معرفی انواع استنلس استیل سری 300

انتخاب مواد برای برای طراحان، اگر قرار باشد یک سیستم فرآیند محاسباتی دقیق را طی کنند به ندرت یک کار ساده است، مگر اینکه از تجربیات موفق قبلی استفاده کرده و دقیقاً نتایج موفق را تکرار کنند. اغلب مهندسان طراح با یک چک لیست یا راهنمای طراحی کار می‌کنند تا به آنها کمک کند گزینه‌های انتخاب را محدود کنند و گروه‌هایی از مواد را که به دلایل مختلف مناسب نیستند حذف کنند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری 300 حاوی 7 تا 35% نیکل، از آن گروه موادی هستند که همیشه در چک‌لیست‌ها امتیاز مثبت زیادی داشته و از گزینه‌های منتخب برای بسیاری کاربرد‌ها هستند.

استنلس استیل سری 300 در بسیاری از استانداردهای کاربرد فولاد زنگ نزن برای مخازن تحت فشار، مخازن، لوازم و تجهیزات غذایی و دارویی، استفاده سازه‌ای و غیره پیشنهاد شده است. فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری 300 گروهی از آلیاژهای فولادی کروم نیکل بر پایه آهن هستند که برای مقاومت در برابر خوردگی طراحی شده‌اند. این ویژگی در ترکیب با شکل‌پذیری عالی، مقاومت در برابر سایش و استحکام در دما، آنها را به آلیاژهایی رایج در سیستم‌های لوله‌کشی (تفاوت‌های بین لوله‌کشی تاسیسات ساختمانی و لوله‌کشی صنعتی)، سازه‌ای و بسیاری کاربردهای فنی تبدیل کرده است.

استنلس استیل سری 300 پُرکاربردترین و رایج‌ترین گروه از آلیاژهای استنلس استیل هستند. تفاوت بین آلیاژها جزئی اما هدفمند است. در حالی که می‌توان برخی آلیاژها را به جای یکدیگر در بسیاری از پروژه‌ها مورد استفاده قرار داد، اما گاهی اوقات یک آلیاژ به عنوان انتخاب ایده‌آل وجود دارد. پس جایگزینی آلیاژ در چنین شرایطی می‌تواند به معنای به خطر افتادن عمر مفید و یا خصوصیات دیگر در محصول نهایی باشد. در ادامه این مطلب می‌خواهیم به خصوصیات و ویژگی‌های استنلس استیل سری 300 بپردازیم، پس برای آشنایی بیشتر با این گروه از آلیاژها با ما همراه باشید.

کاربردهای گسترده استنلس استیل سری 300

انواع و دسته بندی فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری 300

دامنه گریدها و آلیاژهای استیل آستنیتی سری 300 بسیار گسترده است که ناشی از تنوع و گستردگی کاربرد آن در صنایع مختلف است. در ادامه به برخی از رایج ترین گرید ها و بارزترین مشخصه آن اشاره می کنیم :

گرید 304: بدون شک شناخته شده ترین و پر کاربرد ترین گرید سری 300 می باشد که با درصد بالای کروم و نیکل مقاومت بالایی در برابر خوردگی داراست .

گرید 301:  این گرید مشابه 304 است اما با هدف ارتقای قابلیت آن برای سرد کاری میزان نیکل و کروم آن را کاهش داده اند. گرید 301 استحکام کششی و شکل پذیری عالی در مقایسه با گرید 304 داراست.

گرید 316: در این گرید علاوه بر گوگرد و فسفر که قابلیت ماشین کاری را افزایش می دهد، عنصر مولیبدن نیز افزوده می شود که عنصری نایاب و ارزشمند است و موجب افزایش چشم گیر مقاومت آلیاژ در باربر خوردگی می شود. در کاربردهای صنعتی که مقاطع در معرض محیط های خورنده اسیدی و کلریدی هستند کاربرد فراوان دارد.

گرید 321 : این آلیاژ به علت دارا بودن عنصر تیتانیوم از بروز رسوب کاربیدی یا خوردگی بین دانه ای در دمای جوشکاری (427 الی 816 درجه سانتیگراد) جلوگیری می کند. گرید 321 که در بازار به استیل ضد سایش معروف است مقاومت خوبی در حرارت بالا دارد.

