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        歡迎光臨溫州翔坤特種金屬材料有限公司官網(wǎng)
        F304/F316L/310S/F321/F347奧氏體不銹鋼
        F321奧氏體不銹鋼(S32100/ 0Cr18Ni10Ti/ 06Cr18Ni11Ti/ 1.4541)

        F321奧氏體不銹鋼(S32100/ 0Cr18Ni10Ti/ 06Cr18Ni11Ti/ 1.4541)

         材質(zhì)信息

         

        321 - 300系列耐熱不銹鋼

         

        321 合金
         

        合金321(UNS S32100)是一種穩(wěn)定性非常好的不銹鋼。在溫度達(dá)到800-1500°F(427-816°C),碳化鉻沉淀的條件下,仍能保持良好的抗粒間腐蝕的能力。由于成分中添加了鈦,在碳化鉻形成的情況下,321合金仍然可以保持穩(wěn)定性。

        321合金不銹鋼由于其優(yōu)良的機(jī)械性能,在高溫環(huán)境下工作很有優(yōu)勢(shì)。與304 合金 相比,321 合金不銹鋼具有更好的延展性及抗應(yīng)力斷裂能力。另外,304L 也可用于抗敏 化作用及晶間腐蝕。


        321
        一般屬性
        化學(xué)成分
        耐腐蝕性
        抗高溫氧化性
        物理性能
        機(jī)械性能
        加工 
        熱處理
         

        一般屬性
        合金321(UNS S32100)是一種穩(wěn)定性非常好的不銹鋼。在溫度達(dá)到800-1500°F(427-816°C),碳化鉻沉淀的條件下,仍能保持良好的抗粒間腐蝕的能力。由于成分中添加了鈦,在碳化鉻形成的情況下,321合金仍然可以保持穩(wěn)定性。

        321合金常用于高溫環(huán)境下800-1500°F(427-816°C)的長(zhǎng)期作業(yè)。如果應(yīng)用只涉及焊接或短時(shí)間加熱時(shí),用304L代替就可以了。

        321合金的高溫作業(yè)優(yōu)勢(shì),也有賴于其良好的機(jī)械性能。和304, 304L相比,321具有更佳的抗蠕變應(yīng)力和抗應(yīng)力破裂性能。這使得在更高一點(diǎn)溫度的時(shí)候,這些穩(wěn)定的合金所承受的壓力依然符合美國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍋爐法規(guī)和壓力容器規(guī)范。因此321合金的最高使用溫度可達(dá)1500°F (816°C),而304,304L只局限于800°F (426°C)


        化學(xué)成分
        ASTM A276 和 ASTM A182

        成分

        重量百分比除特別說明外,

        表中所列為最大值

          321  
        碳* 0.08  
        2.00  
        0.045  
        0.030  
        1.00  
        17.00-19.00  
        9.00-12.00  
        鈳+鉭** --  
        -- --
        鈦** 5x(C+N)最小 0.70 最大 --
        -- --
        0.10 --
        剩余部分  
          * H 等級(jí) 碳含量為 0.04 ? 0.10%.

         

         


        耐腐蝕性
        均勻腐蝕
        合金321具有與不穩(wěn)定的鎳鉻合金304相似的抵擋一般腐蝕的能力。在碳化鉻程度的溫度范圍中的長(zhǎng)時(shí)間加熱可能會(huì)影響合金321在惡劣的腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性。

        在大多數(shù)環(huán)境中,兩種合金的耐蝕性差不多;但退火狀態(tài)下的合金321在強(qiáng)氧化性環(huán)境中的耐蝕性稍遜于經(jīng)退火處理的合金347。因此,合金347在水環(huán)境和其他低溫環(huán)境中更優(yōu)越。暴露于800°F -- 1500°F (427°C -- 816°C)這一溫度范圍時(shí),會(huì)使合金321的整體耐蝕性大大差于合金347。合金347主要用于高溫應(yīng)用,高溫應(yīng)用要求材料有強(qiáng)的抗敏化性,以防止在較低溫度的粒間腐蝕。

        粒間腐蝕
        合金304等不穩(wěn)定的鎳?鋼對(duì)粒間腐蝕敏感,而合金321就是開發(fā)來應(yīng)用在這方面的。

        當(dāng)不穩(wěn)定的鉻鎳鋼被置于溫度為800°F -- 1500°F (427°C -- 816°C)的環(huán)境中或在這一溫度范圍內(nèi)被慢慢冷卻時(shí),碳化鉻在晶界產(chǎn)生沉淀。置于某些腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)時(shí),這些晶界最先受侵蝕,也許會(huì)弱化金屬的效能,可能發(fā)生完全瓦解。

