Jeśli masz do czynienia ze środowiskami o wysokiej temperaturze lub agresywnymi procesami przemysłowymi, może się okazać, że standardowe części ze stali nierdzewnej ulegają awarii szybciej niż oczekiwano. Prowadzi to do strat czasu, wyższych kosztów konserwacji i problemów z wydajnością. Potrzebny jest materiał, który pozostanie wytrzymały pod wpływem ciepła i ciśnienia. W tym miejscu z pomocą przychodzi stal nierdzewna 310.
Niniejszy przewodnik opisuje, co sprawia, że stal nierdzewna 310 jest wyjątkowa. Dowiesz się, jak jest używana, z czego jest wykonana i kiedy wybrać ją zamiast innych typów.
Co to jest stal nierdzewna 310?
Stal nierdzewna 310 jest austenityczną stalą nierdzewną. Należy do serii 300, znanej z odporności na korozję i dobrej wytrzymałości. Wśród nich, 310 oferuje lepszą wytrzymałość w wysokich temperaturach niż typy 304 lub 316.
Stop ten został zaprojektowany do pracy w zastosowaniach wymagających wysokiej temperatury. Pozostaje stabilny i odporny na osadzanie się kamienia nawet w temperaturach powyżej 1000°F. To czyni go niezawodnym wyborem do wymienników ciepła, pieców i urządzeń do obróbki termicznej.
Numer UNS dla stali nierdzewnej 310 to S31000. Popularna wersja o wysokiej wydajności, 310S, jest oznaczona jako S31008. Gatunki te są uznawane w kilku normach branżowych.
W specyfikacjach ASTM znajdziesz 310 wymienionych w normach takich jak ASTM A240 (dla blach i płyt) i ASTM A312 (dla rur). Specyfikacje te pomagają zapewnić, że materiał spełnia oczekiwania dotyczące wydajności w krytycznych zastosowaniach.
Skład chemiczny
Stal nierdzewna 310 uzyskuje swoją wytrzymałość i odporność na ciepło dzięki mieszance stopów. Głównymi pierwiastkami są chrom i nikiel, a kilka innych pomniejszych pierwiastków przyczynia się do jej struktury.
Główne elementy
- Chrom (24-26%) poprawia odporność na utlenianie. Tworzy stabilną warstwę tlenku, która chroni powierzchnię w ekstremalnych temperaturach.
- Nikiel (19-22%) zwiększa ciągliwość i wytrzymałość. Stabilizuje również strukturę austenityczną, co pomaga materiałowi zachować wytrzymałość w wysokich temperaturach.
Drobne elementy
- Mangan (do 2%) pomaga w obróbce na gorąco i poprawia wytrzymałość.
- Krzem (do 1,5%) poprawia odporność na utlenianie i zwiększa wytrzymałość.
- Węgiel (do 0,25%) zwiększa twardość i wytrzymałość. Jednak w dużych ilościach może obniżyć odporność na korozję, dlatego jest starannie kontrolowany.
Właściwości fizyczne i mechaniczne
Stal nierdzewna 310 oferuje dobre połączenie wytrzymałości, twardości i właściwości termicznych. Cechy te sprawiają, że nadaje się ona zarówno do zastosowań konstrukcyjnych, jak i wysokotemperaturowych.
Wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności
Stal nierdzewna 310 ma typową wytrzymałość na rozciąganie około 75 000 psi i granicę plastyczności około 30 000 psi. Wartości te oznaczają, że materiał może wytrzymać duże siły ciągnące bez trwałego odkształcenia.
Nawet w wysokich temperaturach zachowuje wytrzymałość lepiej niż wiele innych stali nierdzewnych. Sprawia to, że jest ona niezawodna w środowiskach obróbki cieplnej lub cykli termicznych.
Twardość i wytrzymałość
W skali Brinella twardość stali 310 wynosi około 150-190 HBW. Nie jest ona tak twarda jak gatunki martenzytyczne, ale zapewnia dobrą równowagę między wytrzymałością a odpornością na zużycie.
