310/310S_奥氏体耐热不锈钢_310/310S高温抗氧化性_310/310S加工特性

310/310S_奥氏体耐热不锈钢_310/310S高温抗氧化性_310/310S加工特性

310/310S不锈钢
UNS S31000/UNS S31008
奥氏体耐热不锈钢


310/310S耐热不锈钢的一般属性
310/310S
奥氏体不锈钢经常被应用于高温环境下的作业。其较高的铬含量和镍含量确保了良好的耐腐蚀性和抗氧化性,与奥氏体304 合金相比,它在室温下强度要高一点。

310/310S耐热不锈钢的应用
高合金不锈钢通常表现出良好高温强度,抗蠕变性和抗环境腐蚀性。因此,它们被广泛应用于热处理行业的熔炉零部件,如:传送带,滚筒,炉头,耐火垫板,吊管架等。这些等级也应用到化学加工行业,用于承载热浓酸,氨水和二硫化物。在食物加工行业,这些等级用于与热乙酸和柠檬酸接触。

310/310S耐热不锈钢的化学成分
除特别说明外,以下的化学成分是根据ASTM A167和ASTM A240标准。
  310合金 310S合金
  (UNS S31000) (UNS S31008)
C 0.25 0.08
Mn 2.00 2.00
P 0.045 0.045
S 0.030 0.030
Si 1.75 1.50
Cr 24.00 最小值/26.00 最大值 24.00 最小值/26.00 最大值
Ni 19.00 最小值/22.00 最大值 19.00 最小值/22.00 最大值
Fe 剩余部分 剩余部分

310/310S耐热不锈钢的抗水溶液腐蚀
310/310S主要用于高温环境下,可以有效利用它们的抗氧化性。但是,这些合金因为含铬量和含镍量高,对水溶液也具有一定的耐腐蚀性。
含镍量高使这些合金对氯化物应力龟裂腐蚀的抵抗力比18-8不锈钢稍好,尽管如此,但是310/310S奥氏体不锈钢仍然容易受这种腐蚀的影响。
需要提高耐水溶液腐蚀的应用中,往往会用到310/310S,如:浓硝酸溶液中的作业,这种溶液中可能发生晶界择优腐蚀。

310/310S耐热不锈钢的高温抗氧化性
在多数情况下,金属合金都会与周围环境发生一定程度的化学反应。最常见的化学反应就是氧化:金属元素与氧气结合,生成氧化物。不锈钢通过铬元素的局部氧化使其具有抗氧化性,在铬元素局部氧化的过程中,可以形成一种非常稳定的氧化物(Cr2O3 氧化铬)。只要金属的铬含量充足,在金属表面即可形成一层连续的氧化铬绿,防止其他氧化物生成,并对金属起到保护作用。氧化率是由带点粒子的传输来控制的。当表面的锈皮越厚,氧化率就会大幅度下降,因为带点粒子传输的路径越远。这个过程叫钝化,也就是钝化膜形成的过程。
奥氏体不锈钢的抗氧化性可以通过铬含量来推算。耐高温的合金含铬量至少20%(重量百分百)。用镍成分代替铁成分也通常可以提供合金在高温下的性能。310/310S是高合金材料,因此,具有相当好的抗氧化性。
已氧化的金属样品,其重量会有所增加,因为一定量的氧气组合到产品的氧化膜。测量金属抗氧化性的其中一种方法是:让金属在特定时间内暴露在高温环境下,然后测量其重量的变化。重量增加越多,表面氧化越严重。
氧化过程比简单的锈皮增厚要复杂得多。散裂,或者说表面皮分离,是不锈钢氧化过程中最常见的问题。散裂通常表现为急速的重量损失。其他一些因素也会引起散裂,其中主要包括热循环,机械损伤和氧化物过厚。
在氧化过程中,铬以氧化铬的形式存在于锈皮中。当氧化皮剥落时,未氧化的金属暴露出来,因为新的氧化铬的形成,材料的氧化率暂时升高。锈皮散裂到达一定程度,铬含量的损失可能引起金属的耐热性降低,从而导致铁氧化物和镍氧化物快速增加,这种情况称为破裂氧化。
高温氧化可能导致锈皮挥发。在耐热不锈钢表面形成的氧化铬,最开始是Cr2O3 ,当温度进一步升高时,会进一步氧化成具有高蒸汽压力的CrO3 。氧化物此时分成两部分:通过形成Cr2O3 使锈皮增厚,通过CrO3 的蒸发使锈皮变薄。最终的趋势是在增厚和变薄之间达到最终的平衡,从而使锈皮处于恒定的厚度。锈皮挥发在温度达到2000°F (1093°C)以上时,成为一个突出问题,在流动气体的作用下,会进一步恶化。

