1. Bekendstelling
300-Reeks Austenitic Stainless Steel is die werkeselfamilie van vlekvrye legerings wat in die industrie gebruik word omdat dit korrosiebestandheid kombineer, selfpiriteit, taaiheid, en uitstekende vervaardigbaarheid in 'n enkele, veelsydige materiaal stelsel.
Gekenmerk hoofsaaklik deur 'n chroominhoud tipies in die reeks van 16–20% en nikkelinhoud van ongeveer 8-12%, hierdie legerings (mees algemeen grade 304 en 316 en hul lae-koolstof en gestabiliseerde variante)
vorm 'n stabiele austenitiese (gesiggesentreerde kubiek) mikrostruktuur by kamertemperatuur wat nie-magnetiese gedrag in die uitgegloeide toestand lewer, hoë taaiheid tot kriogene temperature, en voorspelbare korrosieprestasie in baie omgewings.
2. Wat is 300-reeks Austenitiese vlekvrye staal?
"300-reeks" dui op 'n groep austenitiese vlekvrye staal wie se mikrostruktuur as austeniet gestabiliseer word (gesiggesentreerde kubiek) deur relatief hoë nikkel- en chroominhoud.
Die tipiese chemie reeks is oor 16-20% chroom en 8–12% nikkel, met sommige grade wat molibdeen dra, titanium of niobium vir verbeterde werkverrigting in spesifieke omgewings.
Hierdie chemie skep 'n selfgenesende passiewe oksiedfilm op die oppervlak en lewer die rekbaarheid en taaiheid wat die groep definieer.
3. Algemene grade en toepassing-spesifieke voordele
Die 300-Reeks Austenitiese vlekvrye staal 'n verskeidenheid grade insluit, elkeen ontwerp om spesifieke prestasie-eienskappe te bereik deur beheerde variasies in chemiese samestelling en verwerking.
| Gelykmaak (Ons) | Sleutellegeringstoevoegings | Belangrike voordele | Primêre toepassings |
| 304 (VSA S30400) | 18% CR, 8% In, ≤0,08% C | Uitstekende algemene korrosiebestandheid, hoë rekbaarheid en vormbaarheid | Voedselverwerkingstoerusting, kombuisware, argitektoniese panele |
| 304L (VSA S30403) | 18% CR, 8% In, ≤0,03% C | Lae-koolstof vir uitstekende sweisbaarheid, verminderde sensitiseringsrisiko | Gelaste tenks, pypstelsels, strukturele sweiswerk |
| 316 (VSA S31600) | 16–18% Kr, 10% In, 2–3% Ma, ≤0,08% C | Verbeterde weerstand teen chloriede en chemiese korrosie | Mariene toebehore, chemiese verwerking, farmaseutiese toerusting |
| 316L (VSA S31603) | 16–18% Kr, 10% In, 2–3% Ma, ≤0,03% C | Laekoolstof weergawe van 316 vir gelaste strukture, Uitstekende korrosieweerstand | Buitelandse pype, Mediese instrumente, ontsoutingseenhede |
| 321 (VSA S32100) | 17–19% Kr, 9–12% in, Ti stabilisering, ≤0,08% C | Titaan-gestabiliseer, weerstaan karbiedneerslag by hoë temperature | Uitlaatspruitstukke, hitteruilers, oond komponente |
| 347 (VSA S34700) | 17–19% Kr, 9–12% in, Nb stabilisering, ≤0,08% C | Niobium-gestabiliseer, uitstekende kruipsterkte en intergranulêre korrosiebestandheid | Ketelbuise, raffinaderye, Drukvate, hoë-temperatuur stoomstelsels |
| 310S (UNS S31008) | 24–26% Kr, 19–22% in, ≤0,08% C | Uitsonderlike hoë-temperatuur oksidasie en korrosie weerstand, behou sterkte by verhoogde temperature | Oond dele, hittebehandeling toerusting, oonde, gasbranders, hoë temperatuur skoorstene |
4. Sleutel Fisiese en Meganiese Eienskappe
Die 300-Reeks Austenitiese vlekvrye staal word gekenmerk deur 'n unieke kombinasie van meganiese sterkte, selfpiriteit, en fisiese gedrag wat hulle baie veelsydig maak vir ingenieurstoepassings.
