Grado di acciaio inossidabile 309S: composizione, proprietà, trattamento termico e applicazioni

L'acciaio inossidabile 309S è la versione a basso tenore di carbonio del grado 309, una lega austenitica di cromo-nichel con il 22,0–24,0% di cromo e il 12,0–15,0% di nichel. Designato UNS S30908 negli Stati Uniti e 1.4833 nel sistema europeo, è specificato principalmente per componenti che operano in atmosfere ossidanti a temperature fino a circa 1000 °C in servizio continuo.

Il limite della specifica che definisce è il carbonio: il 309S è limitato allo 0,08% C, mentre il 309 puro consente fino allo 0,20%. Il basso contenuto di carbonio sopprime la precipitazione del carburo di cromo ai bordi dei grani quando il materiale viene saldato o mantenuto nell'intervallo 430-900 °C, quindi il 309S è preferito per le costruzioni saldate e le apparecchiature a ciclo termico.

Non confondere la forma del prodotto con la qualità. 309S è una specifica lavorata utilizzata per lamiere, piastre, barre e tubi. Quando è necessaria la stessa famiglia di leghe Cr-Ni per una parte fusa come un rullo di forno, una piastra di forno o un dispositivo per il trattamento termico, le fonderie lavorano su gradi di fusione come ASTM A297 Grado HH anziché la specifica 309S lavorata.

Composizione chimica del 309S (UNS S30908)

La chimica del 309S è stabilita da standard come ASTM A240 e specifiche europee equivalenti; ogni proprietà ad alta temperatura deriva dall'equilibrio sottostante.

Rispetto alla lega 310S di qualità superiore (24-26% Cr, 19-22% Ni), 309S offre una base a basso costo pur offrendo una resistenza pratica all'ossidazione intorno a 1000 °C. Il nichel extra nel 310S acquista un margine visibile in termini di resistenza allo scorrimento viscoso e resistenza a gravi cicli termici, motivo per cui il 310S tende a sostituire il 309S una volta che la temperatura operativa supera i 1000 °C circa.

Proprietà meccaniche e fisiche

Allo stato ricotto il 309S è morbido, duttile e non magnetico; i valori seguenti descrivono la condizione di fabbricazione, non la condizione di servizio a caldo.

Non selezionare 309S sulla base del suo minimo di trazione di 515 MPa se la temperatura di servizio è 900 °C. Lo stress ammissibile scende bruscamente al di sopra dei 600 ° C e il limite pratico è fissato dal tasso di ossidazione e dalla durata della vita viscosa per l'esatto spessore della sezione. Quando invii una richiesta di offerta, indica l'atmosfera, la temperatura di picco e il carico; il fornitore può quindi decidere tra 309S, una qualità HH/HK fusa o un aggiornamento 310S.

309S rispetto a 310S e gradi fusi resistenti al calore

Il parente più prossimo del getto 309S è ASTM A297 grado HH, una lega 25Cr-12Ni la cui composizione nominale condivide circa il 96% dei suoi elementi con il grado lavorato, ma trasporta più carbonio per conferire ai getti resistenza allo scorrimento alle alte temperature.

Questa distinzione è la fonte di confusione più comune negli appalti. Se si invia un disegno per un rullo del forno e si scrive "309S" su di esso, una fonderia di colata proporrà normalmente una chimica di tipo HH (24-28% Cr, 11-14% Ni, 0,20–0,50% C), perché una chimica lavorata a basso contenuto di carbonio non svilupperà la microstruttura della fusione e la resistenza alla rottura necessarie in una sezione portante spessa. Seleziona prima la forma del prodotto: 309S lavorato dove puoi tagliare, modellare e saldare lamiere o tubi; gradi A297 fusi in cui la parte è sagomata, pesante e caricata a temperatura.

Per i componenti rotondi che trasportano il carico in una fornace, la fusione centrifuga è solitamente la strada giusta perché produce una struttura densa e solidificata direzionalmente. Per la conduzione del gas è accettabile un tubo 309S laminato e saldato; un tubo che deve sostenere il proprio peso a 1000 °C dovrebbe essere un prodotto centrifugato con chimica controllata.

