304H合金(UNS S30409)不銹鋼是18%鉻、8%鎳304奧氏體合金的變形產(chǎn)品。這個產(chǎn)品中的碳含量被控制在0.04-0.10,提高了產(chǎn)品部件在高于800°F的溫度環(huán)境下的耐高溫強度。這個合金用途很廣泛,具有很強的抗腐蝕能力及易裝配性。合金304 (S30408), 304L (S30403), 和 304H (S30409)的不銹鋼是18%鉻,8%鎳奧氏體合金的幾種變體,是不銹鋼家族中最常見和最常用的合金。因為這些合金具有以下一種或多種屬性,因此可以用作各種應(yīng)用。屬性包括:每種合金都很好地結(jié)合了耐腐蝕性和良好的加工性。性能的良好結(jié)合是這種合金被廣泛使用的原因,幾乎占全美國不銹鋼產(chǎn)量的一半。18-8不銹鋼,主要是304,304L,304H,以多種形式存在,包括片,條和板。這些合金通常用于設(shè)備的制造,應(yīng)用的例子包括:食物和飲料,衛(wèi)生,冷凍,壓力容器。氬氧脫碳技術(shù)(AOD技術(shù))以低成本實現(xiàn)了低碳水平,304成為了標準合金。304L用于焊接產(chǎn)品,這些產(chǎn)品作業(yè)時可能暴露在會引起不規(guī)則腐蝕的環(huán)境下。304H合金是304的改良品,它的碳含量在0.04-0.10之間,對于要暴露在溫度800°F以上的零件,采用304H有助于改善高溫下的強度。★由于版面限制,下面的圖片請點擊放大看!
ASTM A240 and ASME SA-240:
均勻腐蝕:奧氏體不銹鋼304,304L,304H,在適度的氧化和還原環(huán)境下,具有相當?shù)哪透g性。這些合金被廣泛用于加工和處理食物飲料,奶制品設(shè)備和器具。熱交換器,管道,油罐,和其他與淡水接觸的加工設(shè)備都可以采用這些合金。這些合金的鉻含量是18-19%,在氧化環(huán)境下具有抗氧化性。下表是304合金在稀硝酸環(huán)境下的氧化率。
304,304L,304H對中度有機酸(如醋酸)和還原酸(如磷酸)也具有抵抗性。18-8合金鎳含量9-11%,能抵抗中度還原環(huán)境。更高還原性的還原環(huán)境(如沸騰的稀鹽酸和硫酸),對于這些材料來說,攻擊性就太強了。即使是半沸騰的,腐蝕性也太強。某些情況下,低碳含量的304L合金比高碳含量的304合金的腐蝕率低。從甲酸,氨基磺酸,氫氧化鈉得到的數(shù)據(jù)印證了這一點。除此以外,304,304L,304H在大多數(shù)腐蝕環(huán)境下的性能都是相同的。一個值得注意的特例是:在足以引起焊接和熱影響區(qū)粒間腐蝕的環(huán)境中,更傾向使用304L合金,因為它的低碳含量有助于抵抗粒間腐蝕。粒間腐蝕:18-8奧氏體不銹鋼暴露在800°F至 1500°F (427°C至 816°C)溫度下,可能引起碳化鉻在晶界沉淀。這類不銹鋼暴露在苛刻環(huán)境下,容易形成粒間腐蝕。304合金中的碳成分導(dǎo)致其在氣焊和熱影響區(qū)焊接過程中的熱狀態(tài)下,產(chǎn)生敏化。因此,材料在焊后狀態(tài)使用的情況下,通常選用碳含量較低的304L合金。低碳含量延長了碳化鉻沉淀到危害水平的時間,但是材料長期處于沉淀溫度范圍內(nèi),并不能完全消除這種沉淀。
應(yīng)力腐蝕龜裂:304,304L,304H合金是奧氏體不銹鋼中最容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕龜裂的(SSC),因為他們的鎳含量相對低。引起應(yīng)力腐蝕龜裂的條件有:(1)鹵化物離子的存在(通常是氯化物),(2)殘余的張力,(3)溫度超過120°F (49°C)。合金成形過程中的冷變形,拉幅成管板,焊接操作等都可以產(chǎn)生應(yīng)力。退火,冷變形后的消除應(yīng)力熱處理都可減少應(yīng)力,因而降低了鹵化物應(yīng)力腐蝕龜裂可能性。在可能引起粒間腐蝕的環(huán)境中,低溫退火狀態(tài)下作業(yè),最好選擇低碳的304L合金材料。