310/310S耐热不锈钢的加工特性
310/310S不锈钢因其耐高温和抗氧化性能,被广泛应用于热处理/加工行业。也因为这样,这些合金常被加工成复杂结构。碳钢的加工性通常被认为是金属成型操作中的标准。奥氏体不锈钢表现出来的性能和碳钢大不相同:奥氏体不锈钢更难加工,变硬的速度非常快。尽管这并不会改变我们一般用的加工方法,如:切割,机械加工,成型等,但是这些特性却影响这些加工方法的具体细节。
切割和机械加工普通软钢的标准技术,稍作调整后也可用于加工奥氏体不锈钢。但是奥氏体不锈钢更难加工,变硬的速度非常快。加工过程中产生的碎片细且硬,并保留着相当好的延展性。加工用的道具应保持锋利和坚硬。对于硬化区域,一般采用深度和慢速切割。由于奥氏体不锈钢的导热性低和热膨胀系数高,在切割和机械加工的过程中,必须考虑排热和尺寸公差。
奥氏体不锈钢可通过弯曲,拉伸成形,滚扎成形,锤打成形,扩口加工/凸缘加工,旋转,精抽,液压成形等方法达到冷作成形。在加工过程中,奥氏体不锈钢容易硬化,表现为加工过程中要不断增大加工的力量。这就意味着需要用更强大的成形设备并且最终限制了成型度。
因为各种环境和金相的因数,用于310热作的温度范围相对较窄。锻造的初始温度范围是1800-2145°F (980-1120°C),结束温度不能低于1800°F (980°C)。在过高的温度下加工,因为环境和金相的因素,尤其是铁素体的生成,会导致合金的热塑性下降。在过低的温度下加工,形成脆片第二相,如:西格玛相。锻造后,锻件需迅速冷却到暗热。

310/310S耐热不锈钢的焊接
奥氏体等级被认为是不锈钢中最容易焊接的等级。它们可以通过所有常见的方法进行焊接。310/310S也是如此。如果需要填充焊料,一般要选成分匹配的。因为这个等级的合金含量提高,可以降低熔池的流动性。如果熔池的流动性仍然需要降低,可以采用含硅的焊料(如 ER309Si, ER309LSi)。
310/310S的热膨胀系数较高,导热性较低,在固化的焊接金属中会形成少量的铁素体,可能导致热裂纹。这个问题在防脱焊口,宽焊口可能更严重。低合金含量的焊料(如ER308)可以增加堆焊中的铁素体从而降低热裂纹的趋势。基焊金属的成分被稀释后,可能降低该金属焊口处的耐腐蚀性和耐热性。
S等级的含碳量相对较低。焊接得当的话,不太可能发生热影响区的粒间腐蚀。去除回火色和锈皮可恢复焊口附近的耐腐蚀性。采用不锈钢刷研磨和刷洗,可以去除回火色和锈皮。酸洗也可去除锈皮。小件的材料可以放入槽中酸洗,大件的材料,可以采用特制的硝酸,氟化氢酸,盐酸的混合物来局部清洗。酸洗以后,要用清水彻底洗掉酸洗的残留物。

310/310S耐热不锈钢的热处理/退火
对这些合金进行退火的主要原因是产生一个再结晶的微细结构,达到均匀晶粒度,分解有害的碳化铬沉淀物。要确保完全退火,必须把材料置于2050-2150°F (1120-1175°C)温度范围内每英寸厚度所需时间约30分钟。这仅仅是一般的做法。特殊的情况可能需要特殊的处理方法。适当退火后,这些等级在室温下主要是奥氏体,少量的铁素体也可能存在。
310/310S在空气退火过程中产生氧化皮是不可避免的。锈皮中含有丰富的铬并且具有一定的附着性。通常来说,在进一步加工之前都要把退火锈皮去除。去除锈皮有两种方法:机械方法和化学方法。表面喷砂和化学除锈二者相结合通常是去除所有顽固锈皮最有效的方法。硅砂,玻璃微珠是很好的喷砂材料。也可以采用铁粒,钢粒,但是这可能引起游离铁进入金属的表面,进而引起表面生锈或变色。
化学除锈通常采用硝酸和氢氟酸的混合物。化学槽液和加工温度通常视实际情况而定。常用的槽液包括5-15%HNO3 (65%初始强度) 和 _-3% HF (60% 初始强度)的水溶液。浓度过高的氢氟酸会导致除锈过猛。槽液温度通常从室温到140°F (50°C)。 温度过高会导致除锈过快,槽液侵蚀晶界,进而造成金属表面出现凹槽。酸洗以后,要用清水彻底洗掉酸洗的残留物,然后干燥,避免金属表面出现斑渍。
由于310/310S在室温下呈现奥氏体结构,因此不能通过热处理达到硬化。通过热作或冷作,可以达到更高的机械强度,但是这些等级通常达不到这种状态。通过冷作,也可以获得更好的抗拉强度和屈服强度,冷作后如果不退火,这些性能在高温下就不稳定,而这些合金往往是用于高温作业。如果在高温环境下使用冷作后的材料,却刚好相反,会影响材料的蠕变性能。

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【 浏览次数: 】 【 加入时间:2010-10-9 6:55:49 】 【 关闭本页