316钛不锈钢 / 美国S31635 / 在 1.4571

1. 执行摘要

316Ti 是一种基于 300 系列的奥氏体不锈钢 (316) 故意添加化学物质 钛 稳定碳.

钛将碳束缚为稳定的碳化钛, 当合金暴露在敏化范围内的温度时，防止碳化铬在晶界沉淀.

结果是合金的耐腐蚀性为 316 加上高温暴露后提高的抗晶间腐蚀能力.

316Ti 通常指定用于必须在以下环境中运行或制造的组件： 〜425–900°C 温度窗口 (焊接组件, 受热的植物组件) 仅低碳等级可能还不够.

2. 是什么 316钛不锈钢?

316钛是一个 钛稳定, 含钼奥氏体 不锈钢 开发用于增强焊接后或长时间暴露在高温下的抗晶间腐蚀能力.

通过按受控比例添加钛, 碳优先以稳定的碳化钛而不是碳化铬的形式结合在一起.

这种稳定机制可保留晶界处的铬，并显着降低约 425–850 °C 温度范围内的敏化风险 (800–1560°F).

因此, 316钛特别适用于无需焊后固溶退火即可焊接并投入使用的部件, 或涉及循环或持续热暴露的应用.

它结合了传统的耐氯化物腐蚀性能 316 不锈钢在高温下具有更好的结构稳定性. 常见的国际标识符包括 美国S31635 和 在 1.4571.

标准名称 & 全球等效物

主要变体和相关等级

• 316的 (美国S31635 / 在 1.4571)
  钛稳定形式 316 不锈钢, 适用于暴露在中温和高温下的焊接结构或部件，其中抗敏性至关重要.
• 316 (美国S31600 / 在 1.4401)
  无稳定化的基础钼合金牌号. 适用于焊后热处理可行或热暴露有限的情况.
• 316l (美国S31603 / 在 1.4404)
  通过碳控制而不是稳定来降低敏化风险的低碳替代方案. 常用于压力容器, 管道, 和制药设备.
• 321 (在 1.4541)
  一种基于钛稳定合金 304 不锈钢化学. 当不需要钼但仍需要稳定化时使用.
• 347 (铌稳定不锈钢)
  使用铌代替钛来稳定碳化物. 具有类似的抗晶间腐蚀性能, 在某些高温压力设备规范中通常是首选.
• 316h / 316Ln
  针对更高温度强度而优化的变体 (316h) 或增加氮含量 (316Ln). 这些牌号可提高机械性能，但不能取代钛的稳定性.

3. 316Ti不锈钢的典型化学成分

数值是锻造的代表性工程范围, 固溶退火材料 (美国S31635 / 在 1.4571 家庭).

4. 显微组织和冶金行为

• 奥氏体基体 (γ-铁): 由于含有 Ni，室温下稳定. 微观结构具有延展性, 非磁性 (退火状态) 和加工硬化.
• 稳定机制: Ti反应生成碳化钛 (抽动) 或碳氮化物，可从基体中去除 C，并防止在 ~425–900 °C 暴露期间在晶界处 Cr23C6 沉淀.
• 敏化窗口和限制: 即使有钛, 在敏化范围内暴露时间过长或 Ti 不当:C比率仍然可以允许碳化铬或其他金属间化合物的形成. 正确的熔化实践和热处理控制至关重要.
• 金属间相: 长时间暴露在某些中间范围内 (尤其是 600–900 °C) 可以鼓励西格玛 (一个) 或气 (小时) 富含 Mo/Cr 的奥氏体钢种的相形成;
  316Ti 也不能幸免——设计人员必须避免长时间停留在这些范围内，或指定具有受控成分和热机械历史的稳定钢.
• 使用后沉淀: 钛稳定合金可能会出现细小的富钛沉淀物; 与 Cr 碳化物相比，这些是良性的或有益的，因为它们不会在晶界处耗尽 Cr.

5. 机械性能 — 316Ti 不锈钢

下面的数字是 代表 中提供的锻造 316Ti 值 固溶退火 / 退火 状况.

实际值取决于产品形式 (床单, 盘子, 管道, 酒吧), 厚度, 供应商加工和热批次.

6. 身体的 & 热性能和高温行为

• 导热率: 相对较低 (≈ 14–16 W·m⁻1·K⁻1 时 20 °C).
• 热膨胀系数: ~16–17 ×10⁻⁶ K⁻1 (20–100°C) — 高于铁素体钢.
• 熔化范围: 类似于 316 (固相线 ~1375 °C).
• 使用温度窗口: 316Ti 专门用于 中温暴露 (大约. 400–900°C) 稳定性可防止晶间攻击.
  然而, 长时间暴露在 600–900 °C 的温度范围内可能会形成西格玛相并降低韧性——除非冶金数据确认安全，否则应避免连续暴露在这些温度下.
• 蠕变: 用于高温下的持续负载, 316钛不是抗蠕变合金; 使用高温牌号 (例如。, 316h, 309/310, 或镍合金).

