Mikä on ruostumaton teräslaatu 304H? Korkean lämpötilan-ominaisuudet ja käyttötarkoitukset

Mikä on SS304H materiaali?

Laadun 304H ruostumaton teräs (UNS S30409, EN 1.4948 / X6CrNi18-10) on korkea-hiilinen muunnos laajalti käytetystä austeniittisen ruostumattoman teräksen 304 perheestä. Sen hiilipitoisuus on erityisesti säädelty välillä 0,04 % - 0,10 % (toisin kuin standardi 304, jonka enimmäishiiliraja on 0,08 %). Se on suunniteltu parantamaan materiaalin virumista{14}}murtumislujuutta korkeissa lämpötiloissa, joissa standardi 304 pehmenee ja 304L menettäisi rakenteellisen eheytensä.

 

Miksi 304H:n "H" on tärkeä-korkean lämpötilan sovelluksissa?

"H" tarkoittaa "High Carbon". Korkeampi hiilipitoisuus antaa suuremman jännityksen ja myötörajan ylittävissä lämpötiloissa
525 astetta (975 astetta F). Toisin kuin 304L, joka menettää rakenteellisen eheyden äärimmäisessä kuumuudessa, 304H säilyttää mekaaniset ominaisuutensa ja virumisensa.

 

Laadun 304H ruostumatonta terästä

STANDARDI / ALUE	NIMETTÄMINEN	HUOMAUTUKSIA
UNS	S30409	304H:n yleinen tunniste
FI	1,4948 / X6CrNi18-10	Standardien EN 10088-1 ja EN 10028-7 mukaan. Ei 1,4307 (1.4307=X2CrNi18-9=304L)
JIS	SUS304H	Per JIS G 4303 (palkit), JIS G 4304 (levyt), JIS G 3459 (putket)
GB	0Cr18Ni9H	Legacy nimitys; löytyy edelleen vanhemmista hankinta-asiakirjoista
GB	07Cr19Ni10	GB/T 20878-2007 ja GB/T 1220-2007 mukaan
GOST	08X18H10	GOST 5632-2014 mukaan

 

304 vs. 304L vs. 304H: kemiallinen koostumus

ELEMENTTI	304H (UNS S30409)	304 (UNS S30400)	304L (UNS S30403)
Hiili (C)	0.04–0.10	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,08	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,03
Kromi (Cr)	18.0–20.0	18.0–20.0	18.0–20.0
Nikkeli (Ni)	8.0–10.5	8.0–10.5	8.0–12.0
Mangaani (Mn)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 2,00	Pienempi tai yhtä suuri kuin 2,00	Pienempi tai yhtä suuri kuin 2,00
Pii (Si)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,75(a)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,75	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,75
Fosfori (P)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,045	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,045	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,045
rikki (S)	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,030	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,030	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,030

304 vs. 304L vs. 304H: mekaaniset ominaisuudet huoneenlämpötilassa

KIINTEISTÖ	304H (S30409)	304 (S30400)	304L (S30403)	TESTAUSMENETELMÄ
Vetolujuus (min.)	515 MPa	515 MPa	485 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Tuottovoima 0,2 %:n poikkeama (min.)	205 MPa	205 MPa	170 MPa	ASTM A370 / ISO 6892-1
Venymä 50 mm (min.)	40%	40%	40%	ASTM A370
Kovuus (max.)	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	ASTM E18 / ISO 6506
Elastinen moduuli (tyypillinen)	193 GPa	193 GPa	193 GPa	-

 

304 vs. 304H: Virumisvoiman etu

Standardiin 304 verrattuna 304H:n ensisijainen etu on sen virumis-murtolujuus lämpötila-alueella 540–870 astetta. Viruminen, joka määritellään plastiseksi muodonmuutokseksi, joka tapahtuu ajan mittaan jatkuvassa jännityksessä korkeissa lämpötiloissa, on korkean lämpötilan painelaitteiden ensisijainen vikamekanismi. ASME BPVC:n osan II osan D taulukossa 1A olevien sallittujen jännitysintensiteettiarvojen mukaan 304H:n sallittu jännitys on noin 15–25 % suurempi kuin 304:n 600 asteen lämpötilassa ja 100 000 tunnin mitoitusajassa. Tämä tarkoittaa, että tietyllä suunnittelupaineella se voi joko vähentää seinämän paksuutta (täten säästää materiaalikustannuksia) tai pidentää käyttöikää.