Hierdie eienskappe word deur allooisamestelling beïnvloed, koue werk, hittebehandeling, en omgewingstoestande.
Fisiese eienskappe
| Eiendom | Tipiese waarde / Reeks | Note |
| Digtheid | 7.9–8,1 g/cm³ | Effens hoër vir Mo-draende grade (316/316L) |
| Smeltreeks | 1370–1450°C | Wissel effens volgens graad; 310S smelt by ~1400–1450°C |
| Termiese geleidingsvermoë | 14–16 W/m·K | Relatief laag in vergelyking met koolstofstaal; beïnvloed sweiswerk en hitteafvoer |
| Koëffisiënt van termiese uitbreiding (20–100 ° C) | 16–19 µm/m·°C | Hoër as ferritiese staal; belangrik vir samestellings met verskillende metale |
| Spesifieke hittekapasiteit | 0.50–0,54 J/g·K | Effens beïnvloed deur nikkelinhoud |
| Elektriese weerstand | 0.72–0.75 µΩ·m | Gematig; affekteer toepassings wat elektriese verhitting behels |
Meganiese eienskappe
| Eiendom | 304 / 304L | 316 / 316L | 321 / 347 | 310S | Note |
| Trekkrag (MPA) | 505–720 | 515–720 | 515–760 | 550–830 | Varieer met koue werk; hoër vir koudbewerkte lakens |
| Opbrengsterkte 0.2% Offset (MPA) | 205–310 | 205–310 | 205–275 | 240–310 | Koue werk verhoog opbrengssterkte |
| Verlenging (%) | 40–60 | 40–60 | 40–55 | 35–50 | Uitstekende rekbaarheid laat dieptrek en vorming toe |
| Hardheid (HRB) | 70–95 | 70–95 | 80–95 | 80–95 | Werkverharding verhoog die hardheid aansienlik |
| Modulus van elastisiteit (GPA) | 193–200 | 193–200 | 190–200 | 190–200 | Laer as ferritiese staal, beïnvloed terugspring in vorming |
| Impak taaiheid (J) | 200–300 | 200–300 | 180–250 | 180–220 | Behou taaiheid by kryogeniese temperature |
5. Sleutelkenmerke van 300-reeks Austenitiese vlekvrye staal
Die 300-reeks austenitiese vlekvrye staal onderskei hulself van ander vlekvrye staal families deur 'n kombinasie van stabiele mikrostruktuur, legeringsgedrewe prestasie, uitsonderlike vormbaarheid, en veelsydige sweisbaarheid.
Stabiele Austenitiese Mikrostruktuur
- Nie-magneties in uitgegloeide toestand: Met 'n magnetiese deurlaatbaarheid van <1.005 (ASTM A342), uitgegloeide 300-reeks staal is in wese nie-magneties.
Hierdie eiendom is van kritieke belang in elektronika, MRI kamers, en mediese diagnostiese toerusting, waar selfs geringe magnetiese interferensie funksionaliteit kan benadeel. - Kriogeniese taaiheid: Die austenitiese mikrostruktuur behou ≈90% van impakenergie by –270°C (vloeibare helium temperature), maak hierdie staal geskik vir LNG-opgaartenks, vuurpylbrandstoflyne, en kryogeniese pype.
- Temperatuurstabiliteit: Austeniet bly stabiel oor wye temperatuurreekse, verseker konsekwente meganiese eienskappe van sub-nul tot hoë-temperatuur dienstoestande.
Legeringsgedrewe prestasie
- Molibdeen vir chloriedweerstand: Byvoeging van 2–3% Maandag in 316 grade verhoog die Pittingweerstand ekwivalente nommer (Hout) van 16 (304) na 18, weerstand moontlik maak teen 5% NaCl-oplossings by 80°C, in vergelyking met 60°C vir 304.
