Keluli Tahan Karat 314: Suhu Tinggi dan Rintangan Pengoksidaan Diterangkan

Keluli tahan karat 314 ialah gred austenit silikon tinggi, kromium tinggi yang dibangunkan untuk perkhidmatan pengoksidaan pada suhu di mana 304 atau 316 akan berkurangan dalam beberapa minggu. Dengan 23-26% kromium, 19-22% nikel dan 1.50-3.00% silikon, gred ini membina lapisan oksida yang padat dan membaiki sendiri yang mengekalkan bunyi logam asas semasa pendedahan tanpa gangguan yang lama kepada atmosfera relau. Panduan ini merangkumi kimia yang mendorong tingkah laku itu, sampul mekanikal gred, amalan fabrikasi, dan aplikasi di mana 314 adalah pilihan yang menjimatkan.

Mengapa 314 Dipilih untuk Perkhidmatan Pengoksidaan Suhu Tinggi

Tiga elemen pengaloian menentukan sama ada keluli tahan karat bertahan dalam suasana relau panas. Chromium membekalkan takungan yang diperlukan untuk membentuk dan berulang kali membaiki skala pelindung kromium oksida. Silikon, pada kira-kira tiga kali ganda paras yang terdapat dalam 304, menggalakkan sub-skala yang kaya dengan silika yang melambatkan resapan keluar ion logam dan dengan ketara meningkatkan ketahanan terhadap spalling semasa kitaran haba. Nikel menstabilkan struktur austenit supaya aloi kekal mulur daripada menjadi rapuh selepas beribu-ribu jam pada suhu.

Akibat praktikal ialah 314 bertolak ansur dengan kedua-dua haba keadaan mantap dan kitaran pemanasan dan penyejukan yang lebih merosakkan. Berbasikal berulang adalah perkara yang memusnahkan kebanyakan gred tahan haba: setiap pengecutan memecahkan lapisan oksida, dan logam yang baru terdedah mesti membentuk semula skalanya sebelum pengoksidaan meningkat. Silikon tinggi memperlahankan kemajuan itu.

Servis berterusan pada suhu tinggi sehingga 1093 C (2000 F) dalam suasana pengoksidaan yang bersih.

Servis terputus-putus sehingga 1149 C (2100 F) di mana komponen dikitar masuk dan keluar dari relau.

Kadar penskalaan yang lebih rendah daripada 309S atau 316 pada suhu yang sama.

Kemuluran austenit yang dikekalkan, yang penting untuk bakul dan lekapan yang dikendalikan semasa panas.

Komposisi Kimia, Piawaian dan Sifat Mekanikal

Komposisi tempa Jenis 314 dikawal oleh spesifikasi produk rata dan bar yang digunakan untuk gred austenit tahan haba. Pembeli biasanya memesan helaian, plat dan jalur ke ASTM A240, bar dan bentuk kepada ASTM A276 atau ASTM A479, dan paip dan tiub lancar atau dikimpal kepada siri A312 / A213 / A269 yang sepadan. Dalam amalan Eropah gred ini dilindungi oleh EN 10095 untuk keluli tahan haba di bawah sebutan X15CrNiSi25-20 dengan nombor bahan 1.4841, dan komposisi yang serupa muncul dalam julat tahan haba DIN Jerman.

unsur	ASTM A240 Jenis 314 (% mengikut jisim)	Fungsi
Karbon (C)	0.25 max	Mengekalkan kekuatan pada suhu; dikekalkan rendah untuk kebolehkimpalan
Mangan (Mn)	2.00 max	Penyahoksidaan, kestabilan austenit
Silikon (Si)	1.50 - 3.00	Sub-skala yang kaya dengan silika, rintangan spalling yang lebih baik
Fosforus (P)	0.045 max	Elemen sisa, dikawal untuk keliatan
Sulfur (S)	0.030 max	Elemen sisa, dikawal untuk kebolehkerjaan panas
Chromium (Cr)	23.0 - 26.0	Pembentukan skala Cr2O3 pelindung
Nikel (Ni)	19.0 - 22.0	Struktur Austenit dan kemuluran suhu tinggi