 

 

304H ruostumaton teräs: hapettumisenkestävyys

304H ruostumattomat teräslevyt sisältävät 18–20 % kromipitoisuutta, mikä mahdollistaa jatkuvan ja hyvin{3}}kiinnittyneen kromioksidikerrostuman (Cr₂O₃) muodostumisen paljaalle pinnalle. Hapettavassa ilmakehässä noin 870 asteen lämpötiloissa tämä oksidikerros on termodynaamisesti stabiili ja sillä on itsestään{6}}paranevia ominaisuuksia. Syklisissä käyttöolosuhteissa (toistuva lämmitys ja jäähdytys) tämä oksidikerros tarjoaa edelleen suojaa edellyttäen, että oksidikerroksen ja perusmetallin välinen lämpölaajenemisero ei johda hilseilyyn.

HUOLTOLÄMPÖTILA	SUOSITELTU LUOKKA	PERUSTELUT
Alle 540 astetta	304 tai 304 litraa	304H ei tarjoa virumisen etua; 304L edullinen, jos hitsataan ilman PWHT:ta
540-815 astetta	304H (optimaalinen alue)	Suurin virumislujuuden etu; hapettumisenkestävyys täysin riittävä
815-870 astetta	304H (hyväksyttävä varauksin)	Creep strength remains adequate; oxidation rate increases; monitor for sigma phase embrittlement after >1,000 h
870-980 astetta	309S (UNS S30908)	Korkeampi Cr (22–24 %) parantaa hapettumiskestävyyttä
980–1150 astetta	310S (UNS S31008) tai Incoloy 800H/HT	Suurin hapettumis- ja hiiltymiskestävyys; 304H riittämätön

 

304H ruostumattoman teräslevyn hitsausteho

Laadun 304H ruostumattomalla teräslevyllä on kohtalainen---hyvä sulatushitsauskyky standardiprosesseja (kuten TIG, MIG ja MMA) käytettäessä, mutta sen korkeampi hiilipitoisuus (0,04–0,10 %) lisää karbidisaostumisen ja herkistymisen riskiä kuumuudessa-verrattuna auton alhaiseen 0-muunnelmaan L{4}.

Hitsausmenetelmäsuositukset

Prosessit: GTAW (TIG) suositeltu juurikulkuihin ja ohuille osille (alle tai yhtä suuri kuin 6 mm); GMAW (MIG) tai SMAW (tikku) täyttö- ja korkkikulkuihin paksummissa osissa.
Lämmönsyöttö: Säilytä 1,0–2,5 kJ/mm. Liiallinen lämmöntuotto edistää jyvien kasvua lämpö{3}}vaikutusvyöhykkeellä (HAZ), mikä vähentää sekä ympäristön että kohonneen lämpötilan kestävyyttä.
Välilämpötila: Korkeintaan 150 astetta karbidin saostumisajan minimoimiseksi herkistysalueella.
Esilämmitys: Ei vaadita osille, jotka ovat enintään 25 mm. Paksumpia osia varten esilämmitä 50–100 astetta kiinnitysjännityksen vähentämiseksi.
Post-weld heat treatment (PWHT): Solution anneal at 1,040–1,120°C followed by water quench or rapid air cool. Recommended for sections >12 mm tai kun vaaditaan maksimaalista virumisominaisuuksia. Ohuille osille ei--kriittisissä palveluissa, koska-hitsaus on hyväksyttävää edellyttäen, että käytettiin ER308H-täyteainetta ja läpimenon lämpötilaa säädettiin.
Suojakaasu (GTAW/GMAW): puhdasta argonia (99,995 %) tai argonia + 2–5 % vetyä parantaaksesi hitsisulan juoksevuutta. Typpilisäykset (vähemmän tai yhtä suuri kuin 3 %) voivat lisätä hitsimetallin lujuutta.

