304L - 300系列奧氏體不銹鋼管
304L合金
304L合金（UNS S30403）不銹鋼是18%鉻、8%鎳奧氏體合金的變形產(chǎn)品。 這個(gè)合金可用于廣泛的領(lǐng)域，具有良好的很好的抗腐蝕能力、較易裝配、出色的 成形性及高強(qiáng)度、低重量。
合金304 (S30400), 304L (S30403), and 304H (S30409)的不銹鋼是18％鉻，8％鎳奧氏體合金的幾種變體，是不銹鋼家族中最常見和最常用的合金。因?yàn)檫@些合金具有以下一種或多種屬性，因此可以用作各種應(yīng)用。屬性包括：
耐腐蝕
防止產(chǎn)品污染
抗氧化
易于加工
良好的成形性
外觀精美
易于清潔
高強(qiáng)度、低重量
低溫環(huán)境下，良好的強(qiáng)度和韌性
已存在多種產(chǎn)品形式
每種合金都很好地結(jié)合了耐腐蝕性和良好的加工性。性能的良好結(jié)合是這種合金被廣泛使用的原因，幾乎占全美國(guó)不銹鋼產(chǎn)量的一半。18-8不銹鋼，主要是304，304L，304H，以多種形式存在，包括片，條和板。這些合金通常用于設(shè)備的制造，應(yīng)用的例子包括：食物和飲料，衛(wèi)生，冷凍，壓力容器。
氬氧脫碳技術(shù)（AOD技術(shù)）以低成本實(shí)現(xiàn)了低碳水平，304成為了標(biāo)準(zhǔn)合金。304L用于焊接產(chǎn)品，這些產(chǎn)品作業(yè)時(shí)可能暴露在會(huì)引起不規(guī)則腐蝕的環(huán)境下。
304H合金是304的改良品，它的碳含量在0.04-0.10之間，對(duì)于要暴露在溫度800°F以上的零件，采用304H有助于改善高溫下的強(qiáng)度。
化學(xué)成分
ASTM A182:
| 成分 |
重量百分比除特別說明外，表中所列為最大值
|
| |
304 |
304L |
304H |
| 碳 |
0.08 |
0.030 |
0.04-0.01 |
| 錳 |
2.00 |
2.00 |
2.00 |
| 磷 |
0.045 |
0.045 |
0.045 |
| 硫 |
0.030 |
0.030 |
0.030 |
| 硅 |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
| 鉻 |
18.00
20.00 |
18.00
20.00 |
18.00
20.00 |
| 鎳 |
8.0
11.00 |
8.0
13.00 |
8.0
11.00 |
| 氮 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
以上表中的數(shù)據(jù)僅是典型的成分分析，不能作為最終產(chǎn)品成分的最大值或最小值。具體某一塊材料的成分可能與以上數(shù)據(jù)不一致。
耐腐蝕
均勻腐蝕
奧氏體不銹鋼304，304L，304H，在適度的氧化和還原環(huán)境下，具有相當(dāng)?shù)哪透g性。這些合金被廣泛用于加工和處理食物飲料，奶制品設(shè)備和器具。熱交換器，管道，油罐，其他與淡水接觸的加工設(shè)備都可以采用這些合金。
這些合金的鉻含量是18-19％，在氧化環(huán)境下具有抗氧化性。下表是304合金在稀硝酸環(huán)境下的氧化率。
| % 硝酸 |
溫度
°F (°C) |
腐蝕率
Mils/Yr (mm/a) |
| 10 |
300 (149) |
5.0 (0.13) |
| 20 |
300 (149) |
10.1 (0.25) |
| 30 |
300 (149) |
17.0 (0.43) |
304，304L，304H對(duì)中度有機(jī)酸（如醋酸）和還原酸（如磷酸）也具有抵抗性。18-8合金鎳含量8-11％，能抵抗中度還原環(huán)境。更高還原性的還原環(huán)境（如沸騰的稀鹽酸和硫酸），對(duì)于這些材料來說，攻擊性就太強(qiáng)了。即使是半沸騰的，腐蝕性也太強(qiáng)。