        有機(jī)介質(zhì)或若腐蝕性的水劑、牛奶或其他乳制品或大氣條件下,即使存在大量碳化物沉淀,也很少會(huì)產(chǎn)生粒間腐蝕。當(dāng)焊接較薄的板材時(shí),因?yàn)橥A粼?00°F -- 1500°F (427°C -- 816°C)這一溫度范圍的時(shí)間非常短,不容易產(chǎn)生粒間腐蝕,所以不穩(wěn)定的等級(jí)都可以勝任了。碳化物沉淀到什么程度是有害的取決于合金暴露于800°F -- 1500°F (427°C -- 816°C)這一溫度范圍的時(shí)間長(zhǎng)短以及腐蝕介質(zhì)。焊接較厚的板材是盡管加熱時(shí)間較長(zhǎng),但由于不穩(wěn)定的L等級(jí),含碳量在0.03%或更低,碳化物的沉淀也不足以對(duì)這個(gè)等級(jí)產(chǎn)生危害。

        穩(wěn)定的321不銹鋼的強(qiáng)抗敏化性和抗粒間腐蝕性通過下表數(shù)據(jù)體現(xiàn)。(銅-硫酸銅-16% 硫酸測(cè)試(ASTM A262, Practice E))。在測(cè)試開始前,對(duì)鋼廠經(jīng)退火處理的樣品進(jìn)行1050°F (566°C) 、48小時(shí)的均熱光敏熱處理。

        粒間腐蝕測(cè)試長(zhǎng)期敏化作用下的結(jié)果

        ASTM A262 Practice E

        合金 Rate (ipm) Bend Rate (mpy)
        304 0.81 dissolved 9720.0
        304L 0.0013 IGA 15.6

        *1100°F退火處理, 240小時(shí)

        合金347樣品沒有出現(xiàn)粒間腐蝕,這表明它們暴露于這種熱環(huán)境中時(shí)沒有敏化。合金321樣品的低腐蝕率表明:雖然它遭受了一些粒間腐蝕,但在這些環(huán)境下,它的耐蝕性比合金304L好。在這個(gè)測(cè)試的環(huán)境下,所有的這些合金都比普通的合金304不銹鋼優(yōu)越得多。

        一般而言,合金321用于制作不可進(jìn)行退火處理的重型焊接設(shè)備以及在800°F to 1500°F (427°C to 816°C)這一范圍運(yùn)作或從這一范圍慢慢冷卻的設(shè)備。在各種操作條件中獲得的經(jīng)驗(yàn)為我們預(yù)測(cè)粒間腐蝕在大多數(shù)應(yīng)用中發(fā)生的可能性提供了充足的資料。

        同時(shí)請(qǐng)回顧我們?cè)跓崽幚聿糠职l(fā)表的一些觀點(diǎn)。

        應(yīng)力腐蝕龜裂
        合金321奧氏體不銹鋼對(duì)鹵化物中的應(yīng)力腐蝕龜裂敏感,類似于合金304不銹鋼。會(huì)出現(xiàn)這一結(jié)果是由于它們的鎳含量相近。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕龜裂的條件有:(1)暴露于鹵化物離子中(一般是氯化物),(2)殘余張應(yīng)力,(3)環(huán)境溫度超過120°F (49°C)。成形操作中的冷變形或焊接操作中遇到的熱循環(huán)都可能會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。退火處理或冷變形之后的消除應(yīng)力熱處理可能會(huì)降低應(yīng)力水平。穩(wěn)定的合金321適用于消除了應(yīng)力的、可能會(huì)對(duì)不穩(wěn)定的合金產(chǎn)生粒間腐蝕的操作環(huán)境。

        321在對(duì)不穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼(如合金304)產(chǎn)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕的環(huán)境中尤其有用。不穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼若被暴露于會(huì)發(fā)生敏化作用的溫度,會(huì)在晶界產(chǎn)生碳化鉻沉淀。在含硫環(huán)境中冷卻至室溫時(shí),硫化物(通常是氫化硫)會(huì)與水汽及氧發(fā)生反應(yīng),形成侵蝕敏化晶界的連多硫酸。在具有應(yīng)力、粒間腐蝕的條件下,連多硫酸應(yīng)力腐蝕龜裂發(fā)生在硫化物普遍存在的煉油環(huán)境中。穩(wěn)定的合金321和347因在升溫操作環(huán)境中具有抗敏化性而解決了連多硫酸應(yīng)力腐蝕龜裂問題。若操作環(huán)境的條件會(huì)引起敏化,為使這些合金達(dá)到最佳的抗敏化性,應(yīng)在熱穩(wěn)條件下使用。

