Lớp thép không gỉ 309S: Thành phần, tính chất, xử lý nhiệt và ứng dụng

Thép không gỉ 309S là phiên bản có hàm lượng carbon thấp của loại 309, một hợp kim crom-niken austenit với 22,0–24,0% crom và 12,0–15,0% niken. Được chỉ định là UNS S30908 ở Hoa Kỳ và 1.4833 trong hệ thống Châu Âu, nó được chỉ định chủ yếu cho các bộ phận hoạt động trong môi trường oxy hóa ở nhiệt độ lên tới khoảng 1000 °C khi hoạt động liên tục.

Giới hạn thông số kỹ thuật xác định là carbon: 309S được giới hạn ở mức 0,08% C, trong khi 309 thẳng cho phép lên tới 0,20%. Cacbon thấp hơn ngăn chặn sự kết tủa cacbua crom ở ranh giới hạt khi vật liệu được hàn hoặc giữ trong phạm vi 430–900 ° C, vì vậy 309S được ưu tiên sử dụng cho các chế tạo hàn và thiết bị chu trình nhiệt.

Đừng nhầm lẫn hình thức sản phẩm với cấp độ. 309S là thông số kỹ thuật rèn được sử dụng cho tấm, tấm, thanh và ống. Khi cần cùng một họ hợp kim Cr-Ni cho một bộ phận đúc như con lăn lò, tấm lò hoặc thiết bị xử lý nhiệt, các xưởng đúc sẽ làm việc để đúc các loại như ASTM A297 Cấp HH thay vì thông số kỹ thuật rèn 309S.

Thành phần hóa học của 309S (UNS S30908)

Thành phần hóa học của 309S được thiết lập theo các tiêu chuẩn như ASTM A240 và các thông số kỹ thuật tương đương của Châu Âu; mọi đặc tính nhiệt độ cao đều tuân theo sự cân bằng bên dưới.

So với 310S hợp kim cao hơn (24–26% Cr, 19–22% Ni), 309S cung cấp nền có chi phí thấp hơn trong khi vẫn mang lại khả năng chống oxy hóa thực tế ở khoảng 1000 °C. Lượng niken bổ sung trong 310S tạo ra một giới hạn rõ ràng về độ bền từ biến và khả năng chống lại chu kỳ nhiệt khắc nghiệt, đó là lý do tại sao 310S có xu hướng thay thế 309S khi nhiệt độ hoạt động tăng lên trên khoảng 1000 ° C.

Tính chất cơ lý

Ở điều kiện ủ, 309S mềm, dẻo và không có từ tính; các giá trị bên dưới mô tả tình trạng giả định, không phải tình trạng bảo trì nóng.

Không chọn 309S trên cơ sở độ bền kéo tối thiểu 515 MPa nếu nhiệt độ sử dụng là 900 ° C. Ứng suất cho phép giảm mạnh trên 600 °C và giới hạn thực tế được đặt theo tốc độ oxy hóa và tuổi thọ từ biến đối với độ dày tiết diện chính xác. Khi bạn gửi RFQ, hãy nêu rõ bầu không khí, nhiệt độ cao nhất và tải trọng; sau đó nhà cung cấp có thể quyết định giữa 309S, loại HH/HK đúc hoặc nâng cấp 310S.

309S so với 310S và các loại chịu nhiệt đúc

Họ hàng đúc gần nhất của 309S là ASTM A297 Lớp HH, một hợp kim 25Cr-12Ni có thành phần danh nghĩa chia sẻ khoảng 96% các nguyên tố của nó với loại rèn nhưng mang nhiều carbon hơn để tạo ra độ bền rão ở nhiệt độ cao của vật đúc.

Sự khác biệt này là nguyên nhân gây nhầm lẫn phổ biến nhất trong mua sắm. Nếu bạn gửi bản vẽ cho một con lăn lò và viết “309S” trên đó, xưởng đúc thường sẽ đề xuất hóa học loại HH (24–28% Cr, 11–14% Ni, 0,20–0,50% C), bởi vì hóa chất rèn có hàm lượng carbon thấp sẽ không phát triển cấu trúc vi mô đúc và độ bền đứt cần thiết trong phần chịu tải dày. Trước tiên hãy chọn dạng sản phẩm: rèn 309S nơi bạn có thể cắt, tạo hình và hàn tấm hoặc ống; đúc các lớp A297 trong đó bộ phận có hình dạng, nặng và chịu tải ở nhiệt độ.

Đối với các bộ phận tròn chịu tải trong lò, đúc ly tâm thường là con đường phù hợp vì nó tạo ra cấu trúc rắn chắc theo hướng dày đặc. Ống 309S được cuộn và hàn được chấp nhận làm ống dẫn khí; một ống phải giữ trọng lượng của chính nó ở 1000 °C phải là sản phẩm được đúc ly tâm với hóa chất được kiểm soát.