 

304H ruostumattoman teräksen käyttökohteet

304H:ta käytetään laajalti aloilla, jotka vaativat materiaaleja, jotka tarjoavat korkean-lämpötilan, korroosionkestävyyden ja lujuuden. Erityisiä sovelluksia ovat:
Petrokemianteollisuus: Putkijärjestelmät ja lämmönvaihtimet.
Sähköntuotantoteollisuus: Tulistimet ja lämmitysputket kattiloissa.
Kemiallinen käsittely: Paineastiat ja lauhduttimet.
Teollisuusuunit: Uunien komponentit ja pakojärjestelmät.

 

 

Tuotelomakkeet ja sovellettavat standardit

304H:ta valmistetaan kaikissa yleisimmissä ruostumattoman teräksen tuotemuodoissa. Kun kirjoitat hankintaspesifikaatioita, mainitse oikea ASTM/ASME-standardi tuotelomakkeessa:

TUOTELOMAKE	ASTM STANDARDI	ASME VASTAAVA	TYYPILLINEN PAKSUUDEN/HALKAISIJAN ALUE
Lauta, arkki, nauha	A240 / A240M	SA-240	0,3-200 mm
Saumaton putki	A312 / A312M TP304H	SA-312	NPS 1/8 – 30 (DN 6–750)
Saumaton putki	A213 / A213M TP304H	SA-213	Ulkohalkaisija 6-127 mm
Hitsattu putki	A249 / A249M TP304H	SA-249	Ulkohalkaisija 6-127 mm
Tanko, sauva, muodot	A276 / A276M	SA-276	6–600 mm (bar)
Takoot	A182 / A182M F304H	SA-182	Takomisen suunnittelun mukaan

FAQ

Mikä on 304H ruostumattoman teräksen enimmäiskäyttölämpötila?
Vastaus: 304H:lla on erinomainen hapettumiskestävyys jaksoittaisen käytön aikana (870 astetta / 1600 astetta F asti) ja se kestää jopa 925 astetta (1700 astetta F) jatkuvassa käytössä.
Kuitenkin sen tehokkain käyttölämpötila-alue rakenteellisissa sovelluksissa, joihin liittyy jännitys, on 500 - 800 astetta.

 

Tuleeko 304H hauraaksi pitkäaikaisen lämpöaltistuksen jälkeen?
Vastaus: Vaikka 304H on suunniteltu korkeisiin-lämpötiloihin, pitkäaikainen altistuminen 425–815 asteen välillä voi johtaa karbidin saostumiseen (herkistymiseen), mikä voi vaikuttaa sen korroosionkestävyyteen vesipitoisissa väliaineissa.

 

Mikä on suositeltu raekoko 304H:lle?
Vastaus: Maksimoidakseen korkean{0}}lämpötilojen virumisen ASTM A213- ja A312-standardit edellyttävät tyypillisesti raekokoa ASTM No. 7 tai karkeampaa (eli suurempaa raekokoa) 304H:lle. Suuremmat raekoot vähentävät niiden raerajojen määrää, joissa voi esiintyä virumista.

 

Sopiiko 304H offshore- tai meriympäristöihin?
Vastaus: Vaikka 304H tarjoaa hyvän korroosionkestävyyden (verrattavissa 304:ään), se ei ole optimaalinen valinta kloridi-pitoisiin meriympäristöihin. Tällaisissa ympäristöissä suositellaan duplex-terästä 2205 tai laatuja 316/316H niiden korkeamman molybdeenipitoisuuden vuoksi, mikä kestää tehokkaasti pistekorroosiota.