304與321、316L不銹鋼區(qū)別及焊接特點(diǎn)

304不銹鋼性能

304H，304L和304不銹鋼是18％Cr、8％Ni奧氏體不銹鋼的幾種變形品種，是304不銹鋼家族中*常用與常見的不銹鋼產(chǎn)品。

以上這些不銹鋼品種具有下面一種或多種屬性，用途廣泛。屬性包括：耐腐蝕性、防止污染、抗氧化性、易加工性、較佳成形性、外觀精美、易清潔、強(qiáng)度高、重量低、低溫環(huán)境下良好的強(qiáng)度和韌性。其中幾乎都具有耐腐蝕性和較佳加工性。

304，304L，304H 的又被稱為18Cr-8Ni不銹鋼，存在形式多樣，有板、卷、片、條。通常用于制造設(shè)備，應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于：食物、醫(yī)療、衛(wèi)生、冷凍、壓力容器等。

正是通過氬氧脫碳技術(shù)使不銹鋼以低成本實(shí)現(xiàn)低碳，為304成為了*常用的標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼提供有利條件。

304L主要用于焊接，因?yàn)樗鼈冏鳂I(yè)時經(jīng)常處于各種腐蝕環(huán)境中。

304H不銹鋼是304不銹鋼的改進(jìn)品，它的碳含量在0.04-0.10之間，對于要暴露在溫度800°F以上的零件，選用304H有助于改善高溫下不銹鋼強(qiáng)度。

奧氏體304不銹鋼，在合適的氧化和還原環(huán)境中，耐腐蝕性較好。它們常被用于加工、處理食物飲料、熱交換器、管道、油罐、奶制品設(shè)備和器具等。

這些不銹鋼中鉻含量占18-19％，有較強(qiáng)抗氧化性。下表是304不銹鋼在稀硝酸環(huán)境下的氧化率：不銹鋼在稀硝酸環(huán)境下的氧化率

304、304L、304H對中度有機(jī)酸（如醋酸）和還原酸（如磷酸）也有抵抗性。18-8不銹鋼鎳含量9-11％，能抵抗中度還原環(huán)境。但在更強(qiáng)還原性的還原環(huán)境（如沸騰的稀鹽酸和硫酸），腐蝕性太強(qiáng)。

有些時候低碳含量的304L不銹鋼比高碳含量的304不銹鋼的腐蝕率低。從甲酸，氨基磺酸，氫氧化鈉得到的數(shù)據(jù)證明了這一點(diǎn)。其他時候304、304L、304H在大多數(shù)腐蝕環(huán)境下的性能都是相同的。需要注意的是在足以引起焊接和熱影響區(qū)粒間腐蝕的環(huán)境中，更傾向使用304L不銹鋼，因其低碳含量有助于抵抗粒間腐蝕。

粒間腐蝕

18-8奧氏體不銹鋼處于800°F—1500°F (427°C至 816°C) 溫度下，也許會導(dǎo)致碳化鉻在晶界沉淀。其在苛刻環(huán)境下容易粒間腐蝕。304不銹鋼中的碳成分導(dǎo)致其在氣焊和熱影響區(qū)焊接過程中的熱狀態(tài)下，會產(chǎn)生敏化。

不銹鋼粒間腐蝕應(yīng)力腐蝕龜裂

304、304L、304H不銹鋼是奧氏體不銹鋼中*容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕龜裂的，因?yàn)樗麄兊逆嚭勘容^低。引起應(yīng)力腐蝕龜裂的條件有：

（1）鹵化物離子的存在（通常是氯化物）

（2）殘余的張力

（3）溫度超過120°F (49°C)

在不銹鋼成形過程中的冷變形、拉幅成管板、焊接操作等都可以產(chǎn)生應(yīng)力。退火、冷變形后的消除應(yīng)力熱處理都可減少應(yīng)力，從而降低鹵化物應(yīng)力腐蝕龜裂可能性。在可能引起粒間腐蝕的環(huán)境中，低溫退火狀態(tài)下作業(yè)，*好選擇低碳的304L不銹鋼材料。

