Własności stali 1.4404 w warunkach kriogenicznych

Mam pytanie odnośnie materiałów materiałów stosowanych na osłony termometryczne w warunkach kriogenicznych (minus 196 stopni C). Według jakiej normy muszą być zdefiniowane własności materiałowe stali 1.4404/316L, aby można jest stosować w wymienionych wyżej warunkach termicznych?

Dodatkowo musimy wykonać analizę drgań. Aby to zrobić musimy znać następujące znać następujące własności materiałowe w temperaturze minus 196 stopni C: gęstość, moduł sprężystości wzdłużnej, granica plastyczności, przewodność właściwa, ciepło właściwe. Gdzie można znaleźć wyżej wymienione własności dla stali 1.4404/316L?

Własności stali nierdzewnych w obniżonych temperaturach można szukać w normach opisujących produkty przeznaczone do pracy w takich warunkach, np. elementy złączne. W normie PN-EN 10269:2004/AC:2009 pt. Stale i stopy niklu na elementy złączne o określonych własnościach w podwyższonych i/lub niskich temperaturach można znaleźć dane dotyczące gatunku stali nierdzewnej 1.4404 w temperaturze -196°C. W przypadku temperatur kriogenicznych decydującą własnością stali jest udarność, która dla niektórych gatunków gwałtownie spada powodując, że staje się ona zbyt krucha. Nie dotyczy to jednak austenitycznych stali nierdzewnych, które wykazują bardzo niewielki spadek udarności wraz ze spadkiem temperatury eksploatacji. Dlatego w normach opisujących zastosowania dla niskich temperatur, dla danego gatunku stali głównie charakteryzuje się jedynie wymaganą minimalną wartość udarności. Dla stali 1.4404 w temperaturze -196°C wymaga się udarności nie niższej od 50J, co jest wartością wystarczającą, ponieważ ten gatunek wykazuję około 120-150J w tych warunkach. Tego typu informacje można także znaleźć w publikacjach prezentujących własności materiałów w temperaturach obniżonych, np. Mechanical and Physical Properties ot the Austenitic Chromium-Nickle stainless Steels at Subzero Temperatures, do pobrania ze strony Nickel Institute, z którego zaczerpnięto poniższe wykresy[1].

Na podstawie poniższych wykresów dla stali 1.4401/1.4404, można stwierdzić, że w temperaturze -19°C, gęstość stali wynosi (0,2898 lb/in3) 8,021g/cm3, granica plastyczności (80000psi) 551MPa, przewodność cieplna (3,6 btu/foot/hor/square foot/F) 6,22 (W/(m*K)), ciepło właściwe (0,77 BTU/lb/°F ) 3223,83 J/(kgxK), natomiast Moduł Younga wynosi ok. 180-190 GPa.

 

Rys. 1. Gęstość stali typu AISI 301, 316, 347.

Rys. 2. Własności mechaniczne stali nierdzewnej typu AISI 316 w obniżonej temperaturze a) w stanie wyżarzonym, b0 w stanie po obróbce plastycznej na zimno.

Rys. 3 Przewodność cieplna stali typu AISI 316, 347.

 

Rys. 4. Ciepło właściwe stali typu AISI 301, 316, 347.

 

Literatura

 

[1]. Mechanical and Physical Properties ot the Austenitic Chromium-Nickle stainless Steels at Subzero Temperatures, do pobrania ze strony Nickel Institute, The International Nickel Company INC, wyd. 3 marzec 1970.