ویژگی ها و مزایای فولاد ضد زنگ آستنیتی سری 300

1. مقدمه

300-سری فولاد زنگ نزن آستنیتی خانواده کار از آلیاژهای ضد زنگ است که در صنعت استفاده می شود زیرا مقاومت در برابر خوردگی را ترکیب می کند., شکل پذیری, سختی, و قابلیت ساخت عالی در یک واحد, سیستم مواد همه کاره.

عمدتاً با محتوای کروم مشخص می شود که معمولاً در محدوده 16-20 ٪ و محتوای نیکل از تقریباً 8-12٪, این آلیاژها (معمولا نمرات 304 و 316 و انواع کم کربن و تثبیت شده آنها)

آستنیتی پایدار را تشکیل می دهند (مکعب وسط صورت) ریزساختار در دمای اتاق که رفتار غیر مغناطیسی را در شرایط آنیل ارائه می دهد, چقرمگی بالا تا دمای برودتی, و عملکرد خوردگی قابل پیش بینی در بسیاری از محیط ها.

2. فولاد زنگ نزن آستنیتی سری 300 چیست؟?

"300-series" گروهی از آستنیتی ها را نشان می دهد فولادهای ضد زنگ که ریزساختار آن به عنوان آستنیت تثبیت شده است (مکعب وسط صورت) با محتوای نسبتاً بالای نیکل و کروم.

محدوده شیمی معمولی حدود است 16-20٪ کروم و 8–12 ٪ نیکل, با برخی از گریدهای حامل مولیبدن, تیتانیوم یا نیوبیم برای بهبود عملکرد در محیط های خاص.

این ماده شیمیایی یک لایه اکسید غیرفعال خود ترمیم شونده را بر روی سطح ایجاد می کند و شکل پذیری و چقرمگی را که گروه را مشخص می کند ارائه می کند..

3. نمرات مشترک و مزایای خاص برنامه

این 300-سری فولادهای زنگ نزن آستنیتی درجات مختلفی را در بر می گیرد, هر کدام برای دستیابی به ویژگی های عملکردی خاص از طریق تغییرات کنترل شده در ترکیب شیمیایی و پردازش مهندسی شده اند.

4. خصوصیات کلیدی فیزیکی و مکانیکی

این 300-سری فولادهای زنگ نزن آستنیتی با ترکیبی منحصر به فرد از مقاومت مکانیکی مشخص می شوند, شکل پذیری, و رفتار فیزیکی که آنها را برای کاربردهای مهندسی بسیار متنوع می کند.

این خواص تحت تأثیر ترکیب آلیاژ قرار دارند, کار سرد, عملیات حرارتی, و شرایط محیطی.

خواص فیزیکی

خواص مکانیکی

5. ویژگی های کلیدی فولاد زنگ نزن آستنیتی سری 300

این 300-سری فولاد زنگ نزن آستنیتی خود را از دیگر خانواده های فولاد ضد زنگ از طریق ترکیبی از ریزساختار پایدار, عملکرد مبتنی بر آلیاژ, شکل پذیری استثنایی, و جوش پذیری همه کاره.

ریزساختار آستنیتی پایدار

• غیر مغناطیسی در شرایط آنیل شده: با نفوذپذیری مغناطیسی از <1.005 (ASTM A342), فولادهای سری 300 آنیل شده اساساً غیر مغناطیسی هستند.
  این خاصیت حیاتی است الکترونیک, اتاق های MRI, و تجهیزات تشخیصی پزشکی, جایی که حتی تداخل مغناطیسی جزئی می تواند عملکرد را به خطر بیندازد.
• چقرمگی برودتی: ریزساختار آستنیتی حفظ می شود ≈90٪ انرژی ضربه در -270 درجه سانتیگراد (دمای هلیوم مایع), مناسب ساختن این فولادها برای مخازن ذخیره سازی LNG, خطوط سوخت موشک, و لوله کشی برودتی.
• پایداری دما: آستنیت در طیف وسیعی از دما پایدار می ماند, تضمین خواص مکانیکی ثابت از شرایط سرویس دهی زیر صفر تا دمای بالا.