گرید 309: در این گرید که در بازار به استیل نسوز معروف است با افزودن میزان نیکل و کروم مقاومت در برابر حرارت بمراتب تقویت شده که از آن آلیاژی ایده آل برای ساخت دیواره کوره ها می سازد.

گرید 310: در این گرید میزان کروم و نیکل در مقایسه با 309 بالاتر است تا میزان مقاومت به حرارت بیشتر شود.

 

ترکیب شیمیایی استیل سری 300

قبل از بررسی خصوصیات و ویژگی‌های استنلس استیل سری 300 خوب است نگاهی به ترکیب عناصر آلیاژی این سری از فولادهای ضد زنگ داشته باشیم. جدول زیر ترکیب شیمیایی رایج ترین فولادهای زنگ نزن سری 300 مورد استفاده در صنایع را نشان می‌دهد. ارقام و درصدهای عناصر نشان دهنده حداکثر درصد مجاز تحت الزامات ASTM 240 است.

	304	304L	316	316L	321
کروم (Cr)	18% – 20%	18% – 20%	16% – 18%	16% – 18%	17% – 19%
نیکل (Ni)	8% – 10.5%	8% – 12%	10% – 14%	10% – 14%	9% – 12%
مولیبدن (Mo)			2% – 3%	2% – 3%
کربن (C)	0.08%	0.03%	0.08%	0.03%	0.08%
منگنز (Mn)	2%	2%	2%	2%	2%
فسفر (P)	0.05%	0.05%	0.05%	0.05%	0.05%
گوگرد (S)	0.03%	0.03%	0.03%	0.03%	0.03%
سیلیکون (Si)	0.75%	0.75%	0.75%	0.75%	0.75%
تیتانیوم (Ti)					5 x (C + N) min – .70%
نیتروژن (N)	0.10%	0.10%	0.10%	0.10%	0.10%
آهن (Fe)	عنصر پایه	عنصر پایه	عنصر پایه	عنصر پایه	عنصر پایه

درمیان عناصر مختلف در آلیاژهای استنلس استیل شاید بتوان گفت که اصلی‌ترین نقش به عهده عنصر کروم است. کروم موجود در آلیاژهای استیل که حداقل 10.5% است با اکسیژن موجود در هوا ترکیب شده و لایه‌ای غیرفعال از اکسید کروم بر سطح استیل می‌سازد. وجود این لایه نامرئی و تجدید پذیر باعث مقاومت فولاد ضد زنگ در برابر خوردگی و زنگ زدگی می‌شود. علاوه بر کروم، عنصر کلیدی در استیل سری 300 نیکل است.

وقتی صحبت از مقاومت در برابر خوردگی است، استنلس استیل 304 آلیاژ معیار و پایه در نظر گرفته می‌شود. همانطور که می‌بینید عناصر آلیاژی مختلفی به گریدهای 321 و 316 برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی اضافه شده است. در مورد آلیاژهای 304L و 316L کربن گاهش پیدا کرده و “L”در نام آنها مخفف “کم کربن” است (تفاوت‌های کربن استیل با استنلس استیل). آلیاژهای با کربن پایین‌تر نسبت به همتایان استاندارد خود کمتر مستعد بارش کاربید در منطقه متاثر از حرارت (HAZ) هستند. کروم و کربن می توانند تحت حرارت جوشکاری ترکیب شوند تا کاربیدهای کروم در مرز دانه‌ها ایجاد کنند. این واکنش باعث کاهش لایه کروم می‌شود که به فولاد ضد زنگ خواص مقاومت در برابر انواع خوردگی می‌دهد و در نهایت ناحیه HAZ را به هدف حمله شیمیایی و خوردگی تبدیل می‌کند. یکی از راه‌های مبارزه با بارش کاربید، کاهش میزان کربن در آلیاژ است.

