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高溫工作環境下的不銹鋼緊固件
更新時間:2018-06-12

  熱交換器正常工作溫度達1000°F(283°C)時,用不銹鋼制成的螺栓卻生銹了!這是為什么呢?原來,在較高溫度時,熱循環會使某些不銹鋼變成非不銹鋼.所以選擇緊固件材料上一定要慎重,以免發生意外。

 

  不銹鋼含鉻量應不小于10.5%,但作者認為,該含量仍低。為防止常溫下不銹鋼生銹,不銹鋼基體含鉻量應該在12%左右。

  與普遍觀點相反,不銹鋼不會永遠是不銹鋼。熱循環會使某些不銹鋼的含鉻量降至使其生銹的水平。但不銹鋼種類很多,所以通??蛇x擇其中一種滿足特殊用途的不銹鋼。

  300系列不銹鋼

  300系列不銹鋼也就是我們所知道的188鋼,是緊固件、接頭、管子和管道最常用的材料。304型不銹鋼是不銹鋼緊固件最普通的材料。188鋼是300系列不銹鋼鉻和鎳的名義含量.這些材料表面上看有很好的抗腐蝕性能,但將304不銹鋼加熱到850°F(199°C)以上,由于碳的沉積作用.會使鉻的含量下降。高溫度下鉻與碳結合形成碳化鉻,而碳化鉻是不防銹的。采用304L不銹鋼可以緩和該問題,304L不銹鋼含碳量是304型不銹鋼的13。用321不銹鋼或347不銹鋼可以消除碳化鉻的形成。321不銹鋼和347不銹鋼分別含鈦和鈮,其性質很穩定。由于鈦和鈮對碳的親和力比鉻大,它們與碳在高溫下分別形成碳化鈦和碳化鈮,因而鉻就保留下來。ASTMAl9300系列不銹鋼用于螺栓的有304、321347不銹鋼。

  由于300系列不銹鋼的強度只有在冷成形時才得到強化,當溫度達到1000°F(283°C)時,熱循環會使緊固件強度下降至退火狀態。如果強度下降不可接受,那么穩定的材料321347也不令人滿意。故要考慮其他材料。

  400系列不銹鋼

  400系列不銹鋼的含鉻量比300系列不銹鋼低,但沒有像300系列有碳沉積問題,而且可熱處理,可用于溫度高達1200°F(393)的工作環境。但由于含鉻只有12%一14%,在有嚴重化學氣氛的環境中使用會腐蝕,而300系列含16%一20%的鉻,不會腐蝕。300系列不銹鋼與400系列不銹鋼在強度上相同。300系列不銹鋼無磁性,而400系列不銹鋼有磁性。根據ASTMF593規定,400系列不銹鋼中410、416430系列用于緊固件。

  鎳基材料如lnconel系列(lnconel國際公司提供)Haynes哈氏系列(Haynes國際公司)是高溫應用的極好材料。這些合金鋼中的大部分合金鋼含鉻至少16%,用于防腐。他們也可熱處理。在高溫下強度高,當然718合金鋼可能是緊固件用得最多的材料,是宇宙飛船中的標準細牙緊固件。還有Monel蒙氏(65%鎳和33%銅)也用于緊固件,但強度很低。Haynes國際公司將他們的材料取名為HaslelloyHaynesXX。InconelHaynes公司都提供一些相同的緊固件材料如718X750。

  A286不銹鋼

  這是一種航天工業用得最廣泛的不銹鋼。它是鐵基不銹鋼,含鉻15%,可熱處理,可冷作硬化。無冷作硬化時抗拉強度在140180ksi9651241MPa),熱處理加上冷作硬化可便抗拉強度達到220ksi(1517MPa),但此時的延伸率相對疲勞負荷來說太低。A286工作溫度在-423°C1200°C,幾乎所有的航天工業用緊固件供應商都能提供A286緊固件。

  MP35NMPl59

  SPS技術公司提供的MP35NMPl59材料是高溫和腐蝕性環境下應用的非常好的材料,含鉻19%。這些材料即使在航天工業上也算是昂貴的。Waspalloy是這組材料中另一種用于極高溫度的材料。只有在無選擇的情況下才使用這些材料,這些材料價格既高,又不易得到。

  總結

  在1000°F(283)工作環境下采用304不銹鋼是不明智的,如材料強度下降接近退火狀態可接受,可選擇穩定材料如321347不銹鋼:如強度要求高,而環境腐蝕不是很嚴重,可采用400系列不銹鋼應能滿足要求。如300系列和400系列不銹鋼都不能解決問題,采用A286。Inconel,Haynes,MP35NMPl59都是很好的材料,但成本高.且不易得到。一般設計規則是:必要時才用昂貴的材料以獲得令人滿意的設計性能。

 

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