สแตนเลสเกรด 304H คืออะไร? คุณสมบัติและการใช้งานอุณหภูมิสูง-

วัสดุ SS304H คืออะไร?

เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304H (UNS S30409, EN 1.4948 / X6CrNi18-10) เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด-ที่มีคาร์บอนสูงในตระกูลสเตนเลสออสเทนนิติก 304 ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ปริมาณคาร์บอนได้รับการควบคุมเป็นพิเศษในช่วง 0.04% ถึง 0.10% (ตรงกันข้ามกับมาตรฐาน 304 ซึ่งมีขีดจำกัดคาร์บอนสูงสุดที่ 0.08%) ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของการคืบ-การแตกของวัสดุในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง โดยที่มาตรฐาน 304 จะอ่อนตัวลงและ 304L จะสูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

 

เหตุใด "H" ใน 304H จึงสำคัญสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง-

"H" ย่อมาจาก "คาร์บอนสูง" ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นจะให้แรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตที่อุณหภูมิสูงกว่า
525 องศา (975 องศา F) ต่างจาก 304L ซึ่งจะสูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้างเมื่อความร้อนจัด 304H ยังคงรักษาคุณสมบัติทางกลและความต้านทานการคืบคลาน

 

เทียบเท่าเหล็กไร้สนิมเกรด 304H

มาตรฐาน / ภูมิภาค	การออกแบบ	หมายเหตุ
สหประชาชาติ	S30409	ตัวระบุสากลสำหรับ 304H
TH	1.4948 / X6CrNi18-10	ตามมาตรฐาน EN 10088-1 และ EN 10028-7 ไม่ใช่ 1.4307 (1.4307=X2CrNi18-9=304L)
JIS	SUS304H	ตาม JIS G 4303 (แท่ง), JIS G 4304 (แผ่น), JIS G 3459 (ท่อ)
กิกะไบต์	0Cr18Ni9H	การกำหนดมรดก; ยังพบอยู่ในเอกสารจัดซื้อจัดจ้างเก่า
กิกะไบต์	07Cr19Ni10	ต่อ GB/T 20878-2007 และ GB/T 1220-2007
GOST	08X18H10	ตาม GOST 5632-2014

 

304 กับ. 304L กับ. 304H:องค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบ	304H (ยูเอ็นเอส S30409)	304 (ยูเอ็นเอส S30400)	304L (ยูเอ็นเอส S30403)
คาร์บอน (ซี)	0.04–0.10	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.08	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.03
โครเมียม (Cr)	18.0–20.0	18.0–20.0	18.0–20.0
นิกเกิล (พรรณี)	8.0–10.5	8.0–10.5	8.0–12.0
แมงกานีส (Mn)	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.00	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.00	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.00
ซิลิคอน (ศรี)	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.75(a)	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.75	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.75
ฟอสฟอรัส (P)	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.045	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.045	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.045
ซัลเฟอร์ (S)	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.030	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.030	น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.030

304 กับ. 304L กับ. 304H: คุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิห้อง

คุณสมบัติ	304H (S30409)	304 (S30400)	304L (S30403)	วิธีทดสอบ
ความต้านแรงดึง (ขั้นต่ำ)	515 เมกะปาสคาล	515 เมกะปาสคาล	485 เมกะปาสคาล	มาตรฐาน ASTM A370 / ISO 6892-1
ความแข็งแรงของผลผลิต ออฟเซ็ต 0.2% (ขั้นต่ำ)	205 เมกะปาสคาล	205 เมกะปาสคาล	170 เมกะปาสคาล	มาตรฐาน ASTM A370 / ISO 6892-1
การยืดตัวใน 50 มม. (นาที)	40%	40%	40%	มาตรฐาน ASTM A370
ความแข็ง (สูงสุด)	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	201 HBW / 92 HRB	มาตรฐาน ASTM E18 / ISO 6506
โมดูลัสยืดหยุ่น (ทั่วไป)	193 เกรดเฉลี่ย	193 เกรดเฉลี่ย	193 เกรดเฉลี่ย	-

 

304 กับ. 304H: ความได้เปรียบในการคืบคลาน

เมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐาน 304 ข้อได้เปรียบหลักของ 304H อยู่ที่ความแรงของการแตกร้าวของการคืบ{2}}ภายในช่วงอุณหภูมิ 540–870 องศา การคืบหมายถึงการเสียรูปของพลาสติกที่เกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปภายใต้ความเครียดคงที่ที่อุณหภูมิสูง เป็นกลไกความล้มเหลวหลักสำหรับอุปกรณ์ความดันอุณหภูมิสูง- ตามค่าความเข้มของความเค้นที่อนุญาตในตาราง 1A ของส่วนที่ II ส่วน D ของ ASME BPVC ความเค้นที่อนุญาตสำหรับ 304H จะสูงกว่าค่า 304 ประมาณ 15% –25% ที่อุณหภูมิ 600 องศาและอายุการใช้งานการออกแบบ 100,000 ชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าสำหรับแรงดันการออกแบบที่กำหนด จะสามารถลดความหนาของผนัง (ซึ่งช่วยประหยัดต้นทุนวัสดุ) หรือยืดอายุการใช้งานได้

