304與321、316L不鏽鋼區彆及焊接特點

304不鏽鋼性能

304H，304L和304不鏽鋼是18％Cr、8％Ni奧氏體不鏽鋼的幾種變形品種，是304不鏽鋼家族中*常用與常見的不鏽鋼產品。

以上這些不鏽鋼品種具有下麵一種或多種屬性，用途廣泛。屬性包括：耐腐蝕性、防止汙染、抗氧化性、易加工性、較佳成形性、外觀精美、易清潔、強度高、重量低、低溫環境下良好的強度和韌性。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不鏽鋼，存在形式多樣，有板、卷、片、條。通常用於製造設備，應用領域包括但不限於：食物、醫療、衛生、冷凍、壓力容器等。

正是通過氬氧脫碳技術使不鏽鋼以低成本實現低碳，為304成為了*常用的標準不鏽鋼提供有利條件。

304L主要用於焊接，因為它們作業時經常處於各種腐蝕環境中。

304H不鏽鋼是304不鏽鋼的改進品，它的碳含量在0.04-0.10之間，對於要暴露在溫度800°F以上的零件，選用304H有助於改善高溫下不鏽鋼強度。

奧氏體304不鏽鋼，在合適的氧化和還原環境中，耐腐蝕性較好。它們常被用於加工、處理食物飲料、熱交換器、管道、油罐、奶製品設備和器具等。

這些不鏽鋼中鉻含量占18-19％，有較強抗氧化性。下表是304不鏽鋼在稀硝酸環境下的氧化率：不鏽鋼在稀硝酸環境下的氧化率

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

有些時候低碳含量的304L不鏽鋼比高碳含量的304不鏽鋼的腐蝕率低。從甲酸，氨基磺酸，氫氧化鈉得到的數據證明了這一點。其他時候304、304L、304H在大多數腐蝕環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粒間腐蝕的環境中，更傾向使用304L不鏽鋼，因其低碳含量有助於抵抗粒間腐蝕。

粒間腐蝕

18-8奧氏體不鏽鋼處於800°F—1500°F (427°C至 816°C) 溫度下，也許會導致碳化鉻在晶界沉澱。其在苛刻環境下容易粒間腐蝕。304不鏽鋼中的碳成分導致其在氣焊和熱影響區焊接過程中的熱狀態下，會產生敏化。

不鏽鋼粒間腐蝕應力腐蝕龜裂

304、304L、304H不鏽鋼是奧氏體不鏽鋼中*容易發生應力腐蝕龜裂的，因為他們的鎳含量比較低。引起應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）殘餘的張力

（3）溫度超過120°F (49°C)

在不鏽鋼成形過程中的冷變形、拉幅成管板、焊接操作等都可以產生應力。退火、冷變形後的消除應力熱處理都可減少應力，從而降低鹵化物應力腐蝕龜裂可能性。在可能引起粒間腐蝕的環境中，低溫退火狀態下作業，*好選擇低碳的304L不鏽鋼材料。

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

不鏽鋼物理性能

密度：0.285 lb/in3 (7.90 g/cm3)

抗拉彈性模數：29 x 106 psi (200 GPa)線性熱膨脹係數：不鏽鋼線性熱膨脹熱傳導：

不鏽鋼熱傳導金屬的總傳導係數除了受金屬的熱傳導性影響之外，還由其他因素決定。18-8不鏽鋼具有保持表麵清潔的性能，和其他熱傳導係數高的金屬相比，18-8不鏽鋼的熱傳導性能更好。

不鏽鋼比熱磁導率：18-8不鏽鋼在退火狀態下是無磁性的，磁導率在200H的情況下一般低於1.02。磁導率會因金屬的成分不用而有所不同。通過冷作，可以提高磁導率。

不鏽鋼磁導率不鏽鋼機械性能室溫下的機械性能

已退火的304和304L奧氏體不鏽鋼板，ASTM標準A240、ASME標準SA-240，要求的*低機械性能如下表所示：

不鏽鋼機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。溫度達到1000°F (538°C)或以上，要考慮應力龜裂，應力龜裂數據也在下表顯示。

不鏽鋼低溫性能

已退火的奧氏體不鏽鋼即使在低溫條件下，仍然能保持較高的衝擊阻力，再加上低溫硬度和加工性等性能，因此被用於處理液化天然氣和其他低溫環境下的作業。夏氏V形衝擊實驗的數據如下表所示：

