1. خلاصه اجرایی
"فولاد زنگ نزن 18-8" نام رایج خانواده ای از فولادهای زنگ نزن آستنیتی است که تقریبا 18% کروم و 8% نیکل (بنابراین "18-8").
شناخته شده ترین عضو این است تایپ کنید 304 (ایالات متحده S30400 / در 1.4301). 18-8 آلیاژها موتورهای کار فناوری ضد زنگ هستند زیرا مقاومت در برابر خوردگی گسترده را ترکیب می کنند, شکل پذیری عالی, سختی, و ساخت ساده.
آنها نیستند, با این حال, بهترین انتخاب برای محیط های کلرید تهاجمی یا کاربردهای خزشی با دمای بالا - در این موارد آلیاژهایی با مولیبدن اضافه شده, ریزساختارهای تثبیت شده یا دوبلکس, یا آلیاژهای پایه نیکل ترجیح داده می شوند.
2. معنی "18-8" - تعریف و دامنه
"18-8" غیر رسمی است, توصیف کننده تاریخی که تعیین می کند فولادهای ضد زنگ با تقریبا 18 درصد وزنی کروم و 8 درصد وزنی نیکل- ترکیب کلاسیک ضد زنگ آستنیتی که در اوایل قرن بیستم معرفی شد.
به طور معمول به 300-سری آستنیتی خانواده: اصولا تایپ کنید 304 و انواع آن (304L, 304اچ), به علاوه نمرات تثبیت شده مرتبط (به عنوان مثال, 321, 347) که 18 تا 20 درصد کرون را به اشتراک می گذارند / 8– 10% پایه Ni، اما برای کنترل بارش کاربید تیتانیوم یا نیوبیم اضافه کنید.
نکات کلیدی:
- "18-8" یک خلاصه عملی است - نمره دقیق را مشخص کنید (به عنوان مثال, 304, 304L, 321) در تدارکات.
- ریزساختار آستنیتی توسط نیکل تثبیت می شود; کروم انفعال و مقاومت در برابر اکسیداسیون را فراهم می کند.
3. نمرات و استانداردهای معمولی
رایج تجاری استفاده می شود 18-8 انواع شامل:
- تایپ کنید 304 (ایالات متحده S30400 / در 1.4301) - استاندارد 18-8 ضد زنگ; هدف کلی.
- نوع 304L (S30403 / 1.4306) - نوع کم کربن (0.03 ٪ c) برای کاهش حساسیت در حین جوشکاری.
- نوع 304H (S30409 / 1.4307) - کربن بالاتر (≈0.04-0.10٪) برای افزایش استحکام در دماهای بالا.
- تایپ کنید 321 (S32100 / 1.4541) - تثبیت شده برای مقاومت بهتر در برابر خوردگی بین دانه ای پس از قرار گرفتن در معرض در محدوده 450-850 درجه سانتی گراد.
- تایپ کنید 347 (S34700 / 1.4550) - معادل Nb تثبیت شده به 321.
استانداردهایی که این درجات را پوشش می دهند عبارتند از ASTM A240 / A240M (بشقاب, ورق), ASTM A276 (میله ها), ASME/ASME II, و معادل های EN/ISO. همیشه استاندارد دقیق و شماره UNS/EN را در مشخصات ذکر کنید.
