 94 クシ) | 製品に依存する; 冷間加工によりUTSが大幅に向上. |
| 休憩時の伸び (あ, %) — 標準試験片 | ≈ 40 – 60 % | 焼きなまし状態での高い延性; 冷間加工により伸びが低下する. |
| 硬度 (ブリネル / ロックウェルB) | ~120 – 220 HB (≈ ~60 – 95 HRB) | 一般的な焼きなまし硬度 ~120 ～ 160 HB; 冷間加工/硬化された材料はかなり硬くなる可能性があります. |
| 弾性率, E | ≈ 193 – 200 GPa (≈ 28,000 – 29,000 クシ) | 使用 193 サプライヤーのデータで別段の指示がない限り、剛性計算の GPa. |
せん断弾性率, G |
≈ 74 – 79 GPa | ねじり計算には最大 77 GPa を使用. |
| ポアソン比, n | ≈ 0.27 – 0.30 | 使用 0.29 便利な設計値として. |
| 密度 | ≈ 7.98 – 8.05 g・cm⁻³ (≈ 7,980 – 8,050 kg・m⁻³) | 質量と慣性の計算に使用します. |
| シャルピー衝撃 (部屋T) | 良いタフネス; 典型的な CVN ≥ 20–40 J | オーステナイト組織は低温でも靭性を維持します; フラクチャがクリティカルな場合は CVN を指定します. |
| 倦怠感 (S-Nガイダンス) | 耐久力 スムーズ 標本 ≈ 0.3–0.5×Rm (表面に大きく依存する, 平均ストレス, 溶接) | コンポーネントの場合は、コンポーネントレベルの S-N 曲線またはサプライヤーの疲労データを使用します。; 溶接止端と表面欠陥が寿命を左右する. |
6. 物理的な & 熱特性と高温挙動
- 熱伝導率: 比較的低い (≈ 14–16 W·m⁻¹·K⁻¹ で 20 ℃).
- 熱膨張係数: ~16–17 ×10⁻⁶ K⁻¹ (20–100°C) — フェライト鋼よりも高い.
- 融解範囲: に似ています 316 (固相線 ~1375 °C).
- 使用温度ウィンドウ: 316Ti は特に次の用途に選ばれています。 中温暴露 (約. 400–900°C) 安定化により粒界攻撃が防止される.
しかし, 600 ～ 900 °C の範囲に長時間さらされると、シグマ相の形成と靭性の低下の危険性があります。冶金学的データで安全性が確認されない限り、これらの温度に継続的にさらされることは避けてください。. - クリープ: 高温での持続的な負荷に対応, 316Tiは耐クリープ合金ではありません; 高温グレードを使用 (例えば, 316H, 309/310, またはニッケル合金).
7. 腐食挙動 – 長所と限界
強み
- 熱暴露後の粒界腐食に対する耐性 感作範囲内, 提供されたTi:CとTi:利用可能なC比と熱処理は正しい.
- 良好な一般的な腐食抵抗 酸化媒体および多くの還元媒体中で; Mo は、次のような耐孔食性/耐隙間性に貢献します。 316.
- 溶接構造に最適 断続的な高温使用が発生する場合、または溶接後の溶体化焼き鈍しが現実的でない場合.
制限事項
- 孔食 & 高塩化物環境における隙間腐食: 316Tiは同等の耐孔食性を持っています 316; 厳しい海水または温塩化物の場合は、二相合金または高 PREN 合金を検討してください。.
- 塩化物SCC: 免疫がない - SCC は塩化物中で発生する可能性があります + 引張応力 + 温度環境; SCC リスクが高い場合は、二相合金または超オーステナイト合金が必要になる場合があります.
- シグマ相と金属間化合物: 特定の高温で長時間放置すると、Ti の安定化とは関係なく脆化相が発生する可能性があります。そのような熱履歴やテストを避けるように設計してください。.
- 産業汚染物質: すべてのステンレス鋼と同様に, 攻撃的な化学物質 (強酸, 高温での塩素系溶媒) 攻撃するかもしれない; 互換性チェックを実行する.
8. 処理 & 製造上の特徴
316Tiのオーステナイト微細構造 + TiC析出物により優れた加工性を実現, チタンの効果を得るために若干の調整が必要:
溶接性能 (主な利点)
316Tiは優れた溶接性を保持します, GMAWと互換性があります (自分), GTAW (ティグ), スマウ (スティック), FCAW – 溶接後の熱処理が不要という重要な利点を備えています (PWHT) IGC耐性に必要:
- 予熱: 厚さ 25 mm 以下のセクションには不要; セクション >25 mm は HAZ 亀裂のリスクを軽減するために 80 ～ 150°C に予熱する場合があります.