不鏽鋼衝擊阻力
金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的*大應力稱為疲勞強度或疲勞極限。奧氏體不鏽鋼的疲勞強度一般來說是抗拉強度的35％，在實際作業中，疲勞強度也會受其他因素影響，如：增加表麵的平滑程度，可以增加疲勞強度，作業環境腐蝕性增加，則降低疲勞強度。

奧氏體不鏽鋼被認為是*容易焊接的不鏽鋼鋼，可以用所有的融合物焊接，也可以進行電阻焊接。304、304L是典型的奧氏體不鏽鋼。

生產奧氏體不鏽鋼的焊接接點時要考慮兩個因素：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稍遠的周圍溫度。被焊接材料的碳含量越高，焊接熱循環就更容易導致碳化鉻沉澱，對材料的耐腐蝕性有影響。為了保持材料的耐腐蝕性處於*好的水平，因此在已焊接狀態下作業，應該選擇低碳材料（304L）。另一種做法是，采用完全退火溶解碳化鉻，使標準碳含量的材料恢複高水平的耐腐蝕性。

焊接完全奧氏體結構的金屬，在焊接操作中更容易形成裂紋。因此，304和304L不鏽鋼中添加了少量的鐵素體，降低材料的裂紋敏感性，達到重新固化的作用。

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

不鏽鋼熱處理

奧氏體不鏽鋼通過熱處理可以**冷成形產生的副作用和溶解沉澱的碳化鉻。達到這兩個要求的*好熱處理方法是在1850°F 至 2050°F (1010°C 至 1121°C)的溫度範圍內進行固熔退火。從退火溫度冷卻下來1500-800°F (816°C - 427°C)，應該足以避免碳化鉻再沉澱。

這些材料不能通過熱處理達到硬化。

不鏽鋼清潔

不管腐蝕性怎麼樣，不鏽鋼在加工和使用過程中，都要保持其表麵清潔。

在焊接時采用惰性氣體加工，焊接過程中形成的鏽皮和熔渣通過不鏽鋼刷**。普通碳鋼刷會在不鏽鋼的表麵留下碳鋼粒子，這些粒子*終會導致表麵生鏽。在要求嚴格的情況下，焊接區域要經過除鏽溶液處理（如硝酸和氫氟酸混合溶液），可以洗掉焊接過程中形成的鏽皮和熔渣。

輕工業用的材料，所需要的維護比較少，隻有遮蔽區域有時需要用加壓水清洗。重工業則建議經常清洗，去除積聚的灰塵，這些灰塵*終有可能引起腐蝕和損壞不鏽鋼的表麵外觀。

頑固的汙漬和沉澱物可以用擦洗劑和纖維刷，海綿，不鏽鋼絨擦洗。不鏽鋼絨會在平滑的不鏽鋼表麵留下長久的擦痕。

很多不鏽鋼都要定期清洗和**。設備通常用特製的苛性鈉，有機溶劑，酸性溶液（入磷酸或硫酸）清洗。強還原酸（如氫氟酸或鹽酸）可能對不鏽鋼造成損壞。

溶液清洗後，用清水徹底衝洗不鏽鋼。

適當的設計有助於清洗。帶圓抹角，內圓角，無縫隙的設備，有利於清洗和表麵拋光。

合金321（UNS S32100）是一種性能穩定的不鏽鋼板，其主要優點是在暴露於碳化矽沉澱溫度從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不鏽鋼板被穩定以防止碳化鉻形成。

合金321不鏽鋼板由於其良好的機械性能而對於高溫服務也是有利的。合金321不鏽鋼板比合金304，特彆是合金304L具有更高的蠕變和應力斷裂性能，對於敏感性和晶間腐蝕問題，也可以考慮使用。

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

合金321H（UNS S 32109）不鏽鋼板是較高碳（0.04 - 0.10）版本的合金。它被開發用於提高抗蠕變性，並且在高於1000°F（537°C）的溫度下具有更高的強度。在大多數情況下，板的碳含量可以實現雙重認證。

合金321不鏽鋼板經熱處理不能硬化，隻能冷加工。它可以很容易地焊接和加工標準的車間製造實踐。

合金321不鏽鋼板具有與304相當的良好的一般耐腐蝕性。它開發用於碳化矽在1800 - 1500°F（427 - 816°C）的沉澱範圍內，其中不穩定的合金如304到粒間進攻。

