不銹鋼316L(UNS S31603)的特性及焊接

316L(UNS S31603)是以鉬為基礎的奧氏體不銹鋼， 這個不銹鋼與常規的鉻-鎳奧氏體如304 合金相比，具有更好的抗一般腐蝕及點腐蝕、 裂隙腐蝕性。這些合金具有更高的延展性、抗應力腐蝕性能、耐壓強度及耐高溫性能。

一般屬性

316(UNS S31600), 316L(S31603), 317L(S31703) 是以鉬為基礎的奧氏體不銹鋼, 與常規的鉻-鎳奧氏體如304 合金相比，具有更好的抗一般腐蝕及點腐蝕、 裂隙腐蝕性。這些合金具有更高的延展性、抗應力腐蝕性能、耐壓強度及耐高溫性能。在要求更佳抗一般腐蝕和點腐蝕性能的應用中，317L比316或316L更受歡迎，因為317L含鉬量達3-4％，316和316L的含鉬量只有2-3％。316 合金和316L 和317L銅-鎳-鉬合金還具有奧氏體不銹鋼的典型特征，即良好的加工性及成形性。

耐腐蝕

一般腐蝕

和18-8不銹鋼相比，316，316L和317L在大氣環境下和其他溫和環境下具有更佳的耐腐蝕性。一般來說，不腐蝕18-8不銹鋼的媒介，都不會腐蝕含鉬的等級。一例外的是高氧化性酸，如硝酸，含鉬的不銹鋼對這種酸的耐腐蝕性較弱。在硫酸溶液中，316和317L比其他鉻-鎳類型的等級具有更良好的耐腐蝕性。在溫度高達120°F（38°C）的條件下，這兩個等級對高濃度溶液都有良好的耐腐蝕性。當然，使用期間的測試是不可少的，因為作業條件和酸性污染物可能嚴重影響腐蝕速率。濃縮含硫氣體時，這兩種等級比其他類型的不銹鋼具有更好的耐腐蝕性。然而，在這樣的應用中，酸濃度對腐蝕速率的影響相當大，這一因素要慎重考慮。含鉬不銹鋼316和317L，對其他各種環境都有一定的耐腐蝕性。以下的腐蝕數據表明，這些合金在沸騰的20%磷酸溶液中，表現出*的耐腐蝕性。它們也被廣泛應用于處理熱有機酸和脂肪酸。食物，醫藥產品的制造和處理，通常用到含鉬的不銹鋼，因為要盡量減少金屬污染。一般來說，在相同的環境條件下，316，316L可以看成和317L的性能相當。但是在可以引起焊接，熱影響區晶間腐蝕的環境下，例外。在這樣的媒介，316L和317L更常被選用，因為含碳量低，可以提高耐晶間腐蝕性。

點腐蝕/隙腐蝕

鉻，鉬，氮含量增加，可以提高奧氏體不銹鋼在氯化物或其他鹵素離子環境下的耐點腐蝕/隙腐蝕性。點腐蝕通過PREN（點蝕當量）來計算，PRE = Cr+3.3Mo+16N。316，316L的PREN=24.2， 304的PREN=19.0, 這就反映了316（或316L）耐點腐蝕性比304好。317L，鉬含量達31%，PREN=29.7，說明比316耐點腐蝕性更好。304不銹鋼在含100ppm 氯化物的水環境下，具有耐點腐蝕和耐隙腐蝕性。含鉬的316和317L，分別在含2000ppm和5000ppm氯化物的水環境下，具有耐點腐蝕和耐隙腐蝕性。盡管這兩種合金在海水環境下（氯化物含量19000ppm）使用取得一定成效，但是不建議這樣使用。2507合金，鉬含量4%，鉻含量25%，鎳含量7%是專門用于咸水環境的。316，317L只適用某些海洋環境的應用，如船只導軌，海洋附近建筑物外墻等。316，317L合金在100小時5%鹽霧測試中，都沒有出現腐蝕（ASTM B117）粒間腐蝕316，317L合金暴露在800°F至 1500°F (427°C至 816°C)溫度下，可能引起碳化鉻在晶界沉淀。這類不銹鋼暴露在苛刻環境下，容易形成粒間腐蝕。但是短暫暴露的時候，如焊接時， 317L由于較高的鉻，鉬含量，比316更能抵御粒間腐蝕。當焊接厚度超過11.1mm時，即使是317L合金，也需要做退火處理才行。如果焊接后不能做退火處理或需要做低溫應力消除處理時，采用316L和317L可以有效避免粒間腐蝕。在焊態和暴露在800 to 1500°F (427 to 826°C)溫度范圍內，這兩種合金有耐腐蝕性。需要做應力消除處理的容器，在此溫度范圍內做短時間處理，不會影響金屬正常的耐腐蝕性能。L等級的大型鋼材經過退火后，無需做高溫加速冷卻處理。316L，317L和對應的高碳含量合金相比，具有同等的耐腐蝕性和機械性能，在容易產生粒間腐蝕的應用中，這兩種合金更是具有額外的優勢。在焊接和應力消除遇到的短暫熱力，盡管不足以引起粒間腐蝕，但是值得注意的是，連續或者長期暴露在800到 1500°F (427 到826°C)的溫度范圍內，對這兩種合金來說都是有害的。在1100到1500°F (593 到 816°C)溫度范圍下做應力消除處理，可能對這類合金引起輕微脆裂。

