Τι είναι το Stainless Steel Grade 304H; Ιδιότητες και χρήσεις υψηλής- θερμοκρασίας

Τι είναι το υλικό SS304H;

Ο ανοξείδωτος χάλυβας ποιότητας 304H (UNS S30409, EN 1.4948 / X6CrNi18-10) είναι μια παραλλαγή υψηλής-άνθρακα της ευρέως χρησιμοποιούμενης οικογένειας ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα 304. Η περιεκτικότητά του σε άνθρακα ελέγχεται ειδικά στην περιοχή από 0,04% έως 0,10% (σε αντίθεση με το πρότυπο 304, το οποίο έχει μέγιστο όριο άνθρακα 0,08%). Έχει σχεδιαστεί για να βελτιώνει την αντοχή ερπυσμού{14}}του υλικού σε θραύση σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, όπου το πρότυπο 304 θα μαλακώνει και το 304L θα έχανε τη δομική του ακεραιότητα.

 

Γιατί το "H" στο 304H είναι σημαντικό για εφαρμογές υψηλής- θερμοκρασίας;

Το "H" σημαίνει "High Carbon". Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα παρέχει μεγαλύτερη αντοχή σε εφελκυσμό και διαρροή σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν
525 μοίρες (975 βαθμοί F). Σε αντίθεση με το 304L, το οποίο χάνει τη δομική του ακεραιότητα σε ακραία ζέστη, το 304H διατηρεί τις μηχανικές του ιδιότητες και την αντίσταση ερπυσμού.

 

Ισοδύναμα από ανοξείδωτο χάλυβα Grade 304H

ΠΡΟΤΥΠΟ / ΠΕΡΙΟΧΗ	ΟΝΟΜΑΣΙΑ	ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ
UNS	S30409	Καθολικό αναγνωριστικό για 304H
EN	1,4948 / X6CrNi18-10	Σύμφωνα με το EN 10088-1 και το EN 10028-7. Όχι 1,4307 (1.4307=X2CrNi18-9=304L)
JIS	SUS304H	Ανά JIS G 4303 (ράβδοι), JIS G 4304 (πλάκες), JIS G 3459 (σωλήνες)
γιγαμπάιτ	0Cr18Ni9H	Ονομασία παλαιού τύπου; εξακολουθεί να βρίσκεται σε παλαιότερα έγγραφα προμηθειών
γιγαμπάιτ	07Cr19Ni10	Ανά GB/T 20878-2007 και GB/T 1220-2007
GOST	08X18H10	Ανά GOST 5632-2014

 

304 vs. 304L Vs. 304H:Chemical Composition

ΣΤΟΙΧΕΙΟ	304H (UNS S30409)	304 (UNS S30400)	304L (UNS S30403)
Άνθρακας (C)	0.04–0.10	Μικρότερο ή ίσο με 0,08	Μικρότερο ή ίσο με 0,03
Chromium (Cr)	18.0–20.0	18.0–20.0	18.0–20.0
Νικέλιο (Ni)	8.0–10.5	8.0–10.5	8.0–12.0
Μαγγάνιο (Mn)	Μικρότερο ή ίσο με 2,00	Μικρότερο ή ίσο με 2,00	Μικρότερο ή ίσο με 2,00
Πυρίτιο (Si)	Μικρότερο ή ίσο με 0,75(a)	Μικρότερο ή ίσο με 0,75	Μικρότερο ή ίσο με 0,75
Φώσφορος (P)	Μικρότερο ή ίσο με 0,045	Μικρότερο ή ίσο με 0,045	Μικρότερο ή ίσο με 0,045
Θείο (S)	Μικρότερο ή ίσο με 0,030	Μικρότερο ή ίσο με 0,030	Μικρότερο ή ίσο με 0,030

