310S - 300系列耐熱不銹鋼 |
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310S合金 310S 合金( UNS S31008 ) 合金奧氏體不銹鋼主要用于高溫環(huán)境。其較 高的鉻含量及鎳含量保證了良好的抗腐蝕能力及抗氧化能力。與奧氏體304 合金相比, 它在室溫下強度要高一點。 310S (UNS S31008) |
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![]() 一般屬性 應用 化學成分
表中的數(shù)值表示重量百分百,除特別說明范圍外,表中都是最大值
機械性能
抗水溶液腐蝕 含鎳量高使這些合金對氯化物應力龜裂腐蝕的抵抗力比18-8不銹鋼稍好,盡管如此,但是310S奧氏體不銹鋼仍然容易受這種腐蝕的影響。 需要提高耐水溶液腐蝕的應用中,往往會用到310S,如:濃硝酸溶液中的作業(yè),這種溶液中可能發(fā)生晶界擇優(yōu)腐蝕。 高溫抗氧化性 奧氏體不銹鋼的抗氧化性可以通過鉻含量來推算。耐高溫的合金含鉻量至少20%(重量百分百)。用鎳成分代替鐵成分也通常可以提供合金在高溫下的性能。310S是高合金材料,因此,具有相當好的抗氧化性。 已氧化的金屬樣品,其重量會有所增加,因為一定量的氧氣組合到產品的氧化膜。測量金屬抗氧化性的其中一種方法是:讓金屬在特定時間內暴露在高溫環(huán)境下,然后測量其重量的變化。重量增加越多,表面氧化越嚴重。 氧化過程比簡單的銹皮增厚要復雜得多。散裂,或者說表面皮分離,是不銹鋼氧化過程中最常見的問題。散裂通常表現(xiàn)為急速的重量損失。其他一些因素也會引起散裂,其中主要包括熱循環(huán),機械損傷和氧化物過厚。 在氧化過程中,鉻以氧化鉻的形式存在于銹皮中。當氧化皮剝落時,未氧化的金屬暴露出來,因為新的氧化鉻的形成,材料的氧化率暫時升高。銹皮散裂到達一定程度,鉻含量的損失可能引起金屬的耐熱性降低,從而導致鐵氧化物和鎳氧化物快速增加,這種情況稱為破裂氧化。 高溫氧化可能導致銹皮揮發(fā)。在耐熱不銹鋼表面形成的氧化鉻,最開始是Cr2O3 ,當溫度進一步升高時,會進一步氧化成具有高蒸汽壓力的CrO3 。氧化物此時分成兩部分:通過形成Cr2O3 使銹皮增厚,通過CrO3 的蒸發(fā)使銹皮變薄。最終的趨勢是在增厚和變薄之間達到最終的平衡,從而使銹皮處于恒定的厚度。銹皮揮發(fā)在溫度達到2000°F (1093°C)以上時,成為一個突出問題,在流動氣體的作用下,會進一步惡化。 其他形式的退化 環(huán)境中如果存在含碳量高的粒子,會導致碳元素進入金屬,隨后形成內部碳化物。滲碳作用一般在溫度1470°F (800°C)以上發(fā)生。內部滲碳金屬會引起機械性能和物理性能的改變。通常來說,氧氣可以通過在金屬表面形成保護膜來阻止碳進入。較高的鎳含量和硅含量都可以一定程度上減少滲碳作用。金屬粉塵是滲碳作用的一種特殊形式,通常在較低溫度范圍發(fā)生(660-1650°F or 350-900°C)。金屬粉塵可以通過一個復雜的機構把固體金屬轉換成石墨和金屬微粒的混合物,進而形成較深的小坑,最終導致局部腐蝕。 在氮氣存在的情況下,可能發(fā)生滲氮作用。氧化物通常比氮化物穩(wěn)定,因此在含氧的大氣環(huán)境中,通常形成氧化皮。這層保護膜可以很好地阻擋氮進入,因此在大氣環(huán)境和氣態(tài)的燃燒產物環(huán)境下,幾乎不用考慮滲氮作用的影響。在純氮環(huán)境下,尤其是在干燥,裂化氨氣環(huán)境下,氧含量非常低,就可能發(fā)生滲氮作用。在相對低溫的情況下,在金屬表面可以形成氮化膜。在1832°F或1000°C)以上高溫情況下,氮的擴散性可以迅速滲透金屬,在晶界生成內部氮化物,影響金屬的機械性能。 金相的不穩(wěn)定性,高溫暴露時形成新的金相,都可以反過來影響機械性能和降低耐腐蝕性。當奧氏體不銹鋼在溫度范圍800-1650°F (427-899°C)緩慢冷卻時,碳化物粒子常常在晶界沉淀(敏化作用)。