不銹鋼應(yīng)力腐蝕測試18-8不銹鋼可很好應(yīng)用在氯離子含量低的淡水中。在有縫隙的情況下，18-8不銹鋼抗腐蝕極限是100ppm 的氯化物。高含量的氯化物可能引起隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕。在低PH值，或者高溫環(huán)境，應(yīng)使用鉬含量較高的不銹鋼，如316。18-8不銹鋼也不能被用在海洋環(huán)境。

不銹鋼物理性能

密度：0.285 lb/in3 (7.90 g/cm3)

抗拉彈性模數(shù)：29 x 106 psi (200 GPa)線性熱膨脹系數(shù)：不銹鋼線性熱膨脹熱傳導(dǎo)：

不銹鋼熱傳導(dǎo)金屬的總傳導(dǎo)系數(shù)除了受金屬的熱傳導(dǎo)性影響之外，還由其他因素決定。18-8不銹鋼具有保持表面清潔的性能，和其他熱傳導(dǎo)系數(shù)高的金屬相比，18-8不銹鋼的熱傳導(dǎo)性能更好。

不銹鋼比熱磁導(dǎo)率：18-8不銹鋼在退火狀態(tài)下是無磁性的，磁導(dǎo)率在200H的情況下一般低于1.02。磁導(dǎo)率會因金屬的成分不用而有所不同。通過冷作，可以提高磁導(dǎo)率。

不銹鋼磁導(dǎo)率不銹鋼機(jī)械性能室溫下的機(jī)械性能

已退火的304和304L奧氏體不銹鋼板，ASTM標(biāo)準(zhǔn)A240、ASME標(biāo)準(zhǔn)SA-240，要求的*低機(jī)械性能如下表所示：

不銹鋼機(jī)械性能低溫和升溫情況下的性能

低溫和升溫情況下的短期抗拉性能如下表所示。溫度達(dá)到1000°F (538°C)或以上，要考慮應(yīng)力龜裂，應(yīng)力龜裂數(shù)據(jù)也在下表顯示。

不銹鋼低溫性能

已退火的奧氏體不銹鋼即使在低溫條件下，仍然能保持較高的沖擊阻力，再加上低溫硬度和加工性等性能，因此被用于處理液化天然氣和其他低溫環(huán)境下的作業(yè)。夏氏V形沖擊實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下表所示：

不銹鋼沖擊阻力
金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的*大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。奧氏體不銹鋼的疲勞強(qiáng)度一般來說是抗拉強(qiáng)度的35％，在實(shí)際作業(yè)中，疲勞強(qiáng)度也會受其他因素影響，如：增加表面的平滑程度，可以增加疲勞強(qiáng)度，作業(yè)環(huán)境腐蝕性增加，則降低疲勞強(qiáng)度。

奧氏體不銹鋼被認(rèn)為是*容易焊接的不銹鋼鋼，可以用所有的融合物焊接，也可以進(jìn)行電阻焊接。304、304L是典型的奧氏體不銹鋼。

生產(chǎn)奧氏體不銹鋼的焊接接點(diǎn)時要考慮兩個因素：1）保持其耐腐蝕性，2）避免開裂。

材料被焊接過程中會形成溫度階梯，從熔池的熔化溫度到離焊接點(diǎn)稍遠(yuǎn)的周圍溫度。被焊接材料的碳含量越高，焊接熱循環(huán)就更容易導(dǎo)致碳化鉻沉淀，對材料的耐腐蝕性有影響。為了保持材料的耐腐蝕性處于*好的水平，因此在已焊接狀態(tài)下作業(yè)，應(yīng)該選擇低碳材料（304L）。另一種做法是，采用完全退火溶解碳化鉻，使標(biāo)準(zhǔn)碳含量的材料恢復(fù)高水平的耐腐蝕性。