Dit maak 316 ideaal vir sag, chemies, en farmaseutiese toepassings. - Stabiliseerders vir sweisbetroubaarheid: Titaan in 321 bind met koolstof, voorkoming karbied neerslag in die sweishitte-geaffekteerde sone (Haz).
Niobium in 347 bied soortgelyke stabilisering. Beide grade slaag die ASTM A262 Strauss-toets, verseker weerstand teen intergranulêre korrosie na sweiswerk of langdurige hoë-temperatuur diens.
Uitsonderlike vormbaarheid
- Diep tekening: 304 kan bereik a diepte-tot-deursnee verhouding van 2.5:1, maak dit geskik vir vlekvrye staal wasbakke, kombuisware, en komplekse tenkgeometrieë.
Hoë verlenging (≥40%) en relatief lae opbrengssterkte fasiliteer uitgebreide vorming sonder krake. - Buig: 300-reeks staal kan gebuig word tot a radius so klein as 1× materiaaldikte (ASTM A480), in vergelyking met 2× vir ferritiese 430 vlekvrye staal.
Dit verminder vervaardigingsafval en maak ingewikkelde komponentontwerpe moontlik. - Veelsydigheid in vervaardiging: Uitstekende rekbaarheid laat stempels toe, draaie, en hidrovormende bedrywighede, die verskaffing van buigsaamheid vir diverse industriële toepassings.
Veelsydige sweisbaarheid
- Geen hittebehandeling na sweiswerk nodig nie: Lae-koolstof grade (304L, 316L) behou volle weerstand teen korrosie na sweiswerk,
produksietyd met 20-30% verminder in vergelyking met martensietiese vlekvrye staal, wat na-sweis hittebehandeling vereis (Pwht) om spanning te verlig. - Sweisdoeltreffendheid: Gelaste lasse in 316L behou ≈80% van basismetaal treksterkte (ASTM A312), maak dit geskik vir Drukvate, pypstelsels, en strukturele komponente in ooreenstemming met ASME BPVCCCE A VIII.
- Gemaklik om aan te sluit: Versoenbaar met TIG, My, en weerstandssweiswerk; minimale vervorming en uitstekende korrosiebestandheid in HAZ.
6. Korrosieweerstand: meganismes en diensomgewings
300-reeks staal is "vlekvry" omdat 'n dun, aanhanger chroomoksied (Cr₂O₃) film vorm vinnig op die oppervlak.
Die film is selfgenesend in oksiderende omgewings, maar prestasie hang af van die omgewing, temperatuur en legering chemie.
Algemene korrosie:
Uitstekend in atmosfeer, varswater, en baie chemiese prosesvloeistowwe. Vir die meeste sanitêre en binne/buite strukturele blootstelling, 304 presteer baie goed.
Gelokaliseerde korrosie (chloriedputting en spleetkorrosie):
Dit is waar 316 en verwante molibdeen-draende grade presteer beter 304.
Molibdeen verhoog die ekwivalente getal van putweerstand (Hout) en verhoog die drumpelchloriedkonsentrasie en temperatuur waarteen stabiele putte vorm.
Intergranulêre korrosie (sensitisering):
As austenitiese vlekvrye staal binne die 450–850°C-reeks gehou word tydens sweiswerk of lang oorverhitting, chroomkarbiede kan by graangrense presipiteer, aangrensende chroom uitput en lei tot interkorrelaanval.
Lae-koolstof (L) grade en gestabiliseerde grade (321/347) hierdie risiko te verminder.
Spanningskorrosie krake (SCC):
Austenitiese staal kan in spesifieke omgewings vatbaar wees vir SCC (Bv., chloried omgewings by verhoogde temperature).
Nikkel voeg weerstand teen baie vorme van SCC toe, maar materiaalkeuse en stresbeheer maak saak.
Hoë temperatuur oksidasie:
300-reekslegerings vertoon goeie oksidasieweerstand tot etlike honderde °C, maar by hoër temperature, ander legeringsklasse kan verkies word.
