Thép không gỉ nào tốt nhất cho nhiệt độ cao?

Cách chọn thép không gỉ chịu nhiệt-

Việc chọn loại thép không gỉ chịu nhiệt-phù hợp là rất quan trọng để có được độ tin cậy-lâu dài của thiết bị, kiểm soát chi phí bảo trì và an toàn vận hành. Trong xử lý hóa dầu, sản xuất điện, trao đổi nhiệt, lò nung và hệ thống xả, vật liệu đồng thời tiếp xúc với quá trình oxy hóa, chu trình nhiệt, ứng suất leo và môi trường ăn mòn. Đối với người quản lý mua sắm và người mua kỹ thuật, câu hỏi không chỉ đơn giản là loại nào chịu được nhiệt độ mà còn mang lại sự cân bằng tốt nhất về khả năng chống oxy hóa, độ bền rão, khả năng hàn, đặc tính mỏi do nhiệt-và chi phí vòng đời ở điều kiện vận hành thực tế. Bảng dưới đây tóm tắt xếp hạng tiêu chuẩn, cùng với dữ liệu về dịch vụ trong không khí khô.

So sánh nhiệt độ dịch vụ

Cấp	Tối đa. Liên tục (C)	Tối đa. Không liên tục (C)	Nhiệt độ chia tỷ lệ (C)	Đặc điểm chính
304 (S30400)	800	870	850	Chịu sự kết tủa cacbua
316L (S31603)	800	870	850	Tốt hơn 304 về clorua
321 (S32100)	815	900	850	hệ thống ống xả,-ổn định bằng titan
309S (S30908)	1000	1050	1000	Cr/Ni cao để gia nhiệt theo chu kỳ
310S (S31008)	1100	1150	1100	25Cr-20Ni, tuyệt vời cho lò nung
UNS S30815	1150	1150	1150	N + Si + đất hiếm cao, độ bền leo
446 (S44600)	1100	1150	1150	Ferritic, không có Ni, tốt trong khí lưu huỳnh

Nhiệt độ cực cao-Nhiệt độ (1000-1150 C)

Khi các bộ phận phải chịu được nhiệt độ khắc nghiệt dưới tải cơ học hoặc sốc nhiệt thường xuyên, UNS S30815 và 310S là những lựa chọn-tốt nhất. UNS S30815 là loại austenit có hàm lượng nitơ cao-được tăng cường bằng nitơ, silicon và các chất bổ sung đất hiếm-như xeri. Nó duy trì cường độ cao lên đến khoảng 1150 C và lớp oxit của nó có độ ổn định cao và khả năng chống nứt vỡ, phù hợp với các bộ phận cấu trúc lò, ống bức xạ, bộ trao đổi nhiệt và bộ phận làm nóng có chu kỳ khởi động-dừng thường xuyên. Trên 900 C, độ bền rão của nó vượt trội hơn đáng kể so với 310S và giá thành hợp kim của nó thường thấp hơn. 310S (25Cr-20Ni) mang lại khả năng chống oxy hóa và cacbon hóa vượt trội, khả năng hàn và định hình tốt hơn, đồng thời được xếp hạng để hoạt động liên tục đến 1150 C; đây là tiêu chuẩn cho lớp lót lò, vòi đốt, giỏ xử lý nhiệt và các bộ phận trong điều kiện làm việc liên tục ở nhiệt độ cao với tải trọng cơ học nhẹ hơn.

Nhiệt độ trung bình-đến{1}}Cấp nhiệt độ cao (870-1000 C)

309S là loại austenit hợp kim có hàm lượng carbon cao-cacbon cao{2}}có khả năng hoạt động liên tục-ở nhiệt độ khoảng 1038 C (1900 F). Hàm lượng crom và niken cao của nó hỗ trợ chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại và biến thể cacbon-thấp giảm thiểu lượng mưa cacbua, do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận lò và bộ trao đổi nhiệt như một giải pháp thay thế nâng cấp cho 304. Titan-ổn định 321 là đặc trưng cho nhiệm vụ xả và tuần hoàn: nó hoạt động liên tục ở nhiệt độ khoảng 815-870 C (lên đến 925 C trong một số xếp hạng) và việc bổ sung titan ngăn chặn sự kết tủa cacbua crom trong khoảng từ 425 đến 925 C trong một số xếp hạng) 816 C, do đó, nó duy trì khả năng chống ăn mòn trong-ống xả của động cơ máy bay, ống thổi, bộ phận giãn nở nhiệt và các bộ phận nồi hơi ở những nơi có tải trọng vừa phải.