304 vs. 304L Vs. 304H: Μηχανικές ιδιότητες σε θερμοκρασία δωματίου

ΙΔΙΟΚΤΗΣΙΑ	304H (S30409)	304 (S30400)	304L (S30403)	ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΟΚΙΜΗΣ
Αντοχή εφελκυσμού (ελάχ.)	515 MPa	515 MPa	485 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Ισχύς απόδοσης 0,2% Μετατόπιση (ελάχ.)	205 MPa	205 MPa	170 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Επιμήκυνση σε 50 mm (ελάχ.)	40%	40%	40%	ASTM A370
Σκληρότητα (μέγ.)	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	ASTM E18 / ISO 6506
Μέτρο ελαστικότητας (τυπικό)	193 GPa	193 GPa	193 GPa	-

 

304 vs. 304H: Πλεονέκτημα ερπυστικής δύναμης

Σε σύγκριση με το πρότυπο 304, το κύριο πλεονέκτημα του 304H έγκειται στην αντοχή του σε ερπυσμό-στη θραύση εντός του εύρους θερμοκρασιών 540–870 μοιρών. Ο ερπυσμός, ο οποίος ορίζεται ως η πλαστική παραμόρφωση που συμβαίνει με την πάροδο του χρόνου υπό συνεχή καταπόνηση σε υψηλές θερμοκρασίες, είναι ο κύριος μηχανισμός αστοχίας για εξοπλισμό υψηλής{{6} θερμοκρασίας πίεσης. Σύμφωνα με τις επιτρεπόμενες τιμές έντασης τάσης στον Πίνακα 1Α της Ενότητας II, Μέρος Δ του ASME BPVC, η επιτρεπόμενη τάση για το 304H είναι περίπου 15%-25% υψηλότερη από εκείνη του 304 σε θερμοκρασία 600 μοιρών και διάρκεια σχεδιασμού 100.000 ώρες. Αυτό σημαίνει ότι για μια δεδομένη πίεση σχεδιασμού, μπορεί είτε να μειώσει το πάχος του τοίχου (εξοικονομώντας έτσι κόστος υλικού) είτε να παρατείνει τη διάρκεια ζωής.

 

 

Ανοξείδωτο ατσάλι 304H: Αντίσταση στην οξείδωση

Τα φύλλα ανοξείδωτου χάλυβα 304H περιέχουν περιεκτικότητα 18%-20% σε χρώμιο, η οποία επιτρέπει τη δημιουργία μιας συνεχούς και καλά κολλημένης κλίμακας οξειδίου του χρωμίου (Cr2O3) στην εκτεθειμένη επιφάνεια. Σε οξειδωτικές ατμόσφαιρες σε θερμοκρασίες έως περίπου 870 μοίρες , αυτό το στρώμα οξειδίου είναι θερμοδυναμικά σταθερό και διαθέτει ικανότητες αυτοεπούλωσης. Κάτω από κυκλικές συνθήκες λειτουργίας (επαναλαμβανόμενη θέρμανση και ψύξη), αυτό το στρώμα οξειδίου συνεχίζει να παρέχει προστασία, υπό την προϋπόθεση ότι η αναντιστοιχία θερμικής διαστολής μεταξύ του στρώματος οξειδίου και του βασικού μετάλλου δεν οδηγεί σε θρυμματισμό αλάτων.

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΣΕΡΒΙΣ	ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟΣ ΒΑΘΜΟΣ	ΛΟΓΙΚΗ
Κάτω από 540 μοίρες	304 ή 304 λίτρα	Το 304H δεν παρέχει κανένα πλεονέκτημα ερπυσμού. 304L προτιμάται αν συγκολληθεί χωρίς PWHT
540–815 μοίρες	304H (βέλτιστο εύρος)	Πλεονέκτημα μέγιστης αντοχής ερπυσμού. αντίσταση στην οξείδωση πλήρως επαρκής
815–870 μοίρες	304H (αποδεκτό με προειδοποιήσεις)	Creep strength remains adequate; oxidation rate increases; monitor for sigma phase embrittlement after >1,000 h
870–980 μοίρες	309S (UNS S30908)	Υψηλότερο Cr (22–24%) για βελτιωμένη αντοχή στην οξείδωση
980–1.150 μοίρες	310S (UNS S31008) ή Incoloy 800H/HT	Μέγιστη αντοχή στην οξείδωση και την ενανθράκωση. 304H ανεπαρκής