7. Termiese eienskappe en hittebehandelingsgedrag
Hittebehandeling:
- Austenitiese vlekvrye staal kan nie verhard word deur konvensionele blus-en-temper hittebehandeling nie, want hul stabiele austenitiese struktuur verander nie na martensiet by afkoeling nie.
Krag word hoofsaaklik verhoog deur koue werk. - Oplossing uitgloeiing (tipies 1000–1150°C vir baie 300-reeks legerings) gevolg deur vinnige blus los neerslae op (Bv., chroomkarbiede) en herstel korrosiebestandheid.
Dit word algemeen gebruik om korrosiebestandheid te herstel na sweiswerk of hoë-temperatuur blootstelling.
Termiese uitsetting en geleidingsvermoë:
- Koëffisiënt van termiese uitsetting is hoër as ferritiese staal - belangrik vir samestellings wat verskillende metale kombineer.
Termiese geleidingsvermoë is laer as koolstofstaal, so hitte van sweiswerk verdwyn stadiger; dit beïnvloed sweisprosedures en hitte-insettebeheer.
Kriogeniese prestasie:
- Austenitiese vlekvrye staal behou taaiheid by baie lae temperature en word algemeen gebruik by kriogene toestande sonder bros mislukking.
8. Voordele van 300-reeks Austenitiese vlekvrye staal
Die tegniese kenmerke van 300-reeks austenitiese vlekvrye staal-insluitend weerstand teen korrosie, stabiele austenitiese mikrostruktuur, Uitstekende smeebaarheid, en sweisbaarheid—vertaal in prakties, tasbare voordele vir vervaardigers, eindgebruikers, en nywerhede.
Lae onderhoud en lang dienslewe
- Korrosieweerstand: Die inherente weerstand teen korrosie elimineer die behoefte aan verf, plee, of gereelde skoonmaak.
Byvoorbeeld, 316L mariene komponente soos bootrelings kan hou 20-30 jaar in soutwater, in vergelyking met 5–10 jaar vir bedekte koolstofstaal. - Kostebesparings: Verminderde vervangingsfrekwensie en instandhoudingsarbeid lei tot aansienlike besparings.
Voedselverwerkingsaanlegte gebruik 304 toerusting rapporteer tot 50% laer onderhoudskoste in vergelyking met koolstofstaalfasiliteite.
Veelsydigheid oor toepassings
- Veeldoelige materiaal: 'n Enkele graad soos 304 kan verskeie industrieë bedien—voedselverwerking (sink, vervoerbande), argitektuur (fasades, handrelings), en elektronika (omhulsels)—vereenvoudiging van voorsieningskettings en vermindering van voorraadvereistes.
- Graadaanpassing: Gespesialiseerde grade brei nut uit:
-
- 310: Hoë temperatuur weerstand vir industriële oonde en afvalverbranders.
- 321: Titaan-gestabiliseer vir gelaste samestellings in lugvaart en hoë-temperatuur toerusting.
Koste-effektiwiteit
- Gebalanseerde prestasie vs. Koste bereken: 304 is tipies 20–30% goedkoper as spesialiteitslegerings (Bv., Hastelloy C276) terwyl vervul oor 80% van vlekvrye staal toepassingsbehoeftes.
Byvoorbeeld, 304L pype kos $2–$4 per voet, teenoor $10–$15 per voet vir 6% molibdeen legerings. - Lae verwerkingskoste: Uitstekende vormbaarheid en sweisbaarheid verminder vervaardigingstappe en produksietyd.
Vervaardigers rapporteer ≈30% vinniger produksie van 304 vlekvrye staal tenks in vergelyking met ferritiese grade.
Volhoubaarheid en herwinbaarheid
- Hoë herwinbaarheid: 300-reeks vlekvrye staal is 100% herwinbaar, met oor 90% van afval hergebruik in nuwe produksie.
Herwin 304 behou dieselfde meganiese en korrosie-eienskappe as maagdelike materiaal, verminderend koolstofvrystellings met ~50%. - Verlengde lewensduur: Lang dienslewe (20– 50 jaar) verminder die frekwensie van vervanging, algehele omgewingsimpak te verlaag.
