不銹鋼應用

309不銹鋼和310不銹鋼通常表現(xiàn)出良好高溫強度，抗蠕變性和抗腐蝕性。因此，它們被廣泛應用于不銹鋼熱處理行業(yè)的熔爐零部件，如：傳送帶，滾筒，爐頭，耐火墊板，吊管架等。同時也應用到化學加工業(yè)，主要承載熱濃酸，氨水和二硫化物。在食品加工業(yè)，主要與熱乙酸和檸檬酸接觸。

不銹鋼化學成分

不銹鋼成分對比

表中的數(shù)值表示重量百分百，除特別說明范圍外，表中都是最大值

不銹鋼物理性能

309不銹鋼物理性能

310不銹鋼物理性能

短期機械性能

所有的抗拉試驗都是根據(jù)ASTM E8來完成的。表中的數(shù)據(jù)是若干個測試樣品（最少2個樣品，最多10個樣品）得出來測試結果的平均值。屈服強度是通過0.2%抵消方法得到的。塑性延伸通過一個2英寸的樣品來測量。

309不銹鋼

309不銹鋼機械性能

309S不銹鋼

309s不銹鋼機械性能

310不銹鋼

310不銹鋼機械性能

310S不銹鋼

310S不銹鋼機械性能

抗水溶液腐蝕

309/309S和310/310S主要用于高溫環(huán)境下，抗氧化性利用率高。同時因為鉻、鎳含量較高，對水溶液也有一定的耐腐蝕性。

這類含鎳量高的不銹鋼對氯化物應力龜裂腐蝕的抵抗力比18-8不銹鋼較強，但是309/309S和310/310S奧氏體不銹鋼仍然容易受到腐蝕。

如要提高耐水溶液腐蝕，往往會用到310/310S。比如濃硝酸溶液環(huán)境。

高溫抗氧化性

很多情況下，不銹鋼都會與周圍環(huán)境發(fā)生一定程度的化學反應。最常見氧化：金屬元素與氧氣結合后生成氧化物。不銹鋼通過鉻元素的局部氧化使其具有抗氧化性，在鉻元素局部氧化的過程中，可以形成一種非常穩(wěn)定的氧化物（Cr2O3 氧化鉻）。只要金屬的鉻含量充足，在金屬表面即可形成一層連續(xù)的氧化鉻綠，防止其他氧化物生成，并對金屬起到保護作用。氧化率是由帶點粒子的傳輸來控制的。當表面的銹皮越厚，氧化率就會大幅度下降，因為帶點粒子傳輸?shù)穆窂皆竭h。這個過程叫鈍化，也就是鈍化膜形成的過程。

奧氏體不銹鋼的抗氧化性可以通過鉻含量來推算。耐高溫的不銹鋼含鉻量至少20%（重量百分百）。用鎳成分代替鐵成分也通常可以提供不銹鋼在高溫下的性能。309/309S，310/310S是高不銹鋼材料，因此，具有相當好的抗氧化性。

已氧化的金屬樣品，其重量會有所增加，因為一定量的氧氣組合到產(chǎn)品的氧化膜。測量金屬抗氧化性的其中一種方法是：讓金屬在特定時間內(nèi)暴露在高溫環(huán)境下，然后測量其重量的變化。重量增加越多，表面氧化越嚴重。

氧化過程比簡單的銹皮增厚要復雜得多。散裂，或者說表面皮分離，是不銹鋼氧化過程中最常見的問題。散裂通常表現(xiàn)為急速的重量損失。其他一些因素也會引起散裂，其中主要包括熱循環(huán)，機械損傷和氧化物過厚。

在氧化過程中，鉻以氧化鉻的形式存在于銹皮中。當氧化皮剝落時，未氧化的金屬暴露出來，因為新的氧化鉻的形成，材料的氧化率暫時升高。銹皮散裂到達一定程度，鉻含量的損失可能引起金屬的耐熱性降低，從而導致鐵氧化物和鎳氧化物快速增加，這種情況稱為破裂氧化。

