316不銹鋼
合金316（UNS S31600）, 316L(S31603), 317L(S31703) 是以鉬為基礎(chǔ)的奧氏體不銹鋼, 與常規(guī)的鉻-鎳奧氏體如304 合金相比，具有更好的抗一般腐蝕及點(diǎn)腐蝕、 裂隙腐蝕性。這些合金具有更高的延展性、抗應(yīng)力腐蝕性能、耐壓強(qiáng)度及耐高溫性能。在要求更佳抗一般腐蝕和點(diǎn)腐蝕性能的應(yīng)用中，317L比316或316L更受歡迎，因為317L含鉬量達(dá)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。
化學(xué)成分
化學(xué)成分ASTM A240, ASME SA-240如下表所示
重量百分比除特別說明外，表中所列為最大值 | |||
| 成分 | Alloy 316 | Alloy 316L | Alloy 317L |
| 碳 | 0.08 | 0.030 | 0.030 |
| 錳 | 2.00 | 2.00 | 2.00 |
| 硅 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
| 鉻 | 16.00 18.00 | 16.00 18.00 | 18.00 20.00 |
| 鎳 | 10.00 14.00 | 10.00 14.00 | 11.00 15.00 |
| 鉬 | 2.00 3.00 | 2.00 3.00 | 3.00 4.00 |
| 磷 | 0.045 | 0.045 | 0.045 |
| 硫 | 0.030 | 0.030 | 0.030 |
| 氮 | 0.10 | 0.10 | 0.10 |
| 鐵 | Balance | Balance | Balance |
耐腐蝕
一般腐蝕
和18-8不銹鋼相比，316，316L和317L在大氣環(huán)境下和其他溫和環(huán)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。唯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(dá)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(dāng)然，使用期間的測試是必不可少的，因為作業(yè)條件和酸性污染物可能嚴(yán)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(yīng)用中，酸濃度對腐蝕速率的影響相當(dāng)大，這一因素要慎重考慮。
含鉬不銹鋼316和317L，對其他各種環(huán)境都有一定的耐腐蝕性。以下的腐蝕數(shù)據(jù)表明，這些合金在沸騰的20%磷酸溶液中，表現(xiàn)出優(yōu)越的耐腐蝕性。它們也被廣泛應(yīng)用于處理熱有機(jī)酸和脂肪酸。食物，醫(yī)藥產(chǎn)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(huán)境條件下，316，316L可以看成和317L的性能相當(dāng)。但是在可以引起焊接，熱影響區(qū)晶間腐蝕的環(huán)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。
| 在沸騰溶液中的耐腐蝕性 | ||||
煮沸測試 | 每年腐蝕速率(mm/y) | |||
| Alloy 316L | Alloy 317L | |||
| Base Metal | Welded | Base Metal | Welded | |
| 20% 乙酸 | 0.12 (0.003) | 0.12 (0.003) | 0.48 (0.012) | 0.36 (0.009) |
| 45% 甲酸 | 23.4 (0.594) | 20.9 (0.531) | 18.3 (0.465) | 24.2 (0.615) |
| 1% 鹽酸 | 0.96 (0.024) | 63.6 (1.615) | 54.2 (1.377) | 51.4 (1.306) |
| 10% 草酸 | 48.2 (1.224) | 44.5 (1.130) | 44.9 (1.140) | 43.1 (1.094) |
| 20% 磷酸 | 0.60 (0.15) | 1.08 (0.027) | 0.72 (0.018) | 0.60 (0.015) |
| 10% 氨基磺酸 | 124.2 (3.155) | 119.3 (3.030) | 94.2 (2.393) | 97.9 (2.487) |
| 10% 硫酸 | 635.3 (16.137) | 658.2 (16.718) | 298.1 (7.571) | 356.4 (9.053) |
| 10% 硫酸氫鈉 | 71.5 (1.816) | 56.2 (1.427) | 55.9 (1.420) | 66.4 (1.687) |
| 50% 氫氧化鈉 | 77.6 (1.971) | 85.4 (2.169) | 32.8 (0.833) | 31.9 (0.810) |