ناحیه تحت تاثیر حرارت (HAZ) در جوش‌کاری استنلس استیل

روش موثر دیگر افزودن تیتانیوم به استیل است، همانطور که در مورد 321 تعریف شده است. در استیل گرید 321، به جای جذب کروم، کربن به تیتانیوم جذب می‌شود. این فرایند کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که لایه اکسید کروم غیرفعال دست نخورده باقی می‌ماند. با هر دو گرید 316L و 321، فرآیندهای تمیز کردن پس از جوش می‌تواند خوردگی ناشی از بارش کاربید باقیمانده را از بین ببرد.

مقاومت در برابر خوردگی در آلیاژهای استیل سری 300

از آنجایی که مقاومت در برابر خوردگی یکی از دلایل اصلی انتخاب استنلس استیل یا فولاد ضدزنگ است، خانواده استیل سری 300 همواره به عنوان بهترین گزینه مطرح می‌شوند. آلیاژهای مختلفی از استنلس استیل سری 300 برای کاربردهای عمومی و خاص وجود دارند، از آلیاژ 18-8 یا همان 304 تا آلیاژهایی که با برخی از آلیاژهای نیکل رقابت می‌کنند. در این میان استیل گرید 304 رایج‌ترین و محبوب‌ترین انتخاب است. اگرچه گریدهای 321 و استنلس استیل 316 مقاومت در برابر خوردگی بهتری دارند، ولی به دلیل قیمت بالاتر برای کاربردهای خاص پیشنهاد می‌شوند.

مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای

عنصر مولیبدن برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای به ویژه در حضور کلریدها به گریدهای 316 اضافه می‌شود. برای کمک به انتخاب یک آلیاژ مناسب، معادله‌ای بر اساس ترکیب شیمیایی عناصر موجود در آلیاژ تعریف شده است. PREN یا عدد معادل مقاومت حفره‌ای، روشی نظری برای مقایسه مقاومت خوردگی حفره‌ای در بین آلیاژهای مختلف است. طبق این تعریف مقدار PREN برای آلیاژهای 304, 304L, 309, 310, 321 بین 18 تا 20، برای آلیاژهای 316 و 316L بین 22و6 تا 27.9 و برای آلیاژهای 317 و 317L بین 27.9 تا 33.2 است.

بیشتر بخوانید:

• فولادهای ضدزنگ گرید L وH
• تفاوت استنلس استیل 304 و 316

مقاومت به خوردگی مطلوب در استیل سری 300

قابلیت بازیافت

در حالی که همه فولادهای ضد زنگ قابل بازیافت هستند، استنلس استیل سری 300 از سایر آلیاژهای استیل بیشتر مورد توجه برای بازیافت است. زیرا ارزش ذاتی آنها در پایان عمر بالاتر است. به علت کاربرد وسیع استیل سری 300 و بخصوص محبوبیت استیل 304، این گرید‌ها کاربردی‌تر بوده و طبیعتاً موجودی بیشتری برای بازیافت در اختیار قرار می‌دهند. برخی آمارها به تولید سری 300 با بیش از 60% مواد اولیه بازیافتی اشاره دارند.

بیشتر بخوانید: آیا استینلس استیل قابل بازیافت است؟

استحکام استیل سری 300 در دمای محیط

آلیاژهای استنلس استیل سری 300 دارای استحکام متوسط تا خوبی هستند، بنابراین در صورت امکان گریدهای با تاییدیه دوگانه مثل 304/304L و 316/316L را انتخاب کنید. این آلیاژهای با تاییدیه دوگانه اغلب حاوی مقدار کمی نیتروژن هستند، با این حال گریدهای نیتروژن دار (مانند 304N ) کمی استحکانم بیشتری دارند. در صورت نیاز به استحکام بالا، آلیاژ سری 300 با کمی کار سرد شده یا آلیاژ داپلکس را در نظر بگیرید. اگر در فرایند مورد نظرتان جوشکاری در کار نیست و به مقاومت خوردگی نسبتاً کمی نیاز است، یک آلیاژ استیل سری 300 کارسرد یا فولاد ضد زنگ مارتنزیتی یا رسوب سخت را در نظر بگیرید.