4. ترکیب شیمیایی 18-8 فولاد ضد زنگ
| عنصر | دامنه معمولی (معمولی 304 خانواده) | نقش اصلی |
| کروم (Cr) | ~ 17.5 - 19.5 درصد وزنی | تشکیل فیلم غیرفعال Cr2O3 - عامل اصلی مقاومت در برابر خوردگی |
| نیکل (در) | ~8.0 - 10.5 درصد وزنی | تثبیت کننده آستنیت; سختی را بهبود می بخشد, شکل پذیری و ساخت |
| کربن (سی) | ≤ 0.08 درصد وزنی (304); ≤0.03 درصد وزنی (304L) | استحکام را افزایش می دهد اما C بالا باعث بارش کاربید می شود (حساس شدن) |
| منگنز (منگنز) | ≤ 2.0 wt.% معمولی | به اکسید زدایی و تثبیت مقداری آستنیت کمک می کند |
سیلیکون (و) |
≤ ~1.0 درصد وزنی | اکسید کننده; اثر جزئی بر رفتار T بالا |
| فسفر (پ), گوگرد (اس) | کم (ردیابی) | برای حفظ چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی حداقل نگه داشته شده است |
| تیتانیوم (از) / نیوبیوم (NB) | اضافات در 321 / 347 | تثبیت کننده های کربن; C را ببندید تا از بارش کاربید کروم جلوگیری شود |
| مولیبدن (مو) | معمولا 0 در کلاسیک 18-8 (حاضر در 316) | مقاومت حفره ای را بهبود می بخشد - در حالت ساده وجود ندارد 18-8, بنابراین مقاومت حفره ای محدود است |
5. خواص مکانیکی 18-8 فولاد ضد زنگ
جدول زیر خواص مکانیکی نمونه را نشان می دهد 18-8 فولادهای زنگ نزن آستنیتی (به عنوان مثال, تایپ کنید 304 خانواده) در محلول آنیل شده / وضعیت آنیل شده.
| اموال | ارزش نمایندگی (آنیل شده 18-8 / تایپ کنید 304 خانواده) | نکات کاربردی & جلوه های کار سرد |
| 0.2% جبران قدرت تسلیم (RP0.2) | 205 پوند MPa (± 30 ksi) معمولی; محدوده ~ 190 - 260 MPa | آنیل شده 304 معمولاً 205 مگاپاسکال. کار سرد (نورد, طراحی) عملکرد را به تدریج افزایش می دهد (بیش از 400-800 MPa برای تغییر شکل سنگین). |
| استحکام کششی (RM, UTS) | ~515 - 720 MPa (معمولی ~ 520-620 مگاپاسکال) | UTS با کار سرد افزایش می یابد; موادی که به شدت سرد کار شده اند می توانند نزدیک شوند یا از آن فراتر رود 900 MPa در موارد شدید. |
| کشیدگی در زمان استراحت (الف, %) | ~40 - 60 % (بر روی نمونه تست استاندارد) | شکل پذیری بالا در شرایط آنیل شده. ازدیاد طول با افزایش کار سرد و سختی کاهش می یابد (ممکن است پایین بیاید 20% برای مواد به شدت کار شده). |
سختی (راکول / برینل) |
~70 - 95 HRB (تقریباً. ~ 120 - 220 HB) | HRB آنیل شده معمولی ~70-95. کار سرد سختی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد (ورق سخت شده می تواند از HRB فراتر رود 100 / HB 250+). |
| مدول الاستیسیته, اشمیه | ± 193 – 200 GPa | استفاده کنید ± 193 GPa برای محاسبات ساختاری/سختی; E اساساً نسبت به کار سرد در مقایسه با قدرت غیر حساس است. |
| مدول, جی | ± 75 – 80 GPa | استفاده کنید ~77 گیگا پاسکال برای محاسبات پیچشی. |
| نسبت پواسون, حرف | ± 0.28 – 0.30 | استفاده کنید 0.29 به عنوان یک ارزش طراحی مناسب. |
خستگی (S–N) - استقامت معمولی |
به شدت به پرداخت سطح بستگی دارد, به معنای استرس و نقص است; راهنمایی خشن: حد استقامت ≈ 0.3-0.5 × Rm برای صاف, نمونه های جلا داده شده | در اجزای واقعی عمر خستگی توسط جوش کنترل می شود, وضعیت سطح و تنش پسماند. از تست مولفه یا منحنی های S-N تامین کننده برای طراحی استفاده کنید. |
| تاثیر شارپی (CVN) | سختی- CVN معمولی دمای اتاق >> 20–30 j برای اکثر فرم های محصول آنیل شده | آستنیتی 18-8 در دماهای پایین چقرمگی را حفظ می کند; در صورت نیاز به سرویس بحرانی شکستگی یا دمای پایین، مقادیر CVN را مشخص کنید. |
6. فیزیکی & خواص حرارتی
- تراکم: ± 7.9 g·cm³.