عملکرد مبتنی بر آلیاژ

• مولیبدن برای مقاومت در برابر کلرید: اضافه شدن از 2-3٪ دوشنبه در 316 نمرات را افزایش می دهد تعداد معادل مقاومت مقاومت (چوب) از 16 (304) به 18, امکان مقاومت در برابر 5% محلول NaCl در 80 درجه سانتیگراد, در مقایسه با 60 درجه سانتیگراد برای 304.
  این باعث می شود 316 ایده آل برای دریایی, شیمیایی, و کاربردهای دارویی.
• تثبیت کننده ها برای قابلیت اطمینان جوش: تیتانیوم در 321 با کربن متصل می شود, از پیش بارش در ناحیه متاثر از حرارت جوش (HAZ).
  نیوبیم در 347 تثبیت مشابهی را فراهم می کند. هر دو درجه قبولی در آزمون ASTM A262 Strauss, تضمین می کند مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای پس از جوشکاری یا خدمات طولانی مدت در دمای بالا.

شکل پذیری استثنایی

• طراحی عمیق: 304 می تواند به الف دست یابد نسبت عمق به قطر 2.5:1, مناسب ساختن آن برای سینک استیل ضد زنگ, ظروف آشپزخانه, و هندسه مخزن پیچیده.
  کشیدگی بالا (≥40 ٪) و استحکام تسلیم نسبتاً پایین تشکیل گسترده بدون ترک را تسهیل می کند.
• خم شدن: 300-فولادهای سری را می توان به a خم کرد شعاع به کوچکی 1× ضخامت مواد (ASTM A480), در مقایسه با 2× برای فریت 430 فولاد ضد زنگ.
  این ضایعات ساخت را به حداقل می رساند و طراحی اجزای پیچیده را امکان پذیر می کند.
• تطبیق پذیری در ساخت: شکل پذیری عالی اجازه می دهد تا مهر زنی, ریسندگی, و عملیات هیدروفرمینگ, ارائه انعطاف پذیری برای کاربردهای صنعتی متنوع.

جوش پذیری همه کاره

• بدون نیاز به عملیات حرارتی پس از جوش: گریدهای کم کربن (304L, 316L) پس از جوشکاری مقاومت کامل در برابر خوردگی را حفظ کنید,
  کاهش زمان تولید 20 تا 30 درصد در مقایسه با فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی, که نیاز به عملیات حرارتی پس از جوش دارند (PWHT) برای از بین بردن استرس ها.
• کارایی جوش: اتصالات جوشی در 316L حفظ می شود ≈80% استحکام کششی فلز پایه (ASTM A312), مناسب ساختن آنها برای مخازن تحت فشار, سیستم لوله کشی, و اجزای ساختاری مطابق با asme bpvccce a viii.
• سهولت عضویت: سازگار با TIG, من, و جوشکاری مقاومتی; حداقل اعوجاج و مقاومت در برابر خوردگی عالی در HAZ.

6. مقاومت در برابر خوردگی: مکانیسم ها و محیط های خدماتی

300-فولادهای سری "ضد زنگ" هستند زیرا نازک هستند, وابسته اکسید کروم (cr₂o₃) فیلم به سرعت روی سطح تشکیل می شود.

این فیلم در محیط های اکسید کننده خود ترمیم می شود, اما عملکرد به محیط بستگی دارد, دما و شیمی آلیاژ.

خوردگی عمومی:

عالی در اتمسفرها, آب شیرین, و بسیاری از مایعات فرآیند شیمیایی. برای اکثر نوردهی های ساختاری بهداشتی و داخلی/خارجی, 304 بسیار خوب عمل می کند.

خوردگی موضعی (سوراخ شدن کلرید و خوردگی شکاف):

اینجاست که 316 و گریدهای مولیبدن دار مرتبط بهتر عمل می کنند 304.

مولیبدن عدد معادل مقاومت حفره ای را افزایش می دهد (چوب) و آستانه غلظت کلرید و دمایی را که در آن حفره های پایدار تشکیل می شود افزایش می دهد.

