Химический состав нержавеющей стали 310S и высоко-температурные свойства

Почему химический состав обеспечивает высокие-температурные характеристики 310S

310S – это полностью аустенитная нержавеющая сталь с высоким балансом хрома и никеля: 24,0-26,0 % хрома и 19,0-22,0 % никеля. Высокое содержание хрома образует стабильную, плотно прилегающую окалину оксида хрома при повышенных температурах, а высокое содержание никеля стабилизирует аустенитную структуру и повышает устойчивость к термической усталости. Суффикс S обозначает версию с низким содержанием углерода, где содержание углерода ограничено максимум 0,08%, что уменьшает осаждение карбида хрома во время сварки и во время длительной эксплуатации при температуре от 500 до 850 градусов.

Химический состав согласно ASTM A240 (UNS S31008)

310S соответствует EN 1.4845 и JIS SUS310S. Приведенные ниже пределы состава определены в ASTM A240 для UNS S31008.

Элемент	Содержание (%)
Хром (Cr)	24.0 - 26.0
Никель (Ni)	19.0 - 22.0
Углерод (С)	0,08 макс.
Кремний (Si)	1,50 максимум
Марганец (Mn)	2,00 макс.
Фосфор (Р)	0,045 макс.
Сера (S)	0,030 макс.

Механические и физические свойства

Типичными минимальными механическими свойствами пластины из стали 310S являются предел текучести 245 МПа, предел прочности на разрыв 550 МПа, относительное удлинение 45 % и твердость по Бринеллю не более 217 HB. Эти значения в технических характеристиках соответствуют минимальным значениям ASTM A240: предел текучести 205 МПа и предел прочности на разрыв 515 МПа для UNS S31008. Ключевые физические свойства перечислены ниже.

Свойство	Ценить
Предел прочности (МПа)	550 мин.
Предел текучести (МПа)	245 мин.
Удлинение (%)	45 мин.
Твердость (HB)	217 макс.
Плотность (г/см³)	7.89
Удельная теплоемкость (Дж/кг·К)	502
Модуль упругости (ГПа)	196
Теплопроводность при 100 градусах (Вт/м·К)	10.8
Удельное электрическое сопротивление (мкОм·см)	78.0
Диапазон плавления (градусы)	1354 - 1402

Пределы рабочих температур и типичные области применения

310S рассчитан на непрерывную работу при температуре примерно до 1150 градусов и прерывистую работу при температуре примерно до 1035 градусов в окислительной атмосфере. Эти пределы определяются поведением окисления и ползучести, а не плавлением, поскольку диапазон плавления составляет 1354-1402 градуса. Поскольку версия с низким-углеродом устойчива к сенсибилизации, сталь 310S является предпочтительным выбором для сварных компонентов, работающих при температуре выше 800 градусов. Типичные области применения включают валки и муфели печей, радиационные трубы, компоненты теплообменников, футеровку печей, мебель для печей, крышки для отжига и химическое технологическое оборудование, работающее при очень высоких температурах. В восстановительной или сульфидизирующей атмосфере накипь оксида хрома менее защитна, поэтому эксплуатационные пределы необходимо снизить.

310S против 309S против 316

309S содержит 22,0-24,0 % хрома и 12,0-15,0 % никеля, что обеспечивает хорошие эксплуатационные характеристики примерно до 1000 градусов при более низких затратах, чем 310S. 310S, а потолок эксплуатации увеличивается примерно на 150 градусов благодаря более высокому содержанию никеля. Напротив, 316 представляет собой молибденсодержащую марку, оптимизированную для водной коррозии при температуре окружающей среды и умеренных температурах; его максимальная температура непрерывной эксплуатации намного ниже, и он не является заменой стали 310S в высокотемпературных печах. И наоборот, 310S обеспечивает лишь умеренную устойчивость к образованию хлоридных язв при комнатной температуре и менее пригоден, чем 316, для морской или химической среды с хлоридами.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем разница между 310 и 310S?
A: 310, то есть UNS S31000, допускает содержание углерода до 0,25 %, тогда как 310S ограничивает содержание углерода до 0,08 %. 310 обеспечивает несколько более высокую прочность при очень высоких температурах, но 310S предпочтительнее для сварных деталей, поскольку низкое содержание углерода предотвращает межкристаллитную коррозию.

В2: Можно ли использовать 310S непрерывно при температуре 1200 градусов?
О: Нет. Непрерывная работа обычно рассчитана на температуру около 1150 градусов, а прерывистая работа - на температуру около 1035 градусов; длительная работа при температуре 1200 градусов может привести к быстрому окислению и повреждению от ползучести.

В3: Можно ли сваривать сталь 310S?
О: Да, 310S хорошо сваривается с подходящей аустенитной присадкой и не требует предварительного нагрева; низкое содержание углерода ограничивает осаждение карбида хрома в зоне термического воздействия.

В4: Является ли 310S магнитным?
О: Сплав 310S является аустенитным и практически не-магнитным в отожженном состоянии, хотя после холодной обработки может появиться небольшой магнетизм.

В5: Устойчива ли сталь 310S к хлоридной коррозии?
А: Нехорошо. Он устойчив к высоко-окислению и сульфидейшн, но в водной среде,-богатой хлоридами, он менее устойчив к точечной коррозии, чем молибденсодержащие-марки, такие как 316.