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310/310S (UNS S31000) / (UNS S31008)
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310/310S 合金( UNS S31000/S31008 ) 合金奧氏體不銹鋼主要用于高溫環(huán)境。其較 高的鉻含量及鎳含量保證了良好的抗腐蝕能力及抗氧化能力。與奧氏體304 合金相比， 它在室溫下強(qiáng)度要高一點(diǎn)。
一般屬性
309/309S和310/310S奧氏體不銹鋼經(jīng)常被應(yīng)用于高溫環(huán)境下的作業(yè)。其較高的鉻含量和鎳含量確保了良好的耐腐蝕性和抗氧化性，與奧氏體304 合金相比，它在室溫下強(qiáng)度要高一點(diǎn)。
應(yīng)用
高合金不銹鋼通常表現(xiàn)出良好高溫強(qiáng)度，抗蠕變性和抗環(huán)境腐蝕性。因此，它們被廣泛應(yīng)用于熱處理行業(yè)的熔爐零部件，如：傳送帶，滾筒，爐頭，耐火墊板，吊管架等。這些等級(jí)也應(yīng)用到化學(xué)加工行業(yè)，用于承載熱濃酸，氨水和二硫化物。在食物加工行業(yè)，這些等級(jí)用于與熱乙酸和檸檬酸接觸。
化學(xué)成分
除特別說明外，以下的化學(xué)成分是根據(jù)ASTM A167和ASTM A240標(biāo)準(zhǔn)。
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?
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309合金
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309S合金
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?
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(UNS S30900)
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(UNS S30908)
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C
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0.20
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0.08
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Mn
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2.00
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2.00
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P
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0.045
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0.045
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S
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0.030
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0.030
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Si
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0.75
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0.75
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Cr
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22.00 最小值/24.00 最大值
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22.00 最小值/24.00 最大值
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|
Ni
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12.00 最小值/15.00 最大值
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12.00 最小值/15.00 最大值
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|
Fe
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剩余部分
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剩余部分
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?
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?
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310合金
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310S合金
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?
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(UNS S31000)
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(UNS S31008)
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C
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0.25
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0.08
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Mn
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2.00
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2.00
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P
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0.045
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0.045
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S
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0.030
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0.030
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Si
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1.75
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1.50
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Cr
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24.00 最小值/26.00 最大值
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24.00 最小值/26.00 最大值
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Ni
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19.00 最小值/22.00 最大值
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19.00 最小值/22.00 最大值
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|
Fe
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剩余部分
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剩余部分
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表中的數(shù)值表示重量百分百，除特別說明范圍外，表中都是最大值
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物理性能
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?
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309合金
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密度
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lbm/in3
|
g/cm3
|
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??? 68°F (20°C)
|
0.29
|
8.03
|
|
熱膨脹系數(shù)
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(min/in)?°F
|
(mm/m)?°K
|
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???? 68 - 212°F
????(20 - 100°C)
|
8.7
|
15.6
|
|
????68 - 932°F
????(20 - 500°C)
|
9.8
|
17.6
|
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????68 - 1832°F
????(20 - 1000°C)
|
10.8
|
19.4
|
|
電阻率
|
mW?in
|
mW?cm
|
|
???? 68°F (20°C)
|
30.7
|
78.0
|
|
????1200°F (648°C)
|
45.1
|
114.8
|
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導(dǎo)熱性
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Btu/hr?ft?°F
|
W/m?K
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????68 - 212°F
????(20 - 100°C)
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9.0
|
15.6
|
|
???? 68 - 932°F
????(20 - 500°C)
|
10.8
|
18.7
|
|
比熱
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Btu/lbm?°F
|
J/kg?K
|
|
????32 - 212°F
????(0 - 100°C)
|
0.12
|
502
|
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導(dǎo)磁率(退火)1
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?
|
|
????200H
|
1.02
|
|
彈性系數(shù)(退火)2
|
psi
|
GPa
|
|
????受拉(E)
|
29 x 106
|
200
|
|
????扭曲 (G)
|
11.2 x 106
|
77
|
?
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?