- مدول الاستیسیته (اشمیه): ± 193200 گیگا پاسکال.
- هدایت حرارتی: برای یک فلز نسبتاً کم است, ± 14-16 W·m-1·K-1 در 100 درجه سانتی گراد (با دما سقوط می کند).
- ضریب انبساط حرارتی: ± 16-17×10-6 K-1 (20-100 درجه سانتیگراد) - بالاتر از فولاد کربنی, برای طراحی اتصالات حرارتی مهم است.
- محدوده ذوب: solidus 1375-1400 درجه سانتیگراد, مایع 1400-1450 درجه سانتی گراد (وابسته به ترکیب).
- رفتار مغناطیسی: اساسا غیر مغناطیسی در شرایط آنیل شده; کار سرد یا تشکیل مارتنزیت فرومغناطیس خفیفی ایجاد می کند.
محدودیت های سرویس دما: استفاده مداوم تا ~400-800 درجه سانتیگراد بسته به آلیاژ و محیط ممکن است; مراقب منطقه حساس باشید (~425-850 درجه سانتیگراد) و کربوریزاسیون/اکسیداسیون در دماهای بالا.
برای استحکام T بالا، 304H را در نظر بگیرید, 309, 310 یا سایر آلیاژهای با دمای بالا.
7. رفتار خوردگی - نقاط قوت و محدودیت ها
نقاط قوت
- مقاومت در برابر خوردگی عمومی خوب در اتمسفرهای اکسید کننده و بسیاری از مواد شیمیایی (اسیدها/بازها) در دمای محیط.
فیلم غیر فعال Cr2O3 کاربرد وسیعی در مواد غذایی می دهد, محیط های معماری و بسیاری از فرآیندها. - بهداشت و تمیزی خوب, به همین دلیل است 18-8 به طور گسترده در مواد غذایی استفاده می شود, نوشیدنی و تجهیزات پزشکی.
محدودیت ها
- خوردگی حفره ای و شکافی در کلریدها: بدون مو, 18-8 مستعد حمله موضعی در محیط های حاوی کلرید است (آب دریا, آب نمک) به خصوص در دماهای بالا یا در شکاف ها.
در صورت وجود کلرید, تایپ کنید 316 (با مو) یا آلیاژهای دوبلکس اغلب انتخاب می شوند. - ترک خوردگی تنشی (SCC): آستنیتی 18-8 فولادها تحت تنش کششی و دمای بالا به SCC القا شده با کلرید حساس هستند.; اجتناب از ترکیب تنش کششی + کلرید + دما.
- خوردگی بین دانه ای (حساس شدن): بعد از قرار گرفتن در دمای 425 تا 850 درجه سانتیگراد رخ می دهد مگر اینکه درجه سانتی گراد پایین باشد (304L) یا نمرات تثبیت شده (321/347) استفاده می شوند.
- خوردگی گالوانیک: هنگامی که به آلیاژهای نجیب تر جفت می شود, 18-8 می تواند به عنوان یک آند در الکترولیت های خاص عمل کند - طراحی برای جلوگیری از تماس فلزی غیر مشابه یا ایجاد عایق.
قانون انتخاب عملی: برای خدمات عمومی که در آن کلریدها یا شرایط احیای سنگین رخ می دهد, ارزیابی کنید 316 (مو), فوق آستنیتی, دوبلکس یا آلیاژهای نیکل.