        點(diǎn)腐蝕/隙腐蝕
        穩(wěn)定的合金321在含有氯離子的環(huán)境中的耐點(diǎn)蝕性和耐隙蝕性與合金304或304L不銹鋼差不多,因?yàn)樗鼈兊你t含量相近。一般而言,對(duì)于不穩(wěn)定的及穩(wěn)定的合金,水環(huán)境中的氯化物含量上限為百萬分之一百,尤其是存在隙腐蝕時(shí)。較高的氯離子含量會(huì)導(dǎo)致隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕。若在氯化物含量更高、PH值較低而且/或溫度較高的惡劣條件下,需考慮使用含鉬的合金,如合金316。穩(wěn)定的合金321通過了100小時(shí)的5%鹽霧測(cè)試(ASTM B117),被測(cè)樣本沒有產(chǎn)生鐵銹,沒有退色。但是,若把這些合金暴露于來自海洋的鹽霧中,可能會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕、隙腐蝕和嚴(yán)重變色。不推薦把合金321暴露于海洋環(huán)境中。


        高溫抗氧化性
        321的抗氧化性可與其它18-8奧氏體不銹鋼媲美。把樣本暴露于高溫的實(shí)驗(yàn)室大氣中。定期把樣本從高溫環(huán)境中拿出稱重,可推算出銹皮形成的程度。測(cè)試結(jié)果通過重量變化(毫克/平方厘米)來表示,取兩個(gè)不同被測(cè)樣本的最小值的平均值。

        重量變化 (毫克/平方厘米)
        暴露時(shí)間 1300°F 1350°F 1400°F 1450°F 1500°F
        168 小時(shí) 0.032 0.046 0.054 0.067 0.118
        500 小時(shí) 0.045 0.065 0.108 0.108 0.221
        1,000
        小時(shí)
        0.067 -- 0.166 -- 0.338

        5,000
        小時(shí)

        -- -- 0.443 -- --

        321和347的主要區(qū)別在于細(xì)微的合金添加劑,但不影響抗氧化性。因此,這些測(cè)試結(jié)果對(duì)兩個(gè)等級(jí)來說都具有代表性。但是,氧化率會(huì)受暴露環(huán)境以及產(chǎn)品形態(tài)等固有因素的影響,因此,這些結(jié)果應(yīng)僅被視為這些等級(jí)抗氧化性的通常數(shù)值。


        物理性能
        合金321和347的物理性能頗相似,實(shí)際上,可以視為相同。表格中所列數(shù)值對(duì)這兩種合金都適用。

        若經(jīng)適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚,合?21不銹鋼主要含有奧氏體和鈦碳化物。少量的鐵素體可能會(huì)或可能不會(huì)出現(xiàn)在微觀結(jié)構(gòu)中。若長(zhǎng)時(shí)間暴露于溫度介于1000°F -- 1500°F (593°C -- 816°C)的環(huán)境中,可能會(huì)形成少量的西格瑪相。

        熱處理不能使穩(wěn)定的合金321不銹鋼硬化。

        金屬的總傳熱系數(shù)除了取決于金屬的導(dǎo)熱系數(shù)外,還取決于其它因素。在大多數(shù)情況下,膜層散熱系數(shù)、銹皮和金屬的表面狀況。不銹鋼能保持表面整潔,因此它的傳熱性比其它導(dǎo)熱系數(shù)更高的金屬更好。

        導(dǎo)磁性
        穩(wěn)定的合金321一般不帶磁性。在退火狀態(tài)下,它的導(dǎo)磁系數(shù)低于1.02。導(dǎo)磁率會(huì)因成分而改變,因冷作而增加。含鐵素體的焊縫的導(dǎo)磁率會(huì)高一點(diǎn)。

        物理性能
        密度
        Grade g/cm3 lb/in3
        321 7.92 0.286
             
        抗拉彈性系數(shù)
        28 x 106 psi
        193 GPa
        線性熱膨脹平均系數(shù)
        溫度范圍  
        °C °F cm/cm °C in/in °F
        20-100 68 - 212 16.6 x 10-6 9.2 x 10-6
        20 - 600 68 - 1112 18.9 x 10-6 10.5 x 10-6
        20 - 1000 68 - 1832 20.5 x 10-6 11.4 x 10-6
        導(dǎo)熱性
        溫度范圍  
        °C °F W/m•K Btu•in/hr•ft2•°F
        20-100 68 - 212 16.3 112.5
        20 - 500 68 - 932 21.4 14.7
        比熱
        溫度范圍  
        °C °F J/kg K Btu/lb•°F
        0-100 32 - 212 500 0.12
        電阻率
        溫度范圍  
        °C °F microhm•cm
        20 68 72
        100 213 78
        200 392 86
        400 752 100
        600 1112 111
        800 1472 121
        900 1652 126
        熔化范圍
        °C °F
        1398 - 1446 2550 - 2635

