310H 不锈钢

310H 不锈钢(UNS S31009)是 310 牌号的高碳变体,碳含量控制在 0.04% 至 0.10% 之间。这一更严格的碳含量范围最大限度地提高了蠕变断裂强度和高温抗拉性能。在持续机械载荷下需于 650°C 以上长期使用时,310H 是指定选用的牌号。

1. 化学成分

下表列出了 310H 不锈钢的元素成分范围。规定的碳含量范围正是其在高温下具有更高蠕变和持久(应力断裂)性能的关键所在。

牌号 UNS 编号 碳C 锰Mn 磷P 硫S 硅Si 铬Cr 镍Ni 钼Mo 钛Ti 铜Cu 铝Al 其他
TP310H S31009 0.04-0.1 2.00 0.045 0.030 1.00 24.0-26.0 19.0-22.0 - - - - -

2. 机械性能

下表列出了 310H 不锈钢在退火状态下的最低常温机械性能。高温持久(应力断裂)数值可在 ASME 第 II 卷 D 篇的表格中查得。

牌号 状态和尺寸 标准 热处理温度:最低 抗拉强度
最小值(MPa)
屈服强度
最小值(MPa)
延伸率
最小值(%)
硬度
TP310H 固溶 A312 1040°C 520 205 40 HBW ≤ 217
HRB ≤ 95

3. 近似牌号

该表将 310H 不锈钢与各主要标准体系中的国际等效牌号进行交叉对照,有助于在全球采购中核对规范符合性。

牌号 UNS 编号 GB 标准 JIS 标准 ISO 标准 DIN/EN 标准 GOST 标准
旧牌号 新牌号
310H S31009 20Cr25Ni20H SUS310 (H) X15CrNi25-21H 1.4841 (H) 20X25H20C2

4. 主要技术优势

  • 更优异的蠕变断裂强度:最低 0.04% 的碳含量下限提供固溶强化和碳化物析出强化,使其持久(应力断裂)寿命远高于低碳变体 310S,在 700°C 以上尤为明显。
  • ASME 高温规范认证:310H 已列入 ASME 第 I 卷及第 VIII 卷第 1 分册的许用应力表,适用温度可达 900°C;310S 因不具备所需的蠕变强度,未在这些温度下列入。
  • 长期组织稳定性:受控的碳含量化学成分通过促进 M23C6 碳化物弥散分布,有助于形成更稳定的高温组织,从而在蠕变条件下减缓位错运动。
  • 抗氧化性能等同:尽管碳含量较高,但由于铬、镍含量与 310 完全相同,310H 具有与 310 相同的高温抗氧化性。碳含量的差异影响的是载荷下的力学行为,而非表面腐蚀。

技术说明:310H 不适用于需要在腐蚀性液态介质中具备抗晶间腐蚀能力的场合,因为较高的碳含量会增加焊接热影响区的敏化风险。

5. 通用制造标准

310H 不锈钢的生产和检验均按照以下制造标准进行:

ASTM A213:无缝铁素体和奥氏体合金钢锅炉、过热器和换热器管的标准规范——T310H 牌号,并列有高温许用值。

ASTM A312:无缝、焊接和重冷加工奥氏体不锈钢管的标准规范——TP310H 牌号。

ASTM A249:焊接奥氏体钢锅炉、过热器、换热器和冷凝器管的标准规范。

ASTM A358:高温用电熔焊奥氏体铬镍不锈钢管的标准规范。

DIN EN 10095:耐热钢和镍合金(1.4841——含硅合金化变体,具有相近的耐热能力)。

GB/T 13296:锅炉和换热器用无缝不锈钢管(10Cr25Ni20)。

GOST 5632:高合金钢和合金——成分等效参考。

标准对比表:

标准 美国材料与试验协会(ASTM) EN/DIN JIS GB/T GOST
无缝锅炉管 A213(T310H) EN 10216-5*(无单独的 EN H 变体牌号) - 13296 5632
无缝管 A312(TP310H) EN 10095 - 13296 -
焊接管 A312(TP310H) EN 10217-7 - - -
焊接锅炉管 A249 EN 10217-7 - - -

6. 主要应用

  • 过热器和再热器管:电站中的高温锅炉回路,金属温度超过 700°C,长期蠕变寿命决定管壁厚度设计。
  • 蒸汽重整炉集管:制氢和合成氨重整炉中的进出口集管,在极端温度梯度和高工艺压力下运行。
  • 乙烯裂解炉盘管:乙烯裂解炉辐射段的盘管吊架和支撑件,此处同时存在渗碳气氛和持续机械应力。
  • 烃类重整反应器:催化重整装置中的催化剂管支撑件和高温管路,工作温度下的蠕变强度决定其设计寿命。
  • 航空航天地面试验设施:高温流道部件和燃烧试验台,须同时保持抗氧化性和蠕变强度。
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