高溫氧化可能導致銹皮揮發(fā)。在耐熱不銹鋼表面形成的氧化鉻，最開始是Cr2O3 ，當溫度進一步升高時，會進一步氧化成具有高蒸汽壓力的CrO3 。氧化物此時分成兩部分：通過形成Cr2O3 使銹皮增厚，通過CrO3 的蒸發(fā)使銹皮變薄。最終的趨勢是在增厚和變薄之間達到最終的平衡，從而使銹皮處于恒定的厚度。銹皮揮發(fā)在溫度達到2000°F (1093°C)以上時，成為一個突出問題，在流動氣體的作用下，會進一步惡化。

其他形式的退化

除了氧氣以外，粒子在高溫環(huán)境下也可以引起不銹鋼的加速退化。硫的存在可以引起硫化腐蝕。不銹鋼的硫化腐蝕是一個復雜的過程，而且很大程度上受硫和氧氣含量以及硫的存在形式影響（比如：氣態(tài)，氧化硫，氫化硫）。鉻可以形成穩(wěn)定的氧化物和硫化物。在氧氣和含硫化合物共同存在的情況下，通常在外部形成氧化鉻層作為一個保護層阻止硫進入。然而，硫化腐蝕仍然可以在銹皮損壞和分離的地方發(fā)生，在某些特定情況下，硫可以穿過氧化鉻，在金屬內(nèi)部形成硫化鉻。在含鎳量高（25%或者更高）的不銹鋼中，硫化作用增強。鎳和硫化鎳形成低熔點的共晶相，在高溫條件下，可能對材料造成嚴重的損壞。

環(huán)境中如果存在含碳量高的粒子，會導致碳元素進入金屬，隨后形成內(nèi)部碳化物。滲碳作用一般在溫度1470°F (800°C)以上發(fā)生。內(nèi)部滲碳金屬會引起機械性能和物理性能的改變。通常來說，氧氣可以通過在金屬表面形成保護膜來阻止碳進入。較高的鎳含量和硅含量都可以一定程度上減少滲碳作用。金屬粉塵是滲碳作用的一種特殊形式，通常在較低溫度范圍發(fā)生(660-1650°F or 350-900°C)。金屬粉塵可以通過一個復雜的機構把固體金屬轉(zhuǎn)換成石墨和金屬微粒的混合物，進而形成較深的小坑，最終導致局部腐蝕。

在氮氣存在的情況下，可能發(fā)生滲氮作用。氧化物通常比氮化物穩(wěn)定，因此在含氧的大氣環(huán)境中，通常形成氧化皮。這層保護膜可以很好地阻擋氮進入，因此在大氣環(huán)境和氣態(tài)的燃燒產(chǎn)物環(huán)境下，幾乎不用考慮滲氮作用的影響。在純氮環(huán)境下，尤其是在干燥，裂化氨氣環(huán)境下，氧含量非常低，就可能發(fā)生滲氮作用。在相對低溫的情況下，在金屬表面可以形成氮化膜。在1832°F或1000°C)以上高溫情況下，氮的擴散性可以迅速滲透金屬，在晶界生成內(nèi)部氮化物，影響金屬的機械性能。

金相的不穩(wěn)定性，高溫暴露時形成新的金相，都可以反過來影響機械性能和降低耐腐蝕性。當奧氏體不銹鋼在溫度范圍800-1650°F (427-899°C)緩慢冷卻時，碳化物粒子常常在晶界沉淀（敏化作用）。鉻和鎳的含量越高，碳的可溶性就越低，也就是說更容易受敏化作用影響。在這個溫度范圍，推薦用強制淬火冷卻，尤其是對于較厚的材料。隨著碳含量的降低，形成碳化鉻的時間和溫度就增加。因此，這些不銹鋼的低碳等級對敏化具有較好的抵抗力，但是并不是可以完全避免敏化作用的影響。當加熱溫度長期達到1200-1850°F (649-1010°C)，309/309S，310/310S在室溫下的延展性會降低，這是因為西格瑪相和碳化物的影響。西格瑪相通常在晶界形成并影響金屬的延展性。這種副作用可以通過在指定溫度重退火來消除。

