309 (UNS S30900) rispetto a 310S (UNS S31008): selezione di leghe resistenti all'ossidazione alle alte-temperature

 

Quali sono le composizioni chimiche e le principali proprietà-alle alte temperature dei materiali 309 e 310S?
Il grado 309 contiene tipicamente il 22-24% di cromo e il 12-15% di nichel. Il grado 310S, una versione a basso contenuto di carbonio del 310, contiene il 24-26% di cromo e il 19-22% di nichel. Il contenuto di lega più elevato di 310S gli conferisce un netto vantaggio. Entrambi i gradi formano una scaglia di ossido di cromo stabile e protettiva. 309 è generalmente adatta per il servizio continuo fino a circa 980 gradi (1800 gradi F), mentre il 310S può essere utilizzato continuamente fino a circa 1150 gradi (2100 gradi F) in atmosfere ossidanti. 310S offre inoltre una migliore resistenza ai cicli termici e alla carburazione.

In quali specifiche atmosfere e applicazioni del forno un grado è chiaramente preferito?
Scegliere 309 per atmosfere da moderatamente ossidanti a riducenti e per applicazioni come tubi radianti, rulli di forni e storte dove le temperature sono elevate ma in genere rimangono inferiori a 1050 gradi. È anche una scelta comune per le strisce di supporto nella saldatura. Specificare 310S per le condizioni di ossidazione più severe, come ad esempio nelle parti interne del calcinatore ad alta-temperatura, negli ugelli dei bruciatori e nei tubi dei bruciatori radianti dove le temperature superano i 1050 gradi . 310S è preferito anche dove è necessaria resistenza alle atmosfere di cementazione o solforazione, grazie al suo contenuto di nichel più elevato.

Quali sono le differenze di fabbricazione tra queste due leghe simili ad alta-temperatura?
Entrambi hanno tassi di incrudimento elevati-e richiedono più potenza per la formatura e la lavorazione rispetto alle qualità standard. La saldatura è semplice utilizzando metalli d'apporto corrispondenti o sovralegati (ER309 o ER310). Tuttavia, il contenuto di lega più elevato del 310S può renderlo leggermente più difficile da lavorare. Una considerazione chiave per la fabbricazione di entrambi è che vengono spesso utilizzati in sezioni sottili; il controllo della distorsione durante la saldatura e il trattamento termico è fondamentale. Si consiglia la ricottura post-soluzione di saldatura per ripristinare la resistenza ottimale alla corrosione e al calore.

Dal punto di vista dei costi, quando diventerà obbligatoria la scelta del più costoso 310S?
La selezione del 310S diventa obbligatoria quando la temperatura di esercizio continuo supera il limite di sicurezza per il 309 o quando l'atmosfera è fortemente carburante. Se un componente 309 si è guastato prematuramente a causa di un'eccessiva incrostazione, ossidazione o carburazione, il passaggio logico è l'aggiornamento a 310S. Per i nuovi progetti basati sulle specifiche del produttore del forno o sulle migliori pratiche del settore per una determinata temperatura, il sovrapprezzo sul costo iniziale del materiale per 310S è un investimento necessario per garantire l'affidabilità delle apparecchiature a lungo-termine ed evitare costosi tempi di inattività per le sostituzioni.

Quale linea guida finale dovrebbe seguire un ingegnere quando documenta la selezione di un materiale tra 309 e 310S?
La selezione deve essere esplicitamente collegata alla temperatura operativa massima definita e alla composizione dell'atmosfera del forno. La documentazione deve indicare: "Il grado 310S è selezionato a causa di una temperatura massima di funzionamento continuo di X gradi, che supera il limite raccomandato per il grado 309." Fare sempre riferimento alla specifica ASTM/EN completa (ad esempio, ASTM A240, Grado 310S). Per i componenti critici, potrebbe anche essere prudente richiedere la certificazione dello stabilimento che includa i dati effettivi dei test di ossidazione ad alta-temperatura o una garanzia dei limiti di composizione chimica.