6cr25ni20/310S奧氏體不銹鋼經(jīng)常被應(yīng)用于高溫環(huán)境下的作業(yè)。其較高的鉻含量和鎳含量確保了良好的耐腐蝕性和抗氧化性，與奧氏體304 合金相比，它在室溫下強(qiáng)度要高一點。
應(yīng)用
高合金不銹鋼通常表現(xiàn)出良好高溫強(qiáng)度，抗蠕變性和抗環(huán)境腐蝕性。因此，它們被廣泛應(yīng)用于熱處理行業(yè)的熔爐零部件，如：送帶，滾筒，爐頭，耐火墊板，吊管架等。這些等級也應(yīng)用到化學(xué)加工行業(yè)，用于承載熱濃酸，氨水和二硫化物。在食物加工行業(yè)，這些等級用于與熱乙酸和檸檬酸接觸。
化學(xué)成分
除特別說明外，以下的化學(xué)成分是根據(jù)ASTM A167和ASTM A240標(biāo)準(zhǔn)。
309合金 309S合金
(UNS S30900) (UNS S30908)
C 0.20 0.08
Mn 2.00 2.00
P 0.045 0.045
S 0.030 0.030
Si 0.75 0.75
Cr 22.00 zui小值/24.00 zui大值 22.00 zui小值/24.00 zui大值
Ni 12.00 zui小值/15.00 zui大值 12.00 zui小值/15.00 zui大值
Fe 剩余部分 剩余部分
310合金 310S合金
(UNS S31000) (UNS S31008)
C 0.25 0.08
Mn 2.00 2.00
P 0.045 0.045
S 0.030 0.030
Si 1.75 1.50
Cr 24.00 zui小值/26.00 zui大值 24.00 zui小值/26.00 zui大值
Ni 19.00 zui小值/22.00 zui大值 19.00 zui小值/22.00 zui大值
Fe 剩余部分 剩余部分
表中的數(shù)值表示重量*，除特別說明范圍外，表中都是zui大值
物理性能
309合金
密度 lbm/in3 g/cm3
68°F (20°C) 0.29
8.03
熱膨脹系數(shù) (min/in)•°F (mm/m)•°K
68 - 212°F
(20 - 100°C) 8.7 15.6
68 - 932°F
(20 - 500°C) 9.8 17.6
68 - 1832°F
(20 - 1000°C) 10.8 19.4
阻率 mW•in mW•cm
68°F (20°C) 30.7 78.0
1200°F (648°C) 45.1 114.8
導(dǎo)熱性 Btu/hr•ft•°F W/m•K
68 - 212°F
(20 - 100°C) 9.0 15.6
68 - 932°F
(20 - 500°C) 10.8 18.7
比熱 Btu/lbm•°F J/kg•K
32 - 212°F
(0 - 100°C) 0.12 502
導(dǎo)磁率(退火)1
200H 1.02
彈性系數(shù)(退火)2 psi GPa
受拉(E) 29 x 106
200
扭曲 (G) 11.2 x 106 77
310合金
密度 lbm/in3 g/cm3
68°F (20°C) 0.29
8.03
熱膨脹系數(shù) (min/in)•°F (mm/m)•°K
68 - 212°F
(20 - 100°C) 8.8 15.9
68 - 932°F
(20 - 500°C) 9.5 17.1
68 - 1832°F
(20 - 1000°C) 10.5 18.9
阻率 mW•in mW•cm
68°F (20°C) 30.7 78.0
1200°F (648°C) -- --
導(dǎo)熱性 Btu/hr•ft•°F W/m•K
68 - 212°F
(20 - 100°C) 8.0 13.8
68 - 932°F
(20 - 500°C) 10.8 18.7
比熱 Btu/lbm•°F J/kg•K
32 - 212°F
(0 - 100°C) 0.12 502
導(dǎo)磁率(退火)1
200H 1.02
彈性系數(shù)(退火)2 psi GPa
受拉 (E) 29 x 106
200
扭曲 (G) 11.2 x 106 77
短期機(jī)械性能