8. ساخت: تشکیل, ماشینکاری, جوشکاری و اتصال
شکل گیری
- شکل گیری عالی در شرایط آنیل شده به دلیل شکل پذیری بالا. از ابزارهای مناسب برای محاسبه بازگشت فنری استفاده کنید (بالاتر از فولاد نرم) و رفتار سخت کار قوی.
- نقاشی عمیق & ریسندگی برای ظروف پخت و پز و ظروف با دیواره نازک رایج است.
ماشینکاری
- معروف "صمغی" در مقایسه با فولاد کربنی; فولادهای زنگ نزن آستنیتی در برش سخت می شوند, که سایش ابزار را افزایش می دهد. بهترین تمرین:
-
- از ابزار سفت و سخت استفاده کنید, ابزار کاربید چنگک مثبت.
- از سرعت های برش متوسط استفاده کنید, خوراک بالا برای خشن کردن, و خنک کننده فراوان برای جلوگیری از ایجاد لبه و گرما.
- از لبه های تیز و تراشه شکن استفاده کنید.
جوشکاری & پیوستن
- جوش پذیری عالی با روش های رایج (GTAW, GMAW, SMAW, FCAW). نکات کلیدی:
-
- از کربن کم استفاده کنید (304L) برای مجموعه های جوش داده شده که در آن حساسیت پس از جوش یک نگرانی است.
- از فلزات پرکننده مناسب استفاده کنید (به عنوان مثال, 308پرکننده ضد زنگ L/308 برای 304 فلز پایه) برای مطابقت با مواد شیمیایی و جلوگیری از ترک خوردن داغ.
- کنترل گرمای ورودی & دمای بین گذر; گرمای بیش از حد منطقه حساس را گسترش می دهد.
- آنیل محلول پس از جوش (1050-1100 درجه سانتیگراد) به دنبال خاموش کردن سریع می تواند مقاومت در برابر خوردگی را در صورت عملی بازیابی کند; اغلب برای سازه های مونتاژ شده امکان پذیر نیست.
به صورت جایگزین, برای اجتناب از نیاز به PWHT از درجه های C یا تثبیت شده استفاده کنید. - مراقب ترک خوردگی انجماد در برخی از پیکربندیهای جوش باشید - WPS واجد شرایط و روشهای پیشصلاحیتشده را دنبال کنید.
سایر پیوستن
- برز, لحیم کاری, اتصال چسب با شار و آماده سازی سطح مناسب استفاده می شود. اتصال چسب اغلب به فعال سازی سطح نیاز دارد (شعله, پلاسما, اچ شیمیایی).
9. عملیات حرارتی & پردازش حرارتی
- با کوئنچ سفت نمی شود & خوی (آستنیتی 18-8 مارتنزیت از طریق عملیات حرارتی مانند فولادهای کربنی تشکیل نمی شود).
- محلول آنیل: معمولی در 1010-1120 درجه سانتیگراد به دنبال خاموش کردن سریع (آب) برای حل کردن کاربیدها و بازیابی مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری. در صورت امکان پس از جوشکاری / کار سرد سنگین استفاده می شود.
- آنیل تسکین استرس: سود محدود; در صورت انجام, از دما در محدوده حساس شدن خودداری کنید، مگر اینکه پس از آنیل محلول انجام شود.
- پیری: قرار گرفتن در معرض طولانی مدت به 475 درجه سانتی گراد (475 شکنندگی درجه سانتیگراد) در برخی از آلیاژهای آهن-نیکل-کروم می تواند مواد را ترد کند - که برای آن معمول نیست 304, اما در مواجهه طولانی مدت محتاط باشید.
10. پایان سطحی, غیرفعال سازی و تمیز کردن
- پرداخت های مکانیکی: 2ب, BA, شماره 1, شماره 4 (برس خورده) و غیره. پایان را برای برنامه انتخاب کنید: جلا داده شده برای بهداشتی, مات برای معماری.