焊接完全奧氏體結(jié)構(gòu)的金屬，在焊接操作中更容易形成裂紋。因此，304和304L不銹鋼中添加了少量的鐵素體，降低材料的裂紋敏感性，達(dá)到重新固化的作用。

把18-8奧氏體不銹鋼焊接到碳鋼時，通常用309不銹鋼（23％鉻－13.5％鎳）或鎳基焊料。

不銹鋼熱處理

奧氏體不銹鋼通過熱處理可以**冷成形產(chǎn)生的副作用和溶解沉淀的碳化鉻。達(dá)到這兩個要求的*好熱處理方法是在1850°F 至 2050°F (1010°C 至 1121°C)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行固熔退火。從退火溫度冷卻下來1500-800°F (816°C - 427°C)，應(yīng)該足以避免碳化鉻再沉淀。

這些材料不能通過熱處理達(dá)到硬化。

不銹鋼清潔

不管腐蝕性怎么樣，不銹鋼在加工和使用過程中，都要保持其表面清潔。

在焊接時采用惰性氣體加工，焊接過程中形成的銹皮和熔渣通過不銹鋼刷**。普通碳鋼刷會在不銹鋼的表面留下碳鋼粒子，這些粒子*終會導(dǎo)致表面生銹。在要求嚴(yán)格的情況下，焊接區(qū)域要經(jīng)過除銹溶液處理（如硝酸和氫氟酸混合溶液），可以洗掉焊接過程中形成的銹皮和熔渣。

輕工業(yè)用的材料，所需要的維護(hù)比較少，只有遮蔽區(qū)域有時需要用加壓水清洗。重工業(yè)則建議經(jīng)常清洗，去除積聚的灰塵，這些灰塵*終有可能引起腐蝕和損壞不銹鋼的表面外觀。

頑固的污漬和沉淀物可以用擦洗劑和纖維刷，海綿，不銹鋼絨擦洗。不銹鋼絨會在平滑的不銹鋼表面留下長久的擦痕。

很多不銹鋼都要定期清洗和**。設(shè)備通常用特制的苛性鈉，有機(jī)溶劑，酸性溶液（入磷酸或硫酸）清洗。強(qiáng)還原酸（如氫氟酸或鹽酸）可能對不銹鋼造成損壞。

溶液清洗后，用清水徹底沖洗不銹鋼。

適當(dāng)?shù)脑O(shè)計有助于清洗。帶圓抹角，內(nèi)圓角，無縫隙的設(shè)備，有利于清洗和表面拋光。

合金321（UNS S32100）是一種性能穩(wěn)定的不銹鋼板，其主要優(yōu)點(diǎn)是在暴露于碳化硅沉淀溫度從800至1500°F（427至816°C）的溫度下具有出色的抗晶間腐蝕性。通過添加鈦，合金321不銹鋼板被穩(wěn)定以防止碳化鉻形成。

合金321不銹鋼板由于其良好的機(jī)械性能而對于高溫服務(wù)也是有利的。合金321不銹鋼板比合金304，特別是合金304L具有更高的蠕變和應(yīng)力斷裂性能，對于敏感性和晶間腐蝕問題，也可以考慮使用。

合金321（UNS S32100）是鈦穩(wěn)定奧氏體不銹鋼板，具有良好的一般耐腐蝕性。在800 - 1500°F（427 - 816°C）的碳化鉻析出溫度范圍內(nèi)，它具有優(yōu)異的抗晶間腐蝕性。該合金抗氧化至1500°F（816℃），并具有比合金304和304L更高的蠕變和應(yīng)力斷裂性能。它還具有良好的低溫韌性。

合金321H（UNS S 32109）不銹鋼板是較高碳（0.04 - 0.10）版本的合金。它被開發(fā)用于提高抗蠕變性，并且在高于1000°F（537°C）的溫度下具有更高的強(qiáng)度。在大多數(shù)情況下，板的碳含量可以實(shí)現(xiàn)雙重認(rèn)證。