應力腐蝕龜裂

在鹵化環境下，奧氏體不銹鋼容易受應力腐蝕龜裂的影響。盡管316，317L由于含有鉬，比18Cr-8Ni合金一定程度上具有較好的耐應力腐蝕龜裂性，但是它們仍然是比較容易受影響的。產生應力腐蝕龜裂的條件包括：（1）鹵化物的存在（一般來說是氯化物）；（2）殘余張應力；（3）溫度超過120°F (49°C)。焊接過程中，冷變形或熱循環可以產生應力。退火，應力消除熱處理可以有效減少應力，因此，減低了材料對鹵化物應力腐蝕龜裂的敏感性。低碳的L等級，在耐應力腐蝕龜裂方面沒有特殊優勢，但是在應力消除狀態下作業時，L等級是仍然是選，因為這樣的環境下可能引起粒間腐蝕。

抗氧化性

316，317L具有良好的抗氧化性，在大氣環境下，溫度即使到達1600 至1650°F (871 至 899°C)，銹皮產生率也比較低。一般來說，316的性能稍次于304不銹鋼，因為304的鉻含量稍高（18%，316鉻含量16%）。氧化率通常受大氣和作業環境所影響，因此無法提供確切的氧化率供參考。

物理性能

結構

適當退火后，316，317合金主要是奧氏體。少量鐵素體或許會出現。當從800 至 1500°F (427 至 816°C),慢慢冷卻，會產生碳化物沉淀，這時結構由奧氏體和碳化物構成。

熔化范圍: 2450 to 2630°F (1390 to 1440°C)

密度: 0.29 lb/in3 (8.027 g/cm3)

抗拉彈性模數: 29 x 106 psi (200 Gpa)

剪切模量: 11.9 x 106 psi (82 Gpa)

磁導率

奧氏體不銹鋼在退火狀態和奧氏體狀態下是無磁性的。316，317L在退火狀態下，在200H情況下，磁導率一般低于1.02。冷變形材料的磁導率因金屬成分的不同和冷變形程度的不同而有所不同，但是通常來說，都比退火材料的磁導率高。

疲勞強度

金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力稱為疲勞強度或疲勞極限。奧氏體不銹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：腐蝕情況，應力形式，表面平滑度等。因此，無法給出疲勞極限的確切數值。

熱處理

退火

退火狀態下的奧氏體不銹鋼可以直接使用。在加工中或加工后，可能需要做熱處理，用于去除冷成型產生的副作用和溶解沉淀的碳化鉻。316，317L固溶退火在1900 至 2150°F (1040 至 1175°C)溫度范圍內完成，然后根據材料的厚度，決定進行空氣冷卻還是水淬。材料要迅速從1500 至 800°F (816 至 427°C)冷卻下來，避免碳化鉻再沉淀以及提供最佳的耐腐蝕性。材料從退火溫度冷卻到暗熱的時間應少于3分鐘。316，317L不能通過熱處理硬化。

加工

奧氏體不銹鋼，包括316，317L，通常被加工成各種各樣的部件。加工方法有穿孔，成形等，所用設備和加工碳鋼的設備基本上一樣。奧氏體不銹鋼的良好延展性，通過彎曲，拉伸，深拉等方法，很容易達到成形。然而，奧氏體不銹鋼本身強度和硬化性能較大，因此加工奧氏體不銹鋼的功率要求比碳鋼大得多。

焊接

奧氏體不銹鋼被認為是最易焊接的不銹鋼，可以用所有的融合物焊接，也可以進行電阻焊接。焊接點要考慮兩個重要因素1）避免硬化裂紋；2）保持焊口和熱影響區的耐腐蝕性。焊接奧氏體結構的金屬，在焊接操作中更容易形成裂紋。因此，316，316L，317L合金中添加了少量的鐵素體，降低材料的裂紋敏感性。在腐蝕環境下使用的焊接件，建議使用低碳的316L和317L焊基金屬和焊料。焊接金屬含碳量越高，越容易產生碳化物沉淀（敏化作用），這可能導致粒間腐蝕。低碳的L等級，可以有效降低和避免敏化作用。高鉬含量的焊堆在苛刻的環境下，由于鉬的微偏析，可能導致耐腐蝕性下降。要克服這種副作用，應該提高焊料的鉬含量。317L在某些苛刻的應用中，焊堆的鉬含量要達到4%或者更高。904L合金（AWS ER 385, 4.5% Mo）或625合金（AWS ERNiCrMo-3, 9% Mo）常被用做這種焊料。在焊接區域應該避免銅和鋅的污染，因此這兩種成分會形成低熔點的化合物，導致焊接裂紋。