 

 

สแตนเลส 304H: ต้านทานการเกิดออกซิเดชัน

แผ่นสแตนเลส 304H มีปริมาณโครเมียม 18%–20% ซึ่งช่วยให้มีสเกลโครเมียมออกไซด์ (Cr₂O₃) ที่ต่อเนื่องและยึดเกาะได้ดี-ก่อตัวบนพื้นผิวที่เปิดโล่ง ในบรรยากาศออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 870 องศา ชั้นออกไซด์นี้มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์และมีความสามารถในการ-รักษาตนเอง ภายใต้สภาวะการทำงานแบบวนรอบ (การให้ความร้อนและความเย็นซ้ำๆ) ชั้นออกไซด์นี้ยังคงให้การปกป้องต่อไป โดยมีเงื่อนไขว่าการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันระหว่างชั้นออกไซด์และโลหะฐานไม่ทำให้ตะกรันหลุดร่อน

อุณหภูมิการบริการ	เกรดที่แนะนำ	เหตุผล
ต่ำกว่า 540 องศา	304 หรือ 304L	304H ไม่มีข้อได้เปรียบในการคืบ ควรใช้ 304L หากเชื่อมโดยไม่มี PWHT
540–815 องศา	304H (ช่วงที่เหมาะสมที่สุด)	ความได้เปรียบด้านความแข็งแรงของการคืบสูงสุด ต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้อย่างเพียงพอ
815–870 องศา	304H (ยอมรับได้โดยมีคำเตือน)	Creep strength remains adequate; oxidation rate increases; monitor for sigma phase embrittlement after >1,000 h
870–980 องศา	309S (ยูเอ็นเอส S30908)	Cr ที่สูงขึ้น (22–24%) เพื่อความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีขึ้น
980–1,150 องศา	310S (UNS S31008) หรืออินคอลอยย์ 800H/HT	ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและคาร์บูไรเซชันสูงสุด 304H ไม่เพียงพอ

 

ประสิทธิภาพการเชื่อมของแผ่นเหล็กสแตนเลส 304H

แผ่นเหล็กสแตนเลสเกรด 304H มีประสิทธิภาพการเชื่อมฟิวชั่นที่ยุติธรรม-ถึง-ดีโดยใช้กระบวนการมาตรฐาน (เช่น TIG, MIG และ MMA) แต่ปริมาณคาร์บอนที่สูงกว่า (0.04–0.10%) จะเพิ่มความเสี่ยงของการตกตะกอนของคาร์ไบด์และอาการแพ้ในโซน-ที่ได้รับผลกระทบความร้อน เมื่อเทียบกับประเภทคาร์บอนต่ำ- เช่น 304L

คำแนะนำขั้นตอนการเชื่อม

กระบวนการ: GTAW (TIG) ที่ต้องการสำหรับการผ่านรูตและส่วนที่บาง (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 6 มม.); GMAW (MIG) หรือ SMAW (แท่ง) สำหรับการเติมและปิดฝาบนส่วนที่หนากว่า
อินพุตความร้อน: รักษา 1.0–2.5 กิโลจูล/มม. การป้อนความร้อนที่มากเกินไปส่งเสริมการเจริญเติบโตของเมล็ดข้าวใน-เขตที่ได้รับผลกระทบความร้อน (HAZ) ซึ่งช่วยลดความเหนียวของอุณหภูมิโดยรอบและที่สูงขึ้น-
อุณหภูมิระหว่างทาง: สูงสุด 150 องศาเพื่อลดเวลาการตกตะกอนของคาร์ไบด์ในช่วงความไวแสง
อุ่นเครื่อง: ไม่จำเป็นสำหรับส่วนที่น้อยกว่าหรือเท่ากับ 25 มม. สำหรับส่วนที่หนาขึ้น ให้อุ่นที่อุณหภูมิ 50–100 องศาเพื่อลดความเครียดจากการควบคุม
Post-weld heat treatment (PWHT): Solution anneal at 1,040–1,120°C followed by water quench or rapid air cool. Recommended for sections >12 มม. หรือเมื่อต้องการคุณสมบัติการคืบสูงสุด สำหรับส่วนที่บางในบริการที่ไม่สำคัญ- เนื่องจาก-สภาพการเชื่อมเป็นที่ยอมรับได้ หากใช้ตัวเติม ER308H และควบคุมอุณหภูมิระหว่างทาง
ก๊าซป้องกัน (GTAW/GMAW): อาร์กอนบริสุทธิ์ (99.995%) หรืออาร์กอน + 2–5% ไฮโดรเจนเพื่อเพิ่มความลื่นไหลของสระเชื่อม การเติมไนโตรเจน (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 3%) สามารถเพิ่มความแข็งแรงของโลหะเชื่อมได้