Ống thép không gỉ chịu nhiệt đúc ly tâm Ống này được sản xuất bằng phương pháp đúc ly tâm để có cấu trúc dày đặc, kiên cố theo hướng, làm cho nó phù hợp với các bộ phận lò chịu tải ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như ống dẫn khí và ống phải giữ trọng lượng của chính chúng ở 1000 ° C. Xem sản phẩm →

Chế tạo và xử lý nhiệt

309S có thể được cắt, tạo hình, gia công và hàn bằng quy trình không gỉ austenit tiêu chuẩn; một quy tắc quan trọng là hoàn thành quá trình gia công nóng bằng cách ủ toàn bộ dung dịch và làm nguội nhanh.

Quá trình ủ dung dịch được thực hiện ở nhiệt độ 1038–1120 °C với khả năng giữ đủ để hòa tan cacbua crom, sau đó làm nguội bằng nước hoặc làm mát không khí mạnh. Lớp này không thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt; độ cứng đạt được thông qua gia công nguội chỉ đơn giản là công việc cứng lại và biến mất khi ủ.

Hàn là đơn giản. Sử dụng chất độn 309 hoặc 309L phù hợp, tránh làm nóng trước ngoại trừ ở những phần rất cứng và giữ nhiệt độ ở mức vừa phải. Nắp carbon 0,08% làm giảm đáng kể lượng mưa cacbua crom trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt so với thép thẳng 309, đó là lý do tại sao các mối hàn trong thép 309S có thể đưa vào sử dụng trong lò mà không cần xử lý sau hàn riêng biệt.

Lý do tương tự cũng áp dụng cho các đồ gá mang phôi qua các chu trình xử lý nhiệt. Thiết kế khay và vật liệu khay cùng quyết định độ đồng đều của nhiệt độ và đánh giá của chúng tôi về tối ưu hóa thiết kế khay xử lý nhiệt giải thích các yếu tố cấu trúc mà xưởng đúc kiểm tra trước khi đúc dụng cụ. Đối với chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại, các thiết bị đúc có gân gia cố hoạt động tốt hơn các phiên bản kim loại tấm mỏng, đó là lý do tại sao hầu hết người vận hành chuyển từ khung hàn 309S sang đúc giỏ và khay loại HH cho dây chuyền xử lý nhiệt liên tục.

Giỏ xử lý nhiệt có thể xếp chồng lên nhau cho lò loại tốt Được thiết kế để sắp xếp các bộ phận trong quá trình xử lý nhiệt, giỏ có thể xếp chồng lên nhau này giúp cải thiện công suất lò và luồng không khí, đảm bảo gia nhiệt đồng đều và kết quả ổn định, đặc biệt phù hợp với dây chuyền xử lý nhiệt liên tục trong đó giỏ đúc kiểu HH hoạt động tốt hơn các phiên bản kim loại tấm hàn. Xem sản phẩm →

Các ứng dụng nhiệt độ cao điển hình

309S là loại thép không gỉ tiết kiệm mặc định dành cho môi trường sạch, oxy hóa lên đến khoảng 1000 °C và cho các bộ phận có thể được sản xuất bằng cách hàn hoặc tạo hình nguội.

• Thiết bị xử lý nhiệt: khay, giỏ, bình cổ cong và nắp đậy hoạt động ở nhiệt độ 850–1000 °C.
• Các bộ phận bên trong lò: ống bức xạ, vòi đốt, buồng đốt và neo chịu lửa.
• Phần cứng của lò quay: nội thất lò, tấm bảo vệ miệng và đuôi lò, dải đệm kín chịu nhiệt.
• Thiết bị biến chất thải thành năng lượng và năng lượng: các bộ phận của lò hơi, bộ phận làm nóng sơ bộ không khí và ống thổi bồ hóng.
• Các bộ phận của nhà máy hóa dầu: giếng nhiệt, ống dẫn khí, lưới hỗ trợ chất xúc tác và các bộ phận bên trong lò phản ứng.

Hai giới hạn ứng dụng đáng được ghi nhớ. Trong môi trường có chứa lưu huỳnh trên khoảng 500 °C, niken trong 309S dễ bị sunfua hóa, do đó có thể cần phải có một họ hợp kim khác. Trong chu kỳ nhiệt mạnh gần 1000 °C, lớp lót rèn mỏng sẽ bị biến dạng trước bộ phận đúc có các gân được thiết kế bên trong, đó là lý do tại sao các con lăn lò và tấm bảo vệ cho lò nung hầu như luôn được đúc thay vì chế tạo từ tấm.

