Scritto da: Emma, Ingegnere Tecnico Vendite Reviewed by: Ethan, Ingegnere Materiali
309S e 310S sonoacciai inossidabili austenitici resistenti al caloreprogettati per il servizio a temperatura elevata in cui l'ossidazione, il ciclo termico e la carburizzazione piuttosto che la corrosione acquosa determinano la durata di vita.Le loro prestazioni derivano da un contenuto deliberatamente elevato di cromo e nichel, non a causa della durezza o della resistenza meccanica a temperatura.
Questi gradi hanno una funzione fondamentalmente diversa da quella del 304 o del 316. Il valore del 316 è misurato dalla resistenza al cloruro (molibdeno);309S e 310S sono misurati in base alla loro resistenza all'ossidazione a temperatura (cromo e nichel)Un acquirente che sceglie il 310S aspettandosi la resistenza ai cloruri del 316 ha commesso un errore di specifica. Questi gradi sono ottimizzati per il calore, non i cloruri.
| Immobili | 309S | 310S |
|---|---|---|
| Famiglia inossidabile | Austenitici | Austenitici |
| Numero UNS | S30908 | S31008 |
| EN Denominazione | 1.4833 | 1.4845 |
| Grado di carbonio | Basso tenore di carbonio (S) | Basso tenore di carbonio (S) |
| Condizione magnetica | Non magnetici in condizione di ricottura | Non magnetici in condizione di ricottura |
| Trattamento termico indurito? | - No, no. | - No, no. |
| Applicazione primaria | Resistenza all'ossidazione ad alte temperature | Superiore resistenza all'ossidazione e alla carburizzazione ad alte temperature |
Il suffisso "S" spiega:Sia il 309S che il 310S sono varianti a basso tenore di carbonio (≤ 0,08% C) dei gradi originali 309/310.Il basso tenore di carbonio riduce il rischio di sensibilizzazione durante la saldatura e riduce al minimo la precipitazione di carburo di cromo durante il servizio a temperatura elevata, che altrimenti ridurrebbe la resistenza all'ossidazione ai confini del grano.
Referenze:ASTM A240¢ Specifica standard per piastre, fogli e strisce di acciaio inossidabile a cromo e cromo-nickel.
| Elemento | 309S (S30908) | 310S (S31008) | Funzione ad alta temperatura |
|---|---|---|---|
| Carbonio (C) | ≤ 0,08% | ≤ 0,08% | Basso tenore di carbonio riduce la sensibilizzazione; influenza la precipitazione di carburo a temperatura |
| Cromo (Cr) | 220,0 ∼ 24,0% | 240,0 ‰ 26,0% | Forma una scala protettiva di ossido Cr2O3; un Cr più elevato aumenta il tetto di temperatura di resistenza all'ossidazione |
| Nilo (Ni) | 120,0 ∼ 15,0% | 190,0 ∼ 22,0% | Stabilizza la struttura austenitica; fornisce duttilità di ciclo termico; migliora la resistenza alla carburizzazione |
| Manganese (Mn) | ≤ 2,0% | ≤ 2,0% | Deossidante; contribuisce alla stabilità dell'austenite |
| Silicio (Si) | ≤ 0,75% | ≤ 1,50% | Migliora la resistenza all'ossidazione a temperature molto elevate; il 310S consente una maggiore Si |
| Fosforo (P) | ≤ 0,045% | ≤ 0,045% | Riservo mantenuto basso |
| Sulfuro (S) | ≤ 0,03% | ≤ 0,03% | Riduzione mantenuta bassa per la lavorabilità a caldo |
| Molibdeno (Mo) | Nessuna | Nessuna | Questi non sono gradi contenenti Mo; non sono progettati per la resistenza al cloruro |
Verifica degli appalti:Confirmare il contenuto di cromo e nichel sul MTC rispetto alla gamma di grado richiesta.Non accettare "310S" se il MTC mostra un livello di nichel del 14%, che può essere 309SRicorda: 309S/310S non contiene molibdeno se la tua applicazione richiede resistenza al cloruro, hai bisogno di 316 o duplexNon questi gradi..
