316不銹鋼
合金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(diǎn)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(diǎn)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。
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(shuō)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(lái)說(shuō)，不腐蝕18-8不銹鋼的媒介，都不會(huì )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(lèi)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(gè)等級對高濃度溶液都有良好的耐腐蝕性。當然，使用期間的測試是必不可少的，因為作業(yè)條件和酸性污染物可能?chē)乐赜绊懜g速率。濃縮含硫氣體時(shí)，這兩種等級比其他類(lèi)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(huán)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，表現出優(yōu)越的耐腐蝕性。它們也被廣泛應用于處理熱有機酸和脂肪酸。食物，醫藥產(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(lái)說(shuō)，在相同的環(huán)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(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(guò)PREN（點(diǎn)蝕當量）來(lái)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31%，PREN=29.7，說(shuō)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(zhuān)門(mén)用于咸水環(huán)境的。316，317L只適用某些海洋環(huán)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(shí)5%鹽霧測試中，都沒(méi)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(lèi)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(shí)候，如焊接時(shí)， 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(guò)11.1mm時(shí)，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(shí)，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，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(shí)間處理，不會(huì )影響金屬正常的耐腐蝕性能。L等級的大型鋼材經(jīng)過(guò)退火后，無(wú)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(chǎn)生粒間腐蝕的應用中，這兩種合金更是具有額外的優(yōu)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(cháng)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(lái)說(shuō)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(lèi)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 |
應力腐蝕龜裂
在鹵化環(huán)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(chǎn)生應力腐蝕龜裂的條件包括：（1）鹵化物的存在（一般來(lái)說(shuō)是氯化物）；（2）殘余張應力；（3）溫度超過(guò)120°F (49°C)。
焊接過(guò)程中，冷變形或熱循環(huán)可以產(chǎn)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(méi)有特殊優(yōu)勢，但是在應力消除狀態(tài)下作業(yè)時(shí)，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(shí) | 斷裂 21-45 小時(shí) | 斷裂 72 小時(shí) |
| 33%氯化鋰，沸騰 | 斷裂 48-569 小時(shí) | 斷裂 21-333 小時(shí) | 斷裂 22-72 小時(shí) |
| 26% 氯化鈉，沸騰 | 斷裂 530-940 小時(shí) | 無(wú)斷裂 1002 小時(shí) | 斷裂 小時(shí) |
| 40% 氯化鈣，沸騰 | 斷裂 144-1000 小時(shí) | -- | -- |
| 暴露在海邊環(huán)境，周?chē)鷾囟?/span> | 無(wú)斷裂 | 無(wú)斷裂 | 無(wú)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1600 至1650°F (871 至 899°C)，銹皮產(chǎn)生率也比較低。一般來(lái)說(shuō)，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(wú)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(huì )出現。當從800 至 1500°F (427 至 816°C),慢慢冷卻，會(huì )產(chǎn)生碳化物沉淀，這時(shí)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)
線(xiàn)性熱膨脹系數
溫度范圍 | 系數 | ||
| °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
溫度范圍 | Btu?in/hr?ft2?°F | W/m?K | |
| °F | °C | ||
| 68 - 212 | 20 - 100 | 100.8 | 14.6 |
金屬的總傳導系數除了由金屬的熱傳導性決定以外，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，和其他熱傳導系數高的金屬相比，18-8合金的熱傳導性能往往更好。
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(shí)數據 (20°C) | |
| Microhm-in. | Microhm-cm. | |
| 316 | 29.1 | 74.0 |
| 317 | 31.1 | 79.0 |
磁導率
奧氏體不銹鋼在退火狀態(tài)和完全奧氏體狀態(tài)下是無(wú)磁性的。316，317L在退火狀態(tài)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(lái)說(shuō)，都比退火材料的磁導率高。
機械性能
室溫下的機械性能
已退火的316，316L，317L奧氏體不銹鋼板，ASTM標準A240, ASME標準SA-240，要求的最低機械性能如下表所示：
| 性能 | ASTM A240和 ASME SA-240要求的最低機械性能 | ||
| Alloy 316 (S31600) | Alloy 316L (S31603) | Alloy 317L (S31703) | |
| 屈服強度 0.2% 抵消 psi (MPa) | 30,000 (205) | 25,000 (170) | 30,000 (205) |
| 極限抗張強度 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，可增加強度，但是同時(shí)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(shí)，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 | 屈服強度 0.2% 抵消 | 極限抗張強度 | |||
| °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 |
應力破壞和蠕變特性
溫度在1000°F (538°C)以上，奧氏體不銹鋼應注意蠕變和應力破壞，蠕變強度和應力破壞強度在不同研究者的報告中有不同的數值。
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，因此被廣泛應用于低溫環(huán)境下作業(yè)。夏氏V形沖擊試驗的數據如下表所示：
| 溫度 | 能量吸收 | ||
| °F | °C | Ft-lb | J |
| 75 | 23 | 65 - 100 | 88 - 134 |
疲勞強度
金屬材料在無(wú)限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力稱(chēng)為疲勞強度或疲勞極限。奧氏體不銹鋼的疲勞強度一般來(lái)說(shuō)是抗拉強度的35%。在實(shí)際作業(yè)中，疲勞強度也會(huì )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(wú)法給出疲勞極限的確切數值。
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)溫度范圍內完成，然后根據材料的厚度，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(lái)，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(shí)間應少于3分鐘。
316，317L不能通過(guò)熱處理硬化。
鍛造
| 初始 | 2100 - 2200°F (1150 - 1205°C) |
| 結束 | 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(guò)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(gè)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，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(huì )形成低熔點(diǎn)的化合物，導致焊接裂紋。