- 溶接消耗品: ER316Tiを使用 (GTAW/GMAW) またはE316Ti-16 (スマウ) チタン含有量を一致させ、溶接金属の安定性を確保します.
- PWHT: オプションの応力除去焼鈍 (600–650℃、1～2時間) 厚肉コンポーネント用, ただし、耐食性のために必須ではありません (とは異なり 316, 溶接後のIGC保護のためにPWHTが必要です).
- 溶接継手の性能: 引張強さ ≥460 MPa, 伸び率 ≥35%, ASTM A262 IGC テストに合格 – 母材と同等の溶接金属耐食性.
形にする & 製作
- 冷間成形: 優れた延性により深絞り加工が可能, 曲げ, そして転がる. 最小曲げ半径: 1× 冷間曲げ用の厚さ (厚さ12mm以下), 316L と同じ - TiC 析出物は成形性を損なわない.
- 熱間成形: 1100～1250℃で実施, その後水焼入れしてオーステナイト微細構造と TiC 分布を保持. 偶発的な過敏化を防ぐため、冷却中に 450 ～ 900 °C の範囲を避けます。.
- 機械加工: 適度な被削性 (評価 55 ～ 60% 対. AISI 1018 鋼鉄) – TiC析出物はオーステナイトよりも硬い, 316L よりも工具の摩耗がわずかに多くなる.
推奨切断速度: 90–140m/I (カーバイドツール) 熱の蓄積を軽減するために切削液を使用.
熱処理
- ソリューションアニーリング: 一次熱処理 (1050–1150°C, 30 ～ 60 分間保持する, 水の消光) – 残留炭化物を溶解します (もしあれば), 穀物を精製する, 均一な TiC 分布を保証します. 耐食性と靭性を最大化するために重要.
- ストレス緩和アニーリング: 600–650℃、1～2時間, 空冷 – TiC の安定性や耐食性に影響を与えることなく、残留応力を 60 ～ 70% 削減します。.
- 過剰なアニーリングを避ける: 気温 >1200°C は TiC の粗大化と粒成長を引き起こす可能性があります, 高温強度の低下 – 溶体化焼鈍温度を ≤1150°C に制限します.
表面処理
- 酸洗い & 不動態化: 加工後の処理 (ASTM A380) 酸化スケールを除去し、Cr₂O₃ 不動態皮膜を修復します – TiC 析出物は不動態化を妨げません.
- 研磨: Ra 0.02 ～ 6.3 μm の表面仕上げを実現. 機械研磨または電解研磨により、衛生性と耐食性が向上します, 医療および食品用途に適しています.
- コーティング: 固有の耐食性により必要になることはほとんどありません; 極度の高塩化物環境では、亜鉛メッキまたはエポキシコーティングが使用される場合があります。 (例えば, 海洋オフショアプラットフォーム).
9. 316Ti ステンレス鋼の代表的な用途
316Ti のユニークな組み合わせによる高温安定性, IGC耐性, 耐食性により、316L や 316 失敗するかもしれない:
化学薬品 & 石油化学産業 (35% 需要の)
- コアアプリケーション: 高温化学反応器, 熱交換器, 蒸留柱, および塩化物を扱うための配管, 酸, および有機溶剤.
- 重要な利点: 繰り返し溶接時の耐IGC性 (例えば, メンテナンス修理) 高温動作 (850℃まで) – エチレンクラッカーおよび硫酸プラントで使用.
航空宇宙
- コアアプリケーション: 航空機の排気システム, タービン成分, ロケットエンジン部品など.
- 重要な利点: 高温耐酸化性 (900℃以下) 非磁性特性 – アビオニクスおよびレーダー システムとの互換性.
原子力エネルギー
- コアアプリケーション: 原子炉冷却システムのコンポーネント, 蒸気発生器, そして燃料被覆管 (非放射性構造部品).
- 重要な利点: 高温での耐IGC性, 高圧水 (280℃, 15 MPa) 原子力安全基準への準拠 (例えば, ASME III III).
高温炉の製造
- コアアプリケーション: 炉ライナー, 放射チューブ, および工業炉用発熱体 (熱処理, 焼結).
