不銹鋼304高溫?zé)嵛锢硇阅軈R編 compilationhtemperaturethermophysicalpropertiesteresstel304
不銹鋼304高溫?zé)嵛锢硇阅軈R編
compilationhtemperaturethermophysicalpropertiesteresstel304
摘要:304不銹鋼應(yīng)用廣泛,準(zhǔn)確理解其各種熱物理性能參數(shù)非常重要。這些參數(shù)數(shù)據(jù)是高溫設(shè)計(jì)和熱模擬的重要輸入?yún)?shù)。本文總結(jié)了304不銹鋼高溫?zé)嵛锢硇阅埽釋?dǎo)率、熱容量、熱擴(kuò)散率、密度、總半球發(fā)射率、總法向發(fā)射率)的文獻(xiàn)報(bào)告數(shù)據(jù),便于熱物性測(cè)試儀器的比較試驗(yàn)和評(píng)價(jià),有利于提高高溫設(shè)計(jì)和熱模擬中參數(shù)輸入的準(zhǔn)確性。
1. 簡(jiǎn)介
不銹鋼304是一種通用不銹鋼,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)綜合性能好(耐腐蝕、成型)的設(shè)備和部件。典型的304不銹鋼材料成分如表1-1所示。
1-1304不銹鋼成分表1-1304
由于304不銹鋼應(yīng)用廣泛,準(zhǔn)確理解其各種熱物理性能參數(shù)非常重要。這些參數(shù)數(shù)據(jù)是高溫設(shè)計(jì)和熱模擬的重要輸入?yún)?shù)。本文將總結(jié)國(guó)際304不銹鋼高溫?zé)嵛锢硇阅埽釋?dǎo)率、熱容量、熱擴(kuò)散率、密度總半球發(fā)射率和法向半球發(fā)射率)的文獻(xiàn)報(bào)告數(shù)據(jù),便于熱物質(zhì)測(cè)試儀器的比較測(cè)試和評(píng)估,有利于提高高溫設(shè)計(jì)和熱模擬中參數(shù)輸入的準(zhǔn)確性。
需要注意的是,這里匯編的304不銹鋼高溫?zé)嵛锢硇阅軘?shù)據(jù)小于熔點(diǎn)溫度,即室溫~1200℃范圍內(nèi)304不銹鋼的熱物理性能數(shù)據(jù)。
2. 熱導(dǎo)率、比熱容量、熱擴(kuò)散率和密度數(shù)據(jù)
來(lái)自英國(guó)國(guó)家物理量實(shí)驗(yàn)室的熱導(dǎo)率、比熱容量、熱擴(kuò)散率和密度數(shù)據(jù)(NPL)出版的圖書(shū)[1],其中熱導(dǎo)率是三個(gè)獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的乘積:熱容、熱擴(kuò)散率和密度。比熱容采用差熱掃描量熱儀(DSC)熱擴(kuò)散率采用激光閃光法測(cè)定儀測(cè)試,密度采用頂桿法熱膨脹儀測(cè)試線膨脹率轉(zhuǎn)換為體膨脹率后得到。如圖2-1~圖2-4所示,熱導(dǎo)率、比熱容、熱擴(kuò)散率和密度隨溫度而變化。
圖2-1304不銹鋼熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系
圖2-2304不銹鋼熱擴(kuò)散率與溫度的關(guān)系
圖2-3304不銹鋼比熱容與溫度的關(guān)系
圖2-4304不銹鋼密度與溫度的關(guān)系
這里需要注意的是,密度隨溫度變化的結(jié)果是通過(guò)熱膨脹系數(shù)測(cè)試獲得的,認(rèn)為304不銹鋼是同性的,在溫度變化過(guò)程中質(zhì)量不會(huì)發(fā)生變化。因此,通過(guò)測(cè)試304不銹鋼的線膨脹率來(lái)獲得體膨脹率和樣品的體積變化,最終用恒定質(zhì)量除以不同溫度下的體積來(lái)獲得密度隨溫度變化的結(jié)果。
如表2-1所示,匯總熱導(dǎo)率、比熱容、熱擴(kuò)散率和密度數(shù)據(jù)。
表2-1304不銹鋼熱導(dǎo)率、比熱容量、熱擴(kuò)散率和密度數(shù)據(jù)匯總表
3. 總發(fā)射率和總半球發(fā)射率的數(shù)據(jù)
發(fā)射率也是材料的重要熱物理性能參數(shù)之一,代表了材料表面的熱輻射能力,是研究熱輻射測(cè)量、輻射傳熱和熱效率分析的最重要的基本物理性能數(shù)據(jù)。
對(duì)于304不銹鋼,很少有文獻(xiàn)報(bào)道總半球向發(fā)射率數(shù)據(jù),其中大部分是法向光譜發(fā)射率和一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的法向發(fā)射率。這些數(shù)據(jù)在熱仿真和傳熱計(jì)算中不是很有用。本文首先選擇了英國(guó)國(guó)家物理量實(shí)驗(yàn)室(NPL)出版圖書(shū)[1]中報(bào)道的總法向發(fā)射率。
TPRL測(cè)試總半球向發(fā)射率采用穩(wěn)態(tài)量熱法,樣品直接通電加熱至高溫。總半球在五種表面狀態(tài)下的發(fā)射率如表3-1所示,測(cè)試結(jié)果如圖3-1所示。
表3-1作為304不銹鋼在不同溫度和表面處理狀態(tài)下的總發(fā)射率測(cè)試數(shù)據(jù)
圖3-1不同熱處理后,304不銹鋼在不同溫度下的總發(fā)射率
從表3-1所示的數(shù)據(jù)可以看出,304不銹鋼的整體發(fā)射率較小,即使在高溫氧化熱處理后,其高溫發(fā)射率也不超過(guò)0.8。
此外,本文還包含了304不銹鋼拋光后的總半球發(fā)射率測(cè)試數(shù)據(jù)[2],并將總半球發(fā)射率與總發(fā)射率進(jìn)行了比較。比較數(shù)據(jù)如表3-2所示,比較曲線如圖3-2所示。
304不銹鋼總半球發(fā)射率和總法向發(fā)射率測(cè)試數(shù)據(jù)3-2拋光后
圖3-2總半球發(fā)射率與總發(fā)射率比較
從以上兩種測(cè)試方法的結(jié)果可以看出,感應(yīng)加熱試驗(yàn)的總半球發(fā)射率高于總發(fā)射率的15%~20%左右,而電子槍單面加熱試驗(yàn)的總半球發(fā)射率在500℃后開(kāi)始增加。簡(jiǎn)而言之,通過(guò)光譜測(cè)量獲得的總發(fā)射率通常小于總半球,304不銹鋼在不同表面狀態(tài)和更高溫度下的總發(fā)射率也需要使用特殊的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。
4. 參考文獻(xiàn)
[1]MillsKC.Recommendedvaluesofthermophysicalpropertiesforselectedcommercialalloys[M].WoodheadPublishing,2002.
[2]RogerCR,YenSH,RamanathanKG.TemperaturevariationtotalhemisphericalemisivityofstalestelestelAISI304[J].JOSA,1979,69(10):1384-1390.
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