Tại sao 316L không phù hợp ở nhiệt độ trên 900 C

316L không thể tạo thành oxit bảo vệ dày đặc, ổn định trên khoảng 850 C vì hàm lượng crom của nó quá thấp đối với chế độ đó; trên 600 C, độ bền cơ học của nó giảm mạnh và-sử dụng lâu dài sẽ gây ra hiện tượng võng và biến dạng dưới trọng lượng của chính nó. Xếp hạng 800{6}}870 C trong bảng phản ánh hành vi oxy hóa của các bộ phận chịu tải nhẹ chứ không phải thiết kế chịu lực. Đối với bất kỳ nhiệm vụ kết cấu nào trên khoảng 800 C, hãy chuyển sang 309S, 310S, UNS S30815 hoặc hợp kim đúc chịu nhiệt được xác nhận bằng dữ liệu từ biến từ tiêu chuẩn hiện hành.

Xếp hạng dịch vụ liên tục và không liên tục

Đánh giá dịch vụ liên tục được áp dụng khi vật liệu duy trì ở nhiệt độ cao không đổi trong thời gian dài; quá trình oxy hóa và leo sau đó là các yếu tố chi phối. Đánh giá không liên tục áp dụng cho các chu kỳ gia nhiệt và làm mát lặp đi lặp lại, trong đó các vết nứt và bong tróc cặn oxit dưới sự giãn nở và co lại nhiệt cũng như mỏi nhiệt trở thành mối lo ngại. Các giới hạn gián đoạn thường thấp hơn các giới hạn liên tục đối với cùng loại và mức tối đa thực tế phụ thuộc vào độ dày tiết diện, khí quyển và mức độ ứng suất. Đối với dịch vụ theo chu kỳ, các loại có lớp oxit chống va đập - UNS S30815, 310S và 309S - được ưu tiên hơn 304 và 316L.

Câu hỏi thường gặp

Q1. Loại inox nào chịu được 1000 độ C?
309S có thể phục vụ liên tục ở nhiệt độ khoảng 1000 C; 310S và UNS S30815 được định mức ở 1100-1150 C. Trên 900 C, độ bền rão và quá trình oxy hóa phải được kiểm tra dựa trên dữ liệu thiết kế từ tiêu chuẩn hiện hành.

Q2. UNS S30815 là gì?
UNS S30815 là ký hiệu trung tính của thép không gỉ austenit có hàm lượng nitơ cao-được hợp kim với silicon và các nguyên tố đất hiếm-như xeri, được phát triển để chống rão và chống mỏi nhiệt-ở nhiệt độ lên tới khoảng 1150 C.

Q3. 310S có tốt hơn UNS S30815 không?
310S có khả năng hàn, định hình và chống oxy hóa tốt hơn trong môi trường phức tạp; UNS S30815 có độ bền rão tốt hơn đáng kể trên 900 C và giá thành hợp kim thường thấp hơn. Sự lựa chọn phụ thuộc vào việc tải trọng hay không khí chi phối.

Q4. Tại sao 321 được sử dụng trong hệ thống ống xả?
Ổn định titan ngăn chặn sự nhạy cảm trong phạm vi 425-816 C, do đó, các bộ phận được hàn và tạo hình sẽ giữ được khả năng chống ăn mòn trong quá trình gia nhiệt và làm mát lặp đi lặp lại, với định mức sử dụng khoảng 815-900 C.

Q5. Nhiệt độ tối đa cho thép không gỉ 304 là bao nhiêu?
Để chống oxy hóa trong không khí khô, khoảng 800 C liên tục và 870 C gián đoạn. Trên mức đó, tỷ lệ bong tróc tăng nhanh và cần có các loại như 309S hoặc 310S.