該合金可以在中等溫度下用於大多數稀釋的有機酸，在較低溫度下用於純磷酸，在高溫下用於高達10％稀釋的溶液。碳氫化合物服務中的合金321抗多硫酸應力腐蝕開裂。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不鏽鋼板在氯化物溶液中表現不佳，即使濃度很小，也不能在硫酸中使用。合金321不鏽鋼板可以通過標準的車間製造實踐方便地進行焊接和加工。

321不鏽鋼板的冷加工硬化率比410不鏽鋼板的加工硬度要低，但與304相似。下表提供了相關的加工數據。

不鏽鋼加工性能

焊接

在高合金鋼中，奧氏體不鏽鋼被認為可焊性*好，並可采取各種熔焊和電阻焊。對奧氏體不鏽鋼進行焊合時，要考慮兩個重要問題：耐腐蝕保護和避免開裂。要求保持元素的穩定性。采取惰性氣體要求有一定得清潔度，並避免從油中吸收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。

焊接全奧氏體結構的金屬時，在焊接過程中更易開裂。因此，347、348和321不鏽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穩定不鏽鋼比Ti穩定不鏽鋼更易產生熱裂。

退火

321和347鋼種的退火溫度範圍是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範圍800—1500°F（427—816°C）進行消除應力退火，而不會晶間腐蝕的危險。僅在800—1500°F（427—816°C）溫度範圍內進行幾小時的消除應變退火不會明顯地降低一般的耐蝕性。當然在此溫度範圍內長時間的加熱確實會在一定程度上降低一般的耐蝕性。不過，正如強調的那樣，在800—1500°F（427—816°C）溫度範圍退火不會產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）的較高溫度範圍內退火。

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

如果要求321鋼種具有*大的耐蝕性，必須采用稱作穩定退火的防腐蝕改善措施。將材料加熱到1550-1650DF（843-899DC），根據厚度不同，時間可長達5小時。這個範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結合，形成無害的碳化物。其結果是Cr會還原成固溶體而C不得不與Ti結合成無害碳化物。

如果在氧化性氣氛中進行熱處理，退火後要在硝酸和氫氟酸混合除鏽液中除去氧化物，而這些酸必須從材料表麵徹底衝洗掉。

清洗

儘管不鏽鋼具有耐蝕性，也應小心加工和使用，即使在正常使用條件下也要維護其表麵狀況。

焊接時采用惰性氣體保護工藝，焊接所產生的氧化皮和熔渣用不鏽鋼絲刷**。普通的碳鋼刷會在表麵留下碳鋼顆粒，*終使表麵生鏽。對於更為嚴格的應用要求，焊接區要用如硝酸和氫氟酸混合液那樣的除鏽液處理，除去氧化膜色，並且必須隨即用水衝洗。

當材料在內陸、輕工業或較為溫和的條件下使用，極少需要維護。隻有遮蔽區偶爾要用加壓水流衝洗。在海洋或重工業區，可經常用水除去有損於不鏽鋼表觀的鹽分和汙垢沉積。

頑固的斑點和沉積物像焚燒後的食品，可用無磨損的清潔劑和纖維刷、海綿或不鏽鋼棉洗滌。但不鏽鋼棉會在光滑的不鏽鋼表麵留下長久的痕跡。

不鏽鋼在許多使用場合需要定期清洗和**。設備要用特製的氫氧化鈉、有機溶劑或酸溶液如磷酸或氨基磺酸清洗（強還原性酸，如氫氟酸或氫氯酸可能對這些不鏽鋼有害）。必須排出清洗液並用淡水徹底漂清不鏽鋼表麵，如果殘留的溶液長期與不鏽鋼表麵接觸，會使其變壞。