Dua mata patut diberi perhatian apabila pesanan pembelian ditulis. Pertama, julat silikon ialah julat prestasi, bukan baki: bahan yang dibekalkan pada 1.5% Si berkelakuan dengan ketara berbeza daripada bahan pada 3.0% Si di bahagian atas julat suhu, jadi kandungan silikon harus dinyatakan pada sijil dan bukannya diandaikan. Kedua, karbon dihadkan pada 0.25%, iaitu lebih tinggi daripada had 0.08% 304L atau had 0.03% 316L; Oleh itu, 314 tidak boleh dipilih untuk pemasangan dikimpal yang juga mesti menahan serangan antara butiran dalam persekitaran berair.

Jadual di bawah menyenaraikan nilai biasa untuk produk tempa annealed. Oleh kerana 314 hampir selalu dipesan untuk kelakuan suhu tingginya, suhu minimum bilik disebut terutamanya sebagai garis dasar penerimaan dan bukannya sebagai pemacu reka bentuk.

Harta benda	Nilai biasa untuk produk tempa annealed	Asas rujukan
Kekuatan tegangan	515 MPa (75 ksi) minimum	ASTM A240 / A276
0.2% mengimbangi kekuatan hasil	205 MPa (30 ksi) minimum	ASTM A240 / A276
Pemanjangan dalam 50 mm	40% minimum	ASTM A240 / A276
Ketumpatan	kira-kira 7.9 g/cm3	Purata lembaran data gred
Struktur kristal	Austenit, pada asasnya bukan magnet apabila disepuhlindap	Piawaian metalurgi
Perkhidmatan berterusan maksimum	1093 C (2000 F)	Data perkhidmatan terhad pengoksidaan
Perkhidmatan terputus-putus maksimum	1149 C (2100 F)	Data perkhidmatan terhad pengoksidaan

Pada suhu perkhidmatan gred mengekalkan kekuatan berguna jauh melebihi julat gred kakisan 300 siri. Data rayapan dan pecah tegasan hendaklah sentiasa diambil daripada rekod ujian disahkan pembekal atau daripada spesifikasi yang berkenaan untuk haba sebenar, kerana haba silikon tinggi boleh berbeza dengan satu atau dua tahap tegasan daripada lengkung purata dalam lembaran data generik.

Kelakuan Kakisan: Suhu Tinggi Berbanding Berair

314 ialah gred tahan haba, bukan gred marin atau proses kimia, dan mengelirukan kedua-duanya ialah ralat pemilihan yang paling biasa dalam keluarga ini.

Pengoksidaan dan penskalaan:cemerlang, dan sebab utama untuk menentukan gred.

Kakisan suhu tinggi:rintangan yang baik kepada gas serombong panas, produk pembakaran dan keadaan pengoksidaan atau sulfidis sederhana, dengan syarat keadaan kekal mengoksida.

Kakisan akueus:rintangan lebih rendah daripada 316 kerana 314 tidak mengandungi molibdenum; rintangan pitting klorida juga lebih lemah.

Mengurangkan atau mensulfikan dengan kuat atmosfera:tidak disyorkan tanpa salutan pelindung atau perubahan kepada aloi kaya nikel, kerana kromium oksida pelindung tidak boleh terbentuk.

Pendek kata, 314 paling baik digunakan dalam perkhidmatan kering, panas, pengoksidaan. Jika komponen melihat kedua-dua haba relau dan pendedahan kimia basah, kedua-dua tugas biasanya dipisahkan dengan menggunakan gred tahan kakisan di zon basah.

Fabrikasi, Kimpalan dan Rawatan Haba

314 berkelakuan seperti gred austenit silikon tinggi yang lain: ia sejuk berfungsi dengan cepat, mesin kepada cip bergetah, dan memerlukan perhatian kepada suhu interpass semasa mengimpal.

Pembentukan sejuk:sederhana; kerja gred mengeras dengan cepat, pembentukan sejuk yang begitu teruk memerlukan penyepuhlindapan pertengahan.

Pemesinan:gunakan perkakas rake positif, kadar suapan yang murah dan persediaan tegar untuk mengelakkan pengerasan kerja di bawah potongan.