合金321不銹鋼板經(jīng)熱處理不能硬化，只能冷加工。它可以很容易地焊接和加工標(biāo)準(zhǔn)的車間制造實(shí)踐。

合金321不銹鋼板具有與304相當(dāng)?shù)牧己玫囊话隳透g性。它開發(fā)用于碳化硅在1800 - 1500°F（427 - 816°C）的沉淀范圍內(nèi)，其中不穩(wěn)定的合金如304到粒間進(jìn)攻。

該合金可以在中等溫度下用于大多數(shù)稀釋的有機(jī)酸，在較低溫度下用于純磷酸，在高溫下用于高達(dá)10％稀釋的溶液。碳?xì)浠衔锓?wù)中的合金321抗多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂。它也可以在溫度適中的氯化物或無氟堿溶液中使用。

合金321不銹鋼板在氯化物溶液中表現(xiàn)不佳，即使?jié)舛群苄。膊荒茉诹蛩嶂惺褂谩：辖?span lang="EN-US">321不銹鋼板可以通過標(biāo)準(zhǔn)的車間制造實(shí)踐方便地進(jìn)行焊接和加工。

321不銹鋼板的冷加工硬化率比410不銹鋼板的加工硬度要低，但與304相似。下表提供了相關(guān)的加工數(shù)據(jù)。

不銹鋼加工性能

焊接

在高合金鋼中，奧氏體不銹鋼被認(rèn)為可焊性*好，并可采取各種熔焊和電阻焊。對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊合時，要考慮兩個重要問題：耐腐蝕保護(hù)和避免開裂。要求保持元素的穩(wěn)定性。采取惰性氣體要求有一定得清潔度，并避免從油中吸收C或空氣中吸取N。321鋼種比347鋼種更易失去Ti，而348鋼種可能失去Nb。

焊接全奧氏體結(jié)構(gòu)的金屬時，在焊接過程中更易開裂。因此，347、348和321不銹鋼種要同少量鐵素體一起固化，將裂紋敏感性降到*低程度。Nb穩(wěn)定不銹鋼比Ti穩(wěn)定不銹鋼更易產(chǎn)生熱裂。

退火

321和347鋼種的退火溫度范圍是1800—2000°F（928-1093°C）。退火的主要目的是軟化和得到高延性，這些鋼也可能在碳化物析出的溫度范圍800—1500°F（427—816°C）進(jìn)行消除應(yīng)力退火，而不會晶間腐蝕的危險。僅在800—1500°F（427—816°C）溫度范圍內(nèi)進(jìn)行幾小時的消除應(yīng)變退火不會明顯地降低一般的耐蝕性。當(dāng)然在此溫度范圍內(nèi)長時間的加熱確實(shí)會在一定程度上降低一般的耐蝕性。不過，正如強(qiáng)調(diào)的那樣，在800—1500°F（427—816°C）溫度范圍退火不會產(chǎn)生晶間侵蝕的敏感性。

如要得到*大的延性，建議在1800—2000°F（928—1093°C）的較高溫度范圍內(nèi)退火。

在用Cr-Ni不銹鋼加工設(shè)備時，要采用穩(wěn)定的鋼種，*大限度地防止碳化物析出。必須識別Nb和Ti穩(wěn)定能力的不同，Nb是比Ti更容易生成碳化物的元素。因此使用321鋼種的穩(wěn)定性及保護(hù)作用可能不太明顯。

如果要求321鋼種具有*大的耐蝕性，必須采用稱作穩(wěn)定退火的防腐蝕改善措施。將材料加熱到1550-1650DF（843-899DC），根據(jù)厚度不同，時間可長達(dá)5小時。這個范圍在碳化鉻形成溫度之上，高得足以分解和固溶以前形成的所有碳化物。此外，這個溫度會使Ti和C結(jié)合，形成無害的碳化物。其結(jié)果是Cr會還原成固溶體而C不得不與Ti結(jié)合成無害碳化物。