- ترشی & منفعل شدن: ترشی شیمیایی رنگ حرارتی و آهن جاسازی شده را از بین می برد; منفعل شدن (درمان با اسید نیتریک یا سیتریک) فیلم غیرفعال را بازیابی و تقویت می کند - بحرانی پس از جوشکاری یا ساخت.
غیرفعال کردن اسید سیتریک به دلایل ایمنی و محیطی به طور فزاینده ای ترجیح داده می شود. - الکترو پولیش: زبری سطح را کاهش می دهد و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشد (مفید در صنایع دارویی/غذایی).
- تمیز کردن: از پاک کننده های کلردار خودداری کنید; پاک کننده های قلیایی ملایم یا شوینده ها را ترجیح دهید و سپس با آب آشامیدنی شستشو دهید. برای مصارف بهداشتی حیاتی, تایید رژیم تمیز کردن.
11. کاربردهای معمولی 18-8 فولاد ضد زنگ
- تجهیزات خدمات و پردازش مواد غذایی: غرق می شود, نوار نقاله ها, مخازن - بهداشتی, به راحتی تمیز می شود.
- سطوح معماری و تزئینات: بادوام, پوشش های مقاوم در برابر خوردگی.
- کالاهای خانگی: کارد و چنگال, ظروف آشپزی, پانل های لوازم خانگی.
- تجهیزات فرآیند شیمیایی (خدمات ملایم): لوله کشی, دریچه هایی برای محیط های بدون کلرید.
- اتصال دهنده ها, چشمه ها (وقتی سرد کار می شود), ابداع: استفاده از سخت کاری برای عملکرد مکانیکی.
- تجهیزات پزشکی و ایمپلنت (نمرات را انتخاب کنید, تولید کنترل شده): به دلیل زیست سازگاری و استریل پذیری (اما نه همه 18-8 انواع در درجه پزشکی هستند).
12. مقایسه با آلیاژهای مرتبط
| اموال / جنبه | 18-8 فولاد ضد زنگ (تایپ کنید 304 خانواده) | تایپ کنید 316 (18-10 + مو) | تثبیت شد 18-8 (321 / 347) | دوبلکس 2205 |
| نکات برجسته ترکیب | ~ 18 ٪ Cr, ~ 8-10٪ در | ~ 17-18٪ کر, ~ 10-14٪ نیکل, 2-3 ٪ ماه | 18– 20% کر, ~ 8-10٪ در + از (321) یا NB (347) | ~ 22% کر, ~ 5-6٪ نیکل, ~ 3٪ مو, ن |
| خانواده آلیاژی | فولاد ضد زنگ آستنیتی | فولاد ضد زنگ آستنیتی | فولاد ضد زنگ آستنیتی (تثبیت شد) | فولاد ضد زنگ دوبلکس (آستنیت + فریت) |
| مقاومت حفره ای (نسبی) | متوسط | بهبود یافته در مقابل 304 (مو تقویت شده است) | شبیه به 304 | بالا (به طور قابل توجهی بهتر از 304/316) |
| مقاومت در برابر کلرید SCC | محدود در محیط های کلرید گرم | بهتر از 304, اما SCC هنوز امکان پذیر است | شبیه به 304 (تثبیت بر روی جوش تاثیر می گذارد, نه SCC) | عالی - مقاومت قوی در برابر کلرید SCC |
| معمولی 0.2% قدرت تسلیم (آنیل شده) | ~ 190-260 مگاپاسکال | ~ 185-260 مگاپاسکال | ~ 190-260 مگاپاسکال | ~400-500 مگاپاسکال |
استحکام کششی معمولی (آنیل شده) |
~ 515-720 مگاپاسکال | ~ 515-700 مگاپاسکال | ~ 515-700 مگاپاسکال | ~620-880 مگاپاسکال |
| شکل پذیری / کشیدگی | عالی (≈40-60٪) | عالی (شبیه 304) | عالی | متوسط - خوب (پایین تر از درجات آستنیتی) |