خوردگی بین دانه ای (حساس شدن):

اگر فولادهای زنگ نزن آستنیتی در طول جوشکاری یا گرمای بیش از حد طولانی در محدوده 450-850 درجه سانتیگراد نگه داشته شوند., کاربیدهای کروم می توانند در مرزهای دانه رسوب کنند, کاهش کروم مجاور و منجر به حمله بین دانه ای.

کم کربن (L) نمرات و نمرات تثبیت شده (321/347) این خطر را کاهش دهد.

ترک خوردگی تنشی (SCC):

فولادهای آستنیتی می توانند در محیط های خاص به SCC حساس باشند (به عنوان مثال, محیط های کلرید در دماهای بالا).

نیکل به بسیاری از اشکال SCC مقاومت می کند, اما انتخاب مواد و کنترل استرس مهم است.

اکسیداسیون در دمای بالا:

300-آلیاژهای سری مقاومت اکسیداسیون خوبی تا چند صد درجه سانتیگراد از خود نشان می دهند, اما در دماهای بالاتر, سایر کلاس های آلیاژ ممکن است ترجیح داده شوند.

7. خواص حرارتی و رفتار عملیات حرارتی

عملیات حرارتی:

• فولادهای زنگ نزن آستنیتی را نمی توان با عملیات حرارتی معمولی خاموش و تمپر سخت کرد زیرا ساختار آستنیتی پایدار آنها در هنگام خنک شدن به مارتنزیت تبدیل نمی شود..
  قدرت در درجه اول با کار سرد افزایش می یابد.
• بازپخت راه حل (معمولاً 1000 تا 1150 درجه سانتیگراد برای بسیاری از آلیاژهای سری 300) به دنبال خاموش کردن سریع رسوبات را حل می کند (به عنوان مثال, کاربیدهای کروم) و مقاومت در برابر خوردگی را بازیابی می کند.
  این معمولاً برای بازیابی مقاومت در برابر خوردگی پس از جوشکاری یا قرار گرفتن در معرض دمای بالا استفاده می شود.

انبساط و هدایت حرارتی:

• ضریب انبساط حرارتی بالاتر از فولادهای فریتی است - برای مجموعه هایی که فلزات غیر مشابه را ترکیب می کنند مهم است..
  هدایت حرارتی کمتر از فولاد کربنی است, بنابراین گرمای حاصل از جوشکاری کندتر از بین می رود; این بر رویه های جوشکاری و کنترل حرارت ورودی تاثیر می گذارد.

عملکرد برودتی:

• فولادهای زنگ نزن آستنیتی در دماهای بسیار پایین چقرمگی را حفظ می کنند و معمولاً در شرایط برودتی بدون شکست شکننده استفاده می شوند..

8. مزایای فولاد ضد زنگ آستنیتی سری 300

ویژگی های فنی از 300-سری فولاد زنگ نزن آستنیتی- از جمله مقاومت در برابر خوردگی, ریزساختار آستنیتی پایدار, انعطاف پذیری عالی, و جوش پذیری - ترجمه به عملی, مزایای ملموس برای تولید کنندگان, کاربران نهایی, و صنایع.

تعمیر و نگهداری کم و عمر طولانی

• مقاومت در برابر خوردگی: مقاومت ذاتی در برابر خوردگی نیاز به رنگ آمیزی را از بین می برد, آبکاری, یا تمیز کردن مکرر.
  به عنوان مثال, 316L اجزای دریایی مانند نرده قایق می تواند دوام بیاورد 20-30 سال در آب شور, در مقایسه با 5-10 سال برای فولاد کربنی پوشش داده شده.
• صرفه جویی در هزینه: کاهش دفعات تعویض و کار تعمیر و نگهداری منجر به صرفه جویی قابل توجهی می شود.
  کارخانه های فرآوری مواد غذایی با استفاده از 304 تجهیزات گزارش تا 50% هزینه های نگهداری کمتر در مقایسه با تاسیسات فولاد کربنی.

