Aço Inoxidável 310 para Geração de Energia: Propriedades, Aplicações e Guia de Seleção

Aço Inoxidável 310 na Geração de Energia: Uma Visão Geral

O tipo 310 (UNS S31000) e sua variante de baixo-carbono 310S (UNS S31008) são aços inoxidáveis ​​austeníticos de alta-liga contendo 24,0-26,0% de cromo e 19,0-22,0% de níquel. Esta composição produz uma microestrutura austenítica estável que resiste à oxidação, incrustação e fadiga térmica em temperaturas onde os graus convencionais 18-8, como 304 e 316, perdem resistência rapidamente. Em equipamentos de geração de energia, o 310 é, portanto, uma escolha padrão para componentes expostos a calor sustentado, gases de combustão e ciclos repetidos de partida e parada.

A classe é coberta pela ASTM A240 para chapas, chapas e tiras, ASTM A312 para tubos sem costura e soldados e ASTM A213 para tubos de caldeiras e superaquecedores. Como o teor de níquel é aproximadamente o dobro do 304, o custo do material é mais alto; o cenário econômico baseia-se em maior vida útil, menor perda de incrustações e menor tempo de inatividade em aplicações de caldeiras,-turbinas auxiliares a gás e trocadores-de calor.

Composição Química conforme ASTM A240

ASTM A240 especifica os seguintes limites para chapas, folhas e tiras. Valores únicos são máximos, a menos que sejam mostrados como um intervalo.

Elemento	310 (UNS S31000)	310S (UNS S31008)
Carbono	0,25 máx.	0,08 máx.
Manganês	2,00 no máximo	2,00 no máximo
Silício	1,50 no máximo	1,50 no máximo
Fósforo	0,045 máx.	0,045 máx.
Enxofre	0,030 máx.	0,030 máx.
Cromo	24.0-26.0	24.0-26.0
Níquel	19.0-22.0	19.0-22.0

A única diferença deliberada entre 310 e 310S é o limite de carbono. O menor teor de carbono no 310S reduz o risco de precipitação de carboneto-de cromo nos limites dos grãos durante o serviço, portanto o 310S é preferido onde quer que a soldagem seja seguida por uma longa exposição na faixa de sensibilização.

Propriedades mecânicas-de temperatura ambiente

De acordo com ASTM A240, chapas, folhas e tiras recozidas de 310 e 310S devem atender aos seguintes mínimos.

Propriedade	310/310S (mínimo)
Resistência à tracção	515 MPa (75 ksi)
Força de rendimento (compensação de 0,2%)	205 MPa (30 ksi)
Alongamento em 50 mm	40 %

Acima de aproximadamente 600 graus, a capacidade de carga-cai continuamente e o projeto deve ser baseado em dados de ruptura-em vez de resistência ao escoamento-à temperatura ambiente. É por isso que o 310 é geralmente selecionado para revestimentos de fornos, componentes de queimadores, suportes de tubos de superaquecedores e peças semelhantes onde os níveis de tensão são modestos, mas a temperatura é extrema.

Comportamento-de altas temperaturas e aplicações típicas

Em serviço contínuo no ar, o 310 resiste ao aumento de escala até cerca de 1000 graus; em serviço intermitente, o limite prático é de cerca de 1.050 graus. A estrutura austenítica também oferece boa tenacidade-a baixas temperaturas e resistência à fadiga térmica, o que é fundamental para componentes que alternam entre a temperatura ambiente e a temperatura operacional. O desempenho é degradado em atmosferas contendo-enxofre ou fortemente carburação, portanto o ambiente de combustão real deve ser verificado antes de especificar 310.

Aplicações típicas de geração de energia incluem suportes de tubos de superaquecedores e reaquecedores, componentes de paredes de fornos, bicos de queimadores, peças de pré-aquecedores de ar de combustão,-elementos de sopradores de fuligem, foles de expansão e defletores de trocadores de-calor. Onde a corrosão por cloreto aquoso é o risco dominante, os graus duplex ou super{5}}austeníticos de molibdênio de 6% são mais apropriados do que 310.

Soldagem e Tratamento Térmico

310 é soldado com enchimento austenítico correspondente, por exemplo AWS ER310 para soldagem a arco de gás tungstênio. O pré-aquecimento não é necessário e a temperatura entre passes deve ser mantida baixa para limitar o estresse térmico e o risco da fase sigma-. Geralmente, o recozimento da solução pós-soldagem não é necessário; onde a resistência máxima à corrosão é necessária, o componente pode ser recozido a cerca de 1.040-1.120 graus, seguido de resfriamento rápido. Evite exposição prolongada na faixa de 650-900 graus, onde a fase sigma pode se formar e reduzir a ductilidade e a resistência ao impacto.

Perguntas frequentes

Q1. Qual é a diferença entre 310 e 310S?Apenas o limite de carbono difere: 310 permite até 0,25% de carbono, enquanto 310S é limitado a 0,08%. 310S é preferido para construção soldada e serviço de longo-prazo em altas-temperaturas.

Q2. Qual é a temperatura máxima de serviço de 310?A resistência à oxidação contínua no ar é de cerca de 1.000 graus, com exposição intermitente possível a cerca de 1.050 graus. A capacidade de carga mecânica acima de 600 graus deve ser verificada em relação aos dados de fluência-ruptura.

Q3. O aço inoxidável 310 é magnético?Na condição recozida, 310 é essencialmente não-magnético devido à sua estrutura totalmente austenítica, embora a soldagem ou o trabalho a frio possam induzir um leve magnetismo local.

Q4. O 310 requer tratamento térmico pós{2}}soldagem?Geralmente não. O PWHT geralmente é desnecessário e pode ser prejudicial se mantiver o material na faixa de formação da fase sigma-por muito tempo.

Q5. O 310 pode substituir o 316 no serviço de água do mar ou cloreto?Não. 310 não é um grau de resistência-ao cloreto. Para ambientes marinhos e{3}}ricos em cloreto, use tipos de rolamentos-de molibdênio, como 316 ou, para serviços severos, tipos duplex ou super{6}}austeníticos.