Il guasto ad alta temperatura è fondamentalmente diverso dalla corrosione acquosa.Ciascuna è disciplinata da specifiche caratteristiche di progettazione delle leghe 309S e 310S..
A temperatura elevata, la superficie metallica reagisce con l'ossigeno per formare una scala di ossidi.protettivo(sottile, aderente, a crescita lenta) odistacco(spessore, spazzatura, rapida perdita di metallo).
Forme di cromoCr2O3- un ossido denso e aderente che funge da barriera di diffusione, riducendo notevolmente l'ulteriore ossidazione.Al di sopra di circa 900-1000°C, Cr2O3 può trasformarsi in CrO3 volatile nell'aria che scorre; gradi più elevati di Cr come 310S resistono a questa transizione più a lungo perché inizialmente si forma una scala Cr2O3 più spessa e stabile.Questa è la ragione fondamentale per cui il 310S (25% Cr) opera a ~115°C più elevato del 309S (22~24% Cr) nell'aria ossidante.
I componenti del forno subiscono riscaldamento e raffreddamento ripetuti. Ogni ciclo sottopone il materiale a espansione e contrazione.,o se il metallo comune non è duttile a temperatura, la scalaspalle- espone il metallo fresco ad una rapida ossidazione.
Il nichel stabilizza la struttura austenitica FCC, che mantiene la duttilità a temperature più elevate.Ciò consente al materiale di ospitare le sollecitazioni termiche senza crepe e aiuta la scala di ossido a rimanere aderente attraverso i cicliIl 310S (20% Ni) supera significativamente il 309S (1215% Ni) in condizioni cicliche, non perché l'ossido sia chimicamente diverso, ma perché rimane attaccato più a lungo.
Le atmosfere dei forni contengono monossido di carbonio, idrocarburi e composti solforosi derivanti dalla combustione.CarburizzazioneIl carbonio che si diffonde nel metallo e forma carburi di cromo interni, riduce la resistenza all'ossidazione.La densità della scala Cr2O3 fornisce una barriera fisica, e l'elevato tenore di nichel riduce la solubilità del carbonio e il tasso di diffusione nella matrice.Sulfuro- l'attacco da gas contenenti zolfo può causare danni catastrofici al limite del grano.ma la scala ricca di cromo e la matrice ricca di nichel del 310S forniscono la migliore resistenza disponibile prima di passare alle leghe a base di nichel.
309S è un grado austenitico con circa il 2224% di Cr e il 1215% di Ni. Non è magnetico in stato di ricottura, non può essere indurito con trattamento termico,e facilmente saldabile da tutti i processi comuni (TIG), MIG, SMAW) utilizzando ER309 o ER309L metalli di riempimento.
| Proprietà (Annealed, ASTM A240) | 309S |
|---|---|
| Resistenza alla trazione (min) | 515 MPa |
| Forza del rendimento 0,2% (min) | 205 MPa |
| Allungamento in 50 mm (min) | 40% |
| Durezza (max) | 217 HBW / 95 HRB |
Applicazioni tipiche:componenti di forni e parti di bruciatori che funzionano a temperature moderate, cesti e apparecchi per il trattamento termico, rivestimenti e supporti per forni,apparecchiature di combustione in cui la temperatura non giustifica il premio 310S, e la saldatura dei metalli non simili (il riempitore 309 è lo standard del settore per unire acciaio al carbonio all'acciaio inossidabile, il suo elevato contenuto di leghe compensa la diluizione dal lato dell'acciaio al carbonio).
Informazioni sugli appalti:Il 309S è un equilibrio costi-prestazioni, offre una resistenza all'ossidazione sostanzialmente migliore rispetto al 304 a un prezzo moderato.adatta a funzionare fino a circa 980°C intermittente / 1035°C continua in aria pulita ossidanteSe la temperatura supera costantemente questi valori o se l'atmosfera contiene carbonio o zolfo in misura significativa, valutare 310S prima di impegnarsi.
