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。因為這些合金具有以下一種或多種屬性，因此可以用作各種應用。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
高強度、低重量
低溫環(huán)境下，良好的強度和韌性
已存在多種產(chǎn)品形式
每種合金都很好地結合了耐腐蝕性和良好的加工性。性能的良好結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備的制造，應用的例子包括：食物和飲料，衛(wèi)生，冷凍，壓力容器。
氬氧脫碳技術（AOD技術）以低成本實現(xiàn)了低碳水平，304成為了標準合金。304L用于焊接產(chǎn)品，這些產(chǎn)品作業(yè)時可能暴露在會引起不規(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度。
化學成分
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?shù)哪透g性。這些合金被廣泛用于加工和處理食物飲料，奶制品設備和器具。熱交換器，管道，油罐，其他與淡水接觸的加工設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，攻擊性就太強了。即使是半沸騰的，腐蝕性也太強。
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。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，因為它的低碳含量有助于抵抗粒間腐蝕。
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間，但是材料長期處于沉淀溫度范圍內，并不是完全消除這種沉淀。
| 粒間腐蝕測試 | ||
| ASTM A262 評估測試 | 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 | 級別結構 起溝 (不接受) | 級別結構 級別結構 |
應力腐蝕龜裂
04，304L，304H合金是奧氏體不銹鋼中最容易發(fā)生應力腐蝕龜裂的（SSC），因為他們的鎳含量相對低。引起應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)生應力。退火，冷變形后的消除應力熱處理都可減少應力，因而降低了鹵化物應力腐蝕龜裂可能性。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 |
| 26% 氯化鈉, 沸騰 | 基焊金屬 焊接后 | 斷裂，142-1004小時 |
| 40% 氯化鈣, 沸騰 | 基焊金屬 | 斷裂，144小時 -- |
周圍環(huán)境 暴露在海邊環(huán)境 | 基焊金屬 焊接后 | 無斷裂 |
點腐蝕/隙腐蝕
18-8合金被非常成功地應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腐蝕。在更嚴厲的條件下，如：低PH值，或者高溫，則會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：
| 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 |
金屬的總傳導系數(shù)除了由金屬的熱傳導性決定以外，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，和其他熱傳導系數(shù)高的金屬相比，18-8合金的熱傳導性能往往更好。
比熱：
| °F | °C | Btu/lb/°F | J/kg/K |
| 32-212 | 0-100 | 0.12 | 500 |
磁導率：
18-8合金在退火狀態(tài)下是無磁性的，磁導率在200H的情況下一般低于1.02。磁導率會因金屬的成分不用而有所不同。通過冷作，可以提高磁導率。
| 冷作百分比 | 磁導率 | |
| 304 | 304L | |
| 0 | 1.005 | 1.015 |
| 10 | 1.009 | 1.064 |
| 30 | 1.163 | 3.235 |
| 50 | 2.291 | 8.480 |
機械性能
室溫下的機械性能
已退火的304和304L奧氏體不銹鋼板，ASTM標準A240, ASME標準SA-240，要求的最低機械性能如下表所示：
| 性能 | ASTM A240和 ASME SA-240 要求的最低機械性能 | ||
| 304 | 304L | 304H | |
| 0.2% 抵消 屈服強度, psi MPa | 30,000 205 | 25,000 170 | 30,000 205 |
| 極限抗張強度, 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。溫度達到1000°F (538°C)或以上，要考慮應力破裂，應力破裂數(shù)據(jù)也在下表顯示。
| 測試溫度 | 0.2% 屈服強度 | ||
| °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形沖擊實驗的數(shù)據(jù)如下表所示
| 溫度 | 夏氏V形沖擊實驗能量吸收 | ||
| °F | °C | 英尺 ? 磅 | 焦耳 |
| 75 | 23 | 150 | 200 |
| -320 | -196 | 85 | 115 |
| -425 | -254 | 85 | 115 |
疲勞強度
金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力稱為疲勞強度或疲勞極限。奧氏體不銹鋼的疲勞強度一般來說是抗拉強度的35％，在實際作業(yè)中，疲勞強度也會受其他因素影響，如：增加表面的平滑程度，可以增加疲勞強度，作業(yè)環(huán)境腐蝕性增加，則降低疲勞強度。
焊接
奧氏體不銹鋼被認為是最容易焊接的合金鋼，可以用所有的融合物焊接，也進行電阻焊接。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時要考慮兩個因素：1）保持其耐腐蝕性，2）避免開裂。
材料被焊接過程中會形成溫度階梯，從熔池的熔化溫度到離焊接點稍遠的周圍溫度。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，使標準碳含量的材料恢復高水平的耐腐蝕性。
焊接完全奧氏體結構的金屬，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，達到重新固化的作用。
把18-8奧氏體合金焊接到碳鋼時，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。達到這兩個要求的最好的熱處理方法是在1850°F 至 2050°F (1010°C 至 1121°C)的溫度范圍內進行固熔退火。從退火溫度冷卻下來1500-800°F (816°C - 427°C)，應該足以避免碳化鉻再沉淀。
這些材料不能通過熱處理達到硬化。
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。普通碳鋼刷會在不銹鋼的表面留下碳鋼粒子，這些粒子最終會導致表面生銹。在要求嚴格的情況下，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。
內陸，輕工業(yè)用的材料，所需要的維護比較少，只有遮蔽區(qū)域有時需要用加壓水清洗。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。設備通常用特制的苛性鈉，有機溶劑，酸性溶液（入磷酸或硫酸）清洗。強還原酸（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?shù)脑O計有助于清洗。帶圓抹角，內圓角，無縫隙的設備，有利于清洗和表面拋光。
