Марка нержавеющей стали 309S: состав, свойства, термообработка и применение

Нержавеющая сталь 309S представляет собой низкоуглеродистую версию марки 309, аустенитного хромоникелевого сплава с 22,0–24,0% хрома и 12,0–15,0% никеля. Обозначенный UNS S30908 в США и 1.4833 в европейской системе, он предназначен в основном для компонентов, работающих в окислительной атмосфере при температурах примерно до 1000 °C в непрерывном режиме.

Определяющим пределом спецификации является углерод: для 309S ограничение C составляет 0,08%, а для прямого 309 — до 0,20%. Низкое содержание углерода подавляет осаждение карбида хрома на границах зерен, когда материал сваривается или выдерживается в диапазоне 430–900 °C, поэтому 309S предпочтителен для сварных изделий и оборудования, подвергающегося термическому циклированию.

Не путайте форму продукта с сортом. 309S — это кованая марка, используемая для листов, пластин, стержней и труб. Когда для литой детали, такой как печной ролик, печная плита или приспособление для термообработки, требуется одно и то же семейство сплавов Cr-Ni, литейные предприятия работают над литьем таких марок, как ASTM A297 Оценка HH, а не деформируемой стали 309S.

Химический состав 309S (UNS S30908)

Химический состав 309S установлен такими стандартами, как ASTM A240 и эквивалентными европейскими спецификациями; каждое высокотемпературное свойство следует из приведенного ниже баланса.

По сравнению с более высоколегированным сплавом 310S (24–26% Cr, 19–22% Ni), 309S предлагает более дешевую основу, но при этом обеспечивает практическую стойкость к окислению при температуре около 1000 °C. Дополнительный никель в 310S обеспечивает видимый запас прочности и устойчивости к суровым термоциклическим воздействиям, поэтому 310S имеет тенденцию заменять 309S, когда рабочая температура поднимается выше примерно 1000 °C.

Механические и физические свойства

В отожженном состоянии 309S мягкий, пластичный и немагнитный; приведенные ниже значения описывают заводское состояние, а не состояние горячей эксплуатации.

Не выбирайте 309S на основании его минимального предела прочности при растяжении 515 МПа, если рабочая температура составляет 900 °C. Допустимое напряжение резко падает при температуре выше 600 °C, а практический предел определяется скоростью окисления и сроком службы ползучести для точной толщины сечения. Отправляя запрос предложения, укажите атмосферу, пиковую температуру и нагрузку; Затем поставщик может выбрать между 309S, литым сплавом марки HH/HK или модернизированной версией 310S.

309S по сравнению с 310S и литыми жаростойкими марками

Ближайшим литым родственником 309S является ASTM A297 Grade HH, сплав 25Cr-12Ni, номинальный состав которого примерно на 96% совпадает с деформируемым сплавом, но содержит больше углерода, что придает отливкам сопротивление ползучести при высоких температурах.

Это различие является наиболее распространенным источником путаницы в сфере закупок. Если вы отправите чертеж печного ролика и напишете на нем «309S», литейный завод обычно предложит химический состав типа HH (24–28% Cr, 11–14% Ni, 0,20–0,50% C), поскольку химический состав с низким содержанием углерода не создаст литой микроструктуры и прочности на разрыв, необходимых для толстой несущей секции. Сначала выберите форму продукта: кованая сталь 309S, из которой можно резать, формовать и сваривать лист или трубу; литые марки A297, где деталь имеет профилированную форму, тяжелую и нагруженную при температуре.

Для круглых деталей, которые выдерживают нагрузку в печи, центробежное литье обычно является правильным путем, поскольку оно создает плотную, направленно затвердевшую структуру. Для газопровода допускается прокатанная и сварная труба марки 309S; трубка, которая должна выдерживать собственный вес при температуре 1000 °C, должна представлять собой изделие, отлитое центробежным способом с контролируемым химическим составом.

Центробежно-литая жаропрочная труба из нержавеющей стали Эта труба изготавливается методом центробежного литья с плотной, направленно затвердевшей структурой, что делает ее подходящей для несущих компонентов печей при высоких температурах, таких как газопроводы и трубы, которые должны выдерживать собственный вес при температуре 1000 °C. Посмотреть продукт →

Изготовление и термообработка

309S можно резать, формовать, обрабатывать и сваривать стандартными методами обработки аустенитной нержавеющей стали; Единственное важное правило — завершать горячую обработку полным отжигом в растворе и быстрым охлаждением.

Отжиг на раствор проводят при температуре 1038–1120 °С с выдержкой, достаточной для растворения карбидов хрома, с последующей закалкой в ​​воду или энергичным охлаждением на воздухе. Сорт не может быть упрочнен термической обработкой; жесткость, полученная при холодной обработке, представляет собой просто нагартование и исчезает при отжиге.

Сварка проста. Используйте соответствующий наполнитель 309 или 309L, избегайте предварительного подогрева, за исключением очень жестких секций, и поддерживайте умеренную температуру между проходами. Содержание углерода в 0,08% значительно снижает выделение карбида хрома в зоне термического влияния по сравнению с прямой сталью 309, поэтому сварные детали из стали 309S могут поступать в печь без отдельной послесварочной обработки.

Те же рассуждения распространяются на приспособления, которые проводят заготовки через циклы термообработки. Конструкция лотка и материал лотка совместно определяют однородность температуры, и наш обзор оптимизация конструкции лотка для термообработки объясняет структурные факторы, которые проверяются на литейном заводе перед отливкой оснастки. При многократном термоциклировании литые приспособления с усиленными ребрами превосходят версии из тонкого листового металла, поэтому большинство операторов переходят от сварных каркасов из 309S к литым корзинам и лоткам типа HH для линий непрерывной термообработки.

