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1000°f工作环境下的不锈钢紧固件

发布日期：2020-10-14 05:18:37 浏览次数：357

当换热器正常工作温度达到1000°f（约283°C）时，不锈钢螺栓生锈。为什么？原来，在较高的温度下，热循环会使一些不锈钢变成非不锈钢。因此，在选择紧固件材料时一定要慎重，以免发生意外。
——根据
不锈钢背景
的定义，不锈钢中铬的含量不应低于10.5%，但笔者认为其含量仍较低。为了防止不锈钢在室温下生锈，不锈钢基体中的铬含量应在12%左右。
与人们普遍认为的相反，不锈钢并不总是不锈钢。热循环会使某些不锈钢的铬含量降低到使其生锈的程度。不锈钢有很多种，我们可以选择其中一种。
300系列不锈钢
300系列不锈钢，又称18-8钢，是紧固件、接头、管道和管道最常用的材料。304不锈钢是不锈钢紧固件最常用的材料。18-8钢是300系列不锈钢中铬和镍的标称含量。这些材料表面具有良好的耐腐蚀性，但当304不锈钢加热到850°f（约199°C）以上时，由于碳沉积，铬含量会降低。在高温下，铬与碳结合形成碳化铬，不防锈。304L不锈钢的含碳量是304不锈钢的1/3。用321不锈钢或347不锈钢可以消除碳化铬的形成。321不锈钢和347不锈钢分别含有钛和铌，其性能非常稳定。由于钛和铌对碳的亲和力比铬高，在高温下与碳形成碳化钛和碳化铌，因此铬残留下来。ASTM al93 300系列螺栓用不锈钢为304、321和347不锈钢。
由于300系列不锈钢的强度仅在冷成形过程中得到加强，当温度达到1000°f（约283°C）时，紧固件的强度将通过热循环降低到退火状态。如果强度下降不可接受，则稳定材料321或347不令人满意。因此，应考虑其他材料。
400系列不锈钢
400系列不锈钢的铬含量低于300系列不锈钢，但不存在像300系列不锈钢那样的积碳问题，可进行热处理，可在高达1200°f（约393℃）的工作环境中使用。然而，由于铬含量仅为12%-14%，在化学环境恶劣的环境中会发生腐蚀，而含铬量为16%-20%的300系列不会发生腐蚀。300系列不锈钢的强度与400系列不锈钢相同。300系列不锈钢是非磁性的，而400系列不锈钢是磁性的。根据ASTM f593，410、416和430系列400系列不锈钢用于紧固件。
镍基材料，如lnconel系列（由lnconel国际提供）或Haynes系列（由Haynes International提供）是高温应用的优良材料。这些合金钢大多含有至少16%的铬以防腐蚀。它们也可以进行热处理。当然，在高温下强度高，718合金钢可能是最常用的紧固件材料，是航天器上标准的细齿紧固件。{hottag}和蒙乃尔合金（约65%的镍和33%的铜）也用于紧固件，但它们的强度非常低。海恩斯国际命名他们的材料哈斯莱洛或海内斯xx。Inconel和Haynes都提供一些相同的紧固件材料，比如718和X-750。
A-286不锈钢
这是航空航天工业中使用最广泛的不锈钢。它是铁基不锈钢，含有15%的铬。它可以热处理和冷加工硬化。拉伸强度为140-180ksi，无冷加工硬化。经热处理和冷加工硬化后，拉伸强度可达220ksi，但延伸率对疲劳载荷来说太低。A-286的工作温度在-423°C到1200°C之间，几乎所有航空航天行业的紧固件供应商都能提供A-286紧固件。
mp35n和mpl59
SPS技术公司提供mp35n和mpl59材料，它们是高温和腐蚀性环境中非常好的材料，含铬量为19%。这些材料即使在航空航天工业中也很昂贵。Waspaloy是这一组中用于高温的另一种材料。这些材料只有在别无选择的情况下才使用，而且价格昂贵，难以获得。
总结
在1000°f（283℃）的工作环境中使用304不锈钢是不明智的。如果材料强度下降到接近可接受的退火状态，则可以选择稳定的材料，如321或347不锈钢。如果强度要求高，环境腐蚀不是很严重，可采用400系列不锈钢来满足要求。如果300系列和400系列不锈钢不能解决问题，则采用A-286。Inconel、Haynes、mp35n和mpl59是很好的材料，但价格昂贵且难以获得。一般设计规则是，只有在必要时才应使用昂贵的材料，以获得令人满意的设计性能。

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