Stal nierdzewna 309S kontra stal nierdzewna 310S: porównanie składu, właściwości i zastosowań

Wstęp

309S i 310S to austenityczne stale nierdzewne o wysokiej-chromie i niklu, przeznaczone-do pracy w atmosferach utleniających. Mają tę samą rodzinę metalurgiczną i cechy produkcyjne, ale wyższa zawartość chromu i niklu w 310S powoduje, że jego użyteczny zakres temperatur znacznie przekracza zakres 309S. Prawidłowy wybór zależy od maksymalnej ciągłej temperatury pracy, cykli termicznych, składu atmosfery i docelowych kosztów.

Porównanie składu chemicznego (% wag.)

Element	309S (UNS S30908)	310S (UNS S31008)
Węgiel, maks	0.08	0.08
Krzem, maks	1.00	1.50
Mangan, maks	2.00	2.00
Fosfor, maks	0.045	0.045
Siarka, maks	0.030	0.030
Chrom	22.00 - 24.00	24.00 - 26.00
Nikiel	12.00 - 15.00	19.00 - 22.00

Oznaczenia równoważne: 309S - JIS SUS309S, EN 1.4828 (X15CrNiSi20-12), UNS S30908; 310S - JIS SUS310S, EN 1.4845 (X8CrNi25-21), UNS S31008.

Właściwości mechaniczne (wyżarzane, wartości minimalne zgodnie z ASTM A240)

Nieruchomość	309S	310S
Wytrzymałość na rozciąganie, MPa	515	515
Granica plastyczności (0,2%), MPa	205	205
Wydłużenie w 2 cale,%	40	40
Twardość, HBW maks	217	217

Wydajność w wysokich-temperaturach

Odporność na utlenianie

Obydwa gatunki zabezpieczają się warstwą tlenku chromu (Cr2O3). Wyższa zawartość chromu w 310S zapewnia bardziej stabilną,{4}}wolniej rosnącą skalę, wydłużającą ciągłą pracę w powietrzu do około 1050 stopni, przy krótkotrwałej- ekspozycji na około 1100 stopni. . 309S jest zwykle ograniczona do ciągłej pracy w temperaturze około 980-1000 stopni, z krótkimi skokami do około 1100 stopni. Powyżej tych wartości granicznych, spalacja kamienia i wewnętrzne utlenianie gwałtownie przyspieszają.

Pełzanie i pękanie naprężeniowe

W podwyższonej temperaturze projekt podlega właściwościom pełzania i-rozrywania naprężeniowego. Wyższa zawartość niklu w 310S zapewnia wymiernie lepszą odporność na pełzanie, więc przy 1000 stopniach i więcej, 310S wytrzymuje wyższe naprężenia projektowe i dłuższą żywotność niż 309S. W przypadku lekko obciążonych komponentów, takich jak okładziny pieców, różnica może nie mieć znaczenia; w przypadku elementów znajdujących się pod ciśnieniem lub-nośnych jest to decydujące.

Produkcja

Obydwa gatunki są austenityczne i są spawane z-nadstopowymi metalami dodatkowymi, zazwyczaj AWS ER309 dla 309S i ER310 dla 310S, aby uniknąć pęknięć na gorąco i dorównać lub przekroczyć właściwości-metalu nieszlachetnego. Żadne z nich nie wymaga wstępnego podgrzewania. Ponieważ oba gatunki są podatne na kruchość-w fazie sigma po długotrwałej ekspozycji w temperaturze w przybliżeniu 650–900 stopni, elementy, które będą cyklicznie podgrzewane do temperatury pokojowej pod obciążeniem, powinny być projektowane z uwzględnieniem udarności.

Typowe zastosowania

309S: wykładziny pieców przemysłowych i rury promiennikowe,-kosze i tace do obróbki cieplnej, komory spalania kotłów, spawane warstwy przejściowe pomiędzy stalą węglową a austenityczną stalą nierdzewną. 310S: wysokotemperaturowe-spalarnie odpadów-, rury pieca do krakingu etylenu, elementy pieca do spiekania ceramicznego,-wysokotemperaturowe przewody i przewody spalinowe oraz elementy spalin lotniczych.

Wskazówki dotyczące wyboru

Jeśli temperatura ciągłej pracy wynosi około 1000 stopni lub mniej, a element nie jest poddawany dużym obciążeniom, zwykle 309S stanowi tańsze rozwiązanie-o zachowaniu podobnym do 310S. Jeśli temperatura przekracza 1000 stopni lub element przenosi stałe obciążenie w wysokiej temperaturze lub atmosfera jest bardziej agresywna, wymagany jest 310S pomimo jego wyższego kosztu, który odzwierciedla wyższą zawartość niklu.

Często zadawane pytania

P1: Kiedy należy wybrać 309S zamiast 310S?Gdy temperatura pracy ciągłej utrzymuje się na poziomie około 1000 stopni lub poniżej, a priorytetem jest koszt; 309S oferuje podobne właściwości utleniające w tym zakresie przy mniejszej zawartości niklu.

P2: Czy 310S można używać w temperaturze 1300 stopni?Tylko w przypadku bardzo krótkich skoków w-łagodnych zastosowaniach oraz z weryfikacją utraty skali i zniekształceń po każdym cyklu. Ciągła praca w temperaturze 1300 stopni wykracza poza praktyczne możliwości 310S.

P3: Który gatunek ma lepszą wytrzymałość na pełzanie?310S. W temperaturach powyżej około 950 stopni wyższa zawartość niklu zapewnia wyższą-wytrzymałość na pełzanie i dłuższą żywotność pod obciążeniem niż 309S.

P4: W jaki sposób koszty są równoważone w stosunku do wydajności?Jeśli okno operacyjne wynosi 900-1000 stopni przy ograniczonym budżecie, preferowany jest 309S; powyżej 1000 stopni lub ze względu na długą żywotność projektową pod obciążeniem, pomimo wyższej ceny, należy wybrać 310S.

P5: Jakie środki ostrożności obowiązują w-atmosferze nawęglania o wysokiej temperaturze?Obydwa gatunki są odporne na nawęglanie lepiej niż 304, ale długa ekspozycja na gorące gazy nawęglające może powodować nawęglanie powierzchniowe i kruchość; unikaj lokalnego przegrzania i okresowo sprawdzaj wychwyt węgla z powierzchni.

P6: Czy 309S i 310S nadają się do stosowania z chlorkiem?Nie. Są to gatunki-odporne na ciepło, a nie na korozję-; w przypadku pracy z mokrym chlorkiem wymagane są-molibdenowe gatunki, takie jak stopy 316L lub wyższe.