Нержавеющая сталь 314: свойства и ключевые применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Нержавеющая сталь 314 классифицируется как аустенитная нержавеющая сталь, известная своим высоким содержанием хрома иNickel, что улучшает ее коррозионную стойкость и механические свойства. Этот сорт в основном легирован примерно 24% хрома и 19% никеля, наряду с небольшой процентной долей молибдена, что дополнительно улучшает ее стойкость к кавитации и коррозии в трещинах. Высокое содержание никеля способствует отличной пластичности и формуемости, что делает ее подходящей для различных приложений, где эти свойства важны.
Обширный обзор
Нержавеющая сталь 314 признана за свою исключительную прочность при высоких температурах и стойкость к окислению, что делает ее предпочтительным выбором в условиях, где присутствуют высокие температуры. К ее значительным характеристикам относятся отличная свариваемость, хорошая обрабатываемость и выдающаяся стойкость к окислению и образованию окалины при высоких температурах.
Преимущества:
- Стойкость к высоким температурам: Подходит для применения в условиях повышенных температур, сохраняет прочность и стабильность.
- Коррозионная стойкость: Отличная стойкость к разнообразным коррозионным средам, включая кислые и щелочные условия.
- Пластичность и формуемость: Высокое содержание никеля позволяет легко формовать и обрабатывать.
Ограничения:
- Стоимость: Более высокое содержание легирующих элементов приводит к увеличению стоимости материала по сравнению с нержавеющими сталями низшего сорта.
- Упругая прочность: Хотя она обладает хорошей формуемостью, может быстро закаляться, что требует осторожного обращения при обработке.
Исторически нержавеющая сталь 314 использовалась в таких приложениях, как компоненты печи, теплообменники и оборудование для химической переработки благодаря своей способности выдерживать экстремальные условия. Ее рыночная позиция сильна, особенно в отраслях, где требуются материалы, способные выдерживать суровые условия.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Сорт | Страна/Регион происхождения | Замечания/Примечания |
|---|---|---|---|
| UNS | S31400 | США | Ближайший эквивалент AISI 314 |
| AISI/SAE | 314 | США | Обычно используемое обозначение |
| ASTM | A240 | США | Стандартные спецификации для нержавеющих стальных листов |
| EN | 1.4312 | Европа | Незначительные составные различия |
| JIS | SUS314 | Япония | Похожие свойства, используется в японских приложениях |
Эквивалентные сорта, перечисленные выше, могут иметь незначительные различия в составе, особенно в уровнях никеля и хрома, что может повлиять на производительность в конкретных приложениях. Например, хотя как нержавеющая сталь 314, так и 316 предлагают хорошую коррозионную стойкость, 316 имеет добавленный молибден, который улучшает ее стойкость к хлоридам.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (символ) | Процентный диапазон (%) |
|---|---|
| Хром (Cr) | 24.0 - 26.0 |
| Никель (Ni) | 19.0 - 22.0 |
| Молибден (Mo) | 2.0 - 3.0 |
| Углерод (C) | ≤ 0.08 |
| Марганец (Mn) | 2.0 - 3.0 |
| Кремний (Si) | ≤ 1.0 |
| Фосфор (P) | ≤ 0.045 |
| Сера (S) | ≤ 0.03 |
Основная роль хрома заключается в улучшении коррозионной стойкости, тогда как никель способствует пластичности и прочности. Молибден улучшает стойкость к кавитации, особенно в средах с хлоридами. Низкое содержание углерода минимизирует осаждение карбидов, что улучшает свариваемость.
