Acciaio inossidabile 309 vs 310S: resistenza all'ossidazione e resistenza alle alte temperature a confronto

309 vs 310S: panoramica della qualità

309 e 310S sono acciai inossidabili austenitici legati ad alto contenuto di cromo e nichel specifici per la resistenza al calore. Il grado 309 (UNS S30900) è un acciaio al 22-24% di cromo e 12-15% di nichel utilizzato dove le temperature sono elevate ma generalmente inferiori a circa 1100 gradi C. Il grado 310S (UNS S31008) è la versione a basso tenore di carbonio del 310, con 24-26% di cromo e 19-22% di nichel; il contenuto di lega più elevato forma una scaglia di ossido di cromo più stabile e aderente, motivo per cui il 310S è classificato per il servizio continuo a circa 1150 gradi C in atmosfere ossidanti. La famiglia 309 comprende anche il 309S a basso contenuto di carbonio (UNS S30908), mentre la famiglia 310 comprende il 310 (UNS S31000) con carbonio fino allo 0,25%. Per il servizio continuo ad alta temperatura a lungo termine, le versioni a basso contenuto di carbonio sono preferite perché resistono alla precipitazione di carburo e alla conseguente perdita di duttilità.

Composizione chimica (ASTM A240)

Elemento	309 (S30900)	309S (S30908)	310S (S31008)
Carbonio, % massima	0.20	0.08	0.08
Silicio, % massima	1.00	0.75	1.50
Manganese, % massima	2.00	2.00	2.00
% di cromo	22.0 - 24.0	22.0 - 24.0	24.0 - 26.0
Nichel%	12.0 - 15.0	12.0 - 15.0	19.0 - 22.0

Il fosforo e lo zolfo sono limitati rispettivamente allo 0,045% e allo 0,030% massimo per tutti e tre i gradi. Le designazioni europee comunemente utilizzate per i materiali di tipo 309 e 310S sono EN 1.4828 (X15CrNiSi20-12) e EN 1.4845 (X8CrNi25-21).

Proprietà meccaniche (ricotto)

Proprietà	309 / 309S	310S
Resistenza alla trazione, MPa minimo	515	515
Limite di snervamento, MPa minimo	205	205
Allungamento, % minimo	40	40

A temperatura ambiente le proprietà meccaniche del 309 e del 310S sono simili. La differenza tra i gradi si manifesta ad alta temperatura, dove la maggiore quantità di cromo e nichel del 310S conferisce una migliore resistenza all'ossidazione e le versioni a basso contenuto di carbonio conferiscono una migliore duttilità a lungo termine.

Ossidazione ad alta temperatura e limiti di resistenza

Condizioni di servizio	309 / 309S	310S
Servizio continuo (atmosfera ossidante)	circa 1050 gradi C	circa 1150 gradi C
Servizio intermittente	circa 980 gradi C	circa 1035 gradi C

Queste valutazioni costituiscono una guida pratica per le atmosfere ossidanti pulite; nelle atmosfere riducenti, cementative o contenenti zolfo i limiti sono inferiori. Entrambi i gradi resistono bene agli shock termici e ai cicli termici, ma il 310S mantiene una scaglia protettiva più stabile durante l'esposizione a lungo termine, riducendo la scheggiatura e la perdita di metallo. Nell'intervallo di scorrimento viscoso, entrambi i gradi si comportano come austenitici standard: la progettazione deve seguire i dati sulle sollecitazioni ammissibili della normativa applicabile e alle temperature più elevate è preferito il 310S per le sue migliori prestazioni di ossidazione.

Guida alla selezione e fabbricazione

Selezionare 309 per componenti sottoposti a servizio moderatamente gravoso, come tubi radianti di forni, storte e dispositivi per il trattamento termico che operano a temperature inferiori a circa 1050 °C, dove rappresenta la scelta più economica. Selezionare 310S per le zone più calde e critiche, come ugelli dei bruciatori, tubi dei bruciatori radianti, parti interne del calcinatore ad alta temperatura e parti esposte al contatto con fiamme, condizioni di cementazione o atmosfere contenenti zolfo. Come regola generale, se la temperatura operativa continua supera circa 1100 gradi C, 310S è l'impostazione predefinita; tra 950 e 1100 gradi C, 309 può essere sufficiente, ma 310S dovrebbe essere considerato laddove è richiesta una durata prolungata. Entrambe le leghe si induriscono rapidamente, quindi la formatura richiede più potenza e la lavorazione produce un'usura più rapida dell'utensile. La saldatura viene eseguita con metallo d'apporto altolegato e si consiglia la ricottura di soluzione post-saldatura per dissolvere i carburi secondari e ripristinare la resistenza al calore e alla corrosione. Poiché la dilatazione termica è elevata, gli assemblaggi devono consentire l'espansione e la contrazione.

Domande frequenti

Cos'è meglio ad alta temperatura, 309 o 310S?

Per la resistenza all'ossidazione e il servizio ad alta temperatura a lungo termine, il 310S è migliore: il suo contenuto più elevato di cromo e nichel conferisce una scaglia di ossido più stabile e una valutazione di servizio continuo di circa 100 gradi C superiore a 309.

Qual è la temperatura massima di servizio del 310S?

Nelle atmosfere ossidanti, il 310S è classificato per il servizio continuo a circa 1150 gradi C e per il servizio intermittente fino a circa 1035 gradi C. Nelle atmosfere riducenti, carburanti o contenenti zolfo la temperatura consentita è inferiore.

Qual è la differenza tra 309 e 309S?

L'unica differenza specificata è il carbonio: il 309 consente uno 0,20% massimo mentre il 309S è limitato allo 0,08%. Il 309S a basso contenuto di carbonio è preferito per il servizio a lungo termine perché è meno soggetto alla precipitazione e all'infragilimento del carburo.

È possibile saldare 309 e 310S?

Sì, utilizzando il metallo d'apporto austenitico altolegato abbinato. Si consiglia la ricottura di soluzione post-saldatura per ripristinare la corrosione e la resistenza al calore della zona interessata dal calore, mentre le procedure a basso apporto di calore limitano la crescita dei grani.

309 e 310S sono adatti per atmosfere cementate?

Entrambi resistono all'ossidazione ma hanno prestazioni scarse in atmosfere fortemente cementanti, dove l'assorbimento del carbonio può causare infragilimento. Per servizi di cementazione severi, sono necessarie leghe resistenti al calore con un elevato contenuto di nichel.

Quali sono le designazioni equivalenti di 309 e 310S?

309 è UNS S30900 e 309S è UNS S30908, entrambi coperti da ASTM A240 (piastra), A312 (tubo) e A276 (barra). 310S è UNS S31008, con designazione europea EN 1.4845 (X8CrNi25-21); Il materiale del tipo 309 corrisponde alla norma EN 1.4828.