الفولاذ المقاوم للصدأ 309 مقابل 310S: اختيار السبائك المقاومة لدرجات الحرارة العالية والأكسدة

يعتبر 309 و310S أكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي تحديدًا لمكونات الفرن ومعدات المعالجة ذات درجات الحرارة العالية-. إنها تبدو متشابهة على الورق، لكن الاختلاف في محتوى الكروم والنيكل يحرك سقف الأكسدة بحوالي 100 درجة مئوية ويغير السلوك في الأجواء الكربنة والكبريتات. تحدد هذه المقالة الفرق مع بيانات ASTM A240 وتترجمها إلى قاعدة اختيار.

التركيب الكيميائي حسب ASTM A240

عنصر	309 (UNS S30900)	310S (UNS S31008)
الكربون (C)، كحد أقصى	0.20%	0.08%
المنغنيز (Mn)، كحد أقصى	2.00%	2.00%
السيليكون (سي)، كحد أقصى	1.00%	1.50%
الفوسفور (P)، كحد أقصى	0.045%	0.045%
الكبريت (S)، كحد أقصى	0.030%	0.030%
الكروم (الكروم)	22.00-24.00%	24.00-26.00%
النيكل (ني)	12.00-15.00%	19.00-22.00%

يعمل تصنيف 310S منخفض{0}}الكربون، مع الحد الأقصى للكربون بنسبة 0.08%، على تحسين قابلية اللحام والاستقرار الهيكلي على المدى الطويل-مقارنة بالدرجة 310 الأصلية، وهذا هو السبب في أن 310S هو النموذج المحدد عادةً للخدمة المستمرة في درجات الحرارة العالية-.

-قدرة عالية على درجة الحرارة واستقرار النطاق

309 مناسب للخدمة المستمرة حتى حوالي 1050 درجة مئوية (1922 فهرنهايت) في الأجواء المؤكسدة. 310S يوسع سقف الخدمة المستمرة إلى حوالي 1150 درجة مئوية (2102 فهرنهايت)، لأن محتوى الكروم الأعلى يشكل مقياس أكسيد الكروم أكثر استقرارًا وبطيء النمو- والذي يقاوم التشظي تحت التدوير الحراري واصطدام اللهب المباشر. بالنسبة للمكونات التي تدور بين الساخن والبارد، أو التي ترى لهب الموقد مباشرة، فإن استقرار المقياس 310S يترجم مباشرة إلى عمر أطول.

السلوك في أجواء العملية

نادراً ما تكون أجواء الفرن مؤكسدة بحتة. وفي الأجواء الكربنة، يمكن أن ينتشر الكربون إلى الفولاذ ويترسب الكربيدات التي تؤدي إلى هشاشته؛ في الأجواء الكبريتية، يهاجم الكبريت النطاق الوقائي. يؤدي المحتوى العالي من النيكل في 310S إلى إبطاء انتشار الكربون وتحسين مقاومة الكربنة والكبريتات، ولهذا السبب تم تحديد أنابيب الإصلاح والأجزاء الداخلية من المكلس في 310S.

الخواص الميكانيكية والتصنيع

الخاصية (الحد الأدنى، ASTM A240)	309	310S
قوة الشد	515 ميجا باسكال	515 ميجا باسكال
قوة الإثبات 0.2%	205 ميجا باسكال	205 ميجا باسكال
استطالة	40%	40%

يعمل كلا النوعين{0}}على التصلب بسرعة، لذا يتطلب التشكيل المزيد من الطاقة ويؤدي التشغيل الآلي إلى تآكل أسرع للأداة مقارنةً بـ 304. يستخدم اللحام معدن حشو مطابق، ER309 أو ER310. ونظرًا لأن كلا الصفين يتمتعان بمعامل تمدد حراري عالي، فيجب أن تسمح التصميمات بالحركة الحرارية. بالنسبة للمكونات التي ستخدم في درجات حرارة أعلى من حوالي 425 درجة مئوية أو في أجواء مسببة للتآكل، فإن التلدين بمحلول ما بعد اللحام يذيب أي كربيدات ثانوية ويستعيد الحرارة الكاملة ومقاومة التآكل.

إرشادات الاختيار لمصممي الأفران

اعتمد القرار على الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل المستمرة وتكوين الغلاف الجوي. بالنسبة لخدمة الأكسدة التي تصل إلى 1050 درجة مئوية، يعد 309 خيارًا فعالاً وفعالاً من حيث التكلفة. لدرجات حرارة أعلى من 1050 درجة مئوية، أو للأجواء الكربنة أو الكبريتدة، مطلوب 310S. إذا فشل مكون 309 قبل الأوان بسبب القياس أو التشويه أو التقصف، فإن الترقية إلى 310S هي الخطوة التصحيحية. قم بتوثيق الاختيار وفقًا لشروط الخدمة بحيث يستمر الأساس المنطقي في تسليم المعدات.

التعليمات

س1: ما هي تركيبات 309 و310S؟

ج: 309 يحتوي على 22-24% كروم و12-15% نيكل؛ يحتوي 310S على 24-26% كروم و19-22% نيكل مع نسبة كربون محدودة بـ 0.08%.

س2: ما هي درجات الحرارة التي يمكن أن تخدمها بشكل مستمر؟

ج: حوالي 1050 درجة مئوية لـ 309 وحوالي 1150 درجة مئوية لـ 310S في الأجواء المؤكسدة.

س 3: لماذا يعتبر 310S أفضل في الأجواء الكربنة أو الكبريتدة؟

ج: يؤدي محتواه العالي من النيكل إلى إبطاء انتشار الكربون وتحسين مقاومة الحجم، مما يحمي المعدن من التقصف والهجوم.

س4: كيف يتم لحامها؟

ج: مع معدن الحشو المطابق ER309 أو ER310؛ يتطلب معدل العمل العالي-التصلب إدخال حرارة يتم التحكم فيها، كما أن التلدين بعد محلول اللحام-يعيد الخصائص لخدمة درجة الحرارة المرتفعة-.

س5: متى يكون تحديد 310S إلزاميا؟

ج: عندما تتجاوز درجة حرارة التشغيل المستمرة حد 309، عندما يكون الجو مكربنًا أو كبريتيدًا بقوة، أو عندما يفشل 309 بسبب التحجيم أو التشويه أو التقصف.

س 6: هل لدى 309 و 310S نفس الحد الأدنى الميكانيكي؟

ج: نعم. وفقًا لمعيار ASTM A240، يُظهر كلاهما قوة شد لا تقل عن 515 ميجا باسكال، وقوة خضوع لا تقل عن 205 ميجا باسكال، وحد أدنى للاستطالة 40%.