Stop pozostaje wytrzymały i odporny na pęknięcia nawet w temperaturach kriogenicznych lub podwyższonych. To sprawia, że jest to bezpieczny wybór wszędzie tam, gdzie możliwe są wstrząsy mechaniczne lub naprężenia.
Gęstość i temperatura topnienia
- Gęstość7,9 g/cm³ (lub 0,285 lb/in³)
- Zakres topnienia: Od 2470°F do 2550°F (od 1355°C do 1400°C)
Wartości te pokazują, że materiał jest stabilny w ekstremalnych warunkach i nie traci łatwo kształtu ani integralności pod wpływem ciepła.
Przewodność cieplna i rozszerzalność
- Przewodność cieplna: Około 14,2 W/m-K przy 100°C
- (Niższa niż stal węglowa, więc wolniej przewodzi ciepło)
- Rozszerzalność cieplna: Około 15,9 µm/m-°C
Ta niższa przewodność cieplna pomaga ograniczyć przenoszenie ciepła w systemach wysokotemperaturowych. Umiarkowany współczynnik rozszerzalności musi być brany pod uwagę przy projektowaniu zespołu, zwłaszcza w przypadku różnych materiałów.
Odporność na korozję
Stal nierdzewna 310 jest najbardziej znana ze swojej odporności na utlenianie i wysoką temperaturę. Sprawdza się ona w wielu trudnych warunkach, zwłaszcza tam, gdzie występują wysokie temperatury.
Odporność na utlenianie w wysokich temperaturach
Stal nierdzewna 310 jest odporna na utlenianie w powietrzu w temperaturach do 1093°C (2000°F). Wysoki poziom chromu i niklu tworzy ochronną warstwę tlenku na powierzchni. Warstwa ta zapobiega dalszej reakcji metalu z tlenem.
Nawet w przypadku długotrwałego wystawienia na działanie wysokiej temperatury, stop ten zachowuje stabilność strukturalną. Dlatego też jest często stosowany w częściach pieców i osłonach termicznych.
Wydajność w atmosferze siarki i azotu
310 dobrze sprawdza się w powietrzu i środowisku neutralnym. Wykazuje jednak zmniejszoną odporność w atmosferze bogatej w siarkę lub o niskiej zawartości tlenu. Siarka może zniszczyć ochronną warstwę tlenku, prowadząc do korozji.
W środowiskach bogatych w azot materiał ten generalnie dobrze się sprawdza. Jeśli jednak środowisko jest zarówno bogate w siarkę, jak i azot, lepiej jest użyć bardziej wyspecjalizowanego stopu.
Ograniczenia w środowisku morskim
Stal nierdzewna 310 nie jest zalecana do stosowania w środowisku morskim lub bogatym w chlorki. Jej odporność na korozję w wodzie morskiej jest niższa w porównaniu do stali nierdzewnej 316.
W zastosowaniach przybrzeżnych lub podwodnych jony chlorkowe mogą powodować korozję wżerową i szczelinową. Ogranicza to jego skuteczność w zastosowaniach w pobliżu słonej wody.
Odporność na ciepło
Stal nierdzewna 310 została zaprojektowana z myślą o długotrwałej ekspozycji na wysokie temperatury. Jej struktura pozostaje stabilna zarówno przy ciągłych, jak i cyklicznych obciążeniach termicznych.
Zakres temperatur roboczych
Stop ten dobrze sprawdza się w temperaturach do 1093°C (2000°F). Przez krótki czas może wytrzymać nawet wyższe temperatury. Jednak w przypadku długotrwałego użytkowania najlepiej jest utrzymywać go w temperaturze poniżej 2000°F, aby uniknąć utraty wytrzymałości.
W niższych zakresach temperatur, takich jak poniżej 1500°F, materiał zachowuje zarówno wytrzymałość, jak i odporność na korozję. Ta elastyczność pozwala na dopasowanie go do szerokiego zakresu zastosowań wysokotemperaturowych.
Wydajność w trybie pracy przerywanej i ciągłej
W przypadku pracy przerywanej, gdzie temperatury wielokrotnie wzrastają i spadają, stal 310 działa niezawodnie bez pęknięć i łuszczenia. Struktura austenityczna zapewnia dobrą odporność na szok termiczny.