某些情況下，低碳含量的304L合金比高碳含量的304合金的腐蝕率低。從甲酸，氨基磺酸，氫氧化鈉得到的數(shù)據(jù)印證了這一點(diǎn)。除此以外，304，304L，304H在大多數(shù)腐蝕環(huán)境下的性能都是相同的。一個(gè)值得注意的特例是：在足以引起焊接和熱影響區(qū)粒間腐蝕的環(huán)境中，更傾向使用304L合金，因?yàn)樗牡吞己坑兄诘挚沽ｉg腐蝕。
粒間腐蝕
18-8奧氏體不銹鋼暴露在800°F至 1500°F (427°C至 816°C)溫度下，可能引起碳化鉻在晶界沉淀。這類不銹鋼暴露在苛刻環(huán)境下，容易形成粒間腐蝕。304合金中的碳成分導(dǎo)致其在氣焊和熱影響區(qū)焊接過程中的熱狀態(tài)下，產(chǎn)生敏化。因此，材料在焊后狀態(tài)使用的情況下，通常選用碳含量較低的304L合金。低碳含量延長(zhǎng)了碳化鉻沉淀到危害水平的時(shí)間，但是材料長(zhǎng)期處于沉淀溫度范圍內(nèi)，并不是完全消除這種沉淀。
| 粒間腐蝕測(cè)試 |
ASTM A262
評(píng)估測(cè)試 |
腐蝕率, Mils/Yr (mm/a) |
| 304 |
304L |
|
Practice E
基焊金屬
焊接后 |
彎曲無龜裂
焊接有一些龜裂
(不接受) |
無龜裂
無龜裂
|
|
Practice A
基焊金屬
焊接后 |
級(jí)別結(jié)構(gòu)
起溝
(不接受) |
級(jí)別結(jié)構(gòu)
級(jí)別結(jié)構(gòu) |
應(yīng)力腐蝕龜裂
304，304L，304H合金是奧氏體不銹鋼中最容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕龜裂的（SSC），因?yàn)樗麄兊逆嚭肯鄬?duì)低。引起應(yīng)力腐蝕龜裂的條件有：（1）鹵化物離子的存在（通常是氯化物），（2）殘余的張力，（3）溫度超過120°F (49°C)。合金成形過程中的冷變形，拉幅成管板，焊接操作等都可以產(chǎn)生應(yīng)力。退火，冷變形后的消除應(yīng)力熱處理都可減少應(yīng)力，因而降低了鹵化物應(yīng)力腐蝕龜裂可能性。在可能引起粒間腐蝕的環(huán)境中，低溫退火狀態(tài)下作業(yè)，最好選擇低碳的304L合金材料。
| 鹵化物 (氯化物應(yīng)力腐蝕測(cè)試) |
| 測(cè)試 |
U型彎曲（高度受壓）樣品 |
| 304 |
|
33% 氯化鋰,沸騰
|
基焊金屬
焊接后 |
斷裂，14-96小時(shí)
斷裂，18-90小時(shí)
|
| 26% 氯化鈉, 沸騰 |
基焊金屬
焊接后 |
斷裂，142-1004小時(shí)
斷裂，300-500小時(shí) |
| 40% 氯化鈣, 沸騰 |
基焊金屬 |
斷裂，144小時(shí)
-- |
|
周圍環(huán)境
暴露在海邊環(huán)境 |
基焊金屬
焊接后 |
無斷裂
無斷裂
|
點(diǎn)腐蝕/隙腐蝕
18-8合金被非常成功地應(yīng)用在氯離子含量低的淡水中。一般來說，尤其是有縫隙出現(xiàn)的情況下，18-8合金的極限是100ppm 的氯化物。高含量的氯化物可能引起隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕。在更嚴(yán)厲的條件下，如：低PH值，或者高溫，則會(huì)考慮使用鉬含量較高的合金，如316。18-8合金也不建議用于海洋環(huán)境。
物理性能
密度：
0.285 lb/in3 (7.90 g/cm3)
抗拉彈性模數(shù) :
29 x 106 psi (200 GPa)
線性熱膨脹系數(shù)：
| 溫度范圍 |
系數(shù) |
| °F |
°C |
in/in/°F |
cm/cm/°C |
| 68-212 |
20-100 |
9.2 x 10-6 |