         


        機(jī)械性能
        室溫下的延展性
        穩(wěn)定的合金321鉻鎳等級(jí)在退火狀態(tài)下(2000°F [1093°C], 空氣冷卻)的機(jī)械性能最小值如下表所示。

        高溫下的延展性
        合金321在高溫下的典型機(jī)械性能如下表所示。在1000°F (538°C)及更高的溫度環(huán)境中,這些穩(wěn)定合金的強(qiáng)度明顯高于不穩(wěn)定的304合金。

        含碳量高的合金321H在1000°F (537°C)以上的環(huán)境中具有更高的強(qiáng)度。合金321H不允許用于Section VIII的應(yīng)用,而且對(duì)于Section III的應(yīng)用,只限于800°F (427°C)或以下的溫度。

        蠕變及應(yīng)力破裂性能
        合金321不銹鋼的典型蠕變及應(yīng)力破裂數(shù)據(jù)如下表所示。穩(wěn)定合金在高溫中的蠕變及應(yīng)力破裂強(qiáng)度高于不穩(wěn)定合金304和304L。合金321這些優(yōu)越的性能使其適用于高溫作業(yè)的承壓零件,例如我們常見的鍋爐及壓力容器。

        321沖擊強(qiáng)度
        測(cè)試溫度 夏比沖擊能量吸收
        °F °C Ft-lb Joules
        75 24 90 122
        -25 -32 66 89
        -80 -62 57 78

        ASTM A276和ASTM A182

        要求的室溫下機(jī)械性能的最小值
        類型

        屈服強(qiáng)度
        .2% Offset
        psi (MPa)

        極限抗拉強(qiáng)度
        psi (MPa)

        延伸率 (%)

        321 30,000
        (205)
        75,000
        (515)
        30.0
               

        ASTM A276和ASTM A182

        要求的室溫下機(jī)械性能的最小值

        類型 硬度,最大值
        321

        217
        Brinell

        95Rb 95Rb
               

        高溫條件下的抗拉性能

        合金 321 (0.036 英寸厚 / 0.9 mm 厚)
        測(cè)試問題 屈服強(qiáng)度
        .2% Offset psi
        (MPa)
        極限抗拉強(qiáng)度
        psi
        (MPa)

        %延伸率

        °F °C
        68 20 31,400
        (215)
        85,000 
        (590)
        55.0
        400 204 23,500 
        (160)
        66,600 
        (455)
        38.0
        800 427 19,380 
        (130)
        66,300 
        (455)
        32.0
        1000 538 19,010 
        (130)
        64,400 
        (440)
        32.0
        1200 649 19,000 
        (130)
        55,800 
        (380)
        28.0
        1350 732 18,890 
        (130)
        41,500 
        (285)
        26.0
        1500 816 17,200 
        (115)
        26,000 
        (180)
        45.0

        沖擊強(qiáng)度
        321不管是在室內(nèi)還是在零度以下的環(huán)境,其抗沖擊的韌性都非常好。

        疲勞強(qiáng)度
        實(shí)際上,每種金屬的疲勞強(qiáng)度都要受到腐蝕環(huán)境,表面光潔度,產(chǎn)品形態(tài)以及平均應(yīng)力這些因素的影響。由于這個(gè)原因,沒辦法用一個(gè)確切的數(shù)字來代表在所有操作條件下的疲勞強(qiáng)度值。合金321的耐疲勞度極限大概是其抗張強(qiáng)度的35%左右


        加工
        焊接
        奧氏體不銹鋼被認(rèn)為是最容易焊接的合金鋼,可以用所有的融合物焊接,也進(jìn)行電阻焊接。

        生產(chǎn)奧氏體不銹鋼的焊接接點(diǎn)時(shí)要考慮兩個(gè)因素:1)保持其耐腐蝕性,2)避免開裂。

        焊接時(shí)必須要注意保持合金321里的穩(wěn)定化元素。合金321里面的鈦容易流失。需要避免石油和其他污染源里面的碳元素以及空氣里面的氮元素。因此,不管是焊接穩(wěn)定性良好的合金還是不穩(wěn)定的合金時(shí),都要注意保持清潔以及保護(hù)好惰性氣體。