 

Απόδοση συγκόλλησης πλάκας από ανοξείδωτο χάλυβα 304H

Η πλάκα από ανοξείδωτο χάλυβα ποιότητας 304H έχει ικανοποιητική-έως-καλή απόδοση συγκόλλησης με σύντηξη χρησιμοποιώντας τυπικές διεργασίες (όπως TIG, MIG και MMA), αλλά η υψηλότερη περιεκτικότητά της σε άνθρακα (0,04–0,10%) αυξάνει τον κίνδυνο κατακρήμνισης και ευαισθητοποίησης καρβιδίου στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα{{5}χαμηλή{6}π.χ.

Συστάσεις για τη διαδικασία συγκόλλησης

Διεργασίες: GTAW (TIG) προτιμάται για περάσματα ριζών και λεπτές τομές (Μικρότερο ή ίσο με 6 mm). GMAW (MIG) ή SMAW (ραβδί) για περάσματα πλήρωσης και καπακιού σε παχύτερα τμήματα.
Εισαγωγή θερμότητας: Διατήρηση 1,0–2,5 kJ/mm. Η υπερβολική εισροή θερμότητας προάγει την ανάπτυξη των κόκκων στη ζώνη που επηρεάζεται από τη ζέστη-(HAZ), μειώνοντας τόσο την περιβαλλοντική όσο και την υψηλή{4}}σκληρότητα στη θερμοκρασία.
Θερμοκρασία ενδιάμεσης διέλευσης: Μέγιστη 150 μοίρες για ελαχιστοποίηση του χρόνου καθίζησης καρβιδίου στην περιοχή ευαισθητοποίησης.
Προθέρμανση: Δεν απαιτείται για τμήματα μικρότερα από ή ίσα με 25 mm. Για παχύτερα τμήματα, προθερμάνετε στους 50–100 βαθμούς για να μειώσετε την πίεση συγκράτησης.
Post-weld heat treatment (PWHT): Solution anneal at 1,040–1,120°C followed by water quench or rapid air cool. Recommended for sections >12 mm ή όταν απαιτούνται μέγιστες ιδιότητες ερπυσμού. Για λεπτές τομές σε μη κρίσιμης σημασίας σέρβις, καθώς-η κατάσταση συγκόλλησης είναι αποδεκτή υπό τον όρο ότι χρησιμοποιήθηκε πληρωτικό ER308H και ελεγχόταν η θερμοκρασία μεταξύ διέλευσης.
Προστατευτικό αέριο (GTAW/GMAW): Καθαρό αργό (99,995%) ή αργό + 2–5% υδρογόνο για βελτιωμένη ρευστότητα δεξαμενής συγκόλλησης. Οι προσθήκες αζώτου (λιγότερο ή ίσο με 3%) μπορούν να αυξήσουν την αντοχή του μετάλλου συγκόλλησης.

 

Εφαρμογές ανοξείδωτου χάλυβα 304H

Το 304H χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες που απαιτούν υλικά που προσφέρουν υψηλή-αντοχή στη θερμοκρασία, αντοχή στη διάβρωση και υψηλή αντοχή. Οι συγκεκριμένες εφαρμογές περιλαμβάνουν:
Πετροχημική βιομηχανία: Συστήματα σωληνώσεων και εναλλάκτες θερμότητας.
Βιομηχανία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας: Υπερθερμαντήρες και σωλήνες αναθέρμανσης σε λέβητες.
Χημική επεξεργασία: Δοχεία πίεσης και συμπυκνωτές.
Βιομηχανικοί φούρνοι: Εξαρτήματα κλιβάνων και συστήματα εξάτμισης.