Механические свойства
| Свойство | Условие/Температура | Типичное значение/Диапазон (метрическая система) | Типичное значение/Диапазон (имперская система) | Справочный стандарт для метода испытания |
|---|---|---|---|---|
| Предельная прочность на растяжение | Отожженный | 520 - 750 МПа | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
| Предельная прочность (0.2% смещение) | Отожженный | 205 - 310 МПа | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Отожженный | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| Снижение площади | Отожженный | 60 - 70% | 60 - 70% | ASTM E8 |
| Твердость (Роквелл B) | Отожженный | 85 - 95 HRB | 85 - 95 HRB | ASTM E18 |
| Ударная прочность (Шарпи) | -40°C | 40 Дж | 30 фут-лб | ASTM E23 |
Сочетание высокой предельной прочности и отличного удлинения делает нержавеющую сталь 314 подходящей для приложений, требующих как прочности, так и пластичности. Ее ударная стойкость при низких температурах также примечательна, что обеспечивает структурную целостность в холодных условиях.
Физические свойства
| Свойство | Условие/Температура | Значение (метрическая система) | Значение (имперская система) |
|---|---|---|---|
| Плотность | 20°C | 8.0 г/см³ | 0.289 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Теплопроводность | 20°C | 16.3 Вт/м·К | 112 BTU·дюйм/(ч·ф квадратный·°F) |
| Удельная теплоемкость | 20°C | 500 Дж/кг·К | 0.119 BTU/фунт·°F |
| Электрическое сопротивление | 20°C | 0.72 мкΩ·м | 0.72 мкΩ·дюйм |
| Коэффициент теплового расширения | 20-100°C | 16.0 x 10⁻⁶/К | 8.9 x 10⁻⁶/°F |
Плотность и температура плавления показывают, что нержавеющая сталь 314 способна выдерживать высокие температуры без значительной деформации. Ее теплопроводность умеренная, что делает ее подходящей для приложений, где требуется рассеивание тепла, в то время как удельная теплоемкость позволяет эффективно поглощать и удерживать тепло.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C) | Рейтинг стойкости | Замечания |
|---|---|---|---|---|
| Хлориды | 0 - 10 | 20 - 60 | Хорошо | Риск кавитационной коррозии |
| Серная кислота | 0 - 10 | 20 - 40 | Удовлетворительно | Подвержена SCC |
| Азотная кислота | 0 - 20 | 20 - 60 | Отлично | Очень устойчива |
| Морская вода | - | 20 - 40 | Хорошо | Риск локализованной коррозии |
Нержавеющая сталь 314 демонстрирует отличную стойкость к различным коррозионным средам, особенно в азотной кислоте и других окисляющих агентах. Тем не менее, она подвержена кавитационной коррозии в условиях наличия хлоридов, что является критическим фактором в морских приложениях. По сравнению с нержавеющей сталью 316, которая обладает лучшей стойкостью к хлоридам благодаря содержанию молибдена, 314 может быть не лучшим выбором для сильно соленых сред.
Теплоустойчивость
| Свойство/Предел | Температура (°C) | Температура (°F) | Замечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура непрерывного использования | 1150 | 2100 | Подходит для длительного воздействия |
| Максимальная температура прерывистого использования | 1050 | 1922 | Только кратковременное воздействие |
| Температура образования окалины | 900 | 1652 | Риск окисления свыше этой температуры |
| Учитываемая прочность на сдвиг | 800 | 1472 | Начинает ухудшаться при этой температуре |
При повышенных температурах нержавеющая сталь 314 сохраняет свою прочность и устойчивость к окислению, что делает ее идеальной для высокотемпературных применений, таких как компоненты печи и теплообменники. Однако следует быть осторожным, чтобы избежать длительного воздействия температур свыше 1150 °C, так как это может привести к значительному ухудшению свойств материала.
