奥氏体不锈钢低温性能及选用方法探讨

实用技术推广　中国科技信息２。１　４年第’５期‘ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ａｕｇ．２ｏ１４．　梁文婷　朱Ｘ　Ｊ　，　Ｌ１　仅菌　ｐ阪　口Ｊ　奥氏体不锈钢是不锈钢中种类最多也是使用最广的一种不锈钢。目前最常用的奥氏　体不锈钢主要是Ｆｅ－Ｃｒ—Ｎｉ系合金。不同企业应当结合自身的实际生产情况合理选择奥氏　体不锈钢种，才能确保产品质量并间接控制材料的成本。本文在简单介绍了奥氏体不锈　翩占　‘　曰．　台　＾厶苴，，山Ｌ音　．　ｌ　喜　觫　肛　曰　台　立止兽　山。　箔苗ｌ鞠　ｆ　ＤＯＬ：１　０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１　００１－８９７２．２０１　４．１　５．０６３　．奥氏体不锈钢低温性能及选用方法探讨　响而导致金属内部出现位错运动。温度较高时，金属原子　的热振动让金属内部更容易发生位错，但是当温度逐渐降　引言　低时，原子热振动力大大降低，金属内部很难再出现剧烈　位错，因此金属会出现强度随温度降低而升高的现象。　物理性能　ＨｄＯ　奥氏体不锈钢的显微组织是奥氏体，实际生产中只要　在高铬中加入一定量的镍即可形成奥氏体不锈钢。随着奥　氏体不锈钢的问世，其就被广泛应用于低温储运设备中，　低温环境下，奥氏体不锈钢的热导率和比热容都相对　较低，且这两者同样会随着温度的降低而降低。而低热导　率可以降低不锈钢本身的传热性能，让不锈钢做成的低温　储运容易能够将热损失降至最低。另外，低温储罐液和排　液间的冷热循环需要很多热量，而较低的比热容能够将这　环节所需的热量降低，让低温储罐内部的温度维持在一　一且由于奥氏体不锈钢自身特性。目前奥氏体不锈钢已经成　为低温储运设备中制造低温单元操作设备的主要材料之　一。奥氏体不锈钢低温韧性良好，低温下的塑性和韧性都　很好。下面本文就对奥氏体不锈钢的低温性能特点进行简　要阐述。　定范围内。　不同的金属热膨胀系数而导致低温储罐在不同温度下　具有不同程度的变形，这在一定程度上加大了低温储罐的　疲劳载荷，因此通常情况下要求低温储罐能够选用热膨胀　系数较低的材料。这点上奥氏体并不占优势，因为奥氏体　奥氏体不锈钢低温性能特点　妻｜　不锈钢的热膨胀系数会随着温度的降低而增大，因此为了　奥氏体不锈钢低温性能特点主要包括以下几个方面　力学性能　奥氏体不锈钢的拉伸强度和屈服强度会随着温度的降　低而呈现上升趋势，其中拉伸强度对温度更为敏感，能够　随着温度的降低而呈明显的升高趋势（如图１）。从图中　相应曲线变化可以看出，温度降低会让奥氏体不锈钢出现　定程度上的塑性形变，因此低温环境下，奥氏体不锈钢　一一簪　量　誉　２　ｍ一２２ｆ　ｌｇＮ－ｌ２０－ｌ（　０一种一２０＋２０　温度，　很难脆化。另外温度的降低也延缓了奥氏体不锈钢的延伸　率及断面收缩率。金属产生变形，主要是因为受到外力影　图１　温度变化时奥氏体不锈钢的拉伸强度及　屈服强度的变化　中国科技信息２０１４茸第１５期，ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ａｕｇ．２０１４　实用技术推广　降低低温储罐的疲劳符合，在焊接奥氏体不锈钢时应当选　择恰当的焊材，所选用的焊材不仅要满足力学性能的要求　同时也要满足热膨胀系数的要求。　若奥氏体处理不当会转变为马氏体，从而大大降低不　锈钢的韧性。而会扩大奥氏体的合金元素能够提高奥氏体　的稳定性，但是奥氏体不锈钢中的是亚稳定的，　当稳定　降低到一定程度时，亚稳定　元素会诱使奥氏体不锈钢转　变成为马氏体，从而降低了不锈钢的韧性，致使不锈钢出　现脆化。