مقالات, مقالات استنلس استیل
تفاوت استیل 310، 314 و 1.4841
مهر
استنلس استیلها گروهی از آلیاژهای آهن-کروم-نیکل هستند که به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و اکسیداسیون در شرایط مختلف صنعتی بهکار گرفته میشوند. در میان این خانواده، استیل 310 و استیل 314 بهطور ویژه برای کاربردهای دمای بالا طراحی شدهاند و در صنایع فولاد، پتروشیمی، نیروگاهی و حتی تجهیزات حرارت مستقیم، اهمیت ویژهای دارند.
ترکیب شیمیایی استیل 310 و 314 و 1.4841
استیلهای 310 و 314 هر دو در گروه فولادهای زنگنزن آستنیتی مقاوم به حرارت قرار دارند. ترکیب شیمیایی آنها شباهت زیادی به یکدیگر دارد، ولی تغییر در درصد عناصر آلیاژی باعث تفاوت در عملکرد حرارتی و مقاومت به اکسیداسیون آنها میشود.
هر دو گرید 310 و 314 در کتاب کلید فولاد معادل با کد 1.4841 معرفی شدهاند. علت آن نیز تطابق و همپوشانی این آلیاژهاست که تنها در مقایری جزئی با یکدیگر تفاوت دارند. در جدول ترکیب شیمیایی به هر سه کد AISI310، AISI314 و 1.4841 اشاره شده است. خواص مکانیکی استیل 1.4841 با گریدهای 310 و 314 بسیار مشابه است چرا که مقادیر عناصر آلیاژی آنها با یکدگیر هم پوشانی دارد. لذا در ادامه تنها خواص دو گرید استیل 310 و 314 را بررسی میکنیم.
ترکیب شیمیایی استیل 310 و 314 ( % وزنی)
| % عنصر | استیل 310 | استیل 314 | استیل 1.4841 |
| کروم (Cr) | 24–26% | 23–26% | 24–26% |
| نیکل (Ni) | 19–22% | 19–22% | 19–22% |
| سیلیسیم (Si) | ≤1.5% | 2.0–3.0% | 2.0–2.5% |
| کربن (C) | 0.25% max | 0.25% max | 0.2% max |
| منگنز (Mn) | ≤2% | ≤2% | ≤2% |
| فسفر/گوگرد (P, S) | ≤0.045% | ≤0.045% | ≤0.045% |
نکات مهم:
- استیل 314 به دلیل داشتن سیلیسیم بالاتر، اکسیداسیون در دماهای بالا را بهتر تحمل میکند. این ویژگی میتواند کاربردهای آن را در دماهای بالا بسیار گستردهتر نماید.
- هر دو گرید طبق استاندارد ASTM A240 و DIN EN 10095 تعریف شدهاند.
- در استاندارد اروپایی، کد 1.4841 معادل هر دو آلیاژ است و در مستندات فنی پروژهها، معمولا به جای نام 310 یا 314 همین کد نوشته میشود.
کد 1.4841 و استانداردهای معادل
کد 1.4841 یک شناسهی استاندارد در سیستم نامگذاری اروپایی (EN/DIN) است که برای فولادهای مقاوم به حرارت آستنیتی تعریف شده است. این کد در واقع مرجع مشترکی برای گریدهای 310 و 314 محسوب میشود و در پروژههای اروپایی یا بینالمللی، بیشتر از نامهای تجاری مورد استفاده قرار میگیرد.
اگرچه در دیتاشیتهای تجاری تفاوتهای جزئی (بهخصوص در مقدار سیلیسیم) وجود دارد، اما در استاندارد EN این کد به عنوان مرجع واحد برای انتخاب فولاد مقاوم به حرارت تا 1050 درجه سانتیگراد شناخته میشود.
جدول معادلهای استاندارد فولاد زنگنزن 310 و 314
| سیستم استاندارد | استیل 310 | استیل 314 |
| EN / DIN (اروپا/آلمان) | X15CrNi25-20 (1.4841) | X15CrNiSi25-21 (1.4841) |
| AISI / ASTM (آمریکا) | 310 (UNS S31000) / 310S (UNS S31008, Low C) | 314 (UNS S31400) |
| JIS (ژاپن) | SUS 310S | SUS 314 |
| BS (انگلیس) | 310S24 | 314S16 |
| GOST (روسیه) | 20Ch23N18 | 20Ch25N20Si2 |
| ISO | X15CrNi25-20 | X15CrNiSi25-21 |
| AFNOR (فرانسه) | Z15CN25-20 | Z15CNS25-21 |
| UNE (اسپانیا) | X15CrNi25-20 | X15CrNiSi25-21 |
| Chinese GB / CNS | 0Cr25Ni20 | 0Cr25Ni20Si2 |
- در استاندارد AFNOR و UNE نامگذاری مشابه DIN/EN است ولی کدهای داخلی متفاوتاند.