鉻和鎳的含量越高,碳的可溶性就越低,也就是說更容易受敏化作用影響。在這個溫度范圍,推薦用強制淬火冷卻,尤其是對于較厚的材料。隨著碳含量的降低,形成碳化鉻的時間和溫度就增加。因此,這些合金的低碳等級對敏化具有較好的抵抗力,但是并不是可以完全避免敏化作用的影響。當加熱溫度長期達到1200-1850°F (649-1010°C),310S在室溫下的延展性會降低,這是因為西格瑪相和碳化物的影響。西格瑪相通常在晶界形成并影響金屬的延展性。這種副作用可以通過在指定溫度重退火來消除。 高溫退化很多程度受大氣和其他作業(yè)環(huán)境影響。一般的氧化數(shù)據(jù)通常只能用于對不同合金相對抗氧化性的估計。如果有需要,森邁爾鋼鐵公司,可以為您提供具體應用的抗氧化性數(shù)據(jù)和經驗。 加工特性 切割和機械加工普通軟鋼的標準技術,稍作調整后也可用于加工奧氏體不銹鋼。但是奧氏體不銹鋼更難加工,變硬的速度非?。加工過程中產生的碎片細且硬,并保留著相當好的延展性。加工用的道具應保持鋒利和堅硬。對于硬化區(qū)域,一般采用深度和慢速切割。由于奧氏體不銹鋼的導熱性低和熱膨脹系數(shù)高,在切割和機械加工的過程中,必須考慮排熱和尺寸公差。 奧氏體不銹鋼可通過彎曲,拉伸成形,滾扎成形,錘打成形,擴口加工/凸緣加工,旋轉,精抽,液壓成形等方法達到冷作成形。在加工過程中,奧氏體不銹鋼容易硬化,表現(xiàn)為加工過程中要不斷增大加工的力量。這就意味著需要用更強大的成形設備并且最終限制了成型度。 因為各種環(huán)境和金相的因數(shù),用于310S熱作的溫度范圍相對較窄。鍛造的初始溫度范圍是1800-2145°F (980-1120°C),結束溫度不能低于1800°F (980°C)。在過高的溫度下加工,因為環(huán)境和金相的因素,尤其是鐵素體的生成,會導致合金的熱塑性下降。在過低的溫度下加工,形成脆片第二相,如:西格瑪相。鍛造后,鍛件需迅速冷卻到暗熱。 焊接 310S的熱膨脹系數(shù)較高,導熱性較低,在固化的焊接金屬中會形成少量的鐵素體,可能導致熱裂紋。這個問題在防脫焊口,寬焊口可能更嚴重。低合金含量的焊料(如ER308)可以增加堆焊中的鐵素體從而降低熱裂紋的趨勢;附饘俚某煞直幌♂尯螅赡芙档驮摻饘俸缚谔幍哪透g性和耐熱性。 S等級的含碳量相對較低。焊接得當?shù)脑,不太可能發(fā)生熱影響區(qū)的粒間腐蝕。去除回火色和銹皮可恢復焊口附近的耐腐蝕性。采用不銹鋼刷研磨和刷洗,可以去除回火色和銹皮。酸洗也可去除銹皮。小件的材料可以放入槽中酸洗,大件的材料,可以采用特制的硝酸,氟化氫酸,鹽酸的混合物來局部清洗。酸洗以后,要用清水徹底洗掉酸洗的殘留物。 熱處理/退火 310S在空氣退火過程中產生氧化皮是不可避免的。銹皮中含有豐富的鉻并且具有一定的附著性。通常來說,在進一步加工之前都要把退火銹皮去除。去除銹皮有兩種方法:機械方法和化學方法。表面噴砂和化學除銹二者相結合通常是去除所有頑固銹皮最有效的方法。硅砂,玻璃微珠是很好的噴砂材料。也可以采用鐵粒,鋼粒,但是這可能引起游離鐵進入金屬的表面,進而引起表面生銹或變色。 化學除銹通常采用硝酸和氫氟酸的混合物;瘜W槽液和加工溫度通常視實際情況而定。常用的槽液包括5-15%HNO3 (65%初始強度) 和 _-3% HF (60% 初始強度)的水溶液。濃度過高的氫氟酸會導致除銹過猛。槽液溫度通常從室溫到140°F (50°C)。 溫度過高會導致除銹過快,槽液侵蝕晶界,進而造成金屬表面出現(xiàn)凹槽。酸洗以后,要用清水徹底洗掉酸洗的殘留物,然后干燥,避免金屬表面出現(xiàn)斑漬。 由于310S在室溫下呈現(xiàn)奧氏體結構,因此不能通過熱處理達到硬化。通過熱作或冷作,可以達到更高的機械強度,但是這些等級通常達不到這種狀態(tài)。通過冷作,也可以獲得更好的抗拉強度和屈服強度,冷作后如果不退火,這些性能在高溫下就不穩(wěn)定,而這些合金往往是用于高溫作業(yè)。如果在高溫環(huán)境下使用冷作后的材料,卻剛好相反,會影響材料的蠕變性能。 |