所有的抗拉試驗都是根據(jù)ASTM E8來完成的。表中的數(shù)據(jù)是若干個測試樣品（zui少2個樣品，zui多10個樣品）得出來測試結(jié)果的平均值。屈服強(qiáng)度是通過0.2%抵消方法得到的。塑性延伸通過一個2英寸的樣品來測量。
309合金
測試溫度 抗屈強(qiáng)度
(°F) (°C) ksi MPa
77 25 42.0 290
400 204 35.0 241
800 427 30.0 207
1000 538 24.0 166
1200 649 22.0 152
1400 760 20.0 138
1600 871 18.5 128
1800 982 -- --
測試溫度 抗拉強(qiáng)度 延伸率
(°F) (°C) ksi MPa %
77 25 90.0 621 49
400 204 80.0 552 46
800 427 72.0 497 40
1000 538 66.0 455 36
1200 649 55.0 379 35
1400 760 36.0 248 40
1600 871 21.0 145 50
1800 982 10.1 69 65
309S合金
測試溫度 抗屈強(qiáng)度
(°F) (°C) ksi MPa
77 25 50.9 351
200 93 44.7 308
400 204 37.4 258
600 316 33.4 230
800 427 29.6 204
900 482 30.4 210
1000 538 26.7 184
1100 593 26.5 182
1200 649 24.7 170
1300 704 23.7 163
1400 760 22.2 153
1500 816 20.1 138
1600 871 16.6 114
1700 927 13.1 90
1800 982 8.2 56
1900 1038 4.6 32
測試溫度 抗拉強(qiáng)度 延伸率
(°F) (°C) ksi MPa %
77 25 97.1 670 44.6
200 93 88.8 612 29.0
400 204 81.7 563 34.5
600 316 80.2 553 31.6
800 427 77.1 531 32.1
900 482 74.7 515 32.0
1000 538 71.2 491 26.6
1100 593 65.6 452 25.5
1200 649 55.9 386 28.8
1300 704 55.7 384 --
1400 760 36.0 248 22.5
1500 816 24.7 170 64.8
1600 871 20.7 142 73.3
1700 927 15.4 106 78.7
1800 982 10.8 74 --
1900 1038 6.6 46 --
310合金
測試溫度 抗屈強(qiáng)度
(°F) (°C) ksi MPa
77 25 42.4 292
400 204 31.5 217
800 427 27.2 188
1000 538 24.2 167
1200 649 22.6 156
1500 816 19.7 136
1800 982 -- --
2000 1093 -- --
測試溫度 抗拉強(qiáng)度 延伸率
(°F) (°C) ksi MPa %
77 25 89.5 617 45
400 204 76.6 528 37.5
800 427 74.8 516 37
1000 538 70.1 483 36
1200 649 57.2 394 41.5
1500 816 30.3 209 66
1800 982 11.0 76 65
2000 1093 7.0 48 77
310S合金
測試溫度 抗屈強(qiáng)度
(°F) (°C) ksi MPa
77 25 45.6 314
200 93 41.4 286
400 204 36.9 254
600 316 34.6 239
800 427 30.3 209
1000 538 29.4 203
1200 649 25.8 178
1400 760 21.4 147
1600 871 16.1 111
1800 982 8.2 56
2000 1093 4.0 27
測試溫度 抗拉強(qiáng)度 延伸率
(°F) (°C) ksi MPa %