خواص در دماهای پایین (برودتی)

آلیاژهای استنلس استیل آستنیتی تا دماهای بسیار پایین سخت می‌مانند (یعنی شکننده نمی شوند). حفظ ویژگی‌های فنی آلیاژهای استیل تا دماهای بسیار پایین، از خصوصیات بارز آن‌ها است. حتی برخی از آلیاژهای استیل سری 300 تا نزدیک به صفر مطلق خواص مکانیکی خود را حفظ می‌کنند. تمام خانواده‌های دیگر استیل، دمای تبدیل از شکل پذیر به شکننده بسیار بالاتری دارند.

قابلیت جوشکاری در آلیاژهای استیل سری 300

از میان تمام خانواده‌های فولادهای زنگ نزن، استیل سری 300 رایج‌ترین و راحت‌ترین برای انواع جوش‌‌کاری هستند و خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی خود را حفظ می‌کنند. در بخشی که در مورد ترکیب عناصر آلیاژی صحبت شد به تاثیر این عناصر بر خصوصیات جوش‌کاری استیل اشاره کردیم.

قابلیت تامین و قیمت

استیل سری 300 به طور کلی در اکثر اشکال و مقاطع، با اندازه ها و ضخامت‌های مختلف قابل تامین است. همانطور که گفتیم این گروه از استیل رایج‌ترین و کاربردی‌ترین آلیاژهای موجود در بازار هستند و به همین علت از سایر آلیاژها بیشتر در دسترس هستند. آلیاژهای مختلف سری 300 را به شکل کویل ورق و شیت و همچنین در مقاطع توخالی مثل لوله استیل و پروفیل استیل و مقاطع توپُر مثل میلگرد استیل، نبشی، ناودانی، چهار پهلو و شش‌پر می‌توانید تامین کنید.

با توجه به کاربردهای زیادی که آلیاژهای استیل سری 300 دارند تولید آن‌ها و بخصوص استیل 304 در مقیاس بسیار بالایی انجام می‌شود. همین تولید انبوه باعث، کاهش نسبی قیمت این آلیاژها می‌شود. از طرف دیگر میزان بالای بازیافت در این رده از آلیاژها باعث شده قیمت تمام شده آنها اقتصادی‌تر و مقرون به‌صرفه شوند.

بیشتر بخوانید: استیل سری 300 در مقابل داپلکس: کدام را انتخاب کنیم؟

فولاد ضد زنگ سری 300 با انواع اشکال قابل تامین است

سخن آخر

در حالی که سایر خانواده‌های فولادهای زنگ نزن کاربردهای خود را دارند، استنلس استیل سری 300 با عنصر کلیدی نیکل به عنوان عنصر اصلی، همچنان محبوب ترین و سازگارترین گردوه از آلیاژهای استیل هستند. همانطور که در بالا ذکر شد، در بسیاری از کاربردها جایگزینی آلیاژها تاثیر مهمی بر عملکرد محصول خواهد داشت. زمانی که با شرایط محیطی و عملیاتی خاص مواجه هستیم و انتظار داریم سیستم بدون شکست و مشکل در دوره زمانی طولانی به کار خود ادامه دهد، انتخاب صحیح مواد از مهمترین نکات در طراحی است.

تأثیرات دما، فشار و تنش‌های وارده به سیستم را می‌توان ترکیب کرد و منجر به خوردگی زودتر و شدیدتر از آنچه پیش‌بینی شده بود، در صورتی که معمولاً شرایط محیطی تنها عامل در محاسبات خوردگی منظور می‌شود. فولادهای زنگ نزن سری 300 از آنجمله آلیاژهایی هستند که مجموعه چشم‌گیری از ویژگی‌های بارز فنی را در کنار هم دارند. همین خصوصت است که باعث رواج مصرف انها در صنایع مختلف شده است.

مجموعه استیل رخ با سال‌ها تجربه و فعالیت در حوزه تخصصی استنلس استیل در بازار ایران آمادگی دارد برای تامین انواع مقاطع استیل سری 300 و سایر محصولات این گروه از فولادهای ضدزنگ مثل ورق استیل و میلگرد استیل در خدمت شما باشد. این مجموعه همچنین آماده ارائه انواع خدمات تکمیلی در زمینه استیل است. در صورت نیاز به کسب اطلاعات بیشتر کافی است از وب‌سایت استیل رخ بازدید نمایید و با با کارشناسان ما تماس بگیرید تا شما عزیزان را یاری کنند.