點(diǎn)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(huán)境下的耐點(diǎn)腐蝕/隙腐蝕性。點(diǎn)腐蝕通過PREN（點(diǎn)蝕當(dāng)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(diǎn)腐蝕性比304好。317L，鉬含量達(dá)31%，PREN=29.7，說明比316耐點(diǎn)腐蝕性更好。
304不銹鋼在含100ppm 氯化物的水環(huán)境下，具有耐點(diǎn)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(huán)境下，具有耐點(diǎn)腐蝕和耐隙腐蝕性。盡管這兩種合金在海水環(huán)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(huán)境的。316，317L只適用某些海洋環(huán)境的應(yīng)用，如船只導(dǎo)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(xiàn)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(huán)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(dāng)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(yīng)力消除處理時，采用316L和317L可以有效避免粒間腐蝕。在焊態(tài)和暴露在800 to 1500°F (427 to 826°C)溫度范圍內(nèi)，這兩種合金有耐腐蝕性。需要做應(yīng)力消除處理的容器，在此溫度范圍內(nèi)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(jīng)過退火后，無需做高溫加速冷卻處理。
316L，317L和對應(yīng)的高碳含量合金相比，具有同等的耐腐蝕性和機(jī)械性能，在容易產(chǎn)生粒間腐蝕的應(yīng)用中，這兩種合金更是具有額外的優(yōu)勢。在焊接和應(yīng)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(xù)或者長期暴露在800到 1500°F (427 到826°C)的溫度范圍內(nèi)，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(yīng)力消除處理，可能對這類合金引起輕微脆裂。
| 粒間腐蝕測試 | |||
ASTM A262 | 腐蝕率, Mils/Yr (mm/a) | ||
| Alloy 316 | Alloy 316L | Alloy 317L | |
| Practice B 基焊金屬 焊接后 | 36 (0.9) 41 (1.0) | 26 (0.7) 23 (0.6) | 21 (0.5) 24 (0.6) |
| Practice E 基焊金屬 焊接后 | No Fissures on Bend Some Fissures on Weld (unacceptable) | No Fissures No Fissures | No Fissures No Fissures |
| Practice A 基焊金屬 焊接后 | Step Structure Ditched (unacceptable) | Step Structure Step Structure | Step Structure Step Structure |
應(yīng)力腐蝕龜裂
在鹵化環(huán)境下，奧氏體不銹鋼容易受應(yīng)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(yīng)力腐蝕龜裂性，但是它們?nèi)匀皇潜容^容易受影響的。產(chǎn)生應(yīng)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(yīng)力；（3）溫度超過120°F (49°C)。
焊接過程中，冷變形或熱循環(huán)可以產(chǎn)生應(yīng)力。退火，應(yīng)力消除熱處理可以有效減少應(yīng)力，因此，減低了材料對鹵化物應(yīng)力腐蝕龜裂的敏感性。低碳的L等級，在耐應(yīng)力腐蝕龜裂方面沒有特殊優(yōu)勢，但是在應(yīng)力消除狀態(tài)下作業(yè)時，L等級是仍然是首選，因為這樣的環(huán)境下可能引起粒間腐蝕。
| 鹵化物（氯化物應(yīng)力腐蝕測試） | |||
測試 | U型彎曲（高度受壓）樣品 | ||
| Alloy 316 | Alloy 316L | Alloy 317L | |
| 42% 氯化鎂，沸騰 | 斷裂, 424小時 | 斷裂 21-45 小時 | 斷裂 72 小時 |
| 33%氯化鋰，沸騰 | 斷裂 48-569 小時 | 斷裂 21-333 小時 | 斷裂 22-72 小時 |
| 26% 氯化鈉，沸騰 | 斷裂 530-940 小時 | 無斷裂 1002 小時 | 斷裂 小時 |
| 40% 氯化鈣，沸騰 | 斷裂 144-1000 小時 | -- | -- |
