309 vs 310S ステンレス鋼: 高温酸化耐性と強度の比較

309 vs 310S: グレードの概要

309 および 310S は、特に耐熱性を目的として高クロムとニッケルを合金化したオーステナイト系ステンレス鋼です。グレード 309 (UNS S30900) は、温度が高いが一般に約 1100 ℃未満の場所で使用される、クロム 22 ～ 24%、ニッケル 12 ～ 15% の鋼です。グレード 310S (UNS S31008) は、310 の低炭素バージョンで、クロム 24 ～ 26%、ニッケル 19 ～ 22% です。合金含有量が高いほど、より安定で付着性の高い酸化クロムスケールが形成されます。そのため、310S は酸化雰囲気下で約 1150 ℃までの連続使用に耐えられると評価されています。 309 ファミリには低炭素 309S (UNS S30908) も含まれ、310 ファミリには最大 0.25% の炭素を含む 310 (UNS S31000) が含まれます。長期の連続高温使用には、炭化物の析出とそれに伴う延性の損失を防ぐため、低炭素バージョンが推奨されます。

化学組成 (ASTM A240)

要素	309 (S30900)	309S (S30908)	310S (S31008)
炭素、最大 %	0.20	0.08	0.08
シリコン、最大 %	1.00	0.75	1.50
マンガン、最大 %	2.00	2.00	2.00
クロム%	22.0 - 24.0	22.0 - 24.0	24.0 - 26.0
ニッケル%	12.0 - 15.0	12.0 - 15.0	19.0 - 22.0

リンと硫黄は、3 つのグレードすべてでそれぞれ最大 0.045% と 0.030% に制限されています。 309 タイプおよび 310S タイプの材料に一般的に使用される欧州の指定は、EN 1.4828 (X15CrNiSi20-12) および EN 1.4845 (X8CrNi25-21) です。

機械的性質（焼きなまし）

財産	309 / 309S	310S
引張強さ、最小 MPa	515	515
降伏強さ、最小 MPa	205	205
伸び、最小%	40	40

室温では、309 と 310S の機械的特性は類似しています。グレード間の違いは高温で現れ、310S のクロムとニッケルが多いほど耐酸化性が向上し、低炭素バージョンは長期延性が向上します。

高温酸化と強度限界

使用条件	309 / 309S	310S
連続使用（酸化雰囲気）	約1050℃	約1150℃
断続的なサービス	約980℃	約1035℃

これらの評価は、クリーンな酸化性雰囲気に関する実際的な指針です。還元雰囲気、浸炭雰囲気、または硫黄含有雰囲気では、限界値は低くなります。どちらのグレードも熱衝撃や熱サイクルに十分耐性がありますが、310S は長期暴露中にもより安定した保護スケールを維持し、剥離や金属損失を軽減します。クリープ範囲では、両方のグレードが標準のオーステナイトとして動作します。設計は該当するコードの許容応力データに従う必要があり、最高温度では酸化性能が優れている 310S が推奨されます。

選定指導と製作

約 1050 ℃ 未満で動作する炉のラジアント チューブ、レトルト、熱処理設備など、中程度に過酷な使用に使用されるコンポーネントには 309 を選択してください。この場合、309 がより経済的な選択肢となります。バーナー ノズル、輻射バーナー チューブ、高温焼成炉内部、火炎衝突、浸炭条件、または硫黄含有雰囲気にさらされる部品など、最も高温で最も重要なゾーンには 310S を選択してください。経験則として、連続動作温度が約 1100 ℃を超える場合、310S がデフォルトになります。 950 ～ 1100 ℃の範囲では 309 で十分ですが、寿命の延長が必要な場合は 310S を考慮する必要があります。どちらの合金も急速に加工硬化するため、成形にはより多くの電力が必要となり、機械加工では工具の摩耗が早くなります。溶接は適合する高合金フィラー金属を使用して実行され、二次炭化物を溶解して耐熱性と耐食性を回復するために溶接後の溶体化焼鈍が推奨されます。熱膨張が大きいため、アセンブリは膨張と収縮を考慮する必要があります。

よくある質問

309と310Sではどちらが高温に優れていますか?

耐酸化性と長​​期の高温使用に関しては、310S の方が優れています。クロムとニッケルの含有量が高いため、酸化スケールがより安定し、連続使用定格が 309 よりも約 100 ℃高くなります。

310S の最高使用温度は何度ですか?

310S は、酸化雰囲気では約 1150 ℃までの連続使用、約 1035 ℃までの断続使用に定格されています。還元、浸炭、または硫黄含有雰囲気では、許容温度はこれより低くなります。

309と309Sの違いは何ですか？

指定された唯一の違いはカーボンです。309 では最大 0.20% が許可されていますが、309S では 0.08% に制限されています。低炭素 309S は炭化物の析出や脆化が起こりにくいため、長期使用に適しています。

309と310Sは溶接できますか?

はい、適合する高合金オーステナイト溶​​加材を使用しています。熱影響部の耐食性と耐熱性を回復するには溶接後の溶体化焼鈍が推奨され、低入熱手順により結晶粒の成長が制限されます。

309と310Sは浸炭雰囲気に適していますか?

どちらも耐酸化性はありますが、炭素の吸収により脆化が生じる可能性がある強い浸炭雰囲気では性能が低下します。過酷な浸炭サービスには、高ニッケル耐熱合金が必要です。

309 と 310S の同等の名称は何ですか?

309 は UNS S30900、309S は UNS S30908 であり、どちらも ASTM A240 (プレート)、A312 (パイプ)、および A276 (バー) の対象となります. 310S は UNS S31008、欧州指定 EN 1.4845 (X8CrNi25-21) です。 309 タイプの材質は EN 1.4828 に対応します。