如果在氧化性氣氛中進(jìn)行熱處理，退火后要在硝酸和氫氟酸混合除銹液中除去氧化物，而這些酸必須從材料表面徹底沖洗掉。

清洗

盡管不銹鋼具有耐蝕性，也應(yīng)小心加工和使用，即使在正常使用條件下也要維護(hù)其表面狀況。

焊接時采用惰性氣體保護(hù)工藝，焊接所產(chǎn)生的氧化皮和熔渣用不銹鋼絲刷**。普通的碳鋼刷會在表面留下碳鋼顆粒，*終使表面生銹。對于更為嚴(yán)格的應(yīng)用要求，焊接區(qū)要用如硝酸和氫氟酸混合液那樣的除銹液處理，除去氧化膜色，并且必須隨即用水沖洗。

當(dāng)材料在內(nèi)陸、輕工業(yè)或較為溫和的條件下使用，極少需要維護(hù)。只有遮蔽區(qū)偶爾要用加壓水流沖洗。在海洋或重工業(yè)區(qū)，可經(jīng)常用水除去有損于不銹鋼表觀的鹽分和污垢沉積。

頑固的斑點(diǎn)和沉積物像焚燒后的食品，可用無磨損的清潔劑和纖維刷、海綿或不銹鋼棉洗滌。但不銹鋼棉會在光滑的不銹鋼表面留下長久的痕跡。

不銹鋼在許多使用場合需要定期清洗和**。設(shè)備要用特制的氫氧化鈉、有機(jī)溶劑或酸溶液如磷酸或氨基磺酸清洗（強(qiáng)還原性酸，如氫氟酸或氫氯酸可能對這些不銹鋼有害）。必須排出清洗液并用淡水徹底漂清不銹鋼表面，如果殘留的溶液長期與不銹鋼表面接觸，會使其變壞。

提高設(shè)計性能有助于不銹鋼的可清潔性，帶圓角、倒角和裂縫很少的設(shè)備更易于做如焊縫打磨和表面拋光那樣的清潔工作。

316L不銹鋼焊接性能

316L不銹鋼屬于超低碳純奧氏體不銹鋼，可焊接性能比較優(yōu)良，晶間腐蝕形成可能性低，不過因?yàn)槠鋵?dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，所以該鋼種焊接接頭在冷卻過程中會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，焊接熱輸入較大，冷卻速度較慢時又容易形成熱裂紋、腐蝕開裂和變形。

316L不銹鋼能以所有標(biāo)準(zhǔn)的焊接方法來焊接，在焊接時依據(jù)用途不同，可分別采用316Cb、316L或309Cb不銹鋼填料棒或焊條來焊接；在常用的焊接方法中，MIG和TIG焊的熱輸入較小，且氬氣流除了保護(hù)高溫金屬外，也擁有一定程度的冷卻作用，增加焊縫的抗裂能力，從而降低焊接變形。

采用316L不銹鋼，一般無需做焊后退火處理，奧氏體不銹鋼焊后一般不作消除應(yīng)力退火熱處理。其中的原因是奧氏體不銹鋼塑性、韌性非常不錯，不用通過焊后消除應(yīng)力退火熱處理恢復(fù)其性能；其次450~850℃溫度區(qū)間是奧氏體不銹鋼的敏化溫度，奧氏體不銹鋼長時間在此區(qū)間加熱，會使其耐腐蝕性能下降。如果焊縫中有鐵素體成分，還可能會產(chǎn)生475℃脆性。而焊后消除應(yīng)力退火熱處理剛好處于該溫度區(qū)內(nèi)（固溶處理和穩(wěn)定化處理除外）。

不過有時情況特殊時，也要對316L不銹鋼進(jìn)行焊后消除應(yīng)力退火熱處理，一種是為了穩(wěn)定設(shè)備零部件的幾何形狀，需要消除焊接殘余應(yīng)力；另一種是設(shè)備工作在有產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕傾向的環(huán)境，同樣需消除拉伸殘余應(yīng)力。