| چقرمگی در دمای پایین | عالی, چقرمگی را تا محدوده برودتی حفظ می کند | عالی | عالی | خوب, اما از فولادهای کاملا آستنیتی پایین تر است |
| پایداری در دمای بالا | متوسط; 304H برای دمای بالا ترجیح داده می شود | متوسط; 316H موجود است | مقاومت عالی در برابر حساسیت | برای خدمات خزش طولانی مدت محدود است |
| قابلیت جوشکاری | عالی; کم خطر با 304L | عالی; 316L معمولا استفاده می شود | برای مجموعه های جوش داده شده بسیار خوب است | خوب است اما نیاز به رویه های کنترل شده دارد |
شکل پذیری |
کشش عمیق و شکل دهی عالی عالی | خیلی خوبه | خیلی خوبه | منصفانه; استحکام بالاتر باعث برگشت فنر می شود |
| رفتار مغناطیسی | غیر مغناطیسی (آنیل شده) | غیر مغناطیسی (آنیل شده) | غیر مغناطیسی (آنیل شده) | تا حدی مغناطیسی |
| برنامه های معمولی | تجهیزات غذایی, معماری, مخازن تحت فشار, لوله کشی | سخت افزار دریایی, پردازش شیمیایی, مبدل های حرارتی | هواپیما, سیستم اگزوز, قطعات تحت فشار جوش داده شده | خارج از ساحل, تخلیه, روغن & گاز, کارخانه های شیمیایی |
| هزینه مواد نسبی | کم جهت | متوسط | متوسط | بالا |
13. نتیجه گیری
18-8 فولاد ضد زنگ یکی از متعادلترین و پرکاربردترین سیستمهای مواد در مهندسی مدرن را نشان میدهد.
با ترکیب تقریبا 18% کروم و 8% نیکل, به یک ریزساختار آستنیتی پایدار دست می یابد که ترکیبی استثنایی از مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهد, قابلیت اطمینان مکانیکی, شکل پذیری, و جوش پذیری.
این ویژگی ها تسلط طولانی مدت آن را در پردازش مواد غذایی توضیح می دهد, تجهیزات شیمیایی, سازه های معماری, مخازن تحت فشار, و کاربردهای صنعتی عمومی.
سوالات متداول
معنی "18-8" در فولاد ضد زنگ چیست؟?
"18-8" به ترکیب شیمیایی اسمی تقریباً اشاره دارد 18% کروم و 8% نیکل.
این ترکیب ساختار آستنیتی را تثبیت می کند, ایجاد مقاومت در برابر خوردگی, شکل پذیری, و رفتار غیر مغناطیسی در شرایط آنیل شده.
است 18-8 فولاد ضد زنگ همان نوع 304?
تایپ کنید 304 رایج ترین درجه استاندارد شده در داخل است 18-8 خانواده.
در حالی که "18-8" یک اصطلاح صنعتی عمومی است, تایپ کنید 304 (و انواع آن مانند 304L و 304H) نشان دهنده یک مشخصات دقیقاً تعریف شده تحت استانداردهای بین المللی است.
است 18-8 مغناطیسی فولاد ضد زنگ?
در شرایط آنیل شده با محلول, 18-8 فولاد ضد زنگ اساساً غیر مغناطیسی است. با این حال, کار سرد می تواند تبدیل جزئی مارتنزیتی را القا کند, منجر به واکنش مغناطیسی خفیف می شود.
مزایای اصلی چیست 18-8 فولاد ضد زنگ بر روی فولادهای ضد زنگ دوبلکس?
18-8 فولاد ضد زنگ شکل پذیری عالی را ارائه می دهد, جوشکاری راحت تر, چقرمگی بهتر در دمای پایین, و هزینه مواد و ساخت کمتر.
فولادهای ضد زنگ دوبلکس استحکام بالاتر و مقاومت در برابر کلرید را بهبود می بخشند، اما برای فرآوری نیاز بیشتری دارند.