| 暴露在海邊環(huán)境，周圍溫度 | 無斷裂 | 無斷裂 | 無斷裂 |
抗氧化性
316，317L具有良好的抗氧化性，在大氣環(huán)境下，溫度即使到達(dá)1600 至1650°F (871 至 899°C)，銹皮產(chǎn)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(yè)環(huán)境所影響，因此無法提供確切的氧化率供參考。
物理性能
結(jié)構(gòu)
適當(dāng)退火后，316，317合金主要是奧氏體。少量鐵素體或許會出現(xiàn)。當(dāng)從800 至 1500°F (427 至 816°C),慢慢冷卻，會產(chǎn)生碳化物沉淀，這時結(jié)構(gòu)由奧氏體和碳化物構(gòu)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(shù): 29 x 106 psi (200 Gpa)
剪切模量: 11.9 x 106 psi (82 Gpa)
線性熱膨脹系數(shù)
溫度范圍 | 系數(shù) | ||
| °F | °C | in/in/°F | cm/cm/°C |
| 68 - 212 | 20 - 100 | 9.2 x 10-6 | 16.5 x 10-6 |
| 68 - 932 | 20 - 500 | 10.1 x 10-6 | 18.2 x 10-6 |
| 68 - 1832 | 20 - 1000 | 10.8 x 10-6 | 19.5 x 10-6 |
熱傳導(dǎo)
溫度范圍 | Btu?in/hr?ft2?°F | W/m?K | |
| °F | °C | ||
| 68 - 212 | 20 - 100 | 100.8 | 14.6 |
金屬的總傳導(dǎo)系數(shù)除了由金屬的熱傳導(dǎo)性決定以外，還取決于其他因素。18-8合金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合金的熱傳導(dǎo)性能往往更好。
比熱
| °F | °C | Btu/lb?°F | Jkg?K |
| 68 | 20 | 0.108 | 450 |
| 200 | 93 | 0.116 | 485 |
電阻率
| 合金 | 68°F時數(shù)據(jù) (20°C) | |
| Microhm-in. | Microhm-cm. | |
| 316 | 29.1 | 74.0 |
| 317 | 31.1 | 79.0 |
磁導(dǎo)率
奧氏體不銹鋼在退火狀態(tài)和完全奧氏體狀態(tài)下是無磁性的。316，317L在退火狀態(tài)下，在200H情況下，磁導(dǎo)率一般低于1.02。冷變形材料的磁導(dǎo)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(dǎo)率高。
機(jī)械性能
室溫下的機(jī)械性能
已退火的316，316L，317L奧氏體不銹鋼板，ASTM標(biāo)準(zhǔn)A240, ASME標(biāo)準(zhǔn)SA-240，要求的最低機(jī)械性能如下表所示：
| 性能 | ASTM A240和 ASME SA-240要求的最低機(jī)械性能 | ||
| Alloy 316 (S31600) | Alloy 316L (S31603) | Alloy 317L (S31703) | |
| 屈服強(qiáng)度 0.2% 抵消 psi (MPa) | 30,000 (205) | 25,000 (170) | 30,000 (205) |
| 極限抗張強(qiáng)度 psi (MPa) | 75,000 (515) | 70,000 (485) | 75,000 (515) |
| 延伸率百分比（2英寸或51mm） | 40.0 | 40.0 | 40.0 |
| 硬度，最大，（布氏硬度） (RB) | 217 (95) | 217 (95) | 217 (95) |
冷作的作用
奧氏體合金在室溫或者微升溫環(huán)境下冷變形，可增加強(qiáng)度，但是同時也降低了延伸率。316，316L，317L的平軋產(chǎn)品通常是退火狀態(tài)下的。
成分分析（請看腳注）
| 合金 | C | Mn | Cr | Ni | Mo |
| 316 | 0.051 | 1.65 | 17.33 | 13.79 | 2.02 |
| 316L | 0.015 | 1.84 | 16.17 | 10.16 | 2.11 |
| 317L | 0.025 | 1.72 | 18.48 | 12.75 | 3.15 |
升溫情況下拉伸性能
短暫升溫時，316，316L，317L的抗拉性能如下表所示
成分分析（請看腳注）
| 合金 | C | Mn | Cr | Ni | Mo |
| 316 | 0.080 | 1.5 | 17.78 | 12.5 | 2.46 |
| 316L | 0.015 | 1.84 | 16.17 | 10.16 | 2.11 |
| 317L | 0.025 | 1.72 | 18.48 | 12.75 | 3.15 |
316（樣本抗拉測試程序）
