Acciaio inossidabile 310 per la produzione di energia: proprietà, applicazioni e guida alla selezione

L'acciaio inossidabile 310 nella produzione di energia: una panoramica

Il tipo 310 (UNS S31000) e la sua variante a basso-carbonio 310S (UNS S31008) sono acciai inossidabili austenitici alto-legati contenenti il ​​24,0-26,0% di cromo e il 19,0-22,0% di nichel. Questa composizione produce una microstruttura austenitica stabile che resiste all'ossidazione, alle incrostazioni e alla fatica termica a temperature alle quali i gradi 18-8 convenzionali come 304 e 316 perdono rapidamente resistenza. Nelle apparecchiature di generazione di energia, il 310 è quindi una scelta standard per i componenti esposti a calore sostenuto, gas di combustione e ripetuti cicli di avvio-arresto.

Il grado è coperto da ASTM A240 per piastre, fogli e nastri, ASTM A312 per tubi senza saldatura e saldati e ASTM A213 per tubi per caldaie e surriscaldatori. Poiché il contenuto di nichel è circa il doppio di quello del 304, il costo del materiale è più elevato; la motivazione economica si basa su una maggiore durata di servizio, minori perdite di incrostazione e tempi di inattività ridotti nelle applicazioni di caldaie, turbine a gas, ausiliari -turbine e scambiatori di calore.

Composizione chimica secondo ASTM A240

ASTM A240 specifica i seguenti limiti per lamiere, fogli e nastri. I singoli valori sono massimi a meno che non vengano visualizzati come intervallo.

Elemento	310 (UNS S31000)	310S (UNS S31008)
Carbonio	0,25 massimo	0,08 massimo
Manganese	2,00 massimo	2,00 massimo
Silicio	1,50 massimo	1,50 massimo
Fosforo	0,045 massimo	0,045 massimo
Zolfo	0,030 massimo	0,030 massimo
Cromo	24.0-26.0	24.0-26.0
Nichel	19.0-22.0	19.0-22.0

L'unica differenza intenzionale tra 310 e 310S è il limite di carbonio. Il basso contenuto di carbonio nel 310S riduce il rischio di precipitazione di carburo di cromo-ai bordi dei grani durante il servizio, quindi il 310S è preferito ovunque la saldatura sia seguita da una lunga esposizione nell'intervallo di sensibilizzazione.

Proprietà meccaniche della temperatura-della stanza

Secondo ASTM A240, lamiere, fogli e nastri ricotti di 310 e 310S devono soddisfare i seguenti requisiti minimi.

Proprietà	310 / 310S (minimo)
Resistenza alla trazione	515 MPa (75 ksi)
Limite di snervamento (compensazione dello 0,2%)	205 MPa (30 ksi)
Allungamento in 50 mm	40 %

Al di sopra dei 600 gradi circa, la capacità di carico-diminuisce costantemente e la progettazione deve basarsi sui dati di scorrimento-di rottura anziché sulla resistenza allo snervamento-a temperatura ambiente. Questo è il motivo per cui il 310 viene solitamente selezionato per rivestimenti di forni, componenti di bruciatori, supporti di tubi del surriscaldatore e parti simili dove i livelli di stress sono modesti ma la temperatura è estrema.

Comportamento alle alte-temperature e applicazioni tipiche

In servizio continuo in aria, il 310 resiste al ridimensionamento fino a circa 1000 gradi; nel servizio intermittente il limite pratico è di circa 1050 gradi. La struttura austenitica garantisce inoltre una buona tenacità alle basse-temperature e resistenza alla fatica termica, che è fondamentale per i componenti che passano dalla temperatura ambiente a quella operativa. Le prestazioni peggiorano in atmosfere contenenti zolfo-o fortemente carburanti, pertanto è necessario verificare l'effettivo ambiente di combustione prima di specificare 310.

Le applicazioni tipiche per la produzione di energia includono supporti per tubi di surriscaldatore e postriscaldatore, componenti di pareti di forni, ugelli di bruciatori, parti di preriscaldamento dell'aria di combustione-, elementi di soffiaggio-della fuliggine, soffietti di espansione e deflettori-degli scambiatori di calore. Laddove la corrosione da cloruro acquoso è il rischio dominante, i gradi duplex o super-austenitici al 6% di molibdeno sono più appropriati del 310.

Saldatura e Trattamenti Termici

310 è saldato con materiale di riempimento austenitico corrispondente, ad esempio AWS ER310 per la saldatura ad arco di tungsteno a gas. Il preriscaldamento non è necessario e la temperatura di interpass deve essere mantenuta bassa per limitare lo stress termico e il rischio di fase sigma-. La ricottura di soluzione post-saldatura non è generalmente richiesta; dove è necessaria la massima resistenza alla corrosione, il componente può essere ricotto a circa 1040-1120 gradi seguito da un rapido raffreddamento. Evitare l'esposizione a lungo termine nell'intervallo di 650-900 gradi, dove la fase sigma può formarsi e ridurre la duttilità e la resistenza agli urti.

Domande frequenti

Q1. Qual è la differenza tra 310 e 310S?Differisce solo il limite di carbonio: 310 consente fino allo 0,25% di carbonio, mentre 310S è limitato allo 0,08%. 310S è preferito per costruzioni saldate e per servizi ad alta-temperatura a lungo termine.

Q2. Qual è la temperatura massima di servizio di 310?La resistenza all'ossidazione continua nell'aria è di circa 1000 gradi, con un'esposizione intermittente possibile fino a circa 1050 gradi. La capacità di carico meccanico superiore a 600 gradi deve essere verificata rispetto ai dati di rottura da scorrimento-.

Q3. L'acciaio inossidabile 310 è magnetico?Allo stato ricotto il 310 è essenzialmente non-magnetico a causa della sua struttura completamente austenitica, sebbene la saldatura o la lavorazione a freddo possano indurre un leggero magnetismo locale.

Q4. Il 310 richiede un trattamento termico post-saldatura?Generalmente no. Il PWHT solitamente non è necessario e può essere dannoso se mantiene il materiale nell'intervallo di formazione della fase sigma-per troppo tempo.

Q5. Il 310 può sostituire il 316 nel servizio con acqua di mare o cloruro?No. 310 non è un grado di resistenza al cloruro-. Per ambienti marini e ricchi di cloruro-, utilizzare gradi per cuscinetti di molibdeno-come 316 o, per impieghi gravosi, gradi duplex o super-austenitici.