- در عمل، بیشتر تولیدکنندگان به جای نام 314، از کد EN 1.4841 یا 1.4842 استفاده میکنند.
خواص مکانیکی و حرارتی استیل 310 و 314
افزایش یا کاهش دما تاثیر قابل توجهب بر خواص مکانیکی آلیاژهای گوناگون میگذارد. این دو گرید از استیل نیز در دمای محیط، استحکامی مشابه فولادهای زنگنزن آستنیتی دارند، اما در دماهای بالا عملکرد متفاوتی از خود نشان می دهند.
| ویژگی | استیل 310 | استیل 314 |
| استحکام کششی (MPa) | ~515 | ~515 |
| استحکام تسلیم (MPa) | ~205 | ~205 |
| ازدیاد طول ( %) | ≥ 40 | ≥ 40 |
| سختی (HB) | ≤ 217 | ≤ 223 |
| رسانایی حرارتی ( W/m·K, at 100°C) | ~14.2 | ~15 |
| ضریب انبساط حرارتی (µm/m·K, 20–100°C) | 15.9 | 16.0 |
| حداکثر دمای کاری | 1035°C | 1050°C |
| مقاومت به شوک حرارتی | متوسط | بالاتر به دلیل سیلیسیم |
در نتیجه در شرایطی که دمای عملیاتی بسیار بالا و احتمال تماس با عوامل اکسیدکننده وجود دارد، استیل 314 عملکرد بهتری از خود نشان میدهد.
مقاومت خوردگی استیل 310 و 314
- استیل 310: مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون و سولفیداسیون تا حدود 1100 درجه سانتیگراد دارد.
- استیل 314: بهدلیل درصد سیلیسیم بیشتر و تشکیل لایهی سیلیکا روی سطح، در محیطهای اکسید کننده شدید (مثل کورههای صنعتی یا مشعلهای مستقیم) مقاومتر است.
بررسی رفتار خزشی استیل 310 و 314
یکی از معیارهای مهم انتخاب فولادهای مقاوم به حرارت، مقاومت به خزش (Creep) در دماهای بالا است. خزش به معنای تغییر شکل دائمی ماده تحت بار ثابت در دماهای بالا است.
- استیل 310 مقاومت خزشی خوبی تا دمای 650–700 درجه سانتیگراد دارد.
- استیل 314 به دلیل ساختار پایدارتر و لایهی اکسید مقاومتر، توانایی تحمل بارهای طولانیمدت در دماهای بالاتر (تا 750–800 درجه سانتیگراد) را دارد.
به همین دلیل در خطوط انتقال گاز داغ یا در لولههای کوره که دائماً تحت بار مکانیکی و حرارتی قرار دارند، انتخاب استیل 314 میتواند عمر تجهیزات را تا ۳۰٪ بیشتر کند.
قابلیت جوشکاری و مشکلات متالورژیکی
هر دو گرید در دستهی فولادهای آستنیتی قرار میگیرند، بنابراین:
- جوشکاری با روشهای TIG، MIG و SMAW امکانپذیر است.
- نیاز به پیشگرم ندارند ولی کنترل دما برای جلوگیری از ترک اهمیت دارد..
- احتمال تشکیل کاربید کروم (Sensitization) در محدوده دمایی 450–850 درجه سانتیگراد وجود دارد. این مسئله میتواند منجر به کاهش مقاومت به خوردگی بیندانهای شود. برای کاهش این مشکل، در جوشکاریهای حساس استفاده از فیلرهای آستنیتی با نیکل بالا (مثل ERNiCr-3) توصیه میشود.
- از آنجایی که هر دو سختی بالایی دارند، ماشینکاری این دو گرید سختتر از گریدهای 304 و 316 است.