| 測試溫度 | 屈服強(qiáng)度 0.2% 抵消 | 極限抗張強(qiáng)度 | |||
| °F | °C | psi | MPa | psi | MPa |
| 68 | 20 | 42,000 | 292 | 82,000 | 568 |
| 200 | 93 | -- | -- | 75,600 | 521 |
| 400 | 204 | -- | -- | 71,400 | 492 |
| 600 | 316 | -- | -- | 71,150 | 491 |
| 800 | 427 | 26,500 | 183 | 71,450 | 493 |
| 1000 | 538 | 23,400 | 161 | 68,400 | 472 |
| 1200 | 649 | 22,600 | 156 | 50,650 | 349 |
| 1400 | 760 | -- | -- | 30,700 | 212 |
| 1600 | 871 | -- | -- | 18,000 | 124 |
| 測試溫度 | 延伸 | 面積縮小百分比 | |
| °F | °C | ||
| 68 | 20 | 68.0 | 81.0 |
| 200 | 93 | 54.0 | 80.0 |
| 400 | 204 | 51.0 | 78.0 |
| 600 | 316 | 48.0 | 71.0 |
| 800 | 427 | 47.0 | 71.0 |
| 1000 | 538 | 55.0 | 70.0 |
| 1200 | 649 | 24.0 | 32.0 |
| 1400 | 760 | 26.0 | 35.0 |
| 1600 | 871 | 47.0 | 40.0 |
應(yīng)力破壞和蠕變特性
溫度在1000°F (538°C)以上，奧氏體不銹鋼應(yīng)注意蠕變和應(yīng)力破壞，蠕變強(qiáng)度和應(yīng)力破壞強(qiáng)度在不同研究者的報告中有不同的數(shù)值。
沖擊阻力
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特性，因此被廣泛應(yīng)用于低溫環(huán)境下作業(yè)。夏氏V形沖擊試驗的數(shù)據(jù)如下表所示：
| 溫度 | 能量吸收 | ||
| °F | °C | Ft-lb | J |
| 75 | 23 | 65 - 100 | 88 - 134 |
疲勞強(qiáng)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(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：腐蝕情況，應(yīng)力形式，表面平滑度等。因此，無法給出疲勞極限的確切數(shù)值。
熱處理
退火
退火狀態(tài)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(chǎn)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(nèi)完成，然后根據(jù)材料的厚度，決定進(jìn)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(yīng)少于3分鐘。
316，317L不能通過熱處理硬化。
鍛造
| 初始 | 2100 - 2200°F (1150 - 1205°C) |
| 結(jié)束 | 1700 - 1750°F (927 - 955°C) |
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(shè)備和加工碳鋼的設(shè)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(dá)到成形。然而，奧氏體不銹鋼本身強(qiáng)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(rèn)為是最容易焊接的不銹鋼，可以用所有的融合物焊接，也可以進(jìn)行電阻焊接。焊接點(diǎn)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(qū)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，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(huán)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(chǎn)生碳化物沉淀（敏化作用），這可能導(dǎo)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(huán)境下，由于鉬的微偏析，可能導(dǎo)致耐腐蝕性下降。要克服這種副作用，應(yīng)該提高焊料的鉬含量。317L在某些苛刻的應(yīng)用中，焊堆的鉬含量要達(dá)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(qū)域應(yīng)該避免銅和鋅的污染，因此這兩種成分會形成低熔點(diǎn)的化合物，導(dǎo)致焊接裂紋。
