309 vs 310S από ανοξείδωτο χάλυβα: Επιλογή κραμάτων ανθεκτικών στην οξείδωση σε υψηλή- θερμοκρασία

Οι 309 και 310S είναι οι δύο πιο καθορισμένοι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες για εξαρτήματα κλιβάνου και εξοπλισμό διεργασίας υψηλής{2} θερμοκρασίας. Μοιάζουν παρόμοια στο χαρτί, αλλά η διαφορά στην περιεκτικότητα σε χρώμιο και νικέλιο μετακινεί το ανώτατο όριο οξείδωσης κατά περίπου 100 C και αλλάζει τη συμπεριφορά στις ατμόσφαιρες ενανθράκωσης και σουλφίδωσης. Αυτό το άρθρο ποσοτικοποιεί τη διαφορά με τα δεδομένα ASTM A240 και τη μεταφράζει σε κανόνα επιλογής.

Χημική Σύνθεση ανά ASTM A240

Στοιχείο	309 (UNS S30900)	310S (UNS S31008)
Άνθρακα (C), μέγ	0.20%	0.08%
Μαγγάνιο (Mn), μέγ	2.00%	2.00%
Πυρίτιο (Si), μέγ	1.00%	1.50%
Φώσφορος (P), μέγ	0.045%	0.045%
Θείο (S), μέγ	0.030%	0.030%
Chromium (Cr)	22.00-24.00%	24.00-26.00%
Νικέλιο (Ni)	12.00-15.00%	19.00-22.00%

Η ονομασία low-carbon 310S, με άνθρακα περιορισμένο στο 0,08% μέγιστο, βελτιώνει τη συγκολλησιμότητα και τη μακροπρόθεσμη δομική σταθερότητα σε σύγκριση με τον μητρικό βαθμό 310, γι' αυτό και το 310S είναι η μορφή που καθορίζεται συνήθως για συνεχή υπηρεσία υψηλής- θερμοκρασίας.

Υψηλή-Δυνατότητα θερμοκρασίας και σταθερότητα κλίμακας

Το 309 είναι κατάλληλο για συνεχές σέρβις έως περίπου 1050 C (1922 F) σε οξειδωτικές ατμόσφαιρες. 310Το S επεκτείνει το ανώτατο όριο συνεχούς εξυπηρέτησης σε περίπου 1150 C (2102 F), επειδή η υψηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο σχηματίζει μια πιο σταθερή, αργά-αναπτυσσόμενη κλίμακα οξειδίου του χρωμίου που αντιστέκεται στην ταχεία διάχυση και την κυκλοποίηση. Για εξαρτήματα που κάνουν κύκλο μεταξύ ζεστού και κρύου ή που βλέπουν απευθείας τη φλόγα του καυστήρα, η σταθερότητα της κλίμακας του 310S μεταφράζεται άμεσα σε μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Συμπεριφορά σε ατμόσφαιρες διεργασιών

Οι ατμόσφαιρες των κλιβάνων σπάνια είναι καθαρά οξειδωτικές. Σε ατμόσφαιρες ενανθράκωσης, ο άνθρακας μπορεί να διαχέεται στον χάλυβα και να καθιζάνει καρβίδια που τον ευθραυστούν. σε θειούχες ατμόσφαιρες, το θείο προσβάλλει την προστατευτική κλίμακα. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο του 310S επιβραδύνει τη διάχυση του άνθρακα και βελτιώνει την αντίσταση τόσο στην ενανθράκωση όσο και στη θείωση, γι' αυτό οι σωλήνες αναμόρφωσης και τα εσωτερικά του ασβεστοποιητή καθορίζονται στο 310S.