16.6 x 10-6 |
| 18 - 1600 |
20 - 870 |
11.0 x 10-6 |
19.8 x 10-6 |
熱傳導(dǎo)：
| 溫度范圍 |
Btu/hr/ft/°F |
W/m/K |
| °F |
°C |
| 212 |
100 |
9.4 |
16.3 |
| 932 |
500 |
12.4 |
21.4 |
金屬的總傳導(dǎo)系數(shù)除了由金屬的熱傳導(dǎo)性決定以外，還取決于其他因素。18-8合金不銹鋼具有保持表面清潔的性能，和其他熱傳導(dǎo)系數(shù)高的金屬相比，18-8合金的熱傳導(dǎo)性能往往更好。
比熱：
| °F |
°C |
Btu/lb/°F |
J/kg/K |
| 32-212 |
0-100 |
0.12 |
500 |
磁導(dǎo)率：
18-8合金在退火狀態(tài)下是無磁性的，磁導(dǎo)率在200H的情況下一般低于1.02。磁導(dǎo)率會(huì)因金屬的成分不用而有所不同。通過冷作，可以提高磁導(dǎo)率。
| 冷作百分比 |
磁導(dǎo)率 |
| 304 |
304L |
| 0 |
1.005 |
1.015 |
| 10 |
1.009 |
1.064 |
| 30 |
1.163 |
3.235 |
| 50 |
2.291 |
8.480 |
機(jī)械性能
室溫下的機(jī)械性能
已退火的304和304L奧氏體不銹鋼板，ASTM標(biāo)準(zhǔn)A276, ASTM標(biāo)準(zhǔn)A182，要求的最低機(jī)械性能如下表所示：
| 性能 |
ASTM A240和 ASME SA-240
要求的最低機(jī)械性能
|
| 304 |
304L |
304H |
0.2% 抵消
屈服強(qiáng)度,
psi
MPa |
30,000
205 |
25,000
170 |
30,000
205 |
極限抗張強(qiáng)度,
psi
MPa |
75,000
515 |
70,000
485 |
75,000
515 |
| 延伸百分比（2英寸或51mm） |
40.0 |
40.0 |
40.0 |
硬度,
最大.,
（布氏硬度）
RB |
201
92 |
201
92 |
201
92 |
低溫和升溫情況下的性能
低溫和升溫情況下的短期抗拉性能如下表所示。溫度達(dá)到1000°F (538°C)或以上，要考慮應(yīng)力破裂，應(yīng)力破裂數(shù)據(jù)也在下表顯示。
| 測(cè)試溫度 |
0.2% 屈服強(qiáng)度
|
| °F |
°C |
psi |
(MPa) |
| -423 |
-253 |
100,000 |
690 |
| -320 |
-196 |
70,000 |
485 |
| -100 |
-79 |
50,000 |
354 |
| 70 |
21 |
35,000 |
240 |
| 400 |
205 |
23,000 |
160 |
| 800 |
427 |
19,000 |
130 |
| 1200 |
650 |
15,500 |
105 |
| 1500 |
815 |
13,000 |
90 |
| 抗拉強(qiáng)度 |
延伸 |
| psi |
(MPa) |
百分比 |
| 250,000 |
1725 |
25 |
| 230,000 |
1585 |
35 |
| 150,000 |
1035 |
50 |
| 90,000 |
620 |
60 |
| 70,000 |
485 |
50 |
| 66,000 |
455 |
43 |
| 48,000 |
330 |
34 |
| 23,000 |
160 |
46 |
沖擊阻力
已退火的奧氏體不銹鋼即使在低溫條件下，仍然能保持較高的沖擊阻力，再加上低溫硬度和加工性等性能，因此被用于處理液化天然氣和其他低溫環(huán)境下的作業(yè)。夏氏V形沖擊實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下表所示