316L不銹鋼

304焊接性能

奧氏體型不銹鋼以18%Cr-8%Ni不銹鋼為代表，即是人們常說的304不銹鋼，焊接加工時原則上無需進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。通常都具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬的含量高，所以在進(jìn)行焊接時容易產(chǎn)生高溫裂紋。另外還會產(chǎn)生互相脆化（Fe‐Cr金屬間化合物），在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。

在焊接后，304不銹鋼焊接接頭的力學(xué)性能都是不錯的，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時會非常容易形成貧鉻層，而貧鉻層會導(dǎo)致產(chǎn)品使用過程中容易產(chǎn)生晶間腐蝕。為避免問題的發(fā)生，*好采用低碳（C≤0.03%）的牌號或添加鈦、鈮的牌號。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認(rèn)為控制奧氏體中的δ鐵素體肯定是有效的。一般*好在室溫下含5%以上的鐵素體成分。主要用途是耐腐蝕的不銹鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚恚欢越Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要用途的鋼，不應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生互相脆化。

316L與304不銹鋼的耐腐蝕性比較

316L耐腐蝕性能

316L不銹鋼作為含鉬不銹鋼種，其耐腐蝕性能要比304不銹鋼更好，制造成漿和造紙的生產(chǎn)設(shè)備擁有優(yōu)良的耐腐蝕的性能。并且316不銹鋼還耐海洋和侵蝕性工業(yè)大氣的侵蝕。耐熱性很高，在1600度以下的間斷使用和在1700度以下的連續(xù)使用中，316L不銹鋼具有好的耐氧化性能。 在800-1575度的范圍內(nèi)，*好不要連續(xù)作業(yè)316L不銹鋼制品，但在該溫度范圍以外持續(xù)使用316不銹鋼時，其都有著良好的耐熱性。

316L不銹鋼的耐碳化物析出的性能比316不銹鋼更好，可用上述溫度范圍。 316L作為316鋼種的低C系列，除與316鋼有相同的特性外，其抗晶界腐蝕性優(yōu)。是316鋼的用途中，對抗晶界腐蝕性有特別要求的產(chǎn)品。

304耐腐性能

304不銹鋼是能在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，304不銹鋼的不銹耐腐蝕性能和抗晶間腐蝕性能都很優(yōu)良。對氧化性酸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：對濃度≤65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機(jī)酸和無機(jī)酸也具有良好的耐腐蝕能力。

304不銹鋼生銹的原因主要幾點(diǎn)，一是在使用環(huán)境中存在氯離子；二是不銹鋼沒有經(jīng)過固溶處理。，合金元素沒有溶入基體，致使基本組織合金含量低，抗蝕性能差；其三是這種不含鈦和鈮的材料有天生的晶間腐蝕的傾向。 加入鈦和鈮，再配以穩(wěn)定處理，可以減少晶間腐蝕。

另外316L與304不銹鋼在化學(xué)成分上的*主要區(qū)別就是316L不銹鋼含鉬。在奧氏體不銹鋼中加入合金元素鉬，可以增強(qiáng)不銹鋼的熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度．提高其抗點(diǎn)蝕及晶間腐蝕的能力。

鉬在還原性及強(qiáng)氧化性鹽溶液中都能使不銹鋼表面鈍化，能提高抗腐蝕性能防止鋼在氯化物溶液中的點(diǎn)蝕。加入Mo可以提高抗還原性酸及抗點(diǎn)蝕的能力，降低碳的含量可以提高抗晶間腐蝕的能力及改善焊接性能。

加入鉬元素可以更好的預(yù)防點(diǎn)蝕，304屬于低碳不銹鋼而316L屬于超低碳不銹鋼．而較低的碳含量能夠減小晶間腐蝕的發(fā)生，但不管304 還是316L對Cl粒子都比較敏感，304的抗cl-的能力比306L弱，所以在CL-含量比較高的環(huán)境中，通常是采用316L。