Μηχανικές Ιδιότητες και Κατασκευή

Ιδιότητα (ελάχιστο, ASTM A240)	309	310S
Αντοχή σε εφελκυσμό	515 MPa	515 MPa
Αντοχή απόδειξης 0,2%.	205 MPa	205 MPa
Επιμήκυνση	40%	40%

Και οι δύο ποιότητες σκληραίνουν- γρήγορα, επομένως η διαμόρφωση απαιτεί περισσότερη ισχύ και η κατεργασία προκαλεί ταχύτερη φθορά του εργαλείου σε σχέση με το 304. Η συγκόλληση χρησιμοποιεί αντίστοιχο μέταλλο πλήρωσης, ER309 ή ER310. Επειδή και οι δύο ποιότητες έχουν υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, τα σχέδια πρέπει να επιτρέπουν τη θερμική κίνηση. Για εξαρτήματα που θα λειτουργούν πάνω από περίπου 425 C ή σε διαβρωτικές ατμόσφαιρες, η ανόπτηση διαλύματος μετά{6}συγκόλλησης διαλύει τυχόν δευτερεύοντα καρβίδια και αποκαθιστά την πλήρη αντίσταση στη θερμότητα και τη διάβρωση.

Οδηγίες επιλογής για σχεδιαστές φούρνων

Βασίστε την απόφαση στη μέγιστη συνεχή θερμοκρασία λειτουργίας και στη σύνθεση της ατμόσφαιρας. Για οξειδωτική υπηρεσία έως 1050 C, το 309 είναι μια-οικονομική και στιβαρή επιλογή. Για θερμοκρασίες άνω των 1050 C ή για ατμόσφαιρες ενανθράκωσης ή σουλφίδωσης, απαιτείται 310S. Εάν ένα εξάρτημα 309 έχει αποτύχει πρόωρα λόγω κλιμάκωσης, παραμόρφωσης ή ευθραυστότητας, η αναβάθμιση σε 310S είναι το διορθωτικό βήμα. Τεκμηριώστε την επιλογή με βάση τις συνθήκες εξυπηρέτησης, έτσι ώστε η λογική να επιβιώσει από την παράδοση του εξοπλισμού.

FAQ

Ε1: Ποιες είναι οι συνθέσεις των 309 και 310S;

Α: Το 309 έχει 22-24% χρώμιο και 12-15% νικέλιο. Το 310S έχει 24-26% χρώμιο και 19-22% νικέλιο με άνθρακα περιορισμένο στο 0,08%.

Ε2: Ποιες θερμοκρασίες μπορούν να εξυπηρετούν συνεχώς;

Α: Περίπου 1050 C για 309 και περίπου 1150 C για 310S σε οξειδωτικές ατμόσφαιρες.

Ε3: Γιατί το 310S είναι καλύτερο σε ατμόσφαιρες ενανθράκωσης ή σουλφίδωσης;

Α: Η υψηλότερη περιεκτικότητά του σε νικέλιο επιβραδύνει τη διάχυση του άνθρακα και βελτιώνει την αντίσταση στα άλατα, προστατεύοντας το μέταλλο από ευθραυστότητα και προσβολή.

Ε4: Πώς συγκολλούνται;

Α: Με ταιριαστό μέταλλο πλήρωσης ER309 ή ER310. ο υψηλός ρυθμός εργασίας-απαιτεί ελεγχόμενη εισροή θερμότητας και η ανόπτηση διαλύματος μετά την{3}}συγκόλληση αποκαθιστά τις ιδιότητες για υπηρεσία υψηλής- θερμοκρασίας.

Ε5: Πότε είναι υποχρεωτικός ο καθορισμός του 310S;

Α: Όταν η θερμοκρασία συνεχούς λειτουργίας υπερβαίνει το όριο των 309, όταν η ατμόσφαιρα είναι έντονα ενανθρακωμένη ή σουλφιδωμένη, ή όταν το 309 έχει αποτύχει λόγω απολέπισης, παραμόρφωσης ή ευθραυστότητας.

Ε6: Τα 309 και 310S έχουν τα ίδια μηχανικά ελάχιστα;

Α: Ναι. Ανά ASTM A240 και τα δύο παρουσιάζουν ελάχιστη αντοχή εφελκυσμού 515 MPa, ελάχιστη αντοχή διαρροής 205 MPa και ελάχιστη επιμήκυνση 40%.