7. 腐蚀行为——优点和局限性

优势

• 热暴露后的抗晶间腐蚀能力 在致敏范围内, 提供钛:碳和钛:可用的碳比率和热处理是正确的.
• 良好的一般耐腐蚀性 在氧化性和许多还原性介质中; Mo 的抗点蚀/缝隙性能类似于 316.
• 焊接结构的首选 会出现间歇性高温服务或焊后固溶退火不切实际的情况.

限制

• 点缀 & 高氯环境中的缝隙腐蚀: 316Ti 具有与 316; 对于严酷的海水或温暖的氯化物应用，请考虑双相或更高PREN合金.
• 氯化物SCC: 不能免疫——氯化物中可能发生 SCC + 拉伸应力 + 温度环境; 当 SCC 风险较高时，可能需要双相合金或超级奥氏体合金.
• 西格玛相和金属间化合物: 在某些高温下长时间停留可能会导致与钛稳定性无关的脆化相 - 设计以避免这些热历史或测试.
• 工业污染物: 像所有不锈钢一样, 积极的化学物质 (强酸, 高 T 下的氯化溶剂) 可能会攻击; 执行兼容性检查.

8. 加工 & 制造特点

316Ti的奥氏体显微组织 + TiC 析出物具有优异的加工性能, 需要对钛的效果进行微调:

焊接性能 (关键优势)

316钛保留了优异的焊接性, 与熔化极气体保护焊兼容 (我), GTAW (提格), Smaw (戳), 和 FCAW – 具有无需焊后热处理的关键优势 (PWHT) 耐 IGC 所需:

• 预热: 厚度≤25 mm 的截面不需要; 部分 >25 mm 可预热至 80–150°C 以降低热影响区开裂风险.
• 焊材: 使用ER316Ti (熔化极气体保护焊/熔化极气体保护焊) 或E316Ti-16 (Smaw) 匹配钛含量并确保焊缝金属的稳定性.
• PWHT: 可选的去应力退火 (600–650°C，持续 1-2 小时) 用于厚壁部件, 但不强制要求耐腐蚀性 (不像 316, 焊接后需要 PWHT 进行 IGC 保护).
• 焊接接头性能: 拉伸强度≥460MPa, 伸长率≥35%, 并通过 ASTM A262 IGC 测试 – 焊缝金属耐腐蚀性相当于母材.

成型 & 制造

• 冷成型: 优异的延展性可进行深冲, 弯曲, 和滚动. 最小弯曲半径: 1× 冷弯厚度 (≤12毫米厚), 与 316L 相同 – TiC 析出物不会损害成形性.
• 热成型: 在 1100–1250°C 下进行, 随后进行水淬以保留奥氏体微观结构和 TiC 分布. 冷却期间避免 450–900°C 范围，以防止意外致敏.
• 加工: 中等机械加工性 (评级为 55–60%. AISI 1018 钢) – TiC 析出物比奥氏体更硬, 导致刀具磨损比 316L 稍多.
  推荐切削速度: 90–140 m/I (碳化物工具) 使用切削液减少热量积聚.

热处理

• 解决方案退火: 一次热处理 (1050–1150°C, 保持 30-60 分钟, 水淬火) – 溶解残余碳化物 (如果有的话), 细化谷物, 并确保 TiC 分布均匀. 对于最大限度提高耐腐蚀性和韧性至关重要.
• 压力缓解退火: 600–650°C，持续 1-2 小时, 空气冷却 – 将残余应力降低 60–70%，而不影响 TiC 稳定性或耐腐蚀性.
• 避免过度退火: 温度 >1200°C可能导致TiC粗化和晶粒长大, 降低高温强度——将固溶退火温度限制在≤1150°C.

表面处理

• 腌制 & 钝化: 加工后处理 (ASTM A380) 去除氧化皮并恢复 Cr2O₃ 钝化膜 – TiC 沉淀物不会干扰钝化.
• 抛光: 实现 Ra 0.02–6.3 μm 的表面光洁度. 机械或电解抛光可提高卫生性和耐腐蚀性, 适用于医疗和食品应用.
• 涂层: 由于固有的耐腐蚀性，很少需要; 镀锌或环氧涂层可用于极端高氯环境 (例如。, 海上平台).