Byvoorbeeld, 304 gebou fasades vereis dikwels geen vervanging vir 40+ jare, in vergelyking met 10–15 jaar vir geverfde aluminium.
Betroubaarheid in uiterste omgewings
- Kriogeniese stabiliteit: Grades 304 en 316 behou taaiheid by –270°C, maak hulle ideaal vir LNG berging, vuurpyl brandstoftenks, en ander kriogene toepassings waar mislukking katastrofies kan wees.
- Hoë-temperatuur duursaamheid:310 weerstaan deurlopende werking tot 1150° C, verseker betroubaarheid in industriële oonde en hittebehandelingstoerusting.
Vervangingsiklusse is 5– 10 jaar vir 310 oond dele, versus 1–2 jaar vir koolstofstaal.
9. Beperkings, mislukkingsmetodes en versagtingstrategieë
- Pitting en spleetkorrosie in chloriede: Versag deur molibdeen-draende grade te kies (316), spesifiseer hoër-legerings- of dupleksstaal vir aggressiewe blootstelling aan chloried, of die toepassing van beskermende bedekkings.
- Spanningskorrosie krake: Verminder oorblywende trekspannings, beheer temperatuur en omgewing, of kies meer SCC-bestande metallurgie.
- Werkverharding en bewerkbaarheid: Gebruik toepaslike gereedskap- en bewerkingsparameters; oorweeg uitgloeiing of die gebruik van vrybewerkingsvariante as bewerkbaarheid krities is.
- Koste sensitiwiteit: Waar nikkelkoste of begrotingsbeperkings uiters belangrik is, oorweeg laerkoste-alternatiewe (ferritiese vlekvrye, bedekte koolstofstaal, of dupleks) terwyl prestasie-afwegings opgeweeg word.
Tipiese oorsake van mislukking: verkeerde graadkeuse vir die omgewing; swak sweispraktyk wat tot sensitisering lei; onvoldoende passiewe filmherstel na vervaardiging; verkeerde meganiese ontwerp (Bv., streskonsentrators wat tot SCC lei).
10. Tipiese toepassings van 300 Reeks Austenitiese vlekvrye staal
As gevolg van hul gebalanseerde eienskappe, 300-reekslegerings word in byna elke industrie gebruik:
- Voedsel & drankie / farmaseuties: Tenks, pype, hitteruilers, vervoerbande - 304 en 316 is standaard omdat hulle maklik skoongemaak word en voedselsure weerstaan.
- Chemiese verwerking en petrochemiese: 316 en hoër Mo-inhoud variante vir korrosie weerstand in aggressiewe vloeistowwe.
- Sag en in die buiteland: 316 vir seewater omgewings, alhoewel ernstige mariene diens dupleks- of hoërlegeringsmateriale kan vereis.
- Mediese toestelle en chirurgiese instrumente: 316L (en variante) vir bioversoenbaarheid en korrosiebestandheid; sommige inplantings gebruik gespesialiseerde grade.
- Argitektuur en gebou: Bekleding, handrelings, en toebehore—304 vir algemene gebruik, 316 vir kus- of besoedelde omgewings.
- Kryogenika en lugvaart: Uitstekende lae-temperatuur taaiheid; gebruik in kryogeniese tenks, pype en strukturele komponente.
- Motor- en verbruikersgoedere: Uitlaat komponente, afwerking, kombuisware.
11. Vergelyking met ander vlekvrye staal families
Die 300-reeks austenitiese vlekvrye staal word dikwels vergelyk met ander vlekvrye staal families—ferrities, martensities, dupleks, en neerslag-hardende staal-om die beste materiaal vir spesifieke toepassings te bepaal.
