sus310不銹鋼材料屬性介紹

　　Sus309 /sus309S和sus310/sus310S主要用于高溫環(huán)境，能有效利用其抗氧化性能。然而，由于鉻和鎳的高含量，這些合金也有一定的耐腐蝕性的水溶液。盡管sus309/sus309S和sus310/sus310S奧氏體不銹鋼仍易受氯應(yīng)力開裂腐蝕，但高鎳含量使這些合金比18-8不銹鋼稍微耐氯應(yīng)力開裂腐蝕。Sus310/sus310S通常用于要求提高對水溶液耐腐蝕性的應(yīng)用中，例如在可能發(fā)生晶界選擇性腐蝕的濃硝酸溶液中。

　　1、高溫抗氧化性

　　在多數(shù)情況下，金屬合金都會與周圍環(huán)境發(fā)生一定程度的化學(xué)反應(yīng)。最常見的化學(xué)反應(yīng)就是氧化：金屬元素與氧氣結(jié)合，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(hù)作用。氧化率是由帶點(diǎn)粒子的傳輸來控制的。當(dāng)表面的銹皮越厚，氧化率就會大幅度下降，因?yàn)閹c(diǎn)粒子傳輸?shù)穆窂皆竭h(yuǎn)。這個(gè)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。耐高溫的合金含鉻量至少20%(重量百分百)。用鎳成分代替鐵成分也通常可以提供合金在高溫下的性能。309/309S，310/310S是高合金材料，因此，具有相當(dāng)好的抗氧化性。

　　已氧化的金屬樣品，其重量會有所增加，因?yàn)橐欢康难鯕饨M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(shí)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(yán)重。

　　氧化過程比簡單的銹皮增厚要復(fù)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(jī)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(dāng)氧化皮剝落時(shí)，未氧化的金屬暴露出來，因?yàn)樾碌难趸t的形成，材料的氧化率暫時(shí)升高。銹皮散裂到達(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，會進(jìn)一步氧化成具有高蒸汽壓力的CrO3 。氧化物此時(shí)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(dá)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(dá)到2000°F (1093°C)以上時(shí)，成為一個(gè)突出問題，在流動氣體的作用下，會進(jìn)一步惡化。

　　2、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(gè)復(fù)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(gè)保護(hù)層阻止硫進(jìn)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)的合金中，硫化作用增強(qiáng)。鎳和硫化鎳形成低熔點(diǎn)的共晶相，在高溫條件下，可能對材料造成嚴(yán)重的損壞。

　　環(huán)境中如果存在含碳量高的粒子，會導(dǎo)致碳元素進(jìn)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(jī)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(hù)膜來阻止碳進(jìn)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(gè)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)把固體金屬轉(zhuǎn)換成石墨和金屬微粒的混合物，進(jìn)而形成較深的小坑，最終導(dǎo)致局部腐蝕。

　　在氮?dú)獯嬖诘那闆r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(hù)膜可以很好地阻擋氮進(jìn)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(kuò)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(jī)械性能。

　　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合金相對抗氧化性的估計(jì)。如果有需要，森邁爾鋼鐵公司，可以為您提供具體應(yīng)用的抗氧化性數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

　　3、加工特性

　　sus309/sus309S，sus310/sus310S不銹鋼因其耐高溫和抗氧化性能，被廣泛應(yīng)用于熱處理/加工行業(yè)。也因?yàn)檫@樣，這些合金常被加工成復(fù)雜結(jié)構(gòu)。碳鋼的加工性通常被認(rèn)為是金屬成型操作中的標(biāo)準(zhǔn)。奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出來的性能和碳鋼大不相同：奧氏體不銹鋼更難加工，變硬的速度非?？?。盡管這并不會改變我們一般用的加工方法，如：切割，機(jī)械加工，成型等，但是這些特性卻影響這些加工方法的具體細(xì)節(jié)。

　　奧氏體不銹鋼可通過彎曲、拉伸、軋制、錘擊、火焰/翻邊、旋轉(zhuǎn)、精細(xì)抽提、液壓成形等方法來實(shí)現(xiàn)冷成形。在加工過程中，奧氏體不銹鋼容易硬化，加工過程的性能提高了加工的功率。這意味著需要更強(qiáng)大的成型設(shè)備，并最終限制成型的數(shù)量。

　　由于各種環(huán)境和金相因素，用于sus309和sus310加熱的溫度范圍相對較窄。鍛件初始溫度范圍為1800-2145°F(980-1120°C)，終溫不能低于1800°F(980°C)。由于環(huán)境和金相因素，特別是鐵素體的形成，使合金的熱塑性降低。在過低的溫度下加工以形成芯片的第二相，如sigma相。鍛造后應(yīng)迅速冷卻至暗熱狀態(tài)。

　　4、焊接

　　奧氏體等級被認(rèn)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(jìn)行焊接。sus309/sus309S，sus310/sus310S也是如此。如果需要填充焊料，一般要選成分匹配的。因?yàn)檫@個(gè)等級的合金含量提高，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(如 ER309Si, ER309LSi)。

　　309/309S，310/310S的熱膨脹系數(shù)較高，導(dǎo)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(dǎo)致熱裂紋。這個(gè)問題在防脫焊口，寬焊口可能更嚴(yán)重。低合金含量的焊料(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(dāng)?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(fù)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。熱處理/退火對這些合金進(jìn)行退火的主要原因是產(chǎn)生一個(gè)再結(jié)晶的微細(xì)結(jié)構(gòu)，達(dá)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(shí)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(dāng)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(jìn)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(jī)械方法和化學(xué)方法。表面噴砂和化學(xué)除銹二者相結(jié)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(jìn)入金屬的表面，進(jìn)而引起表面生銹或變色。化學(xué)除銹通常采用硝酸和氫氟酸的混合物。化學(xué)槽液和加工溫度通常視實(shí)際情況而定。常用的槽液包括5-15%HNO3 (65%初始強(qiáng)度) 和 _-3% HF (60% 初始強(qiáng)度)的水溶液。濃度過高的氫氟酸會導(dǎo)致除銹過猛。槽液溫度通常從室溫到140°F (50°C)。