Il 310S contiene circa il 25% di cromo e il 20% di nichel, il più alto contenuto di Cr e Ni tra i tipi di austenitici forgiati più comuni.e saldabile con metallo di riempimento ER310.
| Proprietà (Annealed, ASTM A240) | 310S |
|---|---|
| Resistenza alla trazione (min) | 515 MPa |
| Forza del rendimento 0,2% (min) | 205 MPa |
| Allungamento in 50 mm (min) | 40% |
| Durezza (max) | 217 HBW / 95 HRB |
Applicazioni tipiche:tubi di forno e tubi radianti nei riscaldatori petrolchimici, cesti di trattamento termico con temperatura superiore a 1000 °C, componenti della camera di combustione, componenti interni dei forni di cemento, ossidanti termici,e apparecchiature per la movimentazione dei gas di combustione ad alta temperaturaIl filo conduttore comune: elevate temperature prolungate in combinazione con atmosfere carburanti o contenenti solforo lieve che degraderebbero prematuramente i gradi di lega inferiori.
Informazioni sugli appalti:Il 310S non è un "meglio 309S" è il grado corretto quando la temperatura di servizio o la severità dell'atmosfera superano le capacità del 309S. The nickel premium (20% vs 12–15%) is significant and should only be paid when the operating conditions demand the extended oxidation ceiling (~1150°C continuous in air) and superior carburization resistance that 310S providesLa sovraspecificità del 310S dove il 309S sarebbe utile è un costo di lega inutile; la sottospecificità del 309S dove è richiesto il 310S porta a un fallimento prematuro.
La distinzione tra questi gradi è determinata interamente dal contenuto di leghe e dal divario di prestazioni che creano a temperatura elevata.
| Caratteristica | 309S | 310S |
|---|---|---|
| Cromo | 2224% | 2426% |
| Altri prodotti | 1215% | 19 ¢22% |
| Resistenza all'ossidazione | Ambienti ad alta ∼ temperatura moderata | Altri |
| Capacità di ciclo termico | - Bene. | Superiore alto Ni fornisce una maggiore riserva di duttilità |
| Resistenza alla carburizzazione | - Bene. | Migliore |
| Servizio tipico continuo in volo | ~1035°C | ~ 1150°C |
| Costo relativo | Primo moderato superiore a 304 | Prezzi significativi |
La logica fondamentale di selezione:Scegliere 309S quando la temperatura e l'atmosfera sono moderate e l'efficienza dei costi è importante.Scegliere il 310S quando è richiesta la massima resistenza all'ossidazione tra i gradi austenitici forgiati, atmosfera carburante, condizioni termiche cicliche o aspettative di vita prolungata che giustificano il premio del nichel.
Le temperature nominali sono linee guida, non garanzie.
| Fattore | Effetto sulla capacità di temperatura |
|---|---|
| Tipo di atmosfera | Oxidante (aria): massima capacità. Riducente: inferiore Cr2O3 potrebbe non formarsi. Carburante: inferiore penetrazione di carbonio degrada. Contenente zolfo: significativamente inferiore sulfidazione possibile |
| Continuo contro ciclico | Il funzionamento continuo consente temperature più elevate. |
| Flusso di gas / velocità | Il gas che scorre può volatilizzare Cr2O3 a temperature molto elevate, accelerando la perdita di metallo. |
| Caricamento meccanico | Sotto carico, la scorrevolezza diventa il meccanismo di guasto limitante, spesso a temperature al di sotto del limite di ossidazione. |
| Condizione della superficie | La contaminazione (particelle di ferro, grasso) crea noduli di ossido non protettivi. |
Selezione Insight:Quando fornisci una specifica, fornisci al tuo fornitore l'immagine completa del servizio, non solo "operazione a 1000°C." Un tubo di forno a 1000 ° C in gas di combustione in flusso a pressione moderata è un requisito fondamentalmente diverso da un cesto di trattamento termico a 1000 ° C in aria fermaIl grado che funziona per uno può fallire nell'altro, anche a temperatura identica.
