309 לעומת 310S נירוסטה: בחירת סגסוגות עמידות לחמצון-גבוהות

309 ו-310S הן שתי הפלדות הנירוסטה האוסטניטיות המפורטות ביותר עבור רכיבי תנורים וציוד תהליך-בטמפרטורה גבוהה. הם נראים דומים על הנייר, אבל ההבדל בתכולת הכרום והניקל מזיז את תקרת החמצון בערך ב-100 מעלות צלזיוס ומשנה את ההתנהגות באטמוספרות של קרבור וסולפידיזציה. מאמר זה מכמת את ההבדל עם נתוני ASTM A240 ומתרגם אותו לכלל בחירה.

הרכב כימי לפי ASTM A240

אֵלֵמֶנט	309 (UNS S30900)	310S (UNS S31008)
פחמן (C), מקסימום	0.20%	0.08%
מנגן (Mn), מקסימום	2.00%	2.00%
סיליקון (Si), מקסימום	1.00%	1.50%
זרחן (P), מקסימום	0.045%	0.045%
גופרית (S), מקסימום	0.030%	0.030%
Chromium (Cr)	22.00-24.00%	24.00-26.00%
ניקל (ני)	12.00-15.00%	19.00-22.00%

ייעוד -פחמן 310S הנמוך, עם פחמן מוגבל ל-0.08% מקסימום, משפר את יכולת הריתוך והיציבות המבנית -לטווח ארוך בהשוואה לדרגת האב 310, וזו הסיבה ש-310S היא הצורה המצוינת בדרך כלל עבור שירות רציף בטמפרטורה גבוהה-.

יכולת-טמפרטורה גבוהה ויציבות קנה מידה

309 מתאים לשירות רציף עד כ-1050 C (1922 F) באטמוספרות מחמצנות. 310S מרחיב את תקרת השירות הרציפה לכ-1150 C (2102 F), מכיוון שתכולת הכרום הגבוהה יותר יוצרת אבנית יותר יציבה, איטית -גדלת התחמוצת כרום המתנגדת להתלקחות מחזורית ובלתי אמצעית. עבור רכיבים שעוברים במחזוריות בין חם לקר, או שרואים להבת מבער ישירות, יציבות האבנית של 310S מתורגמת ישירות לחיים ארוכים יותר.

התנהגות באטמוספירות תהליך

אטמוספרות תנור הן לעתים נדירות מחמצנות גרידא. באטמוספרות פחמן, פחמן יכול להתפזר לתוך הפלדה ולהפיל קרבידים שמשברים אותה; באטמוספרות גופרית, גופרית תוקפת את אבנית המגן. תכולת הניקל הגבוהה יותר של 310S מאטה את דיפוזיית הפחמן ומשפרת את העמידות בפני קרבוריזציה וסולפידציה, וזו הסיבה שצינורות רפורמר וחלקים פנימיים של קלצינר מצוינים ב-310S.

מאפיינים מכניים וייצור

נכס (מינימום, ASTM A240)	309	310S
חוזק מתיחה	515 MPa	515 MPa
חוזק הוכחה של 0.2%.	205 MPa	205 MPa
הַאֲרָכָה	40%	40%

שתי הכיתות פועלות-מתקשות במהירות, כך שהצורה דורשת יותר כוח ועיבוד עיבוד גורם לבלאי מהיר יותר של הכלים מאשר עם 304. ריתוך משתמש במתכת מילוי תואמת, ER309 או ER310. מכיוון שלשתי הדרגות יש מקדם התפשטות תרמית גבוה, עיצובים חייבים לאפשר תנועה תרמית. עבור רכיבים שישרתו מעל כ-425 מעלות צלזיוס או באווירה קורוזיבית, חישול תמיסת ריתוך לאחר-ממיס כל קרבידים משניים ומשחזר עמידות מלאה לחום ולקורוזיה.

הנחיית בחירה למעצבי תנורים

בססו את ההחלטה על טמפרטורת הפעולה הרציפה המקסימלית והרכב האטמוספירה. עבור שירות חמצון עד 1050 C, 309 הוא בחירה חסכונית וחסכונית-. עבור טמפרטורות מעל 1050 מעלות צלזיוס, או עבור אטמוספרות פחמימות או גופרתיות, 310S נדרש. אם רכיב 309 נכשל בטרם עת על ידי שינוי קנה מידה, עיוות או שבירות, שדרוג ל-310S הוא השלב המתקן. תעדו את הבחירה מול תנאי השירות כך שהרציונל ישרוד מסירת ציוד.

שאלות נפוצות

ש1: מהן ההרכבים של 309 ו-310S?

ת: 309 מכיל 22-24% כרום ו-12-15% ניקל; ל-310S יש 24-26% כרום ו-19-22% ניקל עם פחמן מוגבל ל-0.08%.

ש 2: אילו טמפרטורות הם יכולים לשרת ברציפות?

ת: בערך 1050 C עבור 309 וכ 1150 C עבור 310S באטמוספרות מחמצנות.

ש 3: מדוע 310S טוב יותר באטמוספרות פחמימות או גופרתיות?

ת: תכולת הניקל הגבוהה יותר שלו מאטה את דיפוזיית הפחמן ומשפרת את עמידות האבנית, ומגינה על המתכת מפני התפרקות והתקפה.

ש 4: איך הם מרותכים?

ת: עם מתכת מילוי תואמת ER309 או ER310; קצב ההתקשות-הגבוה דורש הזנת חום מבוקרת, וחישול שלאחר-פתרון ריתוך משחזר את המאפיינים עבור שירות-בטמפרטורה גבוהה.

ש5: מתי ציון 310S חובה?

ת: כאשר טמפרטורת ההפעלה הרציפה עולה על גבול ה-309, כאשר האטמוספרה מקרבת או מגופרת בצורה חזקה, או כאשר 309 נכשל על ידי קנה מידה, עיוות או התפרקות.

ש6: האם ל-309 ול-310S יש אותם מינימום מכאניים?

ת: כן. לפי ASTM A240 שניהם מציגים חוזק מתיחה מינימלי של 515 MPa, חוזק תפוקה מינימלי של 205 MPa והתארכות מינימלית של 40%.