Stal nierdzewna 309 a stal nierdzewna 310S: wybór stopów-odpornych na utlenianie w wysokich temperaturach

309 i 310S to dwie najczęściej stosowane austenityczne stale nierdzewne na elementy pieców i sprzęt do procesów wysokotemperaturowych.- Na papierze wyglądają podobnie, ale różnica w zawartości chromu i niklu przesuwa sufit utleniania o około 100 C i zmienia zachowanie w atmosferze nawęglanej i siarczkującej. W tym artykule ilościowo określono różnicę w oparciu o dane ASTM A240 i przełożono ją na regułę wyboru.

Skład chemiczny zgodnie z ASTM A240

Element	309 (UNS S30900)	310S (UNS S31008)
Węgiel (C), maks	0.20%	0.08%
Mangan (Mn), maks	2.00%	2.00%
Krzem (Si), max	1.00%	1.50%
Fosfor (P), max	0.045%	0.045%
Siarka (S), max	0.030%	0.030%
Chrom (Cr)	22.00-24.00%	24.00-26.00%
Nikiel (Ni)	12.00-15.00%	19.00-22.00%

Oznaczenie nisko-węglowego gatunku 310S, z zawartością węgla ograniczoną do maksymalnie 0,08%, poprawia spawalność i-długoterminową stabilność strukturalną w porównaniu z macierzystym gatunkiem 310, dlatego też gatunek 310S jest zwykle określany do ciągłej pracy w wysokiej-temperaturze.

Wysoka-możliwość pracy w wysokich temperaturach i stabilność skali

309 nadaje się do ciągłej pracy w temperaturach do około 1050 C (1922 F) w atmosferach utleniających. 310S zwiększa pułap ciągłej pracy do około 1150 C (2102 F), ponieważ wyższa zawartość chromu tworzy bardziej stabilną,-wolno rosnącą warstwę tlenku chromu, która jest odporna na spalację pod wpływem cykli termicznych i bezpośredniego uderzenia płomienia. W przypadku komponentów, które przełączają się między temperaturą gorącą a zimną lub które bezpośrednio widzą płomień palnika, stabilność kamienia 310S przekłada się bezpośrednio na dłuższą żywotność.

Zachowanie w atmosferach procesowych

Atmosfery pieca rzadko są czysto utleniające. W atmosferze nawęglającej węgiel może dyfundować do stali i wytrącać węgliki, które powodują jej kruchość; w atmosferze siarczkującej siarka atakuje kamień ochronny. Wyższa zawartość niklu w 310S spowalnia dyfuzję węgla i poprawia odporność zarówno na nawęglanie, jak i siarczkowanie, dlatego też rury reformera i elementy wewnętrzne kalcynatora są określone w 310S.

Właściwości mechaniczne i wykonanie

Właściwość (minimum, ASTM A240)	309	310S
Wytrzymałość na rozciąganie	515 MPa	515 MPa
Siła dowodu 0,2%.	205 MPa	205 MPa
Wydłużenie	40%	40%

Obydwa gatunki-szybko twardnieją, zatem formowanie wymaga większej mocy, a obróbka skrawaniem powoduje szybsze zużycie narzędzi niż w przypadku gatunku 304. Do spawania wykorzystuje się odpowiednie spoiwo, ER309 lub ER310. Ponieważ oba gatunki mają wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, projekty muszą uwzględniać ruch termiczny. W przypadku komponentów, które będą pracować w temperaturze powyżej około 425°C lub w atmosferze korozyjnej, wyżarzanie-po spawaniu rozpuszcza wszelkie wtórne węgliki i przywraca pełną odporność na ciepło i korozję.

Wskazówki dotyczące wyboru dla projektantów pieców

Decyzję należy podjąć na podstawie maksymalnej ciągłej temperatury roboczej i składu atmosfery. W przypadku utleniania do 1050 C, 309 jest-opłacalnym i solidnym wyborem. W temperaturach powyżej 1050 C lub w atmosferach nawęglania lub siarczkowania wymagany jest 310S. Jeśli komponent 309 uległ przedwczesnej awarii w wyniku skalowania, zniekształcenia lub kruchości, krokiem naprawczym jest modernizacja do 310S. Udokumentuj wybór zgodnie z warunkami obsługi, tak aby uzasadnienie przetrwało przekazanie sprzętu.

Często zadawane pytania

P1: Jaki jest skład 309 i 310S?

Odp.: 309 zawiera 22–24% chromu i 12–15% niklu; 310S zawiera 24-26% chromu i 19-22% niklu z zawartością węgla ograniczoną do 0,08%.

P2: Jakie temperatury mogą służyć w sposób ciągły?

Odp.: Około 1050 C dla 309 i około 1150 C dla 310S w atmosferze utleniającej.

P3: Dlaczego 310S jest lepszy w atmosferach nawęglania lub siarczkowania?

Odp.: Wyższa zawartość niklu spowalnia dyfuzję węgla i poprawia odporność na kamień, chroniąc metal przed kruchością i atakiem.

P4: Jak są spawane?

Odp.: Z pasującym spoiwem ER309 lub ER310; wysoka szybkość{{2}utwardzania przez zgniot wymaga kontrolowanego dopływu ciepła, a wyżarzanie-po spoinie przywraca właściwości umożliwiające pracę w podwyższonej-temperaturze.

P5: Kiedy określenie 310S jest obowiązkowe?

Odp.: Gdy ciągła temperatura pracy przekracza granicę 309, gdy atmosfera silnie nawęglana lub siarczkuje, lub gdy 309 uległ uszkodzeniu w wyniku kamienia, odkształcenia lub kruchości.

P6: Czy modele 309 i 310S mają te same minimalne parametry mechaniczne?

O: Tak. Obydwa, zgodnie z ASTM A240, wykazują minimalną wytrzymałość na rozciąganie 515 MPa, minimalną granicę plastyczności 205 MPa i minimalne wydłużenie 40%.