| Industria | Applicazione | Grado raccomandato | Motivo |
|---|---|---|---|
| Trattamento termico | Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 | 309S / 310S | Oxidazione prolungata; 310S per temperature costantemente superiori a ~ 1000°C |
| Petrochimico | tubi di forno, componenti di riformatori | 310S | Alta temperatura + atmosfera di carburizzazione; nichel critico per la resistenza alla carburizzazione |
| Cimento e calce | Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 | 309S / 310S | Oxidazione e abrasione combinate; 310S per le zone più calde |
| Produzione di energia | Camere di combustione, condotte di gas di combustione | 310S | Gas di combustione ad alta temperatura; ciclo termico dall'avvio/spento |
| Trasformazione dell'acciaio | Componenti di linee di ricottura, rotoli di forno | 310S | Temperatura elevata continua; potenziale di carburizzazione da atmosfera di lavorazione dell'acciaio |
| Industria del vetro | Rulli di legno, componenti di legno anteriore | 310S | Temperatura elevata sostenuta + ciclo termico; 310S per una durata di vita prolungata |
Gli errori di selezione del grado di resistenza al calore sono costosi perché si manifestano come guasti in servizio non all'ispezione iniziale.
Errore n. 1 Utilizzare il 304 o il 316 per il servizio di ossidazione ad alta temperatura.Questi sono gradi resistenti alla corrosione, non resistenti al calore. A ~ 18% Cr, il 304 si ossida rapidamente sopra circa 870 ° C intermittente. In un forno che funziona a 950 ° C,304 perderà lo spessore della sezione e non fallirà perché il materiale è difettosoSelezionare il grado per la modalità di guasto: cloruri → 316; ossidazione ad alta temperatura → 309S/310S.
Errore n. 2 Assumendo che il 310S risolva tutti i problemi di alta temperatura.310S ha dei limiti: non può resistere ai sali fusi, alla grave sulfidazione (H2S al di sopra di determinate concentrazioni) o a temperature vicine a 1150°C sotto carico meccanico in cui il sollevamento diventa limitante.Al di sopra della capacità del 310S, leghe a base di nichel (leghe 600, 601, 800H/HT) o di qualità resistenti al calore sono richieste.
Errore n. 3 - Ignorare l'atmosfera e le condizioni di fabbricazioneLa tintura termica della saldatura (ossido di cromo impoverito) innesca un'ossidazione precoce.corretta selezione del metallo di riempimento, e una superficie pulita prima del primo riscaldamento sono essenziali. Un grado correttamente specificato può fallire se la fabbricazione ne compromette la resistenza all'ossidazione.
| Elemento di specifica | Esempio | Perché è importante |
|---|---|---|
| Grado + UNS | 310S (S31008) | Univoca a livello globale; elimina la confusione tra standard |
| Standard del prodotto | ASTM A240 | Diverse norme hanno requisiti di composizione e proprietà diversi |
| Forma del prodotto + dimensioni | Piastra, 6 mm × 1500 × 3000 mm | Determina le tolleranze e il formato applicabili |
| Temperatura di servizio | Continuo 1000°C, picco 1050°C | Critical |
| Atmosfera | Gas di combustione, ~ 8% di O2, basso contenuto di zolfo | Il tipo di atmosfera influenza drasticamente le prestazioni effettive |
| Requisito MTC | EN 10204 3.1 | Conferma il contenuto di Cr e Ni dall'analisi del calore effettivo |
| Esame supplementare | PMI per Cr/Ni; IGC per ASTM A262 se saldato | Verifica indipendente del grado; controllo dell'integrità della zona di saldatura |
Evitare:"Necessità di piastra di acciaio inossidabile resistente al calore, 5 mm". Questo fornisce base zero per il fornitore per confermare l'idoneità del grado.Fornire:"310S (S31008), piastra ASTM A240, 6 mm × 1500 × 3000 mm, servizio: tubo radiante a 1000°C continui nei gas di combustione, richiesto EN 10204 3.1 MTC, PMI per confermare Cr ≥ 24% e Ni ≥ 19%." La seconda specifica consente una corretta verificaIl primo lascia il risultato al caso.
D1: Cos'è l'acciaio inossidabile 309S?