Podczas ciągłej pracy zachowuje odporność na utlenianie i wytrzymałość mechaniczną przez długi czas. To kluczowy powód, dla którego jest wybierany do wymienników ciepła i elementów palników.
Produkcja i podatność na obróbkę
Stal nierdzewna 310 jest obrabialna, ale wymaga odpowiednich technik. Wysoka zawartość niklu i chromu wpływa na jej zachowanie podczas obróbki i formowania.
Obrabialność
Obróbka stali 310 jest trudniejsza niż w przypadku standardowych gatunków, takich jak 304. Wysoka zawartość stopu zwiększa zużycie narzędzi. Należy używać ostrych narzędzi, niskich prędkości i dużej ilości chłodziwa, aby zredukować ciepło.
Najlepiej jest obrabiać go w stanie wyżarzonym. Pomaga to ograniczyć twardnienie i zapobiega pękaniu powierzchni.
Spawalność i metody spawania
310 oferuje dobrą spawalność większością standardowych metod. TIG, MIGoraz spawanie elektrodą otuloną (SMAW) są odpowiednie.
W celu uzyskania mocnych połączeń spawanych należy stosować materiały spawalnicze, takie jak stal nierdzewna 310 lub 309. Aby zapobiec pękaniu, należy unikać wysokich temperatur i pozwolić częściom powoli ostygnąć po spawaniu.
Zachowanie podczas formowania i gięcia
310 może być utworzony i gięte przy użyciu standardowych metod, ale wymaga większej siły niż stale niskostopowe. Wysoka wytrzymałość materiału wymaga cięższego oprzyrządowania.
Aby uniknąć pękania podczas ciasnych gięć, promień gięcia powinien być większy niż grubość blachy. Pomocne jest również wstępne podgrzanie grubych sekcji, jeśli gięcie na zimno jest trudne.
Wskazówki dotyczące cięcia i wiercenia
Używaj narzędzi z węglików spiekanych lub bitów ze stali szybkotnącej (HSS) do wiercenie. Najlepiej sprawdzają się niskie prędkości i stałe ciśnienie posuwu. Zastosuj płyn chłodzący, aby uniknąć gromadzenia się ciepła.
Plazma, laser, Lub cięcie strumieniem wody są preferowane do cięcia. Zapewniają one czyste krawędzie i zmniejszają ryzyko zniekształceń lub stref wpływu ciepła.
| Własność | Wartość |
|---|---|
| Oznaczenie UNS | S31000 (310), S31008 (310S) |
| Normy ASTM | ASTM A240 (blacha/płyta), ASTM A312 (rura) |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Około 75 000 psi |
| Siła plonu | Około 30 000 psi |
| Twardość | 150-190 HBW (Brinell) |
| Wytrzymałość | Wysoka w niskich i wysokich temperaturach |
| Gęstość | 7,9 g/cm³ (0,285 lb/in³) |
| Temperatura topnienia | 2470°F-2550°F (1355°C-1400°C) |
| Przewodność cieplna | 14,2 W/m-K przy 100°C |
| Rozszerzalność cieplna | 15,9 µm/m-°C |
| Zawartość chromu | 24-26% |
| Zawartość niklu | 19-22% |
| Zawartość manganu | Do 2% |
| Zawartość krzemu | Do 1,5% |
| Zawartość węgla | Do 0,25% |
| Odporność na utlenianie | Do 2000°F (1093°C) w powietrzu |
| Odporność na korozję | Dobra w powietrzu, ograniczona w środowisku morskim lub chlorkowym |
| Obrabialność | Niski - wymaga niskiej prędkości, ostrych narzędzi i chłodziwa |
| Spawalność | Dobre - TIG, MIG, SMAW; stosować wypełniacz 310 lub 309 |
| Formowalność | Umiarkowany - wymaga większej siły, duży promień gięcia |
| Metody cięcia | Preferowany laser, plazma, strumień wody |
| Typowe zastosowania | Piece, mufle, rury promieniujące, wymienniki ciepła, kosze termiczne |
Obróbka cieplna i wyżarzanie
Obróbka cieplna może zmienić właściwości stali nierdzewnej 310. Stosuje się go głównie do zmiękczania materiału, poprawy plastyczności lub zmniejszenia naprężeń wewnętrznych po formowaniu lub spawaniu.
