304不銹鋼
合金304 (S30400), 304L (S30403), and 304H (S30409)的不銹鋼是18％鉻，8％鎳奧氏體合金的幾種變體，是不銹鋼家族中最常見和最常用的合金。因?yàn)檫@些合金具有以下一種或多種屬性，因此可以用作各種應(yīng)用。屬性包括：。
耐腐蝕
防止產(chǎn)品污染
抗氧化
易于加工
良好的成形性
外觀精美
易于清潔
高強(qiáng)度、低重量
低溫環(huán)境下，良好的強(qiáng)度和韌性
已存在多種產(chǎn)品形式
每種合金都很好地結(jié)合了耐腐蝕性和良好的加工性。性能的良好結(jié)合是這種合金被廣泛使用的原因，幾乎占全美國不銹鋼產(chǎn)量的一半。18-8不銹鋼，主要是304，304L，304H，以多種形式存在，包括片，條和板。這些合金通常用于設(shè)備的制造，應(yīng)用的例子包括：食物和飲料，衛(wèi)生，冷凍，壓力容器。
氬氧脫碳技術(shù)（AOD技術(shù)）以低成本實(shí)現(xiàn)了低碳水平，304成為了標(biāo)準(zhǔn)合金。304L用于焊接產(chǎn)品，這些產(chǎn)品作業(yè)時(shí)可能暴露在會(huì)引起不規(guī)則腐蝕的環(huán)境下。
304H合金是304的改良品，它的碳含量在0.04-0.10之間，對于要暴露在溫度800°F以上的零件，采用304H有助于改善高溫下的強(qiáng)度。
化學(xué)成分
ASTM A240 and ASME SA-240:
| 成分 | 重量百分比除特別說明外，表中所列為最大值 | ||
| 304 | 304L | 304H | |
| 碳 | 0.08 | 0.030 | 0.04-0.01 |
| 錳 | 2.00 | 2.00 | 2.00 |
| 磷 | 0.045 | 0.045 | 0.045 |
| 硫 | 0.030 | 0.030 | 0.030 |
| 硅 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
| 鉻 | 18.00 20.00 | 18.00 20.00 | 18.00 20.00 |
| 鎳 | 8.0 10.50 | 8.0 12.00 | 8.0 10.5 |
| 氮 | 0.10 | 0.10 | 0.10 |
以上表中的數(shù)據(jù)僅是典型的成分分析，不能作為最終產(chǎn)品成分的最大值或最小值。具體某一塊材料的成分可能與以上數(shù)據(jù)不一致。
耐腐蝕
均勻腐蝕
奧氏體不銹鋼304，304L，304H，在適度的氧化和還原環(huán)境下，具有相當(dāng)?shù)哪透g性。這些合金被廣泛用于加工和處理食物飲料，奶制品設(shè)備和器具。熱交換器，管道，油罐，其他與淡水接觸的加工設(shè)備都可以采用這些合金。
這些合金的鉻含量是18-19％，在氧化環(huán)境下具有抗氧化性。下表是304合金在稀硝酸環(huán)境下的氧化率。
| % 硝酸 | 溫度 °F (°C) | 腐蝕率 Mils/Yr (mm/a) |
| 10 | 300 (149) | 5.0 (0.13) |
| 20 | 300 (149) | 10.1 (0.25) |
| 30 | 300 (149) | 17.0 (0.43) |
304，304L，304H對中度有機(jī)酸（如醋酸）和還原酸（如磷酸）也具有抵抗性。18-8合金鎳含量9-11％，能抵抗中度還原環(huán)境。更高還原性的還原環(huán)境（如沸騰的稀鹽酸和硫酸），對于這些材料來說，攻擊性就太強(qiáng)了。即使是半沸騰的，腐蝕性也太強(qiáng)。