在此笔者建议企业可以通过加入适当的镍来降低　马氏体开始转变温度。　３　奥响因素氏　体不锈钢低温性能的影　前面已经简单介绍了几种主要的奥氏体不锈钢的低温　性能，而企业只有知道哪些因素会影响奥氏体不锈钢的低　温性能，才能避免不利因素的干扰，将奥氏体不锈钢的低　温性能充分发挥出来。笔者以为影响奥氏体不锈钢低温性　能的因素主要有以下几种：　金属自身的晶体结构　金属自身的冲击韧性很大程度上受金属自身晶体结构　的影响，一般的晶体结构主要有面心立方品格、体心立方　品格、六心密排品格三种。奥氏体不锈钢属于面心立方晶　格，这种晶体结构在低温下，韧性较强，且不会出现很大　程度的脆化。　奥氏体不锈钢的成分　奥氏体不锈钢钢中的化学元素组成对奥氏体不锈钢的　组织性能有很大影响。现今，奥氏体不锈钢的主要组成化　学元素包括碳、铬、镍、锰、铌等。其中碳元素是奥氏体　性能稳定的主要原因，因此在制造奥氏体不锈钢时可以适　当增加碳含量以提高不锈钢的强刚。但是碳的含量亦不宜　过高，因此碳元素本身具有很强的亲和力，过多的碳元素　会和其他化学元素结合形成如Ｃｒ２３Ｃ６、Ｃｒ７Ｃ３等碳化物。　当对不锈钢进行焊接加工时，这类碳化物会析出不锈钢，　从而大大降低了不锈钢自身的耐蚀性。此外，当这类碳化　物析出不锈钢时，不锈钢会因素自身不稳定性而转变为马　氏体，从而降低了不锈钢的低温韧性，这样反而得不偿失。　低温材料必须具备较好的低温性能和抗蚀性能，因此　在选择低温储罐材料时，这两点要求都必须达标。３００系　列的奥氏体不锈钢都是低碳或超低碳，其中３０４、３１６和　３２１型三种不锈钢碳的质量分数最大值仅为０．０８％，而　３０４Ｌ和３　１　６Ｌ型不锈钢碳质量分数的最大值仅为Ｏ．０３％。　组成奥氏体不锈钢的合金元素中，铬可以在不锈钢表　面形成一种致密氧化膜，从而起到钝化不锈钢氧化，提高　腐蚀性的作用。镍是扩大奥氏体的元素，通常情况下，在　低碳高铬的不锈钢中，只要加入质量分数为０．９％的镍就　能够让不锈钢获得较强的耐腐蚀性能和较好的低温性能。　马氏体开始转变温度　奥氏体不锈钢选用建议　前文就奥氏体不锈钢自身低温性能及影响低温性能的　因素进行了简单分析，那么作为工业企业，应当如何选　择适合企业生产的奥氏体不锈钢？在此笔者给出以下几点　建议：　（１）液氮温度在一１９６Ｖ以上的低温储罐材料以选　择３０４不锈钢最佳；　（２）３０４Ｌ型超低碳不锈钢和３１６型　两种不锈钢内镍质量分数较高，能够有效防止马氏体开　始转变温度（Ｍｓ）升高，因此这两种不锈钢是液氢温度　在一１９６℃～－２５３℃范围内低温储罐的首选材料；　（３）　ＭＯ元素能够有效提高奥氏体不锈钢的热强性和抵抗氯离　子所产生的点腐蚀能力，３１６Ｌ不锈钢中加入了２％一３％　的ＭＯ，该种不锈钢是液氦温度在一２６９℃以上的低温储罐　和管道的首选材料。　（４）３２１型不锈钢中镍和铬的含量较　其他不锈钢高，因此该种不锈钢在低温下的奥氏体较其他　不锈钢更加稳定，在低温下使用也更稳定，若能够在该类　不锈钢内加入适当钛和铌，其可以充当－２６９Ｔ３以上且在低　温下要求加工后没有残余应力的低温储蓄罐的要求。　结语　奥氏体不锈钢是目前应用最广泛的低温储运设备的主　要制作材料，企业需加强对奥氏体不锈钢的认识才能够将　奥氏体不锈钢“物尽其用”。本篇论文中，笔者就奥氏体　不锈钢自身的低温性能进行了简单概括，在此基础上，就　哪些因素会对奥氏体不锈钢的低温性能造成影响进行了概　述，最后就不同需求的企业如何选择最适合企业生产的奥　氏体不锈钢进行了分类探讨。希望能够和广大同行共同探　讨，交流进步。