Штабелируемая корзина для термообработки для колодезных печей Эта штабелируемая корзина, предназначенная для организации деталей во время термообработки, улучшает производительность печи и поток воздуха, обеспечивая равномерный нагрев и стабильные результаты, особенно подходит для линий непрерывной термообработки, где литые корзины типа HH превосходят сварные версии из листового металла. Посмотреть продукт →

Типичные высокотемпературные применения

309S — это экономичная нержавеющая сталь по умолчанию для чистой окислительной атмосферы с температурой до 1000 °C и для компонентов, которые могут быть изготовлены сваркой или холодной штамповкой.

• Оборудование для термообработки: лотки, корзины, реторты и муфели, работающие при температуре 850–1000 °С.
• Внутренние устройства печи: радиационные трубы, сопла горелок, камеры сгорания и огнеупорные анкеры.
• Фурнитура для вращающихся печей: фурнитура печи, защитные пластины устья и хвоста печи, термостойкие уплотнительные ленты.
• Энергетическое и энергетическое оборудование: компоненты котла, секции подогревателя воздуха и копья сажеобдувочных аппаратов.
• Компоненты нефтехимического завода: защитные гильзы, воздушные коллекторы, опорные решетки для катализатора и внутренние устройства реактора.

Стоит помнить о двух ограничениях приложений. В серосодержащей атмосфере при температуре выше примерно 500 °C никель в 309S уязвим к сульфидированию, поэтому может потребоваться другое семейство сплавов. При сильном термоциклировании при температуре около 1000 °C тонкая деформируемая футеровка деформируется раньше, чем литая деталь со встроенными ребрами, поэтому печные ролики и защитные пластины для печей почти всегда отливаются, а не изготавливаются из листа.

Жаропрочный ролик для печи центробежного литья Этот ролик изготовлен из жаропрочных сплавов, выдерживает высокие температуры и вращательные нагрузки, обеспечивая надежное движение в печах центробежного литья. Его литая конструкция с ребрами обеспечивает лучшую стойкость к термическому удару, чем тонкие деформированные гильзы, что продлевает срок службы в сложных условиях эксплуатации. Посмотреть продукт →

Как указать компоненты 309S: вопросы закупок

Самый полезный шаг — указать форму продукта и руководящие стандарты в каждом запросе предложения; запрос на «литье 309S» технически неоднозначен и приведет к несопоставимым ценам.

• Укажите ASTM A240 для деформируемых пластин и листов, ASTM A312 или A358 для сварных труб и ASTM A297 для отливок.
• Запросите фактический термический анализ и проверьте значения хрома, никеля и углерода в сертификате заводских испытаний.
• Для отливок подтвердите химический состав шихты, маршрут литья и процедуру термообработки после отливки, используемые на литейном заводе.
• Отправьте рабочий цикл: пиковую температуру, состав атмосферы, время пребывания и циклическую частоту.
• Для критически важных деталей, несущих нагрузку выше 900 °C, требуются данные о пределе ползучести или документированная история обслуживания, а не значения прочности на растяжение при комнатной температуре.

Поставщик, который работает как с коваными изделиями, так и с отливками из одного и того же семейства сплавов Cr-Ni, может без догадок преобразовать ваш рабочий цикл в правильную форму продукта. Наш литейное производство жаропрочной легированной стали произвела описанные здесь марки литья для печей, печей и линий термообработки и может порекомендовать химический состав литья, когда деформируемый компонент 309S не является подходящим решением для случая нагрузки.

Часто задаваемые вопросы о 309S

В чем разница между 309 и 309S?

Только предел углерода. 309 допускает максимальное содержание углерода 0,20%; 309S ограничен 0,08%. Низкое содержание углерода ограничивает осаждение карбида хрома во время сварки и эксплуатации в диапазоне 430–900 °C, поэтому 309S предпочтителен для сварного и термически циклированного оборудования.

Можно ли использовать 309S для отливок?

309S формально является кованым обозначением. Для литых деталей литейные заводы используют марки ASTM A297 с той же основой Cr-Ni, обычно марку HH (25Cr-12Ni с содержанием C 0,20–0,50%) при температуре около 1000 °C. Если вы отправите чертеж «отливки 309S», ожидайте, что литейный завод предложит химический состав типа HH и объяснит замену.

Что лучше при высоких температурах: 309S или 310S?

310С. Повышенное содержание хрома (24–26%) и никеля (19–22%) дает более стабильную оксидную окалину и лучшую прочность на ползучесть, поэтому его рекомендуют использовать при температуре выше 1000 ° C или в условиях жесткого термоциклирования. 309S остается лучшим выбором для чистого окислительного воздуха в рамках своего рейтинга.

Нужно ли отжигать сталь 309S после сварки?

Для большинства высокотемпературных условий — нет. Низкое содержание углерода предотвращает сенсибилизацию зоны термического воздействия. Если сварное изделие также контактирует с водными агрессивными средами, может быть назначен полный отжиг на раствор при температуре 1038–1120 °C с последующим быстрым охлаждением.

Является ли 309S магнитным?

В отожженном состоянии он практически немагнитен, как и ожидалось для аустенитного сорта. Холодная работа может вызвать небольшой магнетизм, но он редко бывает существенным при использовании в печах и печах.