 

การใช้งานเหล็กกล้าไร้สนิม 304H

304H มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่ต้องการวัสดุที่มีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง- ทนต่อการกัดกร่อน และมีความแข็งแรงสูง การใช้งานเฉพาะได้แก่:
อุตสาหกรรมปิโตรเคมี: ระบบท่อและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
อุตสาหกรรมการผลิตไฟฟ้า: Superheater และท่อรีฮีตเตอร์ในหม้อไอน้ำ
กระบวนการทางเคมี: ภาชนะรับความดันและคอนเดนเซอร์
เตาเผาอุตสาหกรรม: ส่วนประกอบเตาและระบบไอเสีย

 

 

รูปแบบผลิตภัณฑ์และมาตรฐานที่ใช้บังคับ

304H ผลิตขึ้นสำหรับผลิตภัณฑ์สเตนเลสทั่วไปทุกรูปแบบ เมื่อเขียนข้อกำหนดการจัดซื้อจัดจ้าง ให้อ้างอิงมาตรฐาน ASTM/ASME ที่ถูกต้องสำหรับแบบฟอร์มผลิตภัณฑ์:

แบบฟอร์มผลิตภัณฑ์	มาตรฐาน ASTM	เทียบเท่า ASME	ความหนาโดยทั่วไป/ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลาง
แผ่น แผ่น แถบ	A240 / A240M	SA-240	0.3–200 มม
ท่อไร้รอยต่อ	A312 / A312M TP304H	SA-312	กรมอุทยานฯ 1/8 – 30 (DN 6–750)
ท่อไร้รอยต่อ	A213 / A213M TP304H	SA-213	เส้นผ่านศูนย์กลาง 6–127 มม
ท่อเชื่อม	A249 / A249M TP304H	SA-249	เส้นผ่านศูนย์กลาง 6–127 มม
บาร์, ร็อด, รูปทรง	A276 / A276M	SA-276	6–600 มม. (บาร์)
การตีขึ้นรูป	A182 / A182M F304H	SA-182	ต่อการออกแบบการปลอม

คำถามที่พบบ่อย

อุณหภูมิการใช้งานสูงสุดสำหรับสแตนเลส 304H คืออะไร?
คำตอบ: 304H มีความต้านทานต่อออกซิเดชันที่ดีเยี่ยมในระหว่างการให้บริการเป็นระยะๆ (สูงถึง 870 องศา /1600 องศา F) และสามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 925 องศา (1700 องศา F) ในการให้บริการอย่างต่อเนื่อง
อย่างไรก็ตาม ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการใช้งานโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับความเครียดอยู่ระหว่าง 500 องศาถึง 800 องศา

 

304H จะเปราะหลังจากสัมผัสกับความร้อนเป็นเวลานานหรือไม่?
คำตอบ: แม้ว่า 304H ได้รับการออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง- แต่การสัมผัสเป็นเวลานานในช่วง 425 องศาถึง 815 องศาอาจทำให้เกิดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ (อาการแพ้) ซึ่งอาจส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนในตัวกลางที่เป็นน้ำ

 

ขนาดเกรนที่แนะนำสำหรับ 304H คือเท่าไร?
คำตอบ: เพื่อเพิ่ม-ประสิทธิภาพการคืบของอุณหภูมิสูงให้สูงสุด โดยปกติแล้วมาตรฐาน ASTM A213 และ A312 จะต้องมีขนาดเกรน ASTM No. 7 หรือหยาบกว่า (เช่น ขนาดเกรนใหญ่กว่า) สำหรับ 304H ขนาดเกรนที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยลดจำนวนขอบเขตของเกรนที่อาจเกิดการคืบคลานได้

 

304H เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่งหรือทางทะเลหรือไม่
คำตอบ: แม้ว่า 304H จะต้านทานการกัดกร่อนได้ดี (เทียบได้กับ 304) แต่ก็ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับคลอไรด์-ในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่มีคลอไรด์ ในสภาพแวดล้อมดังกล่าว แนะนำให้ใช้เหล็กดูเพล็กซ์ 2205 หรือเกรด 316/316H เนื่องจากมีปริมาณโมลิบดีนัมสูงกว่า ซึ่งให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