某些情況下，低碳含量的304L合金比高碳含量的304合金的腐蝕率低。從甲酸，氨基磺酸，氫氧化鈉得到的數(shù)據(jù)印證了這一點(diǎn)。除此以外，304，304L，304H在大多數(shù)腐蝕環(huán)境下的性能都是相同的。一個(gè)值得注意的特例是：在足以引起焊接和熱影響區(qū)粒間腐蝕的環(huán)境中，更傾向使用304L合金，因?yàn)樗牡吞己坑兄诘挚沽ｉg腐蝕。
粒間腐蝕
18-8奧氏體不銹鋼暴露在800°F至 1500°F (427°C至 816°C)溫度下，可能引起碳化鉻在晶界沉淀。這類不銹鋼暴露在苛刻環(huán)境下，容易形成粒間腐蝕。304合金中的碳成分導(dǎo)致其在氣焊和熱影響區(qū)焊接過程中的熱狀態(tài)下，產(chǎn)生敏化。因此，材料在焊后狀態(tài)使用的情況下，通常選用碳含量較低的304L合金。低碳含量延長了碳化鉻沉淀到危害水平的時(shí)間，但是材料長期處于沉淀溫度范圍內(nèi)，并不是完全消除這種沉淀。
| 粒間腐蝕測試 | ||
| ASTM A262 評(píng)估測試 | 腐蝕率, Mils/Yr (mm/a) | |
| 304 | 304L | |
Practice E | 彎曲無龜裂 焊接有一些龜裂(不接受) | 無龜裂
|
Practice A | 級(jí)別結(jié)構(gòu) 起溝 (不接受) | 級(jí)別結(jié)構(gòu) 級(jí)別結(jié)構(gòu) |
應(yīng)力腐蝕龜裂
04，304L，304H合金是奧氏體不銹鋼中最容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕龜裂的（SSC），因?yàn)樗麄兊逆嚭肯鄬Φ?。引起?yīng)力腐蝕龜裂的條件有：（1）鹵化物離子的存在（通常是氯化物），（2）殘余的張力，（3）溫度超過120°F (49°C)。合金成形過程中的冷變形，拉幅成管板，焊接操作等都可以產(chǎn)生應(yīng)力。退火，冷變形后的消除應(yīng)力熱處理都可減少應(yīng)力，因而降低了鹵化物應(yīng)力腐蝕龜裂可能性。在可能引起粒間腐蝕的環(huán)境中，低溫退火狀態(tài)下作業(yè)，最好選擇低碳的304L合金材料。
| 鹵化物 (氯化物應(yīng)力腐蝕測試) | ||
| 測試 | U型彎曲（高度受壓）樣品 | |
| 304 | ||
33% 氯化鋰,沸騰 | 基焊金屬 焊接后 | 斷裂，14-96小時(shí) |
| 26% 氯化鈉, 沸騰 | 基焊金屬 焊接后 | 斷裂，142-1004小時(shí) |
| 40% 氯化鈣, 沸騰 | 基焊金屬 | 斷裂，144小時(shí) -- |
周圍環(huán)境 暴露在海邊環(huán)境 | 基焊金屬 焊接后 | 無斷裂 |
點(diǎn)腐蝕/隙腐蝕
18-8合金被非常成功地應(yīng)用在氯離子含量低的淡水中。一般來說，尤其是有縫隙出現(xiàn)的情況下，18-8合金的極限是100ppm 的氯化物。高含量的氯化物可能引起隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕。在更嚴(yán)厲的條件下，如：低PH值，或者高溫，則會(huì)考慮使用鉬含量較高的合金，如316。18-8合金也不建議用于海洋環(huán)境。
物理性能
密度：
0.285 lb/in3 (7.90 g/cm3)
抗拉彈性模數(shù) :
29 x 106 psi (200 GPa)
線性熱膨脹系數(shù)：
| 溫度范圍 | 系數(shù) | ||
| °F | °C | in/in/°F | cm/cm/°C |
| 68-212 | 20-100 | 9.2 x 10-6 | 16.6 x 10-6 |
| 18 - 1600 | 20 - 870 | 11.0 x 10-6 | 19.8 x 10-6 |
熱傳導(dǎo)：
| 溫度范圍 | Btu/hr/ft/°F | W/m/K | |