77 25 90.5 624 42.6
200 93 83.4 575 41.3
400 204 77.3 533 35.8
600 316 75.2 519 35.0
800 427 73.6 508 33.5
1000 538 70.2 484 37.0
1200 649 57.0 393 32.0
1400 760 37.7 260 54.0
1600 871 22.5 155 56.5
1800 982 11.8 81 93.3
2000 1093 6.5 44 121.0
抗水溶液腐蝕
309/309S和310/310S主要用于高溫環(huán)境下，可以有效利用它們的抗氧化性。但是，這些合金因為含鉻量和含鎳量高，對水溶液也具有一定的耐腐蝕性。
含鎳量高使這些合金對氯化物應(yīng)力龜裂腐蝕的抵抗力比18-8不銹鋼稍好，盡管如此，但是309/309S和310/310S奧氏體不銹鋼仍然容易受這種腐蝕的影響。
需要提高耐水溶液腐蝕的應(yīng)用中，往往會用到310/310S，如：濃硝酸溶液中的作業(yè)，這種溶液中可能發(fā)生晶界擇優(yōu)腐蝕。
高溫抗氧化性
在多數(shù)情況下，金屬合金都會與周圍環(huán)境發(fā)生一定程度的化學(xué)反應(yīng)。zui常見的化學(xué)反應(yīng)就是氧化：金屬元素與氧氣結(jié)合，生成氧化物。不銹鋼通過鉻元素的局部氧化使其具有抗氧化性，在鉻元素局部氧化的過程中，可以形成一種非常穩(wěn)定的氧化物（Cr2O3 氧化鉻）。只要金屬的鉻含量充足，在金屬表面即可形成一層連續(xù)的氧化鉻綠，防止其他氧化物生成，并對金屬起到保護(hù)作用。氧化率是由帶點粒子的輸來控制的。當(dāng)表面的銹皮越厚，氧化率就會大幅度下降，因為帶點粒子輸?shù)穆窂皆竭h(yuǎn)。這個過程叫鈍化，也就是鈍化膜形成的過程。
奧氏體不銹鋼的抗氧化性可以通過鉻含量來推算。耐高溫的合金含鉻量至少20%（重量*）。用鎳成分代替鐵成分也通?？梢蕴峁┖辖鹪诟邷叵碌男阅?。309/309S，310/310S是高合金材料，因此，具有相當(dāng)好的抗氧化性。
已氧化的金屬樣品，其重量會有所增加，因為一定量的氧氣組合到產(chǎn)品的氧化膜。測量金屬抗氧化性的其中一種方法是：讓金屬在特定時間內(nèi)暴露在高溫環(huán)境下，然后測量其重量的變化。重量增加越多，表面氧化越嚴(yán)重。
氧化過程比簡單的銹皮增厚要復(fù)雜得多。散裂，或者說表面皮分離，是不銹鋼氧化過程中zui常見的問題。散裂通常表現(xiàn)為急速的重量損失。其他一些因素也會引起散裂，其中主要包括熱循環(huán)，機(jī)械損傷和氧化物過厚。
在氧化過程中，鉻以氧化鉻的形式存在于銹皮中。當(dāng)氧化皮剝落時，未氧化的金屬暴露出來，因為新的氧化鉻的形成，材料的氧化率暫時升高。銹皮散裂到達(dá)一定程度，鉻含量的損失可能引起金屬的耐熱性降低，從而導(dǎo)致鐵氧化物和鎳氧化物快速增加，這種情況稱為破裂氧化。
高溫氧化可能導(dǎo)致銹皮揮發(fā)。在耐熱不銹鋼表面形成的氧化鉻，zui開始是Cr2O3 ，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時，會進(jìn)一步氧化成具有高蒸汽壓力的CrO3 。氧化物此時分成兩部分：通過形成Cr2O3 使銹皮增厚，通過CrO3 的蒸發(fā)使銹皮變薄。zui終的趨勢是在增厚和變薄之間達(dá)到zui終的平衡，從而使銹皮處于恒定的厚度。銹皮揮發(fā)在溫度達(dá)到2000°F (1093°C)以上時，成為一個突出問題，在流動氣體的作用下，會進(jìn)一步惡化。
其他形式的退化
除了氧氣以外，粒子在高溫環(huán)境下也可以引起不銹鋼的加速退化。硫的存在可以引起硫化腐蝕。不銹鋼的硫化腐蝕是一個復(fù)雜的過程，而且很大程度上受硫和氧氣含量以及硫的存在形式影響（比如：氣態(tài)，氧化硫，氫化硫）。鉻可以形成穩(wěn)定的氧化物和硫化物。在氧氣和含硫化合物共同存在的情況下，通常在外部形成氧化鉻層作為一個保護(hù)層阻止硫進(jìn)入。然而，硫化腐蝕仍然可以在銹皮損壞和分離的方發(fā)生，在某些特定情況下，硫可以穿過氧化鉻，在金屬內(nèi)部形成硫化鉻。在含鎳量高（25%或者更高）的合金中，硫化作用增強(qiáng)。鎳和硫化鎳形成低熔點的共晶相，在高溫條件下，可能對材料造成嚴(yán)重的損壞。