- 重要な利点: 800～900℃でも強度と耐食性を維持, 高温連続運転において 316L よりも 2 ～ 3 倍長い寿命を実現.
医学 & 製薬産業
- コアアプリケーション: 滅菌可能な医療機器, 医薬品処理装置, およびクリーンルームコンポーネント.
- 重要な利点: 繰り返しオートクレーブ処理した後の耐IGC性 (121℃, 15 psi) FDA への準拠 21 CFRパーツ 177 – 腐食による汚染のリスクがない.
海洋 & 海洋産業
- コアアプリケーション: 洋上プラットフォーム配管, 海水淡水化プラント, および海底コンポーネント.
- 重要な利点: 海水腐食やSCCに強い, サワーサービスに対する NACE MR0175 準拠 (H₂S を含む井戸液).
10. 利点 & 制限事項
316Ti ステンレス鋼の主な利点
- 優れた耐IGC性: チタンの安定化により Cr₂₃C₆ の沈殿が排除されます, 高温または繰り返しの溶接シナリオに最適で、316L/316H を上回る性能を発揮します。.
- 強化された高温性能: 強度を維持, 靭性, 900℃までの耐酸化性, 50316Lより-100℃高い.
- 優れた溶接性: 耐食性のための必須のPWHTはありません, 製造コストとリードタイムの削減.
- 広い腐食抵抗: 316の耐塩化物性を継承, 酸, そして酸っぱいサービス, NACE準拠のための拡張温度制限付き.
- 穀物洗練: TiC析出物が粒子成長を阻害, 機械的特性と寸法安定性の向上.
316Ti ステンレス鋼の主な制限
- より高いコスト: 15–316Lより20%高価 (チタン添加により), 大規模で重要でない用途の材料費の増加.
- 被削性の低下: TiC 析出物は 316L よりも多くの工具摩耗を引き起こします, 特殊な工具が必要になるか、切断速度が遅くなり、加工コストが最大 10 ～ 15% 増加します.
- TiC 粗大化リスク: 長期にわたる暴露 >900℃はTiCの粗大化を引き起こす, 高温強度と靭性の低下.
- 限られた超高温耐性: 900°Cを超える連続使用には適していません - スーパーオーステナイトステンレス鋼を使用してください (例えば, 254 私たちは) またはニッケル基合金 (例えば, インコネル 600) その代わり.
- 二相ステンレス鋼よりも強度が低い: 抗張力 (485–590MPa) デュプレックスグレードよりも低い (例えば, 2205: 600–800 MPa), 構造負荷のために厚いセクションが必要.
11. 比較分析 — 316Ti vs 316L vs 321 vs デュプレックス 2205
| 側面 | 316の (安定した) | 316L (低炭素) | 321 (安定化, 304 家族) | デュプレックス 2205 (フェライト系オーステナイト系) |
| 主な目的 | 熱暴露または溶接後の粒界腐食を防ぐチタンの安定化 | 低炭素により安定化せずに感作を回避 | チタン安定化 304 化学 - 熱にさらされた溶接アセンブリの感作を防止します | より高い強度 + 優れた局部腐食耐性 (ピッチング/SCC) |
| 典型的な構成のハイライト | Cr ~16 ～ 18%; ～10～14%; Mo ~2～3%; ～0.3～0.8%; C 最大 ~0.08% | Cr ~16 ～ 18%; ～10～14%; Mo ~2～3%; C ≤ 0.03% | Cr ~17–19%; ~9 ～ 12%; Ti 添加 ~0.3 ～ 0.7%; no Mo (または追跡します) | Cr ~21–23%; ~4～6.5%; Mo ~3%; N ≈0.08 ～ 0.20% |
| 安定化戦略 | TiはCをTiCとして結合 → 粒界でのCr炭化物を防止 | Cを削減して炭化物の析出を最小限に抑える | TiはCをTiCとして結び付けます 304 マトリックス | 異なる冶金 - 炭化物安定化は不要 (二重微細構造) |
木材 (約. 耐孔食性相当) |
～24～27 (モー次第, N) | ～24～27 | ～18～20 (低い - Moなし) | ～35～40 (かなり高い) |
| 代表 0.2% 証拠 (RP0.2) | ～170～260MPa | ～170～220MPa | ～170～240MPa | ～400～520MPa |
| 代表UTS (rm) | ～480～650MPa | ～485～620MPa | ～480～620MPa | ～620～880MPa |