| °F | °C | ||
| 212 | 100 | 9.4 | 16.3 |
| 932 | 500 | 12.4 | 21.4 |
金屬的總傳導(dǎo)系數(shù)除了由金屬的熱傳導(dǎo)性決定以外，還取決于其他因素。18-8合金不銹鋼具有保持表面清潔的性能，和其他熱傳導(dǎo)系數(shù)高的金屬相比，18-8合金的熱傳導(dǎo)性能往往更好。
比熱：
| °F | °C | Btu/lb/°F | J/kg/K |
| 32-212 | 0-100 | 0.12 | 500 |
磁導(dǎo)率：
18-8合金在退火狀態(tài)下是無磁性的，磁導(dǎo)率在200H的情況下一般低于1.02。磁導(dǎo)率會(huì)因金屬的成分不用而有所不同。通過冷作，可以提高磁導(dǎo)率。
| 冷作百分比 | 磁導(dǎo)率 | |
| 304 | 304L | |
| 0 | 1.005 | 1.015 |
| 10 | 1.009 | 1.064 |
| 30 | 1.163 | 3.235 |
| 50 | 2.291 | 8.480 |
機(jī)械性能
室溫下的機(jī)械性能
已退火的304和304L奧氏體不銹鋼板，ASTM標(biāo)準(zhǔn)A240, ASME標(biāo)準(zhǔn)SA-240，要求的最低機(jī)械性能如下表所示：
| 性能 | ASTM A240和 ASME SA-240 要求的最低機(jī)械性能 | ||
| 304 | 304L | 304H | |
| 0.2% 抵消 屈服強(qiáng)度, psi MPa | 30,000 205 | 25,000 170 | 30,000 205 |
| 極限抗張強(qiáng)度, psi MPa | 75,000 515 | 70,000 485 | 75,000 515 |
| 延伸百分比（2英寸或51mm） | 40.0 | 40.0 | 40.0 |
| 硬度, 最大., （布氏硬度） RB | 201 92 | 201 92 | 201 92 |
低溫和升溫情況下的性能
低溫和升溫情況下的短期抗拉性能如下表所示。溫度達(dá)到1000°F (538°C)或以上，要考慮應(yīng)力破裂，應(yīng)力破裂數(shù)據(jù)也在下表顯示。
| 測試溫度 | 0.2% 屈服強(qiáng)度 | ||
| °F | °C | psi | (MPa) |
| -423 | -253 | 100,000 | 690 |
| -320 | -196 | 70,000 | 485 |
| -100 | -79 | 50,000 | 354 |
| 70 | 21 | 35,000 | 240 |
| 400 | 205 | 23,000 | 160 |
| 800 | 427 | 19,000 | 130 |
| 1200 | 650 | 15,500 | 105 |
| 1500 | 815 | 13,000 | 90 |
| 抗拉強(qiáng)度 | 延伸 | |
| psi | (MPa) | 百分比 |
| 250,000 | 1725 | 25 |
| 230,000 | 1585 | 35 |
| 150,000 | 1035 | 50 |
| 90,000 | 620 | 60 |
| 70,000 | 485 | 50 |
| 66,000 | 455 | 43 |
| 48,000 | 330 | 34 |
| 23,000 | 160 | 46 |
沖擊阻力
已退火的奧氏體不銹鋼即使在低溫條件下，仍然能保持較高的沖擊阻力，再加上低溫硬度和加工性等性能，因此被用于處理液化天然氣和其他低溫環(huán)境下的作業(yè)。夏氏V形沖擊實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下表所示