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310合金
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密度
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lbm/in3
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g/cm3
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????68°F (20°C)
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0.29
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8.03
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熱膨脹系數(shù)
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(min/in)?°F
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(mm/m)?°K
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???? 68 - 212°F
????(20 - 100°C)
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8.8
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15.9
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???? 68 - 932°F
????(20 - 500°C)
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9.5
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17.1
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???? 68 - 1832°F
????(20 - 1000°C)
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10.5
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18.9
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電阻率
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mW?in
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mW?cm
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???? 68°F (20°C)
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30.7
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78.0
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????1200°F (648°C)
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--
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--
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導(dǎo)熱性
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Btu/hr?ft?°F
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W/m?K
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????68 - 212°F
????(20 - 100°C)
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8.0
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13.8
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????68 - 932°F
????(20 - 500°C)
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10.8
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18.7
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比熱
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Btu/lbm?°F
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J/kg?K
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????32 - 212°F
????(0 - 100°C)
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0.12
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502
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導(dǎo)磁率(退火)1
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?
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????200H
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1.02
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彈性系數(shù)(退火)2
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psi
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GPa
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???受拉 (E)
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29 x 106
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200
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????扭曲 (G)
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11.2 x 106
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77
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抗水溶液腐蝕
309/309S和310/310S主要用于高溫環(huán)境下，可以有效利用它們的抗氧化性。但是，這些合金因?yàn)楹t量和含鎳量高，對(duì)水溶液也具有一定的耐腐蝕性。
含鎳量高使這些合金對(duì)氯化物應(yīng)力龜裂腐蝕的抵抗力比18-8不銹鋼稍好，盡管如此，但是309/309S和310/310S奧氏體不銹鋼仍然容易受這種腐蝕的影響。
需要提高耐水溶液腐蝕的應(yīng)用中，往往會(huì)用到310/310S，如：濃硝酸溶液中的作業(yè)，這種溶液中可能發(fā)生晶界擇優(yōu)腐蝕。
高溫抗氧化性
在多數(shù)情況下，金屬合金都會(huì)與周圍環(huán)境發(fā)生一定程度的化學(xué)反應(yīng)。最常見的化學(xué)反應(yīng)就是氧化：金屬元素與氧氣結(jié)合，生成氧化物。不銹鋼通過鉻元素的局部氧化使其具有抗氧化性，在鉻元素局部氧化的過程中，可以形成一種非常穩(wěn)定的氧化物（Cr2O3 氧化鉻）。只要金屬的鉻含量充足，在金屬表面即可形成一層連續(xù)的氧化鉻綠，防止其他氧化物生成，并對(duì)金屬起到保護(hù)作用。氧化率是由帶點(diǎn)粒子的傳輸來控制的。當(dāng)表面的銹皮越厚，氧化率就會(huì)大幅度下降，因?yàn)閹c(diǎn)粒子傳輸?shù)穆窂皆竭h(yuǎn)。這個(gè)過程叫鈍化，也就是鈍化膜形成的過程。
奧氏體不銹鋼的抗氧化性可以通過鉻含量來推算。耐高溫的合金含鉻量至少20%（重量百分百）。用鎳成分代替鐵成分也通常可以提供合金在高溫下的性能。309/309S，310/310S是高合金材料，因此，具有相當(dāng)好的抗氧化性。
已氧化的金屬樣品，其重量會(huì)有所增加，因?yàn)橐欢康难鯕饨M合到產(chǎn)品的氧化膜。測(cè)量金屬抗氧化性的其中一種方法是：讓金屬在特定時(shí)間內(nèi)暴露在高溫環(huán)境下，然后測(cè)量其重量的變化。重量增加越多，表面氧化越嚴(yán)重。
氧化過程比簡(jiǎn)單的銹皮增厚要復(fù)雜得多。散裂，或者說表面皮分離，是不銹鋼氧化過程中最常見的問題。散裂通常表現(xiàn)為急速的重量損失。其他一些因素也會(huì)引起散裂，其中主要包括熱循環(huán)，機(jī)械損傷和氧化物過厚。
在氧化過程中，鉻以氧化鉻的形式存在于銹皮中。當(dāng)氧化皮剝落時(shí)，未氧化的金屬暴露出來，因?yàn)樾碌难趸t的形成，材料的氧化率暫時(shí)升高。銹皮散裂到達(dá)一定程度，鉻含量的損失可能引起金屬的耐熱性降低，從而導(dǎo)致鐵氧化物和鎳氧化物快速增加，這種情況稱為破裂氧化。
高溫氧化可能導(dǎo)致銹皮揮發(fā)。在耐熱不銹鋼表面形成的氧化鉻，最開始是Cr2O3 ，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，會(huì)進(jìn)一步氧化成具有高蒸汽壓力的CrO3 。氧化物此時(shí)分成兩部分：通過形成Cr2O3 使銹皮增厚，通過CrO3 的蒸發(fā)使銹皮變薄。最終的趨勢(shì)是在增厚和變薄之間達(dá)到最終的平衡，從而使銹皮處于恒定的厚度。銹皮揮發(fā)在溫度達(dá)到2000°F (1093°C)以上時(shí)，成為一個(gè)突出問題，在流動(dòng)氣體的作用下，會(huì)進(jìn)一步惡化。
加工特性
309/309S，310/310S不銹鋼因其耐高溫和抗氧化性能，被廣泛應(yīng)用于熱處理/加工行業(yè)。也因?yàn)檫@樣，這些合金常被加工成復(fù)雜結(jié)構(gòu)。碳鋼的加工性通常被認(rèn)為是金屬成型操作中的標(biāo)準(zhǔn)。奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出來的性能和碳鋼大不相同：奧氏體不銹鋼更難加工，變硬的速度非常快。盡管這并不會(huì)改變我們一般用的加工方法，如：切割，機(jī)械加工，成型等，但是這些特性卻影響這些加工方法的具體細(xì)節(jié)。
切割和機(jī)械加工普通軟鋼的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，稍作調(diào)整后也可用于加工奧氏體不銹鋼。但是奧氏體不銹鋼更難加工，變硬的速度非常快。加工過程中產(chǎn)生的碎片細(xì)且硬，并保留著相當(dāng)好的延展性。加工用的道具應(yīng)保持鋒利和堅(jiān)硬。對(duì)于硬化區(qū)域，一般采用深度和慢速切割。由于奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱性低和熱膨脹系數(shù)高，在切割和機(jī)械加工的過程中，必須考慮排熱和尺寸公差。
奧氏體不銹鋼可通過彎曲，拉伸成形，滾扎成形，錘打成形，擴(kuò)口加工/凸緣加工，旋轉(zhuǎn)，精抽，液壓成形等方法達(dá)到冷作成形。在加工過程中，奧氏體不銹鋼容易硬化，表現(xiàn)為加工過程中要不斷增大加工的力量。這就意味著需要用更強(qiáng)大的成形設(shè)備并且最終限制了成型度。
因?yàn)楦鞣N環(huán)境和金相的因數(shù)，用于309和310熱作的溫度范圍相對(duì)較窄。鍛造的初始溫度范圍是1800-2145°F (980-1120°C)，結(jié)束溫度不能低于1800°F (980°C)。在過高的溫度下加工，因?yàn)榄h(huán)境和金相的因素，尤其是鐵素體的生成，會(huì)導(dǎo)致合金的熱塑性下降。在過低的溫度下加工，形成脆片第二相，如：西格瑪相。鍛造后，鍛件需迅速冷卻到暗熱。
焊接
奧氏體等級(jí)被認(rèn)為是不銹鋼中最容易焊接的等級(jí)。它們可以通過所有常見的方法進(jìn)行焊接。309/309S，310/310S也是如此。如果需要填充焊料，一般要選成分匹配的。因?yàn)檫@個(gè)等級(jí)的合金含量提高，可以降低熔池的流動(dòng)性。如果熔池的流動(dòng)性仍然需要降低，可以采用含硅的焊料(如 ER309Si, ER309LSi)。
309/309S，310/310S的熱膨脹系數(shù)較高，導(dǎo)熱性較低，在固化的焊接金屬中會(huì)形成少量的鐵素體，可能導(dǎo)致熱裂紋。這個(gè)問題在防脫焊口，寬焊口可能更嚴(yán)重。低合金含量的焊料(如ER308)可以增加堆焊中的鐵素體從而降低熱裂紋的趨勢(shì)。基焊金屬的成分被稀釋后，可能降低該金屬焊口處的耐腐蝕性和耐熱性。
S等級(jí)的含碳量相對(duì)較低。焊接得當(dāng)?shù)脑挘惶赡馨l(fā)生熱影響區(qū)的粒間腐蝕。去除回火色和銹皮可恢復(fù)焊口附近的耐腐蝕性。采用不銹鋼刷研磨和刷洗，可以去除回火色和銹皮。酸洗也可去除銹皮。小件的材料可以放入槽中酸洗，大件的材料，可以采用特制的硝酸，氟化氫酸，鹽酸的混合物來局部清洗。酸洗以后，要用清水徹底洗掉酸洗的殘留物。
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