مقایسه با آلیاژهای جایگزین
آلیاژهای جایگزین 310 و 314 عبارتند از:
- استیل (253MA (1.4835: دارای نیتروژن و سیلیسیم بالاتر، مقاومت بهتر در برابر خزش و اکسیداسیون.
- آلیاژ Inconel 600: عملکرد عالی در دماهای خیلی بالا ولی بسیار گران.
- Duplex Stainless Steel: مناسب برای مقاومت مکانیکی بالا اما محدودیت دمایی در کارکرد.
با بررسی این موارد میتوان گفت، گریدهای 310 و 314 در محدودهی قیمت مناسب / عملکرد بالا بهترین انتخاب هستند.
کاربرد استیل 310 و 314 در صنعت
استیلهای ‘گرید 310 و 314 به دلیل مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا و پایداری ساختاری، جزو متداولترین انتخابها برای سیستمهای پایپینگ و تجهیزات حرارتی هستند. همانگونه که پیش از این گفته شد، تفاوت اصلی این دو آلیاژ در میزان سیلیسیم است؛ بهطوریکه 314 به دلیل داشتن Si بیشتر (2–3%)، مقاومت خوبی در برابر پوستهشدن در دماهای بیش از 1050 درجه سانتیگراد دارد.
به طور کلی کاربرد این دو گرید از استیل به شرح زیر است:
کاربرد استیل 310
- تجهیزات پتروشیمی و مبدلهای حرارتی
- قطعات کوره تا دمای 1035 درجه سانتیگراد
- تجهیزات تولید گاز سنتز
- خطوط لوله انتقال بخار
کاربرد استیل 314
- مشعلها و لولههای داخلی کورههای حرارت مستقیم
قطعات در معرض شعله مستقیم - صنایع شیشه و سرامیک (حمل مذاب)
- صنایع فولادسازی
تحلیل اقتصادی و چرخه عمر (LCC – Life Cycle Cost)
- هزینه اولیه: استیل 310 ارزانتر از 314 است.
- هزینه تعمیر و تعویض: در شرایط دمایی بالاتر از 1000 درجه، استفاده از استیل 314 باعث کاهش دفعات تعویض قطعات میشود.
چکلیست انتخاب بین استیل 310 و 314
برای انتخاب صحیح لوله استیل، میتوان از چک لیست زیر استفاده کرد تا انتخاب صحیحی داشت:
محیط کاری (اکسیدکننده یا کاهنده)
- محیط اکسیدکننده خالص : هر دو مناسباند.
- محیط حاوی سولفور، کربوریزه یا نیتریدی : بایستی بررسی دقیق انجام شود.
مقاومت به پوستهشدن (Scaling Resistance)
- اگر پوستهشدن در سیکلهای حرارتی مشکلساز است : استیل 314 به دلیل درصد سیلیسیم بالاتر پیشنهاد میشود. در کلید فولاد ذکر شده که در دمای بالاتر از 700 درجه مقاومت خزشی استیل 314 بهتر از استیل 310S است. این مورد به خاطر وجود سیلیس بیشتر در ساختار استیل 314 است. نقش دیگری که سیلیس دارد، کاهش جذب کربن در حضور گازهای هیدروکربنی است
قابلیت جوشکاری و شکلدهی
- هر دو قابلیت جوشپذیری دارند و فیلرهای نیکلی برای آنها بهترین گزینه است.
- 310S (نسخه کمکربن) برای جوشکاری انتخاب بهتری است.
هزینه و دسترسی در بازار
- 310 به دلیل مصرف بالاتر، معمولاً در بازار جهانی ارزانتر و در دسترستر است.
- 314 کمی گرانتر است و بیشتر در صنایع دمای خیلی بالا استفاده میشود.
استاندارد و کد مورد استفاده
- بررسی کنید که پروژه شما به کدام استاندارد (ASTM, EN, JIS) وابسته است.
- در صورت نیاز به هماهنگی با EN/DIN، به کد 1.4841 یا 1.4842 توجه کنید.
سخن آخر
استیل 310 و 314 که هردو معادل گرید اروپایی 1.4841 هستند، گریدهای کاربردی استیل در دماهای بالا به حساب میآیند. این دو آلیاژ در مواردی میتوانند جایگزین یکدیگر باشند. در این مطلب به تفاوت اصلی این دو آلیاژ، یعنی میزان سیلیسیم، اشاره شد و انتخاب بین این دو تنها با توجه به شرایط کاری صورت میگیرد.