Zalecane procedury obróbki cieplnej
W przypadku stali nierdzewnej 310, wyżarzanie jest najczęstszą obróbką cieplną. Proces ten polega na podgrzaniu metalu do temperatury 1040-1150°C (1900-2100°F). Następnie należy go szybko schłodzić, zwykle poprzez hartowanie wodą lub chłodzenie powietrzem.
Metoda ta pomaga przywrócić plastyczność i zmniejsza efekt utwardzania podczas pracy. Należy ją zawsze przeprowadzać w czystym środowisku, aby uniknąć osadzania się kamienia lub utleniania powierzchni.
Wpływ na właściwości mechaniczne
Wyżarzanie obniża twardość i zwiększa plastyczność. Dzięki temu materiał jest łatwiejszy do formowania, gięcia lub obróbki.
Zmniejsza to jednak również wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności. Po wyżarzaniu stal staje się bardziej elastyczna, ale nieco mniej wytrzymała. Ten kompromis jest akceptowalny w wielu zastosowaniach związanych z formowaniem lub spawaniem.
Kiedy i dlaczego stosować wyżarzanie？
Użycie wyżarzanie po pracy w ciężkim, zimnym środowisku w celu zmniejszenia naprężeń i przywrócenia urabialności. Jest również pomocny po spawaniu, aby zapobiec pękaniu w strefie wpływu ciepła.
Jeśli część musi zachować formowalność do przyszłego gięcia, wyżarzanie pomoże uniknąć niepożądanych pęknięć lub zużycia narzędzia podczas produkcji.
Wykończenie powierzchni
The wykończenie powierzchni stali nierdzewnej 310 wpływa zarówno na wygląd, jak i wydajność. Różne wykończenia mogą poprawić odporność na korozję, łatwość czyszczenia lub atrakcyjność wizualną.
Wspólne wykończenia (2B, BA, nr 4, lustro)
- Wykończenie 2B: Gładkie, matowe wykończenie o lekkim współczynniku odbicia. Powszechnie stosowane w częściach przemysłowych, zapewniające dobrą odporność na korozję.
- BA (Bright Annealed): Jasne, odblaskowe wykończenie tworzone w piecu z kontrolowaną atmosferą. Stosowane tam, gdzie wymagany jest czysty wygląd i lepsza odporność na korozję.
- Wykończenie nr 4: Szczotkowane, kierunkowe wykończenie słojów. Powszechne w zastosowaniach architektonicznych i kuchennych.
- Lustrzane wykończenie: Wysoce wypolerowana i odbijająca światło. Często stosowany do elementów dekoracyjnych lub powierzchni wymagających łatwego czyszczenia.
Wytrawianie, pasywacja i polerowanie
- Wytrawianie: Usuwa kamień, tlenki i przebarwienia spawalnicze za pomocą roztworów kwasów. Pomaga przywrócić czystą, odporną na korozję powierzchnię.
- Pasywacja: Wzmacnia naturalną warstwę tlenku chromu poprzez usuwanie wolnego żelaza z powierzchni. Poprawia odporność na korozję.
- Polerowanie: Wygładza powierzchnię i zwiększa połysk. Może również zmniejszyć gromadzenie się brudu i ułatwić czyszczenie.
Zastosowania przemysłowe
Stal nierdzewna 310 jest przeznaczona do wymagających środowisk. Jej wytrzymałość i odporność na ciepło sprawiają, że dobrze nadaje się do wielu zastosowań w wysokich temperaturach i środowiskach korozyjnych.
Wymienniki ciepła i kotły
Stal 310 jest stosowana w rurach, płytach i kolektorach w wymiennikach ciepła i kotłach. Jest odporny na osadzanie się kamienia i zachowuje kształt pod wpływem naprężeń termicznych. Pomaga to utrzymać wydajność i bezpieczeństwo systemu przez długi czas.