| 溫度 |
夏氏V形沖擊實(shí)驗(yàn)?zāi)芰课?/strong> |
| °F |
°C |
英尺 ? 磅 |
焦耳 |
| 75 |
23 |
150 |
200 |
| -320 |
-196 |
85 |
115 |
| -425 |
-254 |
85 |
115 |
疲勞強(qiáng)度
金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。奧氏體不銹鋼的疲勞強(qiáng)度一般來說是抗拉強(qiáng)度的35％，在實(shí)際作業(yè)中，疲勞強(qiáng)度也會(huì)受其他因素影響，如：增加表面的平滑程度，可以增加疲勞強(qiáng)度，作業(yè)環(huán)境腐蝕性增加，則降低疲勞強(qiáng)度。
焊接
奧氏體不銹鋼被認(rèn)為是最容易焊接的合金鋼，可以用所有的融合物焊接，也進(jìn)行電阻焊接。304，304L是典型的奧氏體不銹鋼。
生產(chǎn)奧氏體不銹鋼的焊接接點(diǎn)時(shí)要考慮兩個(gè)因素：1）保持其耐腐蝕性，2）避免開裂。
材料被焊接過程中會(huì)形成溫度階梯，從熔池的熔化溫度到離焊接點(diǎn)稍遠(yuǎn)的周圍溫度。被焊接材料的碳含量越高，焊接熱循環(huán)就更容易導(dǎo)致碳化鉻沉淀，對(duì)材料的耐腐蝕性有影響。為了保持材料的耐腐蝕性處于最好的水平，因此在已焊接狀態(tài)下作業(yè)，應(yīng)該選擇低碳材料（304L）。另一種做法是，采用完全退火溶解碳化鉻，使標(biāo)準(zhǔn)碳含量的材料恢復(fù)高水平的耐腐蝕性。
焊接完全奧氏體結(jié)構(gòu)的金屬，在焊接操作中更容易形成裂紋。因此，304和304L合金中添加了少量的鐵素體，降低材料的裂紋敏感性，達(dá)到重新固化的作用。
把18-8奧氏體合金焊接到碳鋼時(shí)，通常用309合金（23％鉻－13.5％鎳）或鎳基焊料。
熱處理
奧氏體不銹鋼通過熱處理可以清除冷成形產(chǎn)生的副作用和溶解沉淀的碳化鉻。達(dá)到這兩個(gè)要求的最好的熱處理方法是在1850°F 至 2050°F (1010°C 至 1121°C)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行固熔退火。從退火溫度冷卻下來1500-800°F (816°C - 427°C)，應(yīng)該足以避免碳化鉻再沉淀。
這些材料不能通過熱處理達(dá)到硬化。
清潔
不管腐蝕性怎么樣，不銹鋼在加工和使用過程中，都要保持其表面清潔。
在焊接時(shí)采用惰性氣體加工，焊接過程中形成的銹皮和熔渣通過不銹鋼刷清除。普通碳鋼刷會(huì)在不銹鋼的表面留下碳鋼粒子，這些粒子最終會(huì)導(dǎo)致表面生銹。在要求嚴(yán)格的情況下，焊接區(qū)域要經(jīng)過除銹溶液處理（如硝酸和氫氟酸混合溶液），可以洗掉焊接過程中形成的銹皮和熔渣。
內(nèi)陸，輕工業(yè)用的材料，所需要的維護(hù)比較少，只有遮蔽區(qū)域有時(shí)需要用加壓水清洗。重工業(yè)則建議經(jīng)常清洗，去除積聚的灰塵，這些灰塵最終有可能引起腐蝕和損壞不銹鋼的表面外觀。
頑固的污漬和沉淀物可以用擦洗劑和纖維刷，海綿，不銹鋼絨擦洗。不銹鋼絨會(huì)在平滑的不銹鋼表面留下永久的擦痕。
很多不銹鋼都要定期清洗和消毒。設(shè)備通常用特制的苛性鈉，有機(jī)溶劑，酸性溶液（入磷酸或硫酸）清洗。強(qiáng)還原酸（如氫氟酸或鹽酸）可能對(duì)不銹鋼造成損壞。
溶液清洗后，用清水徹底沖洗不銹鋼。
適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)有助于清洗。帶圓抹角，內(nèi)圓角，無縫隙的設(shè)備，有利于清洗和表面拋光。
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