高溫退化很多程度受大氣和其他作業(yè)環(huán)境影響。一般的氧化數(shù)據(jù)通常只能用于對不同不銹鋼相對抗氧化性的估計。如果有需要，森邁爾鋼鐵公司，可以為您提供具體應用的抗氧化性數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

焊接

奧氏體等級被認為是不銹鋼中最容易焊接的等級。它們可以通過所有常見的方法進行焊接。309/309S，310/310S也是如此。如果需要填充焊料，一般要選成分匹配的。因為這個等級的不銹鋼含量提高，可以降低熔池的流動性。如果熔池的流動性仍然需要降低，可以采用含硅的焊料。

309/309S，310/310S的熱膨脹系數(shù)較高，導熱性較低，在固化的焊接金屬中會形成少量的鐵素體，可能導致熱裂紋。這個問題在防脫焊口，寬焊口可能更嚴重。低不銹鋼含量的焊料(如ER308)可以增加堆焊中的鐵素體從而降低熱裂紋的趨勢。基焊金屬的成分被稀釋后，可能降低該金屬焊口處的耐腐蝕性和耐熱性。

S等級的含碳量相對較低。焊接得當?shù)脑?，不太可能發(fā)生熱影響區(qū)的粒間腐蝕。去除回火色和銹皮可恢復焊口附近的耐腐蝕性。采用不銹鋼刷研磨和刷洗，可以去除回火色和銹皮。酸洗也可去除銹皮。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，氟化氫酸，鹽酸的混合物來局部清洗。酸洗以后，要用清水徹底洗掉酸洗的殘留物。

不銹鋼熱處理/退火

對這些不銹鋼進行退火的主要原因是產(chǎn)生一個再結晶的微細結構，達到均勻晶粒度，分解有害的碳化鉻沉淀物。要確保完全退火，必須把材料置于2050-2150°F (1120-1175°C)溫度范圍內(nèi)每英寸厚度所需時間約30分鐘。這僅僅是一般的做法。特殊的情況可能需要特殊的處理方法。適當退火后，這些等級在室溫下主要是奧氏體，少量的鐵素體也可能存在。

309/309S，310/310S在空氣退火過程中產(chǎn)生氧化皮是不可避免的。銹皮中含有豐富的鉻并且具有一定的附著性。通常來說，在進一步加工之前都要把退火銹皮去除。去除銹皮有兩種方法：機械方法和化學方法。表面噴砂和化學除銹二者相結合通常是去除所有頑固銹皮最有效的方法。硅砂，玻璃微珠是很好的噴砂材料。也可以采用鐵粒，鋼粒，但是這可能引起游離鐵進入金屬的表面，進而引起表面生銹或變色。

化學除銹通常采用硝酸和氫氟酸的混合物。化學槽液和加工溫度通常視實際情況而定。常用的槽液包括5-15%HNO3 (65%初始強度) 和-3% HF (60% 初始強度)的水溶液。濃度過高的氫氟酸會導致除銹過猛。槽液溫度通常從室溫到140°F (50°C)。溫度過高會導致除銹過快，槽液侵蝕晶界，進而造成金屬表面出現(xiàn)凹槽。酸洗以后，要用清水徹底洗掉酸洗的殘留物，然后干燥，避免金屬表面出現(xiàn)斑漬。

由于309/309S，310/310S在室溫下呈現(xiàn)奧氏體結構，因此不能通過熱處理達到硬化。通過熱作或冷作，可以達到更高的機械強度，但是這些等級通常達不到這種狀態(tài)。通過冷作，也可以獲得更好的抗拉強度和屈服強度，冷作后如果不退火，這些性能在高溫下就不穩(wěn)定，而這些不銹鋼往往是用于高溫作業(yè)。如果在高溫環(huán)境下使用冷作后的材料，卻剛好相反，會影響材料的蠕變性能。