Нержавеющая сталь 310S: свойства и основные применения

Нержавеющая сталь 310S — это аустенитная нержавеющая сталь, известная своей отличной прочностью при высокой температуре и устойчивостью к окислению. Она в основном состоит из железа, хрома и никеля, с низким содержанием углерода, что улучшает её свариваемость и стойкость к межкристаллитной коррозии. Основные легирующие элементы включают:

• Хром (Cr): Обычно 24-26%, что обеспечивает коррозионную стойкость и способствует общей прочности стали.
• Никель (Ni): Обычно 19-22%, который улучшает прочность и пластичность, особенно при повышенных температурах.
• Молибден (Mo): Присутствует в небольших количествах (до 0.75%), что улучшает устойчивость к образованию ямок и трещин в коррозионной среде.

Ключевые характеристики

Нержавеющая сталь 310S характеризуется:
- Устойчивостью к высокой температуре: Подходит для применения при температурах до 1150°C (2100°F).
- Коррозионной стойкостью: Отличная стойкость к окислению и сульфидированию.
- Хорошей свариваемостью: Низкое содержание углерода минимизирует риск выделения карбидов при сварке.

Преимущества и ограничения

Преимущества:
- Исключительная стойкость к окислению и коррозии при высоких температурах.
- Хорошие механические свойства при повышенных температурах.
- Отличная свариваемость и формуемость.

Ограничения:
- Высокая стоимость по сравнению с низкокачественными нержавеющими сталями.
- Не подходит для применения в условиях сильного восстановительного воздействия.

Исторически, 310S широко использовалась в таких отраслях, как нефтехимическая, энергетическая и пищевая промышленности благодаря своим уникальным свойствам.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
UNS	S31008	США	Ближайший эквивалент AISI 310
AISI/SAE	310S	США	Вариант с низким содержанием углерода 310
ASTM	A240	США	Стандартная спецификация для нержавеющих сталей
EN	1.4845	Европа	Эквивалент в европейских стандартах
JIS	SUS310S	Япония	Японское стандартное обозначение
GB	00Cr25Ni20	Китай	Китайский эквивалент с небольшими различиями в составе

Различия между этими эквивалентами могут повлиять на производительность в конкретных приложениях. Например, хотя S31008 и SUS310S схожи, различия в содержании никеля могут влиять на коррозионную стойкость в определенных условиях.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Диапазон процентов (%)
Fe (Железо)	Остальное
Cr (Хром)	24.0 - 26.0
Ni (Никель)	19.0 - 22.0
Mo (Молибден)	0.0 - 0.75
C (Углерод)	≤ 0.08
Mn (Марганец)	≤ 2.0
Si (Кремний)	≤ 1.0
P (Фосфор)	≤ 0.045
S (Сера)	≤ 0.03

Основная роль хрома заключается в улучшении коррозионной стойкости, в то время как никель улучшает прочность и пластичность. Молибден способствует устойчивости к образованию ямок, что делает 310S подходящей для жестких условий.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Ссылка на стандарт для метода испытания
Устойчивость к растяжению	Отожженная	520 - 720 МПа	75 - 104 ksi	ASTM E8
Предел текучести (0.2% смещение)	Отожженная	205 - 310 МПа	30 - 45 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу B)	Отожженная	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Ударная прочность	-20°C (-4°F)	40 J	30 ft-lbf	ASTM E23

Комбинация высокой прочности на растяжение и предела текучести, наряду с хорошим удлинением, делает 310S подходящей для применения, требующего структурной целостности при механических нагрузках.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	Комнатная температура	7.93 g/cm³	0.286 lb/in³
Температура плавления	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16.2 W/m·K	112 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 µΩ·m	0.72 µΩ·in

Плотность и температура плавления указывают на то, что 310S может выдерживать высокие температуры, что делает её подходящей для применения в экстремальных условиях. Её теплопроводность умеренная, что полезно для приложений, требующих удержания тепла.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Примечания
Хлориды	0 - 10	20 - 60	Хорошая	Риск образования ямок
Серная кислота	0 - 10	20 - 50	Умеренная	Подвержена SCC
Уксусная кислота	0 - 10	20 - 60	Хорошая	Умеренная устойчивость
Морская вода	-	20 - 30	Отличная	Устойчива к коррозии

Нержавеющая сталь 310S демонстрирует отличную устойчивость к окислению и коррозии в различных средах, включая атмосферные, кислые и соленые условия. Однако она может быть подвержена коррозионному растрескиванию при напряжении (SCC) в хлоридной среде.