        焊接奧氏體組織結(jié)構(gòu)的金屬時(shí),在操作過程中很容易分裂。由于這個(gè)原因,合金321在重新凝固時(shí)需要加少量鐵酸鹽使其裂紋敏感性降到最低。含鈳的不銹鋼比含鈦的不銹鋼更容易熱裂。

        匹配的填充金屬可用于合金321等穩(wěn)定鋼的焊接。合金347的匹配填充金屬有時(shí)也可用于合金321的焊接。

        這些穩(wěn)定的合金可以加入到其他的不銹鋼或者碳鋼中。合金309(23% Cr-13.5% Ni)或者是鎳基填充金屬都可以具有這種用途。


        熱處理
        合金321的退火溫度范圍是1800 -- 2000°F (928 to 1093°C).。雖然退火的主要目的是增強(qiáng)合金的柔軟度及延展性,但是在800 -- 1500°F (427 to 816°C)碳化物沉淀的范圍內(nèi)還可以消除應(yīng)力,而不會(huì)產(chǎn)生粒間腐蝕。雖然在這個(gè)溫度內(nèi)的長(zhǎng)期加熱在某種程度上會(huì)降低合金的一般防腐蝕能力,但是合金321和347在800 -- 1500°F (427 to 816°C)的溫度范圍內(nèi)退火幾個(gè)小時(shí)后卻可以消除應(yīng)力,而其的一般防腐蝕能力也不會(huì)顯著降低。就象強(qiáng)調(diào)的一樣,在800 ---- 1500°F (427 to 816°C)的范圍內(nèi)低溫退火并不會(huì)導(dǎo)致粒間腐蝕。

        如果想要達(dá)到最佳的延展性的話,建議使用較高的退火溫度1800 to 2000°F (928 to 1093°C)。

        當(dāng)把這些鎳?不銹鋼加工成設(shè)備,而這些設(shè)備需要最大程度防止碳化鉻沉淀時(shí),必須要認(rèn)識(shí)到鈳的穩(wěn)定性跟鈦是不一樣的。由于這些原因,應(yīng)用合金321時(shí),穩(wěn)定的程度及保護(hù)導(dǎo)致的結(jié)果就沒有那么明顯了。

        耐腐蝕性需要達(dá)到最大化的時(shí)候,321合金必須采取穩(wěn)定退火處理。在1550 to 1650°F (843 to 899°C)溫度范圍內(nèi)加熱最高至5小時(shí),加熱時(shí)間根據(jù)厚度而定。這個(gè)溫度范圍超過了碳化鉻形成的溫度范圍,這個(gè)溫度也足以分解和溶解之前已經(jīng)形成的碳化鉻。另外,在這個(gè)溫度,鈦可以跟碳結(jié)合形成無害的鈦化碳。結(jié)果是?被還原成固溶體,而碳就被迫跟鈦結(jié)合形成無害的碳化物。

        在氧化環(huán)境中完成熱處理后,退火后的氧化物到除銹溶液中去除,例如硝酸和氫氟酸的混合溶液。除銹后,應(yīng)徹底沖洗不銹鋼表面,沖洗掉殘留的酸性溶液。

        這些合金不能通過熱處理來達(dá)到硬化。

        清潔
        不管腐蝕性怎么樣,不銹鋼在使用和制造的過程中都要保持其表面清潔,即使是在正常的工作環(huán)境下。

        在焊接時(shí)采用惰性氣體加工,焊接過程中形成的銹皮和熔渣通過不銹鋼刷清除。普通碳鋼刷會(huì)在不銹鋼的表面留下碳鋼粒子,這些粒子最終會(huì)導(dǎo)致表面生銹。在要求嚴(yán)格的情況下,焊接區(qū)域要經(jīng)過除銹溶液處理(如硝酸和氫氟酸混合溶液)來去除銹皮和熔渣,除銹后,應(yīng)徹底沖洗不銹鋼表面,沖洗掉殘留的酸性溶液。

        內(nèi)陸,輕工業(yè)用的材料,所需要的維護(hù)比較少,只有遮蔽區(qū)域有時(shí)需要用加壓水清洗。重工業(yè)則建議經(jīng)常清洗,去除積聚的灰塵,這些灰塵最終有可能引起腐蝕和損壞不銹鋼的表面外觀。

        適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)有助于清洗。帶圓抹角,內(nèi)圓角,無縫隙的設(shè)備,有利于清洗和表面拋光。



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