| 延性 / 靭性 | 高い (焼き鈍し ～40 ～ 60% の伸び) | 高い (焼きなましされた) | 高い (良好な靭性) | 靭性は優れていますが、オーステナイトよりも伸びが低いです |
| 溶接性 | とても良い; 安定化により、多くの場合、溶接後の溶体化焼き鈍しの必要性が軽減されます。 | 素晴らしい; 溶接アセンブリに一般的に使用される低 C | とても良い; 溶接や熱にさらされる用途向けに設計されています | 溶接可能ですが、フェライト/オーステナイトのバランスを制御し、脆化相を回避するには資格のある手順が必要です |
溶接後の耐粒界腐食性 |
Tiの場合に優れています:Cバランスと熱処理が正しい | 素晴らしい (低c), ただし、カーボン汚染や不適切なフィラーが発生した場合はわずかになる可能性があります | 素晴らしい (Tiの安定化) | 適用できない (さまざまな故障モード) |
| 孔食 / 塩化物中での耐隙間性 | 良い (Mo は、次のような局所的な抵抗を提供します。 316) | 良い (316Tiに似ています) | 適度 (より低い - 通常、塩化物が豊富なサービスにはあまり適していません) | 素晴らしい (海水/汽水および攻撃的な塩化物の使用に最適) |
| 塩化物SCCに対する感受性 | 不安定よりも低い 316; 高いストレス下でも可能 + 温度 + 塩化物 | 以下より低い 304; 悪条件下でも SCC が発生する可能性がある | に似ている 304 (安定化により粒界腐食に対処, SCCではない) | 非常に低い - 二本鎖は塩化物 SCC に対する耐性がはるかに高い |
高温 / サーマルサイクルでの使用 |
部品に中間の熱サイクルが発生し、溶体化焼き鈍しができない場合に推奨 | アニーリング制御が存在する場合、多くの溶接アセンブリに適しています | 熱サイクルにさらされる 304 ベースの部品に推奨 | 長時間の高温クリープに限定 - 高温クリープの使用よりも強度と腐食のために使用されます。 |
| 典型的なアプリケーション | 熱サイクルにさらされる溶接されたプラント部品, 炉のコンポーネント, いくつかの圧力部品 | 圧力容器, 配管, 食品/医薬品機器, 一般的な製造 | 航空機の排気ガス, 熱にさらされる部品 304 システム | オフショアハードウェア, 海水システム, 高い強度と耐塩化物性を必要とする化学プラント |
| 相対コスト & 可用性 | 適度; 多くの市場で一般的 | 適度; 最も広く在庫されているバリエーション | 適度; 共通の 304 家族が使う | より高いコスト; 特殊な素材と製造の専門知識が必要 |
12. 結論
316Ti は、 316 家族, 溶接部品や熱にさらされる部品のオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を維持するように設計されています。.
チタン含有量と熱処理を適切に管理すると, 316Ti は粒界クロムの枯渇を防ぎ、溶接されたプラント部品にとって堅牢な選択肢です, 溶接後のアニーリングが保証できない熱にさらされたアセンブリおよび中程度の塩化物環境.
適正な調達, MTR検証, 合金の利点を活かすためには溶接手順の管理と定期的な検査が不可欠です.
よくある質問
316Tiと316Lの違いは何ですか?
316Tiはチタンで安定化されたものです (Tiを加えてTiCを形成), 316L は低炭素です (L = 低 C).
どちらのルートも感作リスクを軽減します; 316Ti は、部品が中温にさらされる可能性があり、溶接後の焼きなましが現実的ではない場合に特に選択されます。.
チタンは 316Ti の耐食性を 316L よりも高めますか??
チタンの役割は、熱暴露後の粒界腐食を防ぐことです; 316Ti の耐バルクピッチング性は 316/316L と同様です (Mo は全体として同等の局部腐食耐性をもたらします).
より過酷な塩化物環境向け, 二相合金以上の PREN 合金が好ましい.
316Ti を溶接するには別の溶加材が必要ですか??
必ずしも必要ではありません - 溶加合金が一致する (例えば, ER316L/ER316Ti (利用可能な場合)) 使用されています.
フィラーの化学的性質と溶接手順が HAZ と溶接金属の安定性を維持することを確認します。; 重要な部品については溶接規定と冶金ガイダンスを参照してください。.