Tubo in acciaio inossidabile resistente al calore mediante fusione centrifuga Questo tubo è prodotto mediante colata centrifuga per una struttura densa e solidificata direzionalmente, che lo rende adatto per componenti portanti di forni ad alte temperature, come condotti del gas e tubi che devono sostenere il proprio peso a 1000 °C. Visualizza il prodotto →

Fabbricazione e trattamento termico

Il 309S può essere tagliato, formato, lavorato e saldato mediante procedure inossidabili austenitiche standard; l'unica regola fondamentale è terminare la lavorazione a caldo con una ricottura completa e un raffreddamento rapido.

La solubilizzazione viene eseguita a 1038–1120 ° C con una tenuta sufficiente per sciogliere i carburi di cromo, seguita da tempra in acqua o vigoroso raffreddamento ad aria. Il grado non può essere indurito mediante trattamento termico; la rigidità acquisita attraverso la lavorazione a freddo è semplicemente un incrudimento e scompare durante la ricottura.

La saldatura è semplice. Utilizzare il riempitivo 309 o 309L corrispondente, evitare il preriscaldamento tranne che nelle sezioni molto rigide e mantenere moderate le temperature di interpass. Il cappuccio in carbonio allo 0,08% riduce notevolmente la precipitazione del carburo di cromo nella zona interessata dal calore rispetto al 309 puro, motivo per cui le saldature in 309S possono entrare in servizio nel forno senza un trattamento post-saldatura separato.

Lo stesso ragionamento si estende alle attrezzature che trasportano i pezzi attraverso cicli di trattamento termico. Il design e il materiale del vassoio determinano congiuntamente l'uniformità della temperatura e la nostra revisione di ottimizzazione del design del vassoio per il trattamento termico spiega i fattori strutturali che una fonderia controlla prima di fondere le attrezzature. Per cicli termici ripetuti, gli apparecchi fusi con nervature rinforzate superano le versioni in lamiera sottile, motivo per cui la maggior parte degli operatori passa da strutture 309S saldate a cestelli e vassoi fusi di tipo HH per linee di trattamento termico continuo.

Cestello per Trattamenti Termici Impilabile per Forni a Pozzo Progettato per organizzare le parti durante il trattamento termico, questo cestello impilabile migliora la capacità del forno e il flusso d'aria, garantendo un riscaldamento uniforme e risultati costanti, particolarmente adatto per linee di trattamento termico continuo in cui i cestelli fusi di tipo HH superano le versioni in lamiera saldata. Visualizza il prodotto →

Applicazioni tipiche ad alta temperatura

309S è l'acciaio inossidabile economico predefinito per atmosfere pulite e ossidanti fino a circa 1000 °C e per componenti che possono essere prodotti mediante saldatura o formatura a freddo.

• Attrezzature per il trattamento termico: vassoi, cestelli, storte e muffole funzionanti a 850–1000 °C.
• Interni del forno: tubi radianti, ugelli dei bruciatori, camere di combustione e ancoraggi refrattari.
• Hardware per forni rotativi: arredi forno, piastre di protezione bocca e coda forno e strisce di tenuta resistenti al calore.
• Apparecchiature elettriche e di termovalorizzazione: componenti di caldaie, sezioni di preriscaldamento dell'aria e lance soffianti di fuliggine.
• Componenti di impianti petrolchimici: pozzetti termometrici, collettori d'aria, griglie di supporto del catalizzatore e parti interne del reattore.

Vale la pena ricordare due limiti applicativi. In atmosfere contenenti zolfo superiori a circa 500 °C, il nichel presente nel 309S è vulnerabile alla solforazione, pertanto potrebbe essere necessaria una famiglia di leghe diversa. Sotto forti cicli termici vicini a 1000 °C, un sottile rivestimento lavorato si distorcerà prima di un componente fuso con nervature progettate, motivo per cui i rulli del forno e le piastre di protezione per i forni sono quasi sempre fusi anziché fabbricati da lamiera.

