不锈钢304高温热物理性能汇编 compilationhtemperaturethermophysicalpropertiesteresstel304
不锈钢304高温热物理性能汇编
compilationhtemperaturethermophysicalpropertiesteresstel304
摘要：304不锈钢应用广泛，准确理解其各种热物理性能参数非常重要。这些参数数据是高温设计和热模拟的重要输入参数。本文总结了304不锈钢高温热物理性能（热导率、热容量、热扩散率、密度、总半球发射率、总法向发射率）的文献报告数据，便于热物性测试仪器的比较试验和评价，有利于提高高温设计和热模拟中参数输入的准确性。
1. 简介
不锈钢304是一种通用不锈钢，广泛应用于生产综合性能好（耐腐蚀、成型）的设备和部件。典型的304不锈钢材料成分如表1-1所示。
1-1304不锈钢成分表1-1304
由于304不锈钢应用广泛，准确理解其各种热物理性能参数非常重要。这些参数数据是高温设计和热模拟的重要输入参数。本文将总结国际304不锈钢高温热物理性能（热导率、热容量、热扩散率、密度总半球发射率和法向半球发射率）的文献报告数据，便于热物质测试仪器的比较测试和评估，有利于提高高温设计和热模拟中参数输入的准确性。
需要注意的是，这里汇编的304不锈钢高温热物理性能数据小于熔点温度，即室温~1200℃范围内304不锈钢的热物理性能数据。
2. 热导率、比热容量、热扩散率和密度数据
来自英国国家物理量实验室的热导率、比热容量、热扩散率和密度数据（NPL）出版的图书[1]，其中热导率是三个独立测试结果的乘积：热容、热扩散率和密度。比热容采用差热扫描量热仪（DSC）热扩散率采用激光闪光法测定仪测试，密度采用顶杆法热膨胀仪测试线膨胀率转换为体膨胀率后得到。如图2-1~图2-4所示，热导率、比热容、热扩散率和密度随温度而变化。
图2-1304不锈钢热导率与温度的关系
图2-2304不锈钢热扩散率与温度的关系
图2-3304不锈钢比热容与温度的关系
图2-4304不锈钢密度与温度的关系
这里需要注意的是，密度随温度变化的结果是通过热膨胀系数测试获得的，认为304不锈钢是同性的，在温度变化过程中质量不会发生变化。因此，通过测试304不锈钢的线膨胀率来获得体膨胀率和样品的体积变化，最终用恒定质量除以不同温度下的体积来获得密度随温度变化的结果。
如表2-1所示，汇总热导率、比热容、热扩散率和密度数据。
表2-1304不锈钢热导率、比热容量、热扩散率和密度数据汇总表
3. 总发射率和总半球发射率的数据
发射率也是材料的重要热物理性能参数之一，代表了材料表面的热辐射能力，是研究热辐射测量、辐射传热和热效率分析的最重要的基本物理性能数据。
对于304不锈钢，很少有文献报道总半球向发射率数据，其中大部分是法向光谱发射率和一定波长范围内的法向发射率。这些数据在热仿真和传热计算中不是很有用。本文首先选择了英国国家物理量实验室（NPL）出版图书[1]中报道的总法向发射率。
TPRL测试总半球向发射率采用稳态量热法，样品直接通电加热至高温。总半球在五种表面状态下的发射率如表3-1所示，测试结果如图3-1所示。
表3-1作为304不锈钢在不同温度和表面处理状态下的总发射率测试数据
图3-1不同热处理后，304不锈钢在不同温度下的总发射率
从表3-1所示的数据可以看出，304不锈钢的整体发射率较小，即使在高温氧化热处理后，其高温发射率也不超过0.8。
此外，本文还包含了304不锈钢抛光后的总半球发射率测试数据[2]，并将总半球发射率与总发射率进行了比较。比较数据如表3-2所示，比较曲线如图3-2所示。
304不锈钢总半球发射率和总法向发射率测试数据3-2抛光后
图3-2总半球发射率与总发射率比较
从以上两种测试方法的结果可以看出，感应加热试验的总半球发射率高于总发射率的15%~20%左右，而电子枪单面加热试验的总半球发射率在500℃后开始增加。简而言之，通过光谱测量获得的总发射率通常小于总半球，304不锈钢在不同表面状态和更高温度下的总发射率也需要使用特殊的测试设备进行测试。
4. 参考文献
[1]MillsKC.Recommendedvaluesofthermophysicalpropertiesforselectedcommercialalloys[M].WoodheadPublishing,2002.
[2]RogerCR,YenSH,RamanathanKG.TemperaturevariationtotalhemisphericalemisivityofstalestelestelAISI304[J].JOSA,1979,69(10):1384-1390.
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