Quale acciaio inossidabile è il migliore per le alte temperature?

Come selezionare un acciaio inossidabile-resistente al calore

La scelta del giusto acciaio inossidabile-resistente al calore è fondamentale per l'affidabilità-a lungo termine delle apparecchiature, il controllo dei costi di manutenzione e la sicurezza operativa. Nei processi petrolchimici, nella produzione di energia, negli scambiatori di calore, nelle fornaci e nei sistemi di scarico, il materiale è esposto contemporaneamente all'ossidazione, ai cicli termici, allo stress da scorrimento viscoso e ai mezzi corrosivi. Per i responsabili degli approvvigionamenti e gli acquirenti del settore metalmeccanico, la questione non è semplicemente quale grado sopravvive a una temperatura, ma quale offre il miglior equilibrio tra resistenza all'ossidazione, resistenza allo scorrimento viscoso, saldabilità, comportamento alla fatica termica-e costo del ciclo di vita nelle condizioni operative effettive. La tabella seguente riassume la classifica standard, con i dati per il servizio in aria secca.

Confronto della temperatura di servizio

Grado	Massimo. Continuo (C)	Massimo. Intermittente (C)	Temp. di scala (C)	Caratteristiche chiave
304 (S30400)	800	870	850	Soggetto a precipitazione di carburi
316L (S31603)	800	870	850	Meglio di 304 in cloruri
321 (S32100)	815	900	850	Sistemi di scarico stabilizzati al titanio-
309S (S30908)	1000	1050	1000	Elevato Cr/Ni per riscaldamento ciclico
310S (S31008)	1100	1150	1100	25Cr-20Ni, ottimo per forni
UNS S30815	1150	1150	1150	Elevato N + Si + terre rare, resistenza al creep
446 (S44600)	1100	1150	1150	Ferritico, no Ni, buono nei gas solforosi

Gradi di temperatura-estremamente elevata (1.000-1.150 C)

Quando i componenti devono resistere a temperature estreme sotto carico meccanico o frequenti shock termici, UNS S30815 e 310S sono le scelte più consolidate-. UNS S30815 è un grado austenitico ad alto-azoto rinforzato con aggiunte di azoto, silicio e-terre rare come il cerio. Mantiene un'elevata resistenza fino a circa 1150 C e la sua scaglia di ossido è altamente stabile e resistente alla scheggiatura, adattandosi ai componenti strutturali dei forni, ai tubi radianti, agli scambiatori di calore e agli elementi riscaldanti soggetti a frequenti cicli di avvio-arresto. Al di sopra di 900 C la sua resistenza allo scorrimento viscoso è significativamente superiore a quella del 310S e il costo della sua lega è solitamente inferiore.. 310S (25Cr-20Ni) offre eccezionale resistenza all'ossidazione e alla carburazione, migliore saldabilità e formabilità ed è classificato per il servizio continuo fino a 1150 C; è lo standard per i rivestimenti dei forni, gli ugelli dei bruciatori, i cestelli per il trattamento termico-e i componenti sottoposti a servizio continuo ad alta temperatura con carichi meccanici più leggeri.

Gradi di temperatura da media-a-alta (870-1000 C)

Il 309S è un grado austenitico a basso-alto contenuto di carbonio-legato con capacità di servizio continuo-a circa 1038 C (1900 F). Il suo elevato contenuto di cromo e nichel supporta cicli termici ripetuti e la variante a basso-carbonio riduce al minimo la precipitazione del carburo, quindi è ampiamente utilizzata nei componenti dei forni e negli scambiatori di calore come alternativa aggiornata al 304. Il 321 stabilizzato al titanio-è il cavallo di battaglia per i gas di scarico e il servizio ciclico: funziona continuamente a circa 815-870 C (fino a 925 C in alcune classificazioni) e l'aggiunta di titanio previene la formazione di cromo precipitazione del carburo tra 425 e 816 C, quindi mantiene la resistenza alla corrosione nei condotti di scarico dei motori degli aerei, nei soffietti, nei componenti di espansione termica e nelle parti delle caldaie dove i carichi sono moderati.

Perché il 316L non è adatto al di sopra di circa 900 C

Il 316L non può formare un ossido protettivo denso e stabile al di sopra di circa 850 C perché il suo contenuto di cromo è troppo basso per quel regime; al di sopra di 600 C la sua resistenza meccanica diminuisce drasticamente e il servizio a lungo termine-provoca cedimenti e deformazioni sotto il suo stesso peso. La classificazione 800-870 C nella tabella riflette il comportamento di ossidazione delle parti leggermente caricate, non del design-portante. Per qualsiasi servizio strutturale superiore a circa 800 C, passare a 309S, 310S, UNS S30815 o una lega resistente al calore fusa convalidata dai dati di creep dello standard applicabile.

Valutazioni del servizio continuo e intermittente

Una valutazione di servizio continuo si applica quando il materiale rimane a una temperatura elevata e costante per lunghi periodi; l'ossidazione e il creep sono quindi i fattori determinanti. Una valutazione intermittente si applica a cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento, in cui le incrostazioni di ossido si incrinano e si sfaldano sotto l'espansione e la contrazione termica e la fatica termica diventa il problema. I limiti intermittenti sono spesso inferiori ai limiti continui per la stessa qualità e il massimo pratico dipende dallo spessore della sezione, dall'atmosfera e dal livello di stress. Per il servizio ciclico, i gradi con scaglie di ossido resistenti alle scheggiature - - UNS S30815, 310S e 309S - sono preferiti rispetto a 304 e 316L.

Domande frequenti

Q1. Quale acciaio inossidabile può resistere a 1000 C?
309S può servire continuamente fino a circa 1000 C; 310S e UNS S30815 hanno una temperatura nominale di 1.100-1.150 C. Al di sopra di 900 C, la resistenza allo scorrimento viscoso e l'ossidazione devono essere verificate rispetto ai dati di progettazione dello standard applicabile.

Q2. Cos'è l'UNS S30815?
UNS S30815 è la designazione neutra di un acciaio inossidabile austenitico ad alto contenuto di azoto-legato con silicio ed elementi-terre rare come il cerio, sviluppato per la resistenza al creep e alla fatica termica-fino a circa 1150 C.

Q3. 310S è migliore di UNS S30815?
Il 310S ha migliore saldabilità, formabilità e resistenza all'ossidazione in atmosfere complesse; UNS S30815 ha una resistenza allo scorrimento viscoso significativamente migliore sopra i 900 C e solitamente un costo della lega inferiore. La scelta dipende da se governa il carico o l'atmosfera.

Q4. Perché il 321 viene utilizzato nei sistemi di scarico?
La stabilizzazione del titanio previene la sensibilizzazione nell'intervallo 425-816 C, quindi i componenti saldati e formati mantengono la loro resistenza alla corrosione durante ripetuti riscaldamento e raffreddamento, con un grado di servizio di circa 815-900 C.

Q5. Qual è la temperatura massima per l'acciaio inossidabile 304?
Per la resistenza all'ossidazione in aria secca, circa 800 C continui e 870 C intermittenti. Oltre a ciò, la scheggiatura delle incrostazioni accelera e sono necessarie qualità come 309S o 310S.