JIS G4304 SUS310S: Высокая теплостойкость аустенитной стали (25Cr-20Ni)

Общие сведения

SUS310S (JIS G4304) — вершина теплостойкости среди стандартных аустенитных нержавеющих сталей. Состав: 24–26% Cr, 19–22% Ni, C ≤0,08% (S = Low Carbon). Высокая легированность обеспечивает исключительную стойкость к окислению до 1150 °C в циклических режимах и до 1200 °C в изотермических, а также устойчивость к цементированию, сульфидированию и щелочной коррозии при высоких температурах. После закалки с отпуском (1050–1150 °C, быстрое охлаждение) структура — полностью аустенитная с небольшим δ-ферритом. Применяется в самых суровых тепловых условиях: пиролиз, нефтепереработка, стекольное дело, авиация, ядерная энергетика.

Физические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Плотность	23,0 °C	7,9 – 8,2 г/см³	Типично для аустенитных нержавеющих сталей

Механические свойства (при 23 °C)

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Модуль упругости (Young)	23,0 °C	195 ГПа	Типично для аустенитных нержавеющих сталей
Относительное удлинение при разрыве (A5)	23,0 °C	40 %	—
Твердость по Бринеллю (HB)	23,0 °C	187	—
Твердость по Роквеллу (HRB)	23,0 °C	90	—
Твердость по Виккерсу (HV)	23,0 °C	200	—
Коэффициент Пуассона	23,0 °C	0,30	Типично для аустенитных нержавеющих сталей
Модуль сдвига (G)	23,0 °C	77 ГПа	Типично для аустенитных нержавеющих сталей
Предел прочности при растяжении (Rm)	23,0 °C	520 МПа	—
Предел текучести 0,2% (Rp0,2)	23,0 °C	205 МПа	—

Тепловые свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Коэффициент линейного термического расширения	23,0 °C	1,7×10⁻⁵ – 1,9×10⁻⁵ 1/К	Типично для аустенитных нержавеющих сталей
Температура плавления	—	1230 – 1480 °C	Типично для аустенитных нержавеющих сталей
Удельная теплоемкость	23,0 °C	440 Дж/(кг·К)	Типично для аустенитных нержавеющих сталей
Теплопроводность	23,0 °C	11 – 21 Вт/(м·К)	Типично для аустенитных нержавеющих сталей

Электрические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Электрическое сопротивление	23,0 °C	8,5×10⁻⁷ Ом·м	Типично для аустенитных нержавеющих сталей

Технологические свойства

Свойство	Значение
История обработки	Закалка с отпуском (solution treated)

Высокотемпературные механические свойства (ориентировочные)

T, °C	Rp0,2, МПа	Rm, МПа	Долговечность (1000 ч), МПа	Ползучесть (1%/10000 ч), МПа
20	205	520	—	—
400	140	390	130	60
600	110	320	85	35
800	85	220	45	18
1000	55	130	18	7
1100	35	80	8	3

Коррозионная стойкость при высоких температурах

• Окисление в воздухе: Лучшая в серии 300. Непрерывная работа до 1150 °C, циклическая — до 1050 °C. Пленка Cr₂O₃ плотная, адгезивная, самовосстанавливающаяся.
• Цементирование: Высокая стойкость к всасыванию углерода в атмосферах CO/CO₂/CH₄/H₂ при 900–1100 °C. Основной материал пиролизных трубок этиленовых установок.
• Сульфидирование: Ni образует стойкие сульфиды; устойчива к H₂S/H₂ при высоких T.
• Щелочная коррозия (плавленные щелочи): Лучше, чем у 304/309, за счет высокого Ni.

Сравнение: SUS310S vs SUS309S vs SUS304

Параметр	SUS310S	SUS309S	SUS304
Cr, %	24–26	22–24	18–20
Ni, %	19–22	12–15	8–10,5
Макс. T окисления (непр.), °C	1150–1200	1000–1050	870–900
Макс. T окисления (цикл.), °C	1050	950	850
Долговечность 800 °C/1000ч, МПа	~45	~35	~20
Коэф. терм. расширения (20–1000°C)	16–18×10⁻⁶	15–17×10⁻⁶	17–18×10⁻⁶
Стоимость (отн.)	3,0x	2,0x	1,0x

Свариваемость и монтаж

• Отличная свариваемость. Низкий C (S) предотвращает МКК.
• Присадки: ER310, ER310LMo (с Mo для коррозии), ER309LMo (буфер на углеродистую).
• Предварительный нагрев не нужен. Межпроходная T <150 °C.
• Высокий αТ требует учета термических деформаций при проектировании (зазоры, компенсаторы).
• После сварки — только закалка с отпуском при необходимости (обычно не требуется).

Ключевые области применения

• Пиролизные печи этиленовых установок: Трубки печи (radiant coils) — работают при 1050–1150 °C в цементирующей атмосфере. Основной потребитель SUS310S.
• Нефтепереработка: Реакторы реформинга, гидроочистки, трубки печей.
• Стекольная промышленность: Ложки, формообразователи, каналы расплава (стойкость к щелочам и высоким T).
• Тепловые установки: Радиаторы, рекуператоры, горелки, факелы.
• Авиация/космос: Коллекторы, насадки, теплозащита (легкость + теплостойкость).
• Ядерная энергетика: Оболочки ТВЭЛ высокотемпературных реакторов, теплообменники.

Ограничения

• Дороговизна (высокий Ni) — использовать только там, где 309S не выдерживает.
• Низкая теплопроводность + высокий αТ = высокие термические напряжения → риск варки тонких листов.
• При T>600 °C в присутствии сильных напряжений — риск расслабления напряжений и ползучести.
• Не для кислотных хлоридных сред при комнатной T (как и все 300-я серия) — ячеистая коррозия.