| 溫度 | 夏氏V形沖擊實(shí)驗(yàn)?zāi)芰课?/strong> | ||
| °F | °C | 英尺 ? 磅 | 焦耳 |
| 75 | 23 | 150 | 200 |
| -320 | -196 | 85 | 115 |
| -425 | -254 | 85 | 115 |
疲勞強(qiáng)度
金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。奧氏體不銹鋼的疲勞強(qiáng)度一般來說是抗拉強(qiáng)度的35％，在實(shí)際作業(yè)中，疲勞強(qiáng)度也會(huì)受其他因素影響，如：增加表面的平滑程度，可以增加疲勞強(qiáng)度，作業(yè)環(huán)境腐蝕性增加，則降低疲勞強(qiáng)度。
焊接
奧氏體不銹鋼被認(rèn)為是最容易焊接的合金鋼，可以用所有的融合物焊接，也進(jìn)行電阻焊接。304，304L是典型的奧氏體不銹鋼。
生產(chǎn)奧氏體不銹鋼的焊接接點(diǎn)時(shí)要考慮兩個(gè)因素：1）保持其耐腐蝕性，2）避免開裂。
材料被焊接過程中會(huì)形成溫度階梯，從熔池的熔化溫度到離焊接點(diǎn)稍遠(yuǎn)的周圍溫度。被焊接材料的碳含量越高，焊接熱循環(huán)就更容易導(dǎo)致碳化鉻沉淀，對材料的耐腐蝕性有影響。為了保持材料的耐腐蝕性處于最好的水平，因此在已焊接狀態(tài)下作業(yè)，應(yīng)該選擇低碳材料（304L）。另一種做法是，采用完全退火溶解碳化鉻，使標(biāo)準(zhǔn)碳含量的材料恢復(fù)高水平的耐腐蝕性。
焊接完全奧氏體結(jié)構(gòu)的金屬，在焊接操作中更容易形成裂紋。因此，304和304L合金中添加了少量的鐵素體，降低材料的裂紋敏感性，達(dá)到重新固化的作用。
把18-8奧氏體合金焊接到碳鋼時(shí)，通常用309合金（23％鉻－13.5％鎳）或鎳基焊料。
熱處理
奧氏體不銹鋼通過熱處理可以清除冷成形產(chǎn)生的副作用和溶解沉淀的碳化鉻。達(dá)到這兩個(gè)要求的最好的熱處理方法是在1850°F 至 2050°F (1010°C 至 1121°C)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行固熔退火。從退火溫度冷卻下來1500-800°F (816°C - 427°C)，應(yīng)該足以避免碳化鉻再沉淀。
這些材料不能通過熱處理達(dá)到硬化。
清潔
不管腐蝕性怎么樣，不銹鋼在加工和使用過程中，都要保持其表面清潔。
在焊接時(shí)采用惰性氣體加工，焊接過程中形成的銹皮和熔渣通過不銹鋼刷清除。普通碳鋼刷會(huì)在不銹鋼的表面留下碳鋼粒子，這些粒子最終會(huì)導(dǎo)致表面生銹。在要求嚴(yán)格的情況下，焊接區(qū)域要經(jīng)過除銹溶液處理（如硝酸和氫氟酸混合溶液），可以洗掉焊接過程中形成的銹皮和熔渣。
內(nèi)陸，輕工業(yè)用的材料，所需要的維護(hù)比較少，只有遮蔽區(qū)域有時(shí)需要用加壓水清洗。重工業(yè)則建議經(jīng)常清洗，去除積聚的灰塵，這些灰塵最終有可能引起腐蝕和損壞不銹鋼的表面外觀。
頑固的污漬和沉淀物可以用擦洗劑和纖維刷，海綿，不銹鋼絨擦洗。不銹鋼絨會(huì)在平滑的不銹鋼表面留下永久的擦痕。
很多不銹鋼都要定期清洗和消毒。設(shè)備通常用特制的苛性鈉，有機(jī)溶劑，酸性溶液（入磷酸或硫酸）清洗。強(qiáng)還原酸（如氫氟酸或鹽酸）可能對不銹鋼造成損壞。
溶液清洗后，用清水徹底沖洗不銹鋼。
適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)有助于清洗。帶圓抹角，內(nèi)圓角，無縫隙的設(shè)備，有利于清洗和表面拋光。