Con lăn lò đúc ly tâm chịu nhiệt Con lăn này được thiết kế từ hợp kim chịu nhiệt để chịu được nhiệt độ cao và ứng suất quay, mang lại chuyển động đáng tin cậy trong lò đúc ly tâm. Thiết kế đúc với các gân của nó mang lại khả năng chống sốc nhiệt tốt hơn so với các lớp lót rèn mỏng, kéo dài tuổi thọ sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Xem sản phẩm →

Cách chỉ định các thành phần 309S: Cân nhắc mua sắm

Bước hữu ích nhất là nêu rõ dạng sản phẩm và tiêu chuẩn quản lý trên mỗi RFQ; yêu cầu "truyền 309S" không rõ ràng về mặt kỹ thuật và sẽ tạo ra các báo giá không thể so sánh được.

• Chỉ định ASTM A240 cho tấm và tấm rèn, ASTM A312 hoặc A358 cho ống hàn và ASTM A297 cho vật đúc.
• Yêu cầu phân tích nhiệt thực tế và xác minh các giá trị crom, niken và cacbon trên chứng nhận kiểm tra nhà máy.
• Đối với vật đúc, hãy xác nhận tính chất hóa học của điện tích, quy trình đúc và quy trình xử lý nhiệt sau đúc mà xưởng đúc sử dụng.
• Gửi chu kỳ nhiệm vụ: nhiệt độ cao nhất, thành phần khí quyển, thời gian dừng và tần số tuần hoàn.
• Đối với các bộ phận chịu tải quan trọng ở nhiệt độ trên 900°C, yêu cầu dữ liệu về độ đứt từ biến hoặc lịch sử sử dụng được ghi lại thay vì các giá trị độ bền kéo ở nhiệt độ phòng.

Một nhà cung cấp làm việc với cả chế tạo rèn và đúc trong cùng một dòng hợp kim Cr-Ni có thể chuyển chu kỳ nhiệm vụ của bạn thành dạng sản phẩm phù hợp mà không cần phỏng đoán. của chúng tôi xưởng đúc thép hợp kim chịu nhiệt đã sản xuất các loại vật đúc được mô tả ở đây cho lò nung, lò nung và dây chuyền xử lý nhiệt và có thể đề xuất hóa chất đúc khi thành phần 309S rèn không phải là giải pháp phù hợp cho trường hợp tải.

Câu hỏi thường gặp về 309S

Sự khác biệt giữa 309 và 309S là gì?

Chỉ có giới hạn carbon. 309 cho phép lượng carbon tối đa 0,20%; 309S được giới hạn ở mức 0,08%. Carbon thấp hơn hạn chế kết tủa cacbua crom trong quá trình hàn và dịch vụ trong phạm vi 430–900 ° C, đó là lý do tại sao 309S được ưu tiên cho thiết bị hàn và chu trình nhiệt.

309S có thể được sử dụng để đúc không?

309S chính thức là một tên gọi rèn. Đối với các bộ phận đúc, các xưởng đúc sử dụng loại ASTM A297 có cùng nền Cr-Ni, thường là loại HH (25Cr-12Ni với 0,20–0,50% C) khoảng 1000 ° C. Nếu bạn gửi bản vẽ “đúc 309S”, yêu cầu xưởng đúc đề xuất hóa học loại HH và giải thích sự thay thế.

Cái nào tốt hơn ở nhiệt độ cao: 309S hay 310S?

310S. Crom cao hơn (24–26%) và niken (19–22%) mang lại thang oxit ổn định hơn và độ bền rão tốt hơn, do đó, nó được chỉ định ở trên khoảng 1000 ° C hoặc trong chu trình nhiệt khắc nghiệt. 309S vẫn là sự lựa chọn có giá trị trong không khí oxy hóa sạch trong phạm vi định mức của nó.

309S có cần ủ sau khi hàn không?

Đối với hầu hết các dịch vụ nhiệt độ cao, không. Hàm lượng carbon thấp giúp vùng chịu ảnh hưởng nhiệt không bị nhạy cảm. Nếu mối hàn cũng phải đối mặt với môi trường ăn mòn dạng nước, có thể chỉ định dung dịch ủ hoàn toàn ở nhiệt độ 1038–1120 °C sau đó làm nguội nhanh.

309S có từ tính không?

Trong điều kiện ủ, về cơ bản nó không có từ tính, như mong đợi đối với loại austenit. Gia công nguội có thể tạo ra từ tính nhẹ, nhưng nó hiếm khi có ý nghĩa đối với các ứng dụng trong lò nung và lò nung.