10/310S_奧氏體耐熱不銹鋼_310/310S高溫抗氧化性_310/310S加工特性

310/310S不銹鋼

UNS S31000/UNS S31008

奧氏體耐熱不銹鋼

310/310S耐熱不銹鋼的一般屬性

310/310S奧氏體不銹鋼經常被應用于高溫環境下的作業。其較高的鉻含量和鎳含量確保了良好的耐腐蝕性和抗氧化性，與奧氏體304 合金相比，它在室溫下強度要高一點。

310/310S耐熱不銹鋼的應用

高合金不銹鋼通常表現出良好高溫強度，抗蠕變性和抗環境腐蝕性。因此，它們被廣泛應用于熱處理行業的熔爐零部件，如：傳送帶，滾筒，爐頭，耐火墊板，吊管架等。這些等級也應用到化學加工行業，用于承載熱濃酸，氨水和二硫化物。在食物加工行業，這些等級用于與熱乙酸和檸檬酸接觸。

310/310S耐熱不銹鋼的化學成分

除特別說明外，以下的化學成分是根據ASTM A167和ASTM A240標準。

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 *小值/26.00 *大值 24.00 *小值/26.00 *大值

Ni 19.00 *小值/22.00 *大值 19.00 *小值/22.00 *大值

Fe 剩余部分 剩余部分

310/310S耐熱不銹鋼的抗水溶液腐蝕

310/310S主要用于高溫環境下，可以有效利用它們的抗氧化性。但是，這些合金因為含鉻量和含鎳量高，對水溶液也具有一定的耐腐蝕性。

含鎳量高使這些合金對氯化物應力龜裂腐蝕的抵抗力比18-8不銹鋼稍好，盡管如此，但是310/310S奧氏體不銹鋼仍然容易受這種腐蝕的影響。

需要提高耐水溶液腐蝕的應用中，往往會用到310/310S，如：濃硝酸溶液中的作業，這種溶液中可能發生晶界擇優腐蝕。

310/310S耐熱不銹鋼的高溫抗氧化性

在多數情況下，金屬合金都會與周圍環境發生一定程度的化學反應。*常見的化學反應就是氧化：金屬元素與氧氣結合，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，因為帶點粒子傳輸的路徑越遠。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。耐高溫的合金含鉻量至少20%（重量***）。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。310/310S是高合金材料，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暴露在高溫環境下，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*常見的問題。散裂通常表現為急速的重量損失。其他一些因素也會引起散裂，其中主要包括熱循環，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。在耐熱不銹鋼表面形成的氧化鉻，*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 的蒸發使銹皮變薄。*終的趨勢是在增厚和變薄之間達到*終的平衡，從而使銹皮處于恒定的厚度。銹皮揮發在溫度達到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。

310/310S耐熱不銹鋼的加工特性

310/310S不銹鋼因其耐高溫和抗氧化性能，被廣泛應用于熱處理/加工行業。也因為這樣，這些合金常被加工成復雜結構。碳鋼的加工性通常被認為是金屬成型操作中的標準。奧氏體不銹鋼表現出來的性能和碳鋼大不相同：奧氏體不銹鋼更難加工，變硬的速度非常快。盡管這并不會改變我們一般用的加工方法，如：切割，機械加工，成型等，但是這些特性卻影響這些加工方法的具體細節。

切割和機械加工普通軟鋼的標準技術，稍作調整后也可用于加工奧氏體不銹鋼。但是奧氏體不銹鋼更難加工，變硬的速度非常快。加工過程中產生的碎片細且硬，并保留著相當好的延展性。加工用的道具應保持鋒利和堅硬。對于硬化區域，一般采用深度和慢速切割。由于奧氏體不銹鋼的導熱性低和熱膨脹系數高，在切割和機械加工的過程中，必須考慮排熱和尺寸公差。

奧氏體不銹鋼可通過彎曲，拉伸成形，滾扎成形，錘打成形，擴口加工/凸緣加工，旋轉，精抽，液壓成形等方法達到冷作成形。在加工過程中，奧氏體不銹鋼容易硬化，表現為加工過程中要不斷增大加工的力量。這就意味著需要用更強大的成形設備并且*終限制了成型度。

因為各種環境和金相的因數，用于310熱作的溫度范圍相對較窄。鍛造的初始溫度范圍是1800-2145°F (980-1120°C)，結束溫度不能低于1800°F (980°C)。在過高的溫度下加工，因為環境和金相的因素，尤其是鐵素體的生成，會導致合金的熱塑性下降。在過低的溫度下加工，形成脆片**相，如：西格瑪相。鍛造后，鍛件需迅速冷卻到暗熱。

310/310S耐熱不銹鋼的焊接

奧氏體等級被認為是不銹鋼中*容易焊接的等級。它們可以通過所有常見的方法進行焊接。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)。

310/310S的熱膨脹系數較高，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。焊接得當的話，不太可能發生熱影響區的粒間腐蝕。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。

310/310S耐熱不銹鋼的熱處理/退火

對這些合金進行退火的主要原因是產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。

310/310S在空氣退火過程中產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*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，避免金屬表面出現斑漬。

由于310/310S在室溫下呈現奧氏體結構，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。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定，而這些合金往往是用于高溫作業。如果在高溫環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。