點腐蝕:18-8合金被非常成功地應(yīng)用在氯離子含量低的淡水中。一般來說,尤其是有縫隙出現(xiàn)的情況下,18-8合金的極限是100ppm 的氯化物。高含量的氯化物可能引起隙腐蝕和點腐蝕。在更嚴厲的條件下,如:低PH值,或者高溫,則會考慮使用鉬含量較高的合金,如316。18-8合金也不建議用于海洋環(huán)境。
0.285 lb/in3 (7.93 g/cm3)
抗拉彈性模數(shù):
29 x 106 psi (200 GPa)
線性熱膨脹系數(shù):
金屬的總傳導(dǎo)系數(shù)除了由金屬的熱傳導(dǎo)性決定以外,還取決于其他因素。18-8合金不銹鋼具有保持表面清潔的性能,和其他熱傳導(dǎo)系數(shù)高的金屬相比,18-8合金的熱傳導(dǎo)性能往往更好。
磁導(dǎo)率:
18-8合金在退火狀態(tài)下是無磁性的,磁導(dǎo)率在200H的情況下一般低于1.02。磁導(dǎo)率會因金屬的成分不用而有所不同。通過冷作,可以提高磁導(dǎo)率。
室溫下的機械性能
已退火的304和304L奧氏體不銹鋼板,ASTM標準A240, ASME標準SA-240,要求的最低機械性能如下表所示:
低溫和升溫情況下的性能
低溫和升溫情況下的短期抗拉性能如下表所示。溫度達到1000°F (538°C)或以上,要考慮應(yīng)力龜裂,應(yīng)力龜裂數(shù)據(jù)也在下表顯示。
沖擊阻力
已退火的奧氏體不銹鋼即使在低溫條件下,仍然能保持較高的沖擊阻力,再加上低溫硬度和加工性等性能,因此被用于處理液化天然氣和其他低溫環(huán)境下的作業(yè)。夏氏V形沖擊實驗的數(shù)據(jù)如下表所示疲勞強度
金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強度或疲勞極限。奧氏體不銹鋼的疲勞強度一般來說是抗拉強度的35%,在實際作業(yè)中,疲勞強度也會受其他因素影響,如:增加表面的平滑程度,可以增加疲勞強度,作業(yè)環(huán)境腐蝕性增加,則降低疲勞強度。
奧氏體不銹鋼被認為是最容易焊接的合金鋼,可以用所有的融合物焊接,也可以進行電阻焊接。304,304L是典型的奧氏體不銹鋼。生產(chǎn)奧氏體不銹鋼的焊接接點時要考慮兩個因素:1)保持其耐腐蝕性,2)避免開裂。材料被焊接過程中會形成溫度階梯,從熔池的熔化溫度到離焊接點稍遠的周圍溫度。被焊接材料的碳含量越高,焊接熱循環(huán)就更容易導(dǎo)致碳化鉻沉淀,對材料的耐腐蝕性有影響。為了保持材料的耐腐蝕性處于最好的水平,因此在已焊接狀態(tài)下作業(yè),應(yīng)該選擇低碳材料(304L)。另一種做法是,采用完全退火溶解碳化鉻,使標準碳含量的材料恢復(fù)高水平的耐腐蝕性。
焊接完全奧氏體結(jié)構(gòu)的金屬,在焊接操作中更容易形成裂紋。因此,304和304L合金中添加了少量的鐵素體,降低材料的裂紋敏感性,達到重新固化的作用。
把18-8奧氏體合金焊接到碳鋼時,通常用309合金(23%鉻-13.5%鎳)或鎳基焊料。
奧氏體不銹鋼通過熱處理可以清除冷成形產(chǎn)生的副作用和溶解沉淀的碳化鉻。達到這兩個要求的最好熱處理方法是在1850°F 至 2050°F (1010°C 至 1121°C)的溫度范圍內(nèi)進行固熔退火。從退火溫度冷卻下來1500-800°F (816°C - 427°C),應(yīng)該足以避免碳化鉻再沉淀。