 

 

Μορφές προϊόντων & ισχύοντα πρότυπα

Το 304H παράγεται σε όλες τις κοινές μορφές προϊόντων από ανοξείδωτο χάλυβα. Κατά τη σύνταξη προδιαγραφών προμήθειας, ανατρέξτε στο σωστό πρότυπο ASTM/ASME για τη φόρμα προϊόντος:

ΦΟΡΜΑ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ	ΠΡΟΤΥΠΟ ASTM	ΙΣΟΔΥΝΑΤΟ ASME	ΤΥΠΙΚΟ ΕΥΡΕΣ ΠΑΧΟΥΣ/ΔΙΑΜΕΤΡΟΥ
Πιάτο, Φύλλο, Λωρίδα	A240 / A240M	SA-240	0,3–200 χλστ
Σωλήνας χωρίς ραφή	A312 / A312M TP304H	SA-312	NPS 1/8 – 30 (DN 6–750)
Σωλήνας χωρίς ραφή	A213 / A213M TP304H	SA-213	OD 6–127 mm
Συγκολλημένος σωλήνας	A249 / A249M TP304H	SA-249	OD 6–127 mm
Μπάρα, ράβδος, σχήματα	A276 / A276M	SA-276	6–600 mm (bar)
Σφυρήλατα	A182 / A182M F304H	SA-182	Ανά σχέδιο σφυρηλάτησης

FAQ

Ποια είναι η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας για ανοξείδωτο χάλυβα 304H;
Απάντηση: Το 304H παρουσιάζει εξαιρετική αντίσταση στην οξείδωση κατά τη διάρκεια διαλείπουσας υπηρεσίας (έως 870 μοίρες /1600 βαθμοί F) και μπορεί να αντέξει θερμοκρασίες έως 925 μοίρες (1700 βαθμοί F) σε συνεχή υπηρεσία.
Ωστόσο, το πιο αποτελεσματικό εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας του για δομικές εφαρμογές που περιλαμβάνουν καταπόνηση είναι μεταξύ 500 μοιρών και 800 μοιρών.

 

Το 304H γίνεται εύθραυστο μετά από παρατεταμένη έκθεση στη θερμότητα;
Απάντηση: Παρόλο που το 304H έχει σχεδιαστεί για περιβάλλοντα υψηλής- θερμοκρασίας, η παρατεταμένη έκθεση εντός του εύρους 425 μοιρών έως 815 μοιρών μπορεί να οδηγήσει σε καθίζηση καρβιδίου (ευαισθητοποίηση), η οποία μπορεί να επηρεάσει την αντίστασή του στη διάβρωση σε υδατικά μέσα.

 

Ποιο είναι το συνιστώμενο μέγεθος κόκκου για 304H;
Απάντηση: Για να μεγιστοποιηθεί η απόδοση ερπυσμού σε υψηλές-θερμοκρασίες, τα πρότυπα ASTM A213 και A312 συνήθως απαιτούν μέγεθος κόκκου ASTM No. 7 ή χονδρότερο (δηλαδή μεγαλύτερο μέγεθος κόκκων) για 304 ώρες. Τα μεγαλύτερα μεγέθη κόκκων μειώνουν τον αριθμό των ορίων κόκκων όπου μπορεί να εμφανιστεί ερπυσμός.

 

Είναι το 304H κατάλληλο για υπεράκτια ή θαλάσσια περιβάλλοντα;
Απάντηση: Ενώ το 304H προσφέρει καλή αντοχή στη διάβρωση (συγκρίσιμο με το 304), δεν είναι η βέλτιστη επιλογή για θαλάσσια περιβάλλοντα-που περιέχουν χλώριο. Σε τέτοια περιβάλλοντα, συνιστάται χάλυβας διπλής όψης 2205 ή βαθμών 316/316H λόγω της υψηλότερης περιεκτικότητάς τους σε μολυβδαίνιο, το οποίο παρέχει αποτελεσματική αντίσταση στη διάβρωση με αυλάκια.