抗氧化与热强钢号：310S、20Х23Н18
抗氧化性与热强性是不同的要求，不能混为一谈。
热强不锈钢的成分按工作制度选取：抗氧化钢在受热时抵抗空气中的氧化和氧化皮，热强钢则在高温区保持强度、不在载荷下蠕变。高温场合的经典选择是奥氏体钢号 310S 及其俄罗斯对应钢号 20Х23Н18：高铬抗住氧化皮，高镍保持奥氏体组织。下面介绍成分、与 304 和 321 的区别、温度参考范围以及应用领域。
什么是抗氧化性
受热时任何钢都会氧化。表面长出氧化层，随时间推移会剥落，金属随之减薄。抗氧化性就是抵抗这种氧化、并保持致密且结合牢固的氧化膜的能力。
氧化膜由铬形成。成分中铬越多，钢仍能抗住氧化皮的温度就越高。镍起第二位的作用：它维持奥氏体组织，而奥氏体在高温状态下比铁素体更具塑性、更稳定。
热强性是另一种性能。这里重要的不是氧化造成的损失，而是金属受热承载时的表现：抗蠕变能力、持久强度、零件形状的保持。炉中的燃烧器、马弗罐或紧固件同时处于两种工况——空气使其氧化，自重或外力使其受力。
| 要求 | 含义 | 由谁负责 |
|---|---|---|
| 抗氧化性 | 抵抗氧化和氧化皮 | 铬及其氧化膜 |
| 热强性 | 受热时的强度和抗蠕变 | 镍、组织、钛 |
| 抗晶间腐蚀 | 受热后焊缝的耐蚀性 | 钛或低碳 |
因此普通 304 不适合高温区：其中的铬和镍足以应对日常温度，但对炉内工况而言太少。
310S 与 20Х23Н18：热强不锈钢的成分
310S 是高合金化的奥氏体钢号。俄罗斯对应钢号为 20Х23Н18，钢号本身就表明了成分：0.20% 碳、23% 铬、18% 镍。310S 的铬、镍含量与之接近——分别约为 25% 和 20%。
| 钢号 | 铬 | 镍 | 类别 | 作用 |
|---|---|---|---|---|
| 304 / 08Х18Н10 | 约 18% | 8–10% | 奥氏体 | 基础耐蚀性，不适用于炉窑 |
| 321 / 12Х18Н10Т | 约 18% | 9–11% | 奥氏体 + 钛 | 钛抗焊缝腐蚀，适用于中等受热 |
| 310S / 20Х23Н18 | 23–25% | 18–20% | 奥氏体 | 高温区的抗氧化皮能力 |
在这里，铬负责抗氧化皮，镍负责在受热时保持奥氏体。由于镍含量高，该钢号比 304 和 321 贵，因此只用在需要高温寿命的地方。
钛是这一类中第三种重要元素。在 321 和 12Х18Н10Т 中，钛固定碳，防止受热时碳化物沿晶界析出。这可以保护焊缝免受晶间腐蚀。在 310S 中，起这一作用的是高镍与碳的配合。
在磁性上，310S 的表现与奥氏体钢号一样：退火后磁性很弱，变形和焊接后个别区域的磁性增强。磁铁无法把它与 304 区分开。
工作温度
确切的上限不是由钢号名称决定，而是由介质、载荷和工作时间的组合决定。一般规律是：温度越高、持续时间越长，所需的铬和镍就越多。
- 304 和 316 适用于中等受热。在炉内高温区它们会氧化并失去强度。
- 321 和 12Х18Н10Т 能承受更高的温度，适用于零件反复受热的焊接结构。
- 310S 和 20Х23Н18 适用于炉内温度——约 1000 °C 及以上。它们用于最热的部件，那里其他钢号已经抗不住氧化皮。
- 循环次数比绝对值更重要：频繁的加热和冷却比在同一温度下持续工作更快破坏氧化层。
- 介质会改变情况：在燃烧产物、含硫介质和真空中，金属的表现与在洁净空气中工作不同。
因此针对具体炉子，钢号要按工况选取，而不是按某一个温度数字。如果零件是关键件，则按使用寿命和蠕变进行计算，而不是凭金属的外观。
应用场合
抗氧化和热强钢号用于金属长期处于高温区的地方。
- 炉用设备：马弗罐、蒸馏罐、炉底板、辊子、导轨。
- 燃烧器与炉膛部件、热工设备构件。
- 高温区紧固件与工装：吊挂件、支柱、销钉、热处理料筐。
- 换热器和热气体管道，这些地方抗氧化皮性能很重要。
- 排气系统以及在循环受热下工作的构件。
- 水泥、玻璃和冶金工业中的部件，那里其他钢号会被烧损。
下单时需要考虑的事项：
- 介质。 燃烧产物、硫和灰分会加速氧化，因此铬的余量要留得更大。
- 焊接。 高温部件几乎都是焊接件。焊接结构要看含钛或低碳的钢号，焊后不要忘记清理。
- 载荷。 如果零件在高温下承重，只有抗氧化性还不够——要计算热强性。
- 规格。 炉用工装多用板材和圆钢，烟道则用管材。品种规格见不锈钢金属轧材目录。
常见问题
抗氧化性与热强性有何区别
抗氧化性是受热时抵抗氧化和氧化皮的能力，由铬提供。热强性是在高温状态下保持强度、不在载荷下蠕变的能力，由镍和组织负责。
310S 与 20Х23Н18 有何区别
两者是近似的对应钢号：俄罗斯钢号 20Х23Н18 表示 0.20% 碳、23% 铬、18% 镍。310S 是同一思路的高铬奥氏体，采用美国表示方法。批次的确切成分请查看证书。
12Х18Н10Т 能工作到什么温度
12Х18Н10Т（321 的对应钢号）凭借钛能承受比 304 更高的温度，钛可保护焊缝免受晶间腐蚀。对于需要抗氧化皮能力的炉内工况，则选用 310S 和 20Х23Н18。
304 能用在炉子里吗
用于高温区——不行。304 会氧化并失去强度，循环受热时氧化皮还会剥落。炉内使用 321、310S 和 20Х23Н18，而 304 仍用于中等温度。
310S 有磁性吗
退火后磁性很弱，与其他奥氏体钢号一样。焊接和变形后，个别区域的磁性增强。用磁铁检验无法确定钢号——详见不锈钢磁性的分析。
热强不锈钢用什么焊接
用含钛或低碳、并与母材匹配的钢号，同时保护焊缝并在焊后清理。一般原则见不锈钢焊接一文。
排气系统为什么选 321
成分中的钛可保护焊缝在循环加热和冷却时免受腐蚀。这对于长期处于“加热—冷却”循环中的零件很重要。
为高温部件选钢号
目录中没有炉用工装，但有适用于高温和常规条件的基础钢号：板材、管材、圆钢、角钢。对于关键的高温部件，钢号按工况选取，并在委托单中锁定规格和交货周。