Piece i paleniska
W piecach, wykładzinach pieców i częściach palników, 310 wytrzymuje wysokie temperatury bez wypaczania. Zachowuje wytrzymałość mechaniczną nawet po długim wystawieniu na działanie temperatur powyżej 1800°F. Skraca to czas przestojów i obniża koszty wymiany.
Komponenty kriogeniczne
Chociaż stal 310 jest znana z zastosowań wysokotemperaturowych, sprawdza się również w temperaturach kriogenicznych. Pozostaje wytrzymały i odporny na pęknięcia w warunkach zamarzania, co jest przydatne w niektórych systemach przetwarzania i przechowywania gazu.
Sprzęt petrochemiczny i rafineryjny
310 jest często spotykany w palnikach rafineryjnych, rurociągach i wkładkach kominowych. Jest odporny na utlenianie i nawęglanie w środowiskach z gorącymi gazami i żrącymi chemikaliami. Dzięki temu nadaje się do wysokociśnieniowych i wysokotemperaturowych linii technologicznych.
Porównanie z innymi stalami nierdzewnymi
Wybór odpowiedniej stali nierdzewnej zależy od warunków pracy. Oto jak 310 wypada w porównaniu z bardziej popularnymi gatunkami, takimi jak 316 i 304.
| Własność | Stal nierdzewna 310 | Stal nierdzewna 316 | Stal nierdzewna 304 |
|---|---|---|---|
| Wytrzymałość cieplna | Doskonały (do 2000°F / 1093°C) | Dobry (do 1600°F / 871°C) | Dobra (do 1500°F / 816°C) |
| Odporność na korozję | Umiarkowana, nie nadaje się do środowisk morskich lub chlorkowych | Doskonała w środowiskach morskich i bogatych w chlorki | Dobry w środowisku ogólnym |
| Główne elementy stopowe | Wysoka zawartość Cr (24-26%), Ni (19-22%) | Cr (16-18%), Ni (10-14%), Mo (2-3%) | Cr (18-20%), Ni (8-10,5%) |
| Wykonalność | Umiarkowany, wymaga silniejszych narzędzi i siły | Dobry, łatwy do formowania i spawania | Doskonały, szeroko stosowany do formowania i spawania |
| Spawalność | Dobry, ale wymaga kontroli ciepła | Doskonały | Doskonały |
| Koszt | Wyższa ze względu na wysoką zawartość stopu | Średni | Niżej |
| Najlepsze przypadki użycia | Piece wysokotemperaturowe, piece, wymienniki ciepła | Części morskie, przetwórstwo chemiczne, urządzenia medyczne | Sprzęt ogólnego przeznaczenia, zlewozmywaki, urządzenia |
Wnioski
Stal nierdzewna 310 to wysokotemperaturowy, odporny na korozję stop przeznaczony do wymagających środowisk. Wysoka zawartość chromu i niklu zapewnia jej doskonałą wytrzymałość i odporność na utlenianie w temperaturach do 2000°F. Dobrze sprawdza się w piecach, wymiennikach ciepła, piecach i urządzeniach petrochemicznych.
Potrzebujesz niestandardowych komponentów wykonanych ze stali nierdzewnej 310? Nasz zespół posiada odpowiednie narzędzia i doświadczenie. Skontaktuj się z nami aby omówić swój projekt i uzyskać szybką, rzetelną wycenę.
Hej, jestem Kevin Lee
Przez ostatnie 10 lat byłem zanurzony w różnych formach produkcji blach, dzieląc się tutaj fajnymi spostrzeżeniami z moich doświadczeń w różnych warsztatach.
Skontaktuj się z nami
Kevin Lee
Mam ponad dziesięcioletnie doświadczenie zawodowe w produkcji blach, specjalizując się w cięciu laserowym, gięciu, spawaniu i technikach obróbki powierzchni. Jako dyrektor techniczny w Shengen, jestem zaangażowany w rozwiązywanie złożonych wyzwań produkcyjnych i napędzanie innowacji i jakości w każdym projekcie.