Kimpalan:mudah dikimpal oleh proses arka biasa. Pengisi tahan haba yang sepadan atau pengisi galas nikel kromium tinggi digunakan bergantung pada suhu perkhidmatan; input haba rendah dan suhu interpass terkawal menghadkan retak panas di bahagian tebal.

Rawatan haba:penyepuh larutan dalam julat 1038-1121 C dan sejuk dengan cepat di udara atau air. Penyepuhlindapan selepas kimpalan adalah dinasihatkan untuk sambungan tebal dan untuk komponen yang akan berkitar dalam perkhidmatan, kerana ia melarutkan fasa yang menggalakkan kerosakan.

Penjerukan dan pembersihan:keluarkan semua pencemaran besi dan oksida sebelum bahagian itu memasuki relau, jika tidak, pencemaran menjadi titik permulaan untuk penskalaan.

Aplikasi Biasa

314 ditentukan di mana komponen mesti bertahan dalam banyak kitaran relau tanpa kehilangan ketebalan bahagian.

Komponen relau: tiub berseri, pelapik meredam, retort dan bingkai pintu.

Lekapan rawatan haba: bakul, dulang, jig dan grid sokongan.

Bahagian dalam tanur simen, seramik dan kapur terdedah kepada gas pengoksidaan panas.

Pelapik insinerator, bar parut dan komponen penunu.

Peralatan kimia dan petrokimia yang beroperasi melebihi had 309S.

Soalan Lazim

S: Apakah perbezaan antara keluli tahan karat 314 dan 310S?
Kedua-duanya adalah gred tahan haba austenit dengan paras kromium dan nikel yang serupa, tetapi 314 membawa silikon 1.50-3.00% berbanding maksimum 1.5% untuk 310S. Silikon tambahan menebal sub-skala pelindung dan meningkatkan rintangan spalling, jadi 314 lebih disukai apabila bahagian itu dikitar secara haba atau apabila ketebalan bahagian mesti dikekalkan.

S: Adakah 314 keluli tahan karat magnet?
Dalam keadaan anil sepenuhnya, strukturnya adalah austenit dan pada asasnya bukan magnet. Kerja sejuk, seperti lenturan atau ricih, boleh membentuk sejumlah kecil martensit dan menghasilkan tindak balas magnet yang sedikit, yang tidak menunjukkan gred yang salah.

S: Bolehkah 314 dikimpal?
ya. Ia dikimpal dengan proses arka austenit standard menggunakan pengisi tahan haba yang sepadan. Input haba yang rendah, suhu interpass terkawal dan, untuk sambungan tebal, anil pasca kimpalan pada 1038-1121 C dengan penyejukan pantas disyorkan untuk mengelakkan kekosongan.

S: Apakah suhu maksimum untuk keluli tahan karat 314?
Sehingga 1093 C (2000 F) untuk perkhidmatan berterusan dan sehingga 1149 C (2100 F) untuk perkhidmatan terputus-putus dalam suasana pengoksidaan bersih. Had ini ditetapkan oleh kelakuan pengoksidaan dan penskalaan dan bukannya oleh takat lebur, jadi ia jatuh secara mendadak dalam keadaan mengurangkan, mensulfikan atau tercemar teruk.

S: Mengapakah 314 kurang tahan kakisan daripada 316 dalam perkhidmatan basah?
Kerana 314 tidak mengandungi molibdenum. Molibdenum ialah unsur yang meningkatkan rintangan kakisan pitting dan celah dalam persekitaran berair yang mengandungi klorida, dan kromium tinggi ditambah silikon 314 tidak menggantikan fungsi itu. Untuk perkhidmatan klorida basah, 316 atau 316L ialah gred yang betul.

S: Borang produk manakah yang terdapat dalam Jenis 314?
Lembaran, plat, jalur dan gegelung kepada ASTM A240; bar, wayar dan bentuk kepada ASTM A276 atau A479; paip dan tiub lancar dan dikimpal kepada siri A312, A213 dan A269; dan siap lekapan rawatan haba yang direka daripada stok plat dan bar.