ASTM A240 310S 热处理奥氏体不锈钢 —— 规格与性能
概述
ASTM A240 310S (UNS S31008) 是经典的 25Cr-20Ni 奥氏体耐热不锈钢,超低碳 (C ≤ 0.08%) 设计消除了焊接敏化倾向。经热处理后具有优异的高温抗氧化性 (连续 1150 °C)、良好的高温蠕变强度及适中的耐腐蚀性,是高温炉管、热交换器、燃烧器等最广泛使用的耐热钢牌号之一。
主要性能参数
一般性能
| 性能 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 23.0 °C | 7.9 – 8.2 g/cm³ | 奥氏体不锈钢典型值 |
力学性能
| 性能 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 弹性模量 | 23.0 °C | 195 GPa | 奥氏体不锈钢典型值 |
| 延伸率 A50 | 23.0 °C | 40 % | |
| 布氏硬度 | 23.0 °C | 217 HB | |
| 洛氏硬度 B | 23.0 °C | 95 HRB | |
| 泊松比 | 23.0 °C | 0.3 | 奥氏体不锈钢典型值 |
| 剪切模量 | 23.0 °C | 77 GPa | 奥氏体不锈钢典型值 |
| 抗拉强度 | 23.0 °C | 515 MPa | |
| 屈服强度 Rp0.2 | 23.0 °C | 205 MPa |
热学性能
| 性能 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 热膨胀系数 | 23.0 °C | 1.7E-5 – 1.9E-5 1/K | 奥氏体不锈钢典型值 |
| 熔点 | — | 1230 – 1480 °C | 奥氏体不锈钢典型值 |
| 比热容 | 23.0 °C | 440 J/(kg·K) | 奥氏体不锈钢典型值 |
| 热导率 | 23.0 °C | 11 – 21 W/(m·K) | 奥氏体不锈钢典型值 |
电学性能
| 性能 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 电阻率 | 23.0 °C | 8.5E-7 Ω·m | 奥氏体不锈钢典型值 |
化学成分 (质量分数 %)
| 元素 | 含量范围 |
|---|---|
| 碳 (C) | 0.08 |
| 铬 (Cr) | 24 – 26 |
| 锰 (Mn) | 2 |
| 镍 (Ni) | 19 – 22 |
| 磷 (P) | 0.05 |
| 硅 (Si) | 1.5 |
| 硫 (S) | 0.03 |
310S 与 310H / 310MoLN 对比
| 特性 | 310S (本材料) | 310H | 310MoLN |
|---|---|---|---|
| 碳含量 | ≤ 0.08% | 0.04–0.10% | ≤ 0.02% |
| 钼含量 | — | — | 1.6–2.6% |
| 氮含量 | — | — | 0.09–0.15% |
| 抗氧化温度 | 1150 °C | 1150 °C | 1150 °C+ |
| 耐点蚀/缝隙腐蚀 | 一般 (PREN~20) | 一般 | 极佳 (PREN~38) |
| 高温蠕变强度 | 良好 | 优 (高C) | 优 (固溶强化) |
| 焊接性 | 优 (超低碳) | 需注意敏化 | 优 (超低碳) |
| 典型用途 | 通用高温结构件 | 长期高温承载 | 恶劣高温腐蚀 |
热处理制度
固溶处理:1040–1150 °C 快速水冷/风冷。注意:> 1150 °C 易析出 σ 相导致脆化,冷却速度需足够快避开 650–900 °C 敏化区。
高温力学性能参考 (典型值)
| 温度 (°C) | 抗拉强度 (MPa) | 屈服强度 Rp0.2 (MPa) | 蠕变极限 1000h (MPa) |
|---|---|---|---|
| 20 | 515 | 205 | — |
| 400 | 380 | 160 | 85 |
| 600 | 310 | 135 | 42 |
| 800 | 230 | 110 | 18 |
| 1000 | 140 | 80 | 6 |
典型应用
- 工业炉辐射管、烧嘴、炉辊、炉底板 (≤ 1150 °C)
- 热处理炉料篮、托盘、夹具 (循环热疲劳环境)
- 石油裂解炉对流段管材、集箱 (非强腐蚀工况)
- 锅炉燃烧器、过热器挡板、导流板
- 汽车排气歧管、涡轮增压器外壳 (高温循环)
- 玻璃熔窑、陶瓷烧结炉耐热结构件
- 核工程气冷堆燃料元件包壳 (早期设计)
使用注意事项
- σ 相脆化:650–900 °C 长期服役易析出 σ 相,导致室温韧性下降,避免在此温区长期停留
- 475 °C 脆化:铁素体分解导致硬度升高、韧性下降,310S 因高 Ni 相对不敏感
- 热疲劳:热膨胀系数大,剧烈温度循环易产生热疲劳裂纹,设计需考虑应力松弛
- 碳氮共渗:高温含碳/氮气氛中表面硬化脆化,需保护气氛或涂层防护
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