با ارزان‌ترین گرید استیل آشنا شوید؛ 3Cr12

فولاد ضد زنگ 3Cr12 یا استیل 1.4003 را می‌توان از گریدهای ارزان و کاربردی استنلس استیل دانست که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آلیاژ شباهت بسیار زیادی به استنلس استیل 409 و 410 دارد و به نوعی نسخه توسعه یافته این آلیاژ‌هاست. در ادامه این مطلب از استیل رخ این آلیاژ را معرفی کرده و آن را به طور خلاصه با استیل 409 و 410 مقایسه می‌کنیم.

ارزان‌ترین گرید استیل

استیل 3CR12 را می‌توان یکی از ارزان‌ترین گریدهای استنلس استیل دانست. این آلیاژ با محتوای حداقلی کروم و نیکل، با مقاومت به خوردگی مناسب توانسته است برای کاربردهای زیادی به عنوان گزینه‌ای مقرون به صرفه مورد استفاده قرار گیرد. فولاد ضد زنگ 3Cr12 در ترکیب خود دارای حدود 12% وزنی کروم است. این مقدار سبب شده است تا این آلیاژ در برابر خوردگی در محیط‌های ملایم مقاومت خوبی از خود نشان دهد. عناصر آلیاژی دیگر به مقادیر اندکی در ترکیب شیمیایی این آلیاژ وجود دارند. ترکیب شیمیایی این آلیاژ مطابق جدول زیر در استاندارد EN 10088-3 ذکر شده است.

گرید	کربن (C)	کروم (Cr)	منگنز (Mn)	سیلیسیم (Si)	نیکل (Ni)	مولیبدن (Mo)	تیتانیوم (Ti)
استیل 3CR12	حداکثر  0.03	10.5-12.5	حداکثر 1.5	حداکثر 1	0.3-1	–	–
استیل 409	حداکثر 0.08	10.5-11.75	حداکثر 1	حداکثر 1	حداکثر 0.5	–	حداکثر 0.75
استیل 410	حداکثر 0.15	11.5-13.5	حداکثر 1	حداکثر 1	حداکثر 0.75	–	–

 

همانطور که در جدول مشخص است، فولاد ضد زنگ 3Cr12 تفاوت‌های بسیار کمی در ترکیب شیمیایی با استیل 409 و 410 دارد. همین عامل نیز سبب شده‌است تا این گرید برای برخی از کاربری‌ها به عنوان جایگیزینی برای استیل 409 در نظر گرفته شود.

خواص مکانیکی

با توجه به شباهت فولاد ضد زنگ 3Cr12 با دو گرید ذکر شده، انتظار می‌رود که این آلیاژ نیز خواصی مشابه استیل 409 داشته باشد. در جداولی که در ادامه آورده شده است، خواص مربوط با این دو آلیاژ مورد بررسی قرار گرفته است.

گرید	استحکام کششی (MPa)	استحکام تسلیم (MPa)	ازدیاد طول (%)	سختی
				HRB	HB
فولاد ضد زنگ 3Cr12	450	280	18	88	180
استیل 409	380	180	20	95	207

خواص فیزیکی

خواص فیزیکی این آلیاژ نیز به صورت زیر در استاندارد ارائه شده‌است:

آلیاژ	چگالی (kg/m3)	مدول الاستیک (GPa)	ضریب انبساط حرارتی			ضریب انتقال حرارت	گرمای ویژه (J/kg.K)	مقاومت الکتریکی (nΩ.m)
			°C 20-500 (µm/m/°C)	°C 20-300 (µm/m/°C)	°C 20-100 (µm/m/°C)	در دمای °C 100 (µm/m/°C)
استیل 3Cr12	7700	220	11.9	11.2	10.4	25	430	600

 

استانداردهای استنلس استیل 3Cr12

اسامی ارائه شده در جدول زیر آلیاژهایی هستند که از نظر ترکیب شیمیایی و خواص، بیشترین شباهت را به این آلیاژ دارند. باید توجه داشت که مقادیر ارائه شده برای استیل 3Cr12، تطابق کامل با آلیاژهای معرفی شده در سایر استانداردها را ندارند.

گرید فولاد	شماره UNS	استاندارد بریتانیایی		استاندارد اروپایی (Euronorm)		استاندارد سوئدی (Swedish SS)	استاندارد ژاپنی (JIS)
		BS	EN	شماره	نام
3Cr12	S14003	–	–	1.4003	X2CrNi12	–	–

 

جایگزین‌های استنلس استیل 3Cr12

با توجه به ویژگی‌های مورد نیاز در صنایع مختلف، می‌توان فولاد ضد زنگ 3Cr12  را با برخی دیگر از گریدهای استیل جایگزین کرد. این جایگزینی نیازمند آن است که ابتدا شرایط کاری مد نظر قرار گرفته‌ شود و سپس با توجه به خواص هر آلیاژ، متریال مناسب انتخاب شود.

گرید فولاد	دلیل جایگزینی با استیل 3Cr12
3Cr12Ti	مقاومت بیشتر در برابر حساس شدگی و خوردگی مرزدانه‌ای.
استیل 409	خواص مکانیکی و خوردگی مشابه به استیل 3Cr12 دارد اما شکل‌پذیری آن بهتر است.
استیل 304	مقاومت بالاتر در برابر خوردگی و قابلیت تولید با فرآیندهای مختلف.
فولاد گالوانیزه	قیمت کمتری دارد اما مقاومت به خوردگی و قابلیت‌های تولید آن کمتر است.
فولاد هوازده	قیمت کمتری دارد اما مقاومت به خوردگی و قابلیت‌های تولید آن کمتر است.

 

خواص فولاد ضد زنگ 3Cr12

در این بخش به بررسی ویژگی‌های کلیدی استیل  3Cr12 می‌پردازیم.