環(huán)境中如果存在含碳量高的粒子，會導(dǎo)致碳元素進(jìn)入金屬，隨后形成內(nèi)部碳化物。滲碳作用一般在溫度1470°F (800°C)以上發(fā)生。內(nèi)部滲碳金屬會引起機(jī)械性能和物理性能的改變。通常來說，氧氣可以通過在金屬表面形成保護(hù)膜來阻止碳進(jìn)入。較高的鎳含量和硅含量都可以一定程度上減少滲碳作用。金屬粉塵是滲碳作用的一種特殊形式，通常在較低溫度范圍發(fā)生(660-1650°F or 350-900°C)。金屬粉塵可以通過一個復(fù)雜的機(jī)構(gòu)把固體金屬轉(zhuǎn)換成石墨和金屬微粒的混合物，進(jìn)而形成較深的小坑，zui終導(dǎo)致局部腐蝕。
在氮氣存在的情況下，可能發(fā)生滲氮作用。氧化物通常比氮化物穩(wěn)定，因此在含氧的大氣環(huán)境中，通常形成氧化皮。這層保護(hù)膜可以很好阻擋氮進(jìn)入，因此在大氣環(huán)境和氣態(tài)的燃燒產(chǎn)物環(huán)境下，幾乎不用考慮滲氮作用的影響。在純氮環(huán)境下，尤其是在干燥，裂化氨氣環(huán)境下，氧含量非常低，就可能發(fā)生滲氮作用。在相對低溫的情況下，在金屬表面可以形成氮化膜。在1832°F或1000°C)以上高溫情況下，氮的擴(kuò)散性可以迅速滲透金屬，在晶界生成內(nèi)部氮化物，影響金屬的機(jī)械性能。
金相的不穩(wěn)定性，高溫暴露時形成新的金相，都可以反過來影響機(jī)械性能和降低耐腐蝕性。當(dāng)奧氏體不銹鋼在溫度范圍800-1650°F (427-899°C)緩慢冷卻時，碳化物粒子常常在晶界沉淀（敏化作用）。鉻和鎳的含量越高，碳的可溶性就越低，也就是說更容易受敏化作用影響。在這個溫度范圍，*用強(qiáng)制淬火冷卻，尤其是對于較厚的材料。隨著碳含量的降低，形成碳化鉻的時間和溫度就增加。因此，這些合金的低碳等級對敏化具有較好的抵抗力，但是并不是可以*避免敏化作用的影響。當(dāng)加熱溫度*達(dá)到1200-1850°F (649-1010°C)，309/309S，310/310S在室溫下的延展性會降低，這是因為西格瑪相和碳化物的影響。西格瑪相通常在晶界形成并影響金屬的延展性。這種副作用可以通過在溫度重退火來消除。
高溫退化很多程度受大氣和其他作業(yè)環(huán)境影響。一般的氧化數(shù)據(jù)通常只能用于對不同合金相對抗氧化性的估計。如果有需要，森邁爾鋼鐵公司，可以為您提供具體應(yīng)用的抗氧化性數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。
加工特性
309/309S，310/310S不銹鋼因其耐高溫和抗氧化性能，被廣泛應(yīng)用于熱處理/加工行業(yè)。也因為這樣，這些合金常被加工成復(fù)雜結(jié)構(gòu)。碳鋼的加工性通常被認(rèn)為是金屬成型操作中的標(biāo)準(zhǔn)。奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出來的性能和碳鋼大不相同：奧氏體不銹鋼更難加工，變硬的速度非?？臁１M管這并不會改變我們一般用的加工方法，如：切割，機(jī)械加工，成型等，但是這些特性卻影響這些加工方法的具體細(xì)節(jié)。
切割和機(jī)械加工普通軟鋼的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，稍作調(diào)整后也可用于加工奧氏體不銹鋼。但是奧氏體不銹鋼更難加工，變硬的速度非常快。加工過程中產(chǎn)生的碎片細(xì)且硬，并保留著相當(dāng)好的延展性。加工用的道具應(yīng)保持鋒利和堅硬。對于硬化區(qū)域，一般采用深度和慢速切割。由于奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱性低和熱膨脹系數(shù)高，在切割和機(jī)械加工的過程中，必須考慮排熱和尺寸公差。
