304不锈钢是目前常用型号,即18/8不锈钢。GB牌号为06Cr19Ni10(旧牌号为0Cr18Ni9)。
316不锈钢是继304不锈钢之后,第二个得到最广泛应用的钢种,主要用于食品工业、制药行业和外科手术器材,添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于比304不锈钢具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。316不锈钢则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。
1. 性能对比
304[0Cr18Ni9(06Cr19Ni10)]不锈钢是最普遍的钢种,作为一种用途广泛的钢,具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性;冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象(无磁性,使用温度-196~800℃)。
304L[00Cr19Ni10(022Cr19Ni10)]不锈钢(L为低碳)作为低碳的304钢,在一般状态下,其耐蚀性与304刚相似,但在焊接后或者消除应力后,其抗晶界腐蚀能力优秀;在未进行热处理的情况下,亦能保持良好的耐蚀性,使用温度-196~800℃。
316[0Cr17Ni12(06Cr17Ni12Mo2)]不锈钢因添加钼,故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好,可在苛刻的条件下使用;加工硬化性优(无磁性)。
316L[00Cr17Ni14(022Cr17Ni12Mo2)]不锈钢(L为低碳)作为316钢种的低碳系列,除与316钢有相同的特性外,其抗晶界腐蚀性优。
2. 化学组分对比
化学组分对比见表1.4.14, 316不锈钢和316L不锈钢是含钼不锈钢种。316L不锈钢中的钼含量略高于316不锈钢,由于钢中含钼,该钢种总的性能优于310和304不锈钢,高温条件下,当硫酸的浓度低于15%和高于85%时,316不锈钢具有广泛的用途。316不锈钢还具有良好的抗氯化物侵蚀的性能,所以通常用于海洋环境。316L不锈钢的最大碳含量为0.03%,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。
某石化工程装置,浓硫酸管道刚开始选用普通碳钢管道,由于自产浓硫酸浓度不是很稳定,造成管道多处泄漏,后来配管设计修改为316不锈钢管道。
3. 耐腐蚀对比
316不锈钢耐腐蚀性能优于304不锈钢,在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。
一般304不锈钢与316不锈钢在抗化学腐蚀性能方面差别不大,不过在某些特定介质下有所区别。最初开发出的不锈钢为304,在特定情况下,这种材料对点腐蚀(pitting corro-sion)比较敏感。额外增加2%~3%的钼可以减少这种敏感性,这样就诞生了316。此外,这些额外的钼还可以降低某些热有机酸的腐蚀。
316不锈钢几乎成为食品饮料行业标准材料。由于世界范围内钼元素的短缺及316不锈钢中镍含量更多,316不锈钢的价格比304不锈钢更贵。
在各种类型的水介质(蒸馏水、饮用水、河水、锅炉水、海水等)中,304不锈钢与316不锈钢的抗腐蚀性能几乎一样,除非介质中氯离子的含量非常高,此时316不锈钢就更合适。
在大多数情况下,304不锈钢与316不锈钢的抗腐蚀性能没有多大区别,但有些情况下也可能差别很大,需具体情况具体分析。
4. 耐热性对比
在1600℃以下的间断使用和在1700℃以下的连续使用中,316不锈钢具有好的耐氧化性能。在800~1575℃的范围内,最好不要连续使用316不锈钢,但在该温度范围以外连续使用316不锈钢时,该不锈钢具有良好的耐热性。316L不锈钢的耐碳化物析出的性能比316不锈钢更好,可用于上述温度范围。
5. 热处理对比
在1850~2050℃的温度范围内进行退火,然后迅速退火,再迅速冷却。316不锈钢不能过热处理进行硬化。
6. 焊接对比
316不锈钢具有良好的焊接性能。可采用所有标准的焊接方法进行焊接。焊接时可根据用途,分别采用316Cb、316L或309Cb不锈钢填料棒或焊条进行焊接。为获得最佳的耐腐蚀性能,316不锈钢的焊接断面需要进行焊后退火处理。如果使用316L不锈钢,不需要进行焊后退火处理。
7. 机械性能对比
在所有钢材中,奥氏体不锈钢的屈服点最低。因此从机械性能考虑,奥氏体不锈钢并不是用于阀杆的最佳材料,因为要保证一定的强度,阀杆的直径就会加大。屈服点不能通过热处理来提高,但可以通过冷成型提高。机械性能对比见表1.4.15。
8. 磁性对比
由于奥氏体不锈钢的广泛应用,给人们造成所有不锈钢都没有磁性的错误印象。对奥氏体不锈钢而言,基本可以理解为非磁性,经淬火的锻钢确实如此。但通过冷成型处理的304会多少带点磁性。对铸钢而言,如果是100%奥氏体不锈钢则没有磁性。
9. 低碳类型的不锈钢
奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能来自金属表面形成的氧化铬保护层。如果材料加热到450~900℃高温,材料的结构就会发生变化,沿晶体边缘会形成碳化铬。这样在晶体边沿就无法形成氧化铬保护层,从而导致抗腐蚀性能降低。这种腐蚀称为“晶间腐蚀”,见图1.4.2。
由此开发出了304L不锈钢和316L不锈钢来对抗这种腐蚀。304L不锈钢和316L不锈钢的含碳量都较低,因为碳含量减少,所以就不会产生碳化铬,也就不会生成晶间腐蚀。
含碳量超过0.03%的不稳定的奥氏体型不锈钢(即不含钛或铌的0Cr18Ni9不锈钢),如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。这些钢在425~815℃之间加热时,或者缓慢冷却通过这个温度区间时,都会产生晶间偏析,这样的热处理造成碳化物在晶界沉淀(敏化作用),并且造成最邻近的区域铬贫化使得这些区域对腐蚀敏感。敏化作用也可出现于焊接时,在焊接热影响区造成其后的局部腐蚀。较高的晶间腐蚀敏感性并不意味着非低碳材料就更容易腐蚀。在高氯环境中,这种敏感性也越高。对于软阀座常规蝶阀而言,由于我们并不在阀板上进行焊接操作,因此采用低碳不锈钢并没有多大意义,不过大多数规格书会要求采用304L不锈钢或316L不锈钢。