Il 309S (UNS S30908, EN 1.4833) è un acciaio inossidabile austenitico resistente al calore con circa il 22~24% di cromo e il 12~15% di nichel.È progettato per una resistenza all'ossidazione ad alte temperature non corrosione da cloruro acquosoIl suffisso "S" indica basso tenore di carbonio (≤ 0,08%), che riduce la sensibilizzazione durante la saldatura e riduce al minimo la precipitazione di carburo a temperatura.parti per bruciatori, rivestimenti per forni e apparecchi di trattamento termico che funzionano a temperature fino a circa 1035°C in continuo in aria pulita ossidante.309 metallo da riempimento è anche la scelta standard per la saldatura diversa di acciaio al carbonio all'acciaio inossidabile.
D2: Cos'è l'acciaio inossidabile 310S?
Il 310S (UNS S31008, EN 1.4845) è un acciaio inossidabile austenitico resistente al calore con circa il 24·26% di cromo e il 19·22% di nichel, il più alto contenuto di lega tra i tipi austenitici forgiati comuni.Questa composizione fornisce la massima resistenza all'ossidazione prima di passare alle leghe a base di nichelL'elevato tenore di nichel fornisce una resistenza superiore al ciclo termico e una migliore resistenza alla carburizzazione.Le principali applicazioni comprendono i tubi di forno, tubi radianti, cesti di trattamento termico superiori a 1000°C e componenti di forni petrolchimici esposti ad atmosfere di carburizzazione.
D3: Qual è la differenza tra acciaio inossidabile 309S e 310S?
La differenza è determinata dal contenuto di lega: il 309S ha ~22 ‰24% Cr e ~12 ‰15% Ni; il 310S ha ~24 ‰26% Cr e ~19 ‰22% Ni. Il cromo extra ~ 2% aumenta il tetto di ossidazione di circa 115 ° C.L'ulteriore ~ 7 ‰ 8% di nichel migliora significativamente la resistenza al ciclo termico (l'ossido rimane aderente attraverso più cicli), resistenza alla carburizzazione (diffusione più lenta del carbonio nella matrice) e stabilità microstrutturale a lungo termine a temperatura.ulteriore potenziamento dell'ossidazione ad altissima temperaturaLa differenza di costo è determinata principalmente dal fatto che il nichel ¥ 310S comporta un significativo premio di lega giustificato solo quando le condizioni di servizio superano le capacità del 309S.
D4: Il 310S è resistente alla corrosione in acciaio inossidabile?
Il 310S fornisce una resistenza alla corrosione acquosa ordinaria coerente con il suo contenuto di cromo e nichel, ma non è ottimizzato per la resistenza al cloruro.Non contiene molibdeno, la sua resistenza alla corrosione a temperatura ambiente è generaleUn acquirente che seleziona il 310S per un'applicazione che coinvolge cloruri a temperatura ambiente ha commesso un errore di specifica; 316L (2% Mo,PREN ~ 23 ¢ 28) o di tipo duplex sarebbe più appropriato..310S è progettato per la degradazione da ossidazione ad alta temperatura ∙ corrisponde al grado al meccanismo di degradazione, non a una nozione generalizzata di "resistenza alla corrosione".
D5: L'acciaio inossidabile 310S può essere utilizzato a 1000°C?
In aria pulita, ferma, ossidante con carico meccanico leggero o nullo, sì 310S può tipicamente funzionare a 1000 ° C e ben al di sopra (limite continuo ~ 1150 ° C in aria).:atmosfere carburanti o riducenti, gas che scorrono (possono volatilizzare Cr2O3 in CrO3 a temperature molto elevate), carico meccanico (la resistenza al sollevamento diminuisce con la temperatura),riscaldamento/raffreddamento ciclico (spalling degli ossidi)La temperatura da sola non è sufficiente a confermare l'idoneità ¥ fornire sempre le condizioni atmosferiche, di carico e di ciclo complete.
D6: Il 309S è migliore del 304 in acciaio inossidabile per applicazioni ad alta temperatura?