Сравнительно с марками, такими как 316L, которая содержит молибден для улучшенной устойчивости к образованию ямок, 310S может работать лучше в приложениях с высокой температурой, но может быть не столь эффективной в хлоридсодержащих средах.

Термостойкость

Свойство/Граница	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Макс. температура непрерывной работы	1150 °C	2100 °F	Подходит для высокотемпературных применений
Макс. температура прерывистой работы	1050 °C	1922 °F	Только кратковременное воздействие
Температура образования окалины	900 °C	1652 °F	Риск окисления за пределами этой точки

310S сохраняет свою прочность и устойчивость к окислению при повышенных температурах, что делает её идеальной для компонентов печей и теплообменников. Однако длительное воздействие сверх ее максимальной температуры эксплуатации может привести к образованию окалины и снижению механических свойств.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER310S	Аргон	Отлично подходит для тонких сечений
MIG	ER310	Аргон + CO2	Хорошо подходит для более толстых сечений
SMAW	E310-16	-	Подходит для всех позиций

310S имеет высокую свариваемость, с рекомендуемыми filler metals, которые соответствуют её составу. Предварительная и последующая термообработка может улучшить качество сварных швов и уменьшить риск растрескивания.

Обрабатываемость

Параметр обработки	310S	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	30%	100%	Требует более медленных скоростей резания
Типичная скорость резания	20 м/мин	60 м/мин	Используйте твердосплавные инструменты для достижения наилучших результатов

Обработка 310S может быть сложной из-за её прочности и характеристик упрочнения. Оптимальные условия включают использование острых инструментов и медленные скорости резания для предотвращения чрезмерного износа.

Формуемость

310S демонстрирует хорошую формуемость, позволяя холодную и горячую обработку. Однако её скорость упрочнения может привести к трудностям в формировании сложных форм. Рекомендуемые радиусы изгибов должны быть больше, чем для низких классов, чтобы избежать растрескивания.

Термообработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	1050 - 1150 °C / 1922 - 2100 °F	1 - 2 часа	Воздух или вода	Снятие напряжений, улучшение пластичности
Устранение раствора	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 минут	Вода	Повышение коррозионной стойкости

Процессы термообработки, такие как отжиг, могут значительно повысить пластичность и прочность 310S, что делает её более подходящей для сложных применений.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Нефтехимия	Теплообменники	Прочность при высокой температуре, коррозионная стойкость	Важно для долговечности
Энергетика	Компоненты котлов	Устойчивость к окислению, механическая прочность	Критично для эффективности
Пищевая промышленность	Духовки и печи	Чистота, стабильность при высокой температуре	Соответствует стандартам гигиены
Авиакосмическая отрасль	Выпускные системы	Легкий вес, высокая прочность	Снижает вес при сохранении производительности

310S выбирается для применений, требующих стабильности при высокой температуре и стойкости к коррозионным средам, что делает её идеальной для отраслей, где надежность имеет первостепенное значение.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	310S	316L	321	Краткое замечание о преимуществах/недостатках или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность на растяжение	Хорошая коррозионная стойкость	Отличная стабильность при высоких температурах	310S сильнее при высоких температурах
Ключевой аспект коррозии	Хорошо при высоких температурах	Лучше в хлоридных средах	Хорошо при высоких температурах	316L превосходит в соленых условиях
Свариваемость	Отличная	Хорошая	Умеренная	310S легче сваривать
Обрабатываемость	Умеренная	Высокая	Низкая	316L легче обрабатывать
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Выше	Умеренная	Стоимость варьируется в зависимости от рыночных условий
Типичная доступность	Обычная	Очень распространенная	Менее распространенная	310S широко доступна

При выборе 310S учитывайте её производительность при высокой температуре и коррозионную стойкость по сравнению с конкретными требованиями приложения. Хотя она может быть дороже, чем более низкие классы, её долговечность может привести к сокращению затрат на обслуживание в долгосрочной перспективе. Кроме того, её наличие в различных формах (листах, пластинах, трубах) делает её универсальным выбором для многих инженерных приложений.