Rullo del forno di colata centrifuga resistente al calore Questo rullo è progettato con leghe resistenti al calore per resistere alle alte temperature e alle sollecitazioni rotazionali, fornendo un movimento affidabile nei forni di colata centrifuga. Il suo design pressofuso con nervature offre una migliore resistenza agli shock termici rispetto ai sottili rivestimenti forgiati, prolungando la durata in applicazioni impegnative. Visualizza il prodotto →

Come specificare i componenti 309S: considerazioni sull'approvvigionamento

Il passaggio più utile è indicare la forma del prodotto e lo standard di riferimento su ogni richiesta di offerta; una richiesta di “fusione 309S” è tecnicamente ambigua e produrrà preventivi non comparabili.

• Specificare ASTM A240 per lamiere e lamiere lavorate, ASTM A312 o A358 per tubi saldati e ASTM A297 per getti.
• Richiedi l'analisi termica effettiva e verifica i valori di cromo, nichel e carbonio sul certificato di prova del mulino.
• Per le fusioni, confermare la chimica della carica, il percorso di fusione e la procedura di trattamento termico post-colata utilizzata dalla fonderia.
• Invia il ciclo di lavoro: temperatura di picco, composizione dell'atmosfera, tempo di permanenza e frequenza ciclica.
• Per le parti portanti critiche a temperature superiori a 900 °C, richiedere dati sulla rottura da scorrimento viscoso o uno storico di servizio documentato anziché valori di trazione a temperatura ambiente.

Un fornitore che lavora sia con manufatti lavorati che con fusioni della stessa famiglia di leghe Cr-Ni può tradurre il vostro ciclo di lavoro nella giusta forma di prodotto senza congetture. Il nostro fonderia di acciai legati resistenti al calore ha prodotto i gradi di fusione qui descritti per forni, fornaci e linee di trattamento termico e può consigliare una chimica di fusione quando un componente 309S lavorato non è la soluzione giusta per il caso di carico.

Domande frequenti su 309S

Qual è la differenza tra 309 e 309S?

Solo il limite del carbonio. 309 consente lo 0,20% massimo di carbonio; Il 309S è limitato allo 0,08%. Il minor contenuto di carbonio limita la precipitazione del carburo di cromo durante la saldatura e il servizio nell'intervallo 430-900 °C, motivo per cui il 309S è preferito per le apparecchiature saldate e sottoposte a ciclo termico.

Il 309S può essere utilizzato per le fusioni?

309S è formalmente una designazione scritta. Per le parti fuse, le fonderie utilizzano gradi ASTM A297 con la stessa base Cr-Ni, solitamente grado HH (25Cr-12Ni con 0,20–0,50% C) intorno a 1000 °C. Se invii un disegno di "fusione 309S", aspettati che la fonderia proponga una chimica di tipo HH e spieghi la sostituzione.

Quale è meglio ad alta temperatura: 309S o 310S?

310S. Il suo contenuto più elevato di cromo (24–26%) e nichel (19–22%) conferisce una scaglia di ossido più stabile e una migliore resistenza allo scorrimento viscoso, quindi è specificato al di sopra di circa 1000 ° C o in caso di cicli termici severi. Il 309S rimane la scelta di valore nell'aria ossidante pulita all'interno della sua classificazione.

Il 309S deve essere ricotto dopo la saldatura?

Per la maggior parte dei servizi ad alta temperatura, no. Il basso contenuto di carbonio impedisce la sensibilizzazione della zona interessata dal calore. Se la saldatura è esposta anche a mezzi acquosi corrosivi, è possibile specificare una ricottura completa a 1038–1120 °C seguita da un rapido raffreddamento.

Il 309S è magnetico?

Allo stato ricotto è essenzialmente non magnetico, come previsto per un grado austenitico. La lavorazione a freddo può indurre un leggero magnetismo, ma raramente è significativo per le applicazioni in fornaci e forni.