309S contiene circa il 22-24 per cento di Cr rispetto al 304, il che si traduce direttamente in una migliore formazione di Cr2O3.304 è limitato a circa 870°C intermittente / 925°C continuaPer le applicazioni costantemente al di sopra di 900°C, il 309S si estende a circa 980°C intermittente / 1035°C continua.309S è la specifica minima corretta 304 si ossidi a un tasso che può essere inaccettabile per la vita di servizio richiestaTuttavia, se l'ambiente è costituito da cloruri piuttosto che da temperature elevate, la logica di selezione si inverte, per questo la definizione del meccanismo di degradazione è il primo passo nella selezione del grado.
D7: 309S e 310S possono essere saldati?
Sì, entrambi sono facilmente saldabili da TIG, MIG e SMAW. Utilizzare metalli di riempimento corrispondenti: ER309 o ER309L per 309S; ER310 per 310S.Il basso tenore di carbonio dei tipi S riduce il rischio di sensibilizzazione rispetto alle versioni originali ad alto tenore di carbonioPer saldature a sezione spessa o critiche, il riempitore a basso tenore di carbonio (ER309L, ER310L con ≤ 0,03% C) fornisce un margine aggiuntivo contro la corrosione intergranulare.Il decapaggio e la passivazione post-saldatura per rimuovere la tinta termica sono essenziali l'ossido di cromo impoverito lasciato dalla saldatura è un sito preferenziale per l'inizio dell'ossidazione a temperatura elevata, a prescindere dal grado dei metalli comuni.
D8: Quale acciaio inossidabile è il migliore per le applicazioni di forno?
Non esiste un'unica "migliore" 309S fornisce un equilibrio convenientePer temperature più elevate o atmosfere aggressive (superiori a ~ 1000 °C, carburante, ciclico), 310S fornisce una maggiore resistenza all'ossidazione e stabilità termica.Per le condizioni più severe che superano le capacità del grado austenitico lavorato, leghe a base di nichel (leghe 600, 601, 800H/HT) o di qualità resistente al calore.e carico non in una classifica universale.
D9: un nickel più elevato significa sempre una migliore resistenza al calore?
Il nichel migliora la resistenza al ciclo termico, la resistenza alla carburizzazione e la stabilità microstrutturale, ma non è sufficiente da solo.Il cromo è l'elemento primario per la resistenza all'ossidazioneUn grado ipotetico con 30% di Ni e 15% di Cr avrebbe una resistenza all'ossidazione peggiore di 310S (25% Cr, 20% Ni) nonostante il nichel più elevato.Entrambi gli elementi sono critici: il cromo forma la scaglia protettiva; il nichel stabilizza la struttura e fornisce duttilità.Un rapporto equilibrato Cr-Ni appropriato alle condizioni di servizio è più importante che massimizzare ciascun elemento individualmente.
D10: Quali informazioni devo fornire quando ordino acciaio inossidabile resistente al calore?
Fornire almeno: (1) grado + UNS (309S/S30908 o 310S/S31008); (2) standard e forma del prodotto con le dimensioni; (3) temperatura di funzionamento continuità e valori di picco;(4) Composizione dell'atmosfera, gas di combustione, carburanti, contenenti zolfo; (5) ciclo termico continuo o ciclico, con frequenza approssimativa; (6) carico meccanico leggermente carico o strutturale;(7) Tipo di MTC richiesto ¥ EN 10204 3.1 minimo; (8) prove supplementari ‡ PMI, IGC per ASTM A262 se saldato.più accuratamente il fornitore può confermare l'idoneità del grado o segnalare una potenziale discrepanza prima della spedizione del materiale.
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Includere nella sua inchiesta:Grade + UNS / product standard and form / dimensions and quantity / continuous and peak service temperature / atmosphere composition / thermal cycling frequency / mechanical loading / MTC and testing requirements / delivery terms.
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Disclaimer: Questo articolo fornisce informazioni didattiche e di riferimento per gli appalti.La selezione del materiale ad alta temperatura deve essere confermata da un ingegnere qualificato che esamini la temperatura di esercizio effettiva, composizione dell'atmosfera, carico meccanico e codici di progettazione applicabili.