9. 316Ti不锈钢的典型应用

316Ti 独特的高温稳定性组合, 抗IGC性, 耐腐蚀性使其非常适合 316L 或 316 可能会失败:

化学 & 石化行业 (35% 需求量)

• 核心应用: 高温化学反应器, 热交换器, 蒸馏柱, 和处理氯化物的管道, 酸, 和有机溶剂.
• 关键优势: 在重复焊接过程中抵抗 IGC (例如。, 维护修理) 和高温操作 (高达 850°C) – 用于乙烯裂解装置和硫酸装置.

航天

• 核心应用: 飞机排气系统, 涡轮组件, 和火箭发动机零件.
• 关键优势: 高温抗氧化性 (≤900℃) 和非磁性 – 与航空电子设备和雷达系统兼容.

核能

• 核心应用: 核反应堆冷却系统组件, 蒸汽发生器, 和燃料包壳 (非放射性结构件).
• 关键优势: 高温下耐 IGC 性, 高压水 (280°C, 15 MPA) 并遵守核安全标准 (例如。, ASME III III).

高温炉制造

• 核心应用: 炉衬, 辐射管, 和工业炉的加热元件 (热处理, 烧结).
• 关键优势: 在 800–900°C 下保持强度和耐腐蚀性, 连续高温运行寿命比316L长2-3倍.

医疗的 & 制药行业

• 核心应用: 可灭菌医疗器械, 药品处理设备, 和洁净室组件.
• 关键优势: 反复高压灭菌后的 IGC 抗性 (121°C, 15 psi) 并符合 FDA 规定 21 CFR部分 177 – 无腐蚀引起污染的风险.

海军陆战队 & 近海工业

• 核心应用: 海上平台管道, 海水淡化厂, 和海底组件.
• 关键优势: 耐海水腐蚀和 SCC, 符合 NACE MR0175 酸性环境要求 (含H2S井液).

10. 优势 & 限制

316Ti不锈钢的核心优势

• 卓越的耐 IGC 性: 钛稳定化消除了 Cr2₃C₆ 沉淀, 使其成为高温或重复焊接场景的理想选择 – 性能优于 316L/316H.
• 增强的高温性能: 保持力量, 韧性, 抗氧化性高达 900°C, 50–比 316L 高 100°C.
• 出色的可焊性: 无强制性 PWHT 耐腐蚀性, 降低制造成本和交货时间.
• 广泛的耐腐蚀性: 继承了 316 的耐氯化物性能, 酸, 和酸涩的服务, 具有扩展的温度限制，符合 NACE 标准.
• 细化谷物: TiC 析出物抑制晶粒长大, 提高机械性能和尺寸稳定性.

316Ti 不锈钢的主要局限性

• 成本更高: 15–比316L贵20% (由于钛的添加), 大规模非关键应用的材料成本增加.
• 机械加工性降低: TiC 析出物比 316L 造成更多的刀具磨损, 需要专用刀具或较慢的切削速度 – 加工成本增加约 10–15%.
• TiC粗化风险: 长时间暴露于 >900°C 导致 TiC 粗化, 降低高温强度和韧性.
• 耐超高温能力有限: 不适合在 900°C 以上连续使用 – 使用超级奥氏体不锈钢 (例如。, 254 我们) 或镍基合金 (例如。, inconel 600) 反而.
• 强度低于双相不锈钢: 抗拉强度 (485–590 兆帕) 低于双相钢等级 (例如。, 2205: 600–800 MPA), 需要较厚的截面来承受结构荷载.

11. 对比分析——316Ti vs 316L vs 321 与复式 2205

12. 结论

316Ti 是一个实用的稳定变体 316 家庭, 旨在保持焊接和热暴露部件中的奥氏体不锈钢耐腐蚀性能.

当钛含量和热处理得到适当控制时, 316钛可防止晶间铬贫化，是焊接工厂部件的可靠选择, 无法保证焊后退火的热暴露组件和中等氯化物环境.

适当采购, 港铁验证, 焊接程序控制和定期检查对于实现合金的优势至关重要.

 

常见问题解答

316Ti和316L有什么区别?

316Ti 是钛稳定的 (添加Ti形成TiC), 而316L是低碳的 (L = 低 C).

两种途径均可降低致敏风险; 316当部件暴露在中间温度且焊后退火不切实际时，会专门选择钛.

钛是否使316Ti比316L更耐腐蚀?

钛的作用是防止热暴露后的晶间腐蚀; 316Ti 的整体耐点蚀性能与 316/316L 相似 (Mo 总体上具有可比的局部耐腐蚀性).

适用于更恶劣的氯化物环境, 优选双相或更高PREN合金.

焊接 316Ti 需要不同的填充金属吗?

不一定——匹配填充合金 (例如。, ER316L/ER316Ti（如有）) 被使用.

确保填充剂化学成分和焊接程序保持热影响区和焊缝金属的稳定性; 查阅关键零件的焊接规范和冶金指南.