奧氏體不銹鋼可通過彎曲，拉伸成形，滾扎成形，錘打成形，擴(kuò)口加工/凸緣加工，旋轉(zhuǎn)，精抽，液壓成形等方法達(dá)到冷作成形。在加工過程中，奧氏體不銹鋼容易硬化，表現(xiàn)為加工過程中要不斷增大加工的力量。這就意味著需要用更強(qiáng)大的成形設(shè)備并且zui終限制了成型度。
因為各種環(huán)境和金相的因數(shù)，用于309和310熱作的溫度范圍相對較窄。鍛造的初始溫度范圍是1800-2145°F (980-1120°C)，結(jié)束溫度不能低于1800°F (980°C)。在過高的溫度下加工，因為環(huán)境和金相的因素，尤其是鐵素體的生成，會導(dǎo)致合金的熱塑性下降。在過低的溫度下加工，形成脆片第二相，如：西格瑪相。鍛造后，鍛件需迅速冷卻到暗熱。
焊接
奧氏體等級被認(rèn)為是不銹鋼中zui容易焊接的等級。它們可以通過所有常見的方法進(jìn)行焊接。309/309S，310/310S也是如此。如果需要填充焊料，一般要選成分匹配的。因為這個等級的合金含量提高，可以降低熔池的流動性。如果熔池的流動性仍然需要降低，可以采用含硅的焊料(如 ER309Si, ER309LSi)。
309/309S，310/310S的熱膨脹系數(shù)較高，導(dǎo)熱性較低，在固化的焊接金屬中會形成少量的鐵素體，可能導(dǎo)致熱裂紋。這個問題在防脫焊口，寬焊口可能更嚴(yán)重。低合金含量的焊料(如ER308)可以增加堆焊中的鐵素體從而降低熱裂紋的趨勢?；附饘俚某煞直幌♂尯?，可能降低該金屬焊口處的耐腐蝕性和耐熱性。
S等級的含碳量相對較低。焊接得當(dāng)?shù)脑?，不太可能發(fā)生熱影響區(qū)的粒間腐蝕。去除回火色和銹皮可恢復(fù)焊口附近的耐腐蝕性。采用不銹鋼刷研磨和刷洗，可以去除回火色和銹皮。酸洗也可去除銹皮。小件的材料可以放入槽中酸洗，大件的材料，可以采用特制的硝酸，氟化氫酸，鹽酸的混合物來局部清洗。酸洗以后，要用清水*洗掉酸洗的殘留物。
熱處理/退火
對這些合金進(jìn)行退火的主要原因是產(chǎn)生一個再結(jié)晶的微細(xì)結(jié)構(gòu)，達(dá)到均勻晶粒度，分解有害的碳化鉻沉淀物。要確保*退火，必須把材料置于2050-2150°F (1120-1175°C)溫度范圍內(nèi)每英寸厚度所需時間約30分鐘。這僅僅是一般的做法。特殊的情況可能需要特殊的處理方法。適當(dāng)退火后，這些等級在室溫下主要是奧氏體，少量的鐵素體也可能存在。
309/309S，310/310S在空氣退火過程中產(chǎn)生氧化皮是不可避免的。銹皮中含有豐富的鉻并且具有一定的附著性。通常來說，在進(jìn)一步加工之前都要把退火銹皮去除。去除銹皮有兩種方法：機(jī)械方法和化學(xué)方法。表面噴砂和化學(xué)除銹二者相結(jié)合通常是去除所有頑固銹皮zui有效的方法。硅砂，玻璃微珠是很好的噴砂材料。也可以采用鐵粒，鋼粒，但是這可能引起游離鐵進(jìn)入金屬的表面，進(jìn)而引起表面生銹或變色。
化學(xué)除銹通常采用硝酸和氫氟酸的混合物?；瘜W(xué)槽液和加工溫度通常視實際情況而定。常用的槽液包括5-15%HNO3 (65%初始強(qiáng)度) 和 _-3% HF (60% 初始強(qiáng)度)的水溶液。濃度過高的氫氟酸會導(dǎo)致除銹過猛。槽液溫度通常從室溫到140°F (50°C)。 溫度過高會導(dǎo)致除銹過快，槽液侵蝕晶界，進(jìn)而造成金屬表面出現(xiàn)凹槽。酸洗以后，要用清水*洗掉酸洗的殘留物，然后干燥，避免金屬表面出現(xiàn)斑漬。
由于309/309S，310/310S在室溫下呈現(xiàn)奧氏體結(jié)構(gòu)，因此不能通過熱處理達(dá)到硬化。通過熱作或冷作，可以達(dá)到更高的機(jī)械強(qiáng)度，但是這些等級通常達(dá)不到這種狀態(tài)。通過冷作，也可以獲得更好的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，冷作后如果不退火，這些性能在高溫下就不穩(wěn)定，而這些合金往往是用于高溫作業(yè)。如果在高溫環(huán)境下使用冷作后的材料，卻剛好相反，會影響材料的蠕變性能。