| Eiendom | 300-Reeks Austenities | Ferrities | Martensities | Dupleks | Neerslag-verharding (Ph) |
| Mikrostruktuur | Gesiggesentreerde kubiek (FCC) | Liggaamsgesentreerde kubiek (BCC) | Liggaamsgesentreerde vierhoekige (BCT) | Gemengde Austeniet + Ferriet | Austenities of Martensities met neerslae |
| Sleutellegeringselemente | 16–26% Kr, 8–22% in, Mo, Van, NB | 10.5–30% Kr, lae Ni (<1%) | 12–18% Kr, 0.1–1% C, soms Ni | 19–28% Kr, 4–8% in, 2–5% Ma | CR, In, CU, AL, Nb/Ti |
| Korrosieweerstand | Uitmuntend (Mo-grade weerstaan chloriede) | Goed in sagte omgewings | Gematig | Uitmuntend (chloried spanning korrosiebestand) | Gematig |
| Selfpiriteit & Taaiheid | Baie hoog, behou kryogeniese taaiheid | Gematig | Laag tot matig | Hoog | Gematig |
| Krag | Gematig (~500–760 MPa treksterkte) | Laag – matig | Baie hoog | Hoog | Baie hoog |
| Vormbaarheid | Uitmuntend | Beperk | Gematig | Gematig | Beperk |
| Sweisbaarheid | Uitmuntend (lae-C/gestabiliseer) | Beperk | Gematig (PWHT vereis) | Gematig | Vereis na-sweis hittebehandeling |
| Magnetiese eienskappe | Nie-magneties (gebonde) | Magneties | Magneties | Effens magneties | Magneties of effens magneties |
| Temperatuurreeks | –270°C tot ~1150°C | –40°C tot ~1200°C | 0°C tot ~540°C | –40°C tot ~315°C | –40°C tot ~500°C |
| Tipiese toepassings | Voedsel verwerking, sag, chemies, medies, kryogenies, hoë-temp toerusting | Motorafwerking, argitektoniese panele, uitlaatstelsels | Eetgerei, Turbine lemme, asse, kleedke | Chemiese verwerking, buitelandse platforms, Drukvate | Lugvaartkomponente, bevestigingsmiddels, hoë-sterkte kleppe |
12. Konklusie
300-reeks austenitiese vlekvrye staal is uitsonderlike ingenieursmateriale omdat dit korrosiebestandheid kombineer, selfpiriteit, taaiheid en sweisbaarheid in 'n veelsydige pakket.
Hul prestasie word gedefinieer deur 'n versigtig gebalanseerde chemie - chroom vir passiwiteit, nikkel vir austeniet stabiliteit en taaiheid, en opsionele molibdeen of stabiliseerders vir verbeterde diensgedrag.
Terwyl hulle nie universele oplossings is nie (beperkings bestaan in chloried-ryk, hoë-temperatuur of ultra-hoë sterkte toepassings),
hul herwinbaarheid en lang dienslewe maak hulle 'n hoeksteen van moderne ingenieurswese oor voedsel, chemies, medies, mariene en argitektoniese sektore.
Vrae
Watter 300-reeks graad is die algemeenste?
Gelykmaak 304 is die algemeenste legering wat die meeste gebruik word; 316 is die keuse waar chloriedweerstand vereis word.
Kan hittebehandeling 300-reeks austenitiese vlekvrye staal verhard?
Nee—hierdie legerings is nie verhardbaar deur blus en humeur nie. Krag word hoofsaaklik verhoog deur koue werk; oplossing uitgloeiing herstel rekbaarheid en weerstand teen korrosie.
Is 300-reeks austenitiese vlekvrye staal magneties?
Uitgegloeide 300-reeks vlekvrye staal is in wese nie-magneties. Hulle kan effens magneties word na swaar koue bewerking as gevolg van spanning-geïnduseerde martensiet in sommige legerings.
Hoe moet ek kies tussen 304 en 316?
Gebruik 304 vir algemeen, nie-chloried omgewings en waar koste belangrik is. Gebruik 316 vir omgewings wat chloriede bevat (seewater, sout atmosfeer, sekere chemiese prosesse) of waar putweerstand noodsaaklik is.
Watter onderhoud benodig vlekvrye staal om korrosiebestand te bly?
Gereelde skoonmaak om afsettings en kontaminante te verwyder, vinnige verwydering van ingebedde yster of korrosieprodukte,
en passivering na swaar vervaardiging/sweiswerk sal die passiewe film bewaar en die dienslewe verleng.