提高設計性能有助於不鏽鋼的可清潔性，帶圓角、倒角和裂縫很少的設備更易於做如焊縫打磨和表麵拋光那樣的清潔工作。

316L不鏽鋼焊接性能

316L不鏽鋼屬於超低碳純奧氏體不鏽鋼，可焊接性能比較優良，晶間腐蝕形成可能性低，不過因為其導熱係數小，線膨脹係數大，所以該鋼種焊接接頭在冷卻過程中會產生較大的拉應力，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不鏽鋼能以所有標準的焊接方法來焊接，在焊接時依據用途不同，可分彆采用316Cb、316L或309Cb不鏽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不鏽鋼，一般無需做焊後退火處理，奧氏體不鏽鋼焊後一般不作消除應力退火熱處理。其中的原因是奧氏體不鏽鋼塑性、韌性非常不錯，不用通過焊後消除應力退火熱處理恢複其性能；其次450~850℃溫度區間是奧氏體不鏽鋼的敏化溫度，奧氏體不鏽鋼長時間在此區間加熱，會使其耐腐蝕性能下降。如果焊縫中有鐵素體成分，還可能會產生475℃脆性。而焊後消除應力退火熱處理剛好處於該溫度區內（固溶處理和穩定化處理除外）。

不過有時情況特殊時，也要對316L不鏽鋼進行焊後消除應力退火熱處理，一種是為了穩定設備零部件的幾何形狀，需要消除焊接殘餘應力；另一種是設備工作在有產生應力腐蝕傾向的環境，同樣需消除拉伸殘餘應力。

316L不鏽鋼

304焊接性能

奧氏體型不鏽鋼以18%Cr-8%Ni不鏽鋼為代表，即是人們常說的304不鏽鋼，焊接加工時原則上無需進行焊前預熱和焊後熱處理。通常都具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬的含量高，所以在進行焊接時容易產生高溫裂紋。另外還會產生互相脆化（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力腐蝕裂紋等缺陷。

在焊接後，304不鏽鋼焊接接頭的力學性能都是不錯的，但當在熱影響區中的晶界上有鉻的碳化物時會非常容易形成貧鉻層，而貧鉻層會導致產品使用過程中容易產生晶間腐蝕。為避免問題的發生，*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，通常認為控製奧氏體中的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鏽鋼，應選用低碳和穩定的鋼種，還要進行適當的焊後熱處理；而以結構強度為主要用途的鋼，不應進行焊後熱處理，以防止變形和由於析出碳化物和發生互相脆化。

316L與304不鏽鋼的耐腐蝕性比較

316L耐腐蝕性能

316L不鏽鋼作為含鉬不鏽鋼種，其耐腐蝕性能要比304不鏽鋼更好，製造成漿和造紙的生產設備擁有優良的耐腐蝕的性能。並且316不鏽鋼還耐海洋和侵蝕性工業大氣的侵蝕。耐熱性很高，在1600度以下的間斷使用和在1700度以下的連續使用中，316L不鏽鋼具有好的耐氧化性能。 在800-1575度的範圍內，*好不要連續作業316L不鏽鋼製品，但在該溫度範圍以外持續使用316不鏽鋼時，其都有著良好的耐熱性。

316L不鏽鋼的耐碳化物析出的性能比316不鏽鋼更好，可用上述溫度範圍。 316L作為316鋼種的低C係列，除與316鋼有相同的特性外，其抗晶界腐蝕性優。是316鋼的用途中，對抗晶界腐蝕性有特彆要求的產品。

304耐腐性能

304不鏽鋼是能在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，304不鏽鋼的不鏽耐腐蝕性能和抗晶間腐蝕性能都很優良。對氧化性酸，實驗結果是：對濃度≤65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不鏽鋼具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸也具有良好的耐腐蝕能力。

304不鏽鋼生鏽的原因主要幾點，一是在使用環境中存在氯離子；二是不鏽鋼冇有經過固溶處理。，合金元素冇有溶入基體，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，再配以穩定處理，可以減少晶間腐蝕。

另外316L與304不鏽鋼在化學成分上的*主要區彆就是316L不鏽鋼含鉬。在奧氏體不鏽鋼中加入合金元素鉬，可以增強不鏽鋼的熱強性和蠕變強度．提高其抗點蝕及晶間腐蝕的能力。

鉬在還原性及強氧化性鹽溶液中都能使不鏽鋼表麵鈍化，能提高抗腐蝕性能防止鋼在氯化物溶液中的點蝕。加入Mo可以提高抗還原性酸及抗點蝕的能力，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防點蝕，304屬於低碳不鏽鋼而316L屬於超低碳不鏽鋼．而較低的碳含量能夠減小晶間腐蝕的發生，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-含量比較高的環境中，通常是采用316L。