Свойства обработки
Свариваемость
| Процесс сварки | Рекомендуемый filler metal (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Замечания |
|---|---|---|---|
| TIG | ER314 | Аргон | Отлично подходит для тонких секций |
| MIG | ER314 | Смесь аргона и CO2 | Хорошо для более толстых секций |
| SMAW | E314 | - | Требует предварительного обогрева |
Нержавеющая сталь 314 очень свариваема, особенно при использовании процессов TIG и MIG. Необходимо применение предварительного обогрева, чтобы избежать трещин, особенно в более толстых секциях. Постсварочная термообработка может улучшить механические свойства сварного шва.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | Нержавеющая сталь 314 | AISI 1212 | Замечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 30 | 100 | Требует более низкой скорости |
| Типичная скорость резки | 30 м/мин | 60 м/мин | Используйте инструменты из карбида |
Обработка нержавеющей стали 314 может быть сложной из-за ее характеристик упрочнения. Рекомендуется использовать инструменты из карбида и поддерживать более низкие скорости резки для достижения оптимальных результатов.
Формуемость
Нержавеющая сталь 314 демонстрирует отличную формуемость, что делает ее подходящей для процессов холодной и горячей формовки. Ее высокая пластичность позволяет значительно деформироваться без разрушения, хотя следует быть осторожным, чтобы избежать чрезмерного упрочнения.
Термическая обработка
| Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 1050 - 1150 / 1922 - 2100 | 1 - 2 часа | Воздух | Расслабление напряжений, улучшение пластичности |
| Растворная обработка | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 минут | Вода | Улучшение коррозионной стойкости |
Процессы термической обработки, такие как отжиг и растворная обработка, имеют решающее значение для оптимизации микроструктуры нержавеющей стали 314. Эти процессы помогают расслабить внутренние напряжения и улучшить коррозионную стойкость материала.
Типичные применения и конечные использования
| Отрасль/Сектор | Конкретный пример применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом применении | Причина выбора (кратко) |
|---|---|---|---|
| Аэрокосмическая | Компоненты двигателей | Высокая прочность при высоких температурах, стойкость к окислению | Надежность в экстремальных условиях |
| Химическая переработка | Реакторы и теплообменники | Коррозионная стойкость, высокая прочность | Долговечность в жестких условиях |
| Обработка пищи | Духовки и грили | Неактивная поверхность, легкость в чистке | Стандарты гигиены и безопасности |
Другие применения включают:
* Облицовки печей
* Установки для термической обработки
* Выхлопные системы в автомобилях
Выбор нержавеющей стали 314 в этих приложениях основан в основном на ее способности выдерживать высокие температуры и коррозионные среды, что обеспечивает долговечность и надежность.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения
| Особенность/Свойство | Нержавеющая сталь 314 | Нержавеющая сталь 316 | Нержавеющая сталь 304 | Краткое примечание о плюсах и минусах или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность на растяжение | Отличная коррозионная стойкость | Хорошие общие свойства | 314 лучше для высоких температур, 316 для хлоридов |
| Ключевой аспект коррозии | Хорошо в окислительных средах | Превосходно в средах хлоридов | Умеренная стойкость | 316 предпочтительнее для морских приложений |
| Свариваемость | Отлично | Хорошо | Отлично | Все сорта свариваемы, но 314 требует осторожности |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошо | Отлично | 314 труднее обрабатывать, чем 304 и 316 |
| Формуемость | Хорошо | Хорошо | Отлично | 304 легче всего формовать |
| Приблизительная относительная стоимость | Выше | Выше | Ниже | 304 является наиболее экономически эффективным |
| Типичная доступность | Умеренная | Высокая | Высокая | 304 широко доступна |
При выборе нержавеющей стали 314 необходимо учитывать такие факторы, как стоимость, доступность и конкретные требования применения. Хотя она предлагает превосходные характеристики при высоких температурах, ее более высокая стоимость и характеристики упрочнения могут ограничить ее использование в некоторых приложениях по сравнению с более распространенными сортами, такими как 304 и 316.
В заключение, нержавеющая сталь 314 является универсальным и прочным материалом, подходящим для высокотемпературных и коррозионных условий. Ее уникальные свойства делают ее отличным выбором для специализированных приложений, хотя важно тщательно учитывать ее ограничения и альтернативы для оптимального выбора материала.