مقاومت در برابر خوردگی

فولاد ضد زنگ 3Cr12 در بسیاری از کاربردهایی که فولاد کربنی، فولاد گالوانیزه و فولاد آلومینایز شده یا آلومینیوم عملکرد رضایت‌بخشی ندارند، عملکرد بهتری را ارائه می‌دهد. این آلیاژ در برابر مواد قلیایی قوی مقاوم است و در شرایط نسبتا اسیدی نیز اغلب مقاومت مناسبی از خود نشان می‌دهد. با این حال، در بسیاری از محیط‌ها امکان تشکیل اکسید سطحی وجود دارد که باعث می‌شود این آلیاژ برای کاربردهای تزئینی مناسب نباشد.

ورق فولادی ضد زنگ 3Cr12 مقاومت بالایی در برابر ترک‌ خوردگی تنشی (Stress corrosion cracking) در محیط‌های کلریدی دارد، اما مقاومت آن در برابر خوردگی حفره‌ای (pitting) و خوردگی شیاری (crevice corrosion) در محیط‌های حاوی کلرید، کمتر از گرید 304 است. این گرید در برابر آب‌هایی با غلظت کلرید تا حدود 100 تا 200 میلی‌گرم در لیتر در دمای محیط مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد. وجود یون‌های سولفات یا نیترات می‌تواند از خوردگی کلریدها بکاهد. با توجه به این‌که این گرید پایدارسازی نشده است، در برخی شرایط ممکن است مستعد خوردگی بین‌دانه‌ای (intergranular corrosion) باشد.

مقاومت در برابر حرارت و اکسیداسیون

فولاد ضد زنگ 3Cr12 در برابر پوسته شدن (scaling) تا دمای 620  درجه سانتی‌گراد به‌صورت مداوم و 730 درجه سانتی‌گراد به‌صورت متناوب مقاومت نشان می‌دهد. با این حال، در صورتی که قطعه تحت تنش باشد، مقاومت در برابر دما به حداکثر 450 درجه سانتی‌گراد برای استفاده مداوم و 600  درجه سانتی‌گراد برای استفاده متناوب محدود شود. این آلیاژ پس از قرارگیری طولانی‌مدت در بازه دمایی 450 تا 550 درجه سانتی‌گراد دچار تردی قابل‌توجهی نمی‌شود

عملیات حرارتی

ورق استیل 3Cr12 قابل سخت‌کاری با عملیات حرارتی نیست و کوئنچ کردن آن (Quenching) ممکن است مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی آن را کاهش دهد.

آنیل: جهت آنیل کردن فولاد ضد زنگ 3Cr12 باید آن را تا دمای 700 تا 750 درجه سانتی‌گراد حرارت داد و به ازای هر 25  میلی‌متر ضخامت، به مدت 1.5 ساعت در این دما نگه داشت. پس از آن قطعات باید در هوا خنک شوند.دما نباید از 750 درجه سانتی‌گراد بیشتر شود.

پس از عملیات بازپخت، معمولا فرایند اسیدشویی (Pickling) و پسیو کردن (Passivating) توصیه می‌شود. این گرید قابل سخت‌کاری با عملیات حرارتی نیست و عملیات سرد کردن سریع (Quenching) ممکن است مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی آن را کاهش دهد.

جوشکاری

فولاد ضد زنگ 3Cr12 به ‌راحتی و با روش‌هایی مشابه گریدهای آستنیتی قابل جوشکاری است. فرایندهایی با حرارت ورودی پایین به‌ویژه جوشکاری تیگ و میگ، GTAW (TIG) و GMAW (MIG) برای جوشکاری این آلیاژ ترجیح داده می‌شوند. سیم جوش پیشنهادی بر اساس استاندارد AS 1554.6 گرید 309 است، اما گریدهای 309L، 309Mo، 316L  و 308L  نیز با موفقیت استفاده شده‌اند. گاز محافظ ترکیبی از آرگون با 1 تا 2 درصد اکسیژن توصیه می‌شود.تغییر رنگ ناحیه جوش باید از طریق اسیدشویی (Pickling) حذف شود، مگر در کاربردهای مقاوم به سایش که ممکن است استثنا باشند.

قابلیت ماشینکاری

ماشین‌کاری مشابه گرید 430 است. نرخ کارسختی (Work Hardening) آن نیز کمتر از گریدهای آستنیتی است، بنابراین معمولا نیازی به تکنیک‌های خاص ماشین‌کاری وجود ندارد.

کاربردهای فولاد ضد زنگ 3Cr12

این آلیاژ به‌دلیل ترکیب مناسب از خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی و صرفه‌جویی اقتصادی، در طیف گسترده‌ای از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله مهم‌ترین کاربردهای این گرید می‌توان به تجهیزات معدن و فرآوری مواد معدنی، سیستم‌های حمل‌ونقل صنعتی، تجهیزات مورد استفاده در صنایع قند و شکر و همچنین قطعات کوره‌ها و اجاق‌های صنعتی اشاره کرد.

سخن آخر

فولاد ضد زنگ 3Cr12 با خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی خوب و قیمت مناسب، گزینه‌ای اقتصادی و کارآمد برای طیف وسیعی از صنایع است. با توجه به قابلیت‌های برجسته‌ای که در برابر خوردگی، حرارت و ماشین‌کاری دارد، این گرید در برخی از کاربردهای صنعتی مانند معدن، فرآوری شکر، تجهیزات کوره و اجاق‌های صنعتی و دیگر زمینه‌های مشابه به‌خوبی عمل می‌کند. انتخاب صحیح این آلیاژ می‌تواند عمر مفید تجهیزات را افزایش داده و عملکرد بهینه را در شرایط مختلف کاری تضمین کند.