تطبیق پذیری در بین برنامه ها

• مواد چند منظوره: یک درجه واحد مانند 304 می تواند به چندین صنعت خدمت کند-فرآوری مواد غذایی (غرق می شود, نوار نقاله ها), معماری (نماها, نرده ها), و الکترونیک (محوطه ها)- ساده سازی زنجیره تامین و کاهش نیازهای موجودی.
• سفارشی سازی درجه: نمرات تخصصی توسعه ابزار:

• • 310: مقاومت در برابر دمای بالا برای کوره های صنعتی و زباله سوز.
  • 321: تثبیت شده با تیتانیوم برای مجموعه های جوش داده شده در تجهیزات هوافضا و دمای بالا.

مقرون به صرفه بودن

• عملکرد متعادل در مقابل. هزینه: 304 به طور معمول است 20-30% ارزانتر از آلیاژهای تخصصی (به عنوان مثال, Hastelloy C276) در حالی که در مورد 80% نیازهای کاربرد فولاد ضد زنگ.
  به عنوان مثال, 304لوله کشی L هزینه هر پا 2 تا 4 دلار است, در مقابل 10 تا 15 دلار در هر پا برای 6% آلیاژهای مولیبدن.
• هزینه های پردازش پایین: شکل پذیری و جوش پذیری عالی مراحل ساخت و زمان تولید را کاهش می دهد.
  گزارش سازندگان ≈30٪ تولید سریعتر از 304 مخازن فولاد ضد زنگ در مقایسه با گریدهای فریتی.

پایداری و بازیافت

• قابلیت بازیافت بالا: 300-فولاد ضد زنگ سری است 100% قابل بازیافت, با بیش از 90% از قراضه استفاده مجدد در تولید جدید.
  بازیافت شده 304 همان خواص مکانیکی و خوردگی مواد اولیه را حفظ می کند, کاهش انتشار کربن تا 50٪.
• طول عمر طولانی: طول عمر طولانی (20-50 سال) فرکانس تعویض را به حداقل می رساند, کاهش اثرات کلی زیست محیطی.
  به عنوان مثال, 304 نمای ساختمان اغلب نیازی به جایگزینی ندارد 40+ سال, در مقایسه با 10-15 سال برای آلومینیوم رنگ شده.

قابلیت اطمینان در محیط های شدید

• پایداری برودتی: نمرات 304 و 316 حفظ سختی در -270 درجه سانتی گراد, آنها را برای ایده آل برای ذخیره سازی LNG, مخازن سوخت موشک, و سایر کاربردهای برودتی جایی که شکست می تواند فاجعه بار باشد.
• دوام در دمای بالا:310 عملکرد مداوم را تا 1150درجه سانتی گراد, اطمینان از قابلیت اطمینان در کوره های صنعتی و تجهیزات عملیات حرارتی.
  چرخه های جایگزینی هستند 5-10 سال برای 310 قطعات کوره, در مقابل 1-2 سال برای فولاد کربنی.

9. محدودیت ها, حالت های شکست و استراتژی های کاهش

• خوردگی حفره ای و شکافی در کلریدها: کاهش را با انتخاب گریدهای حاوی مولیبدن کاهش دهید (316), تعیین فولادهای آلیاژی یا دوبلکس بالاتر برای قرار گرفتن در معرض کلرید تهاجمی, یا اعمال پوشش های محافظ.
• ترک خوردگی تنشی: تنش های پسماند کششی را کاهش دهید, کنترل دما و محیط, یا متالورژی مقاوم در برابر SCC بیشتری را انتخاب کنید.
• سخت شدن کار و ماشین کاری: از پارامترهای ابزار و ماشین کاری مناسب استفاده کنید; اگر ماشینکاری بسیار مهم است، آنیل یا استفاده از انواع ماشینکاری آزاد را در نظر بگیرید.
• حساسیت به هزینه: جایی که هزینه نیکل یا محدودیت های بودجه مهم است, جایگزین های کم هزینه را در نظر بگیرید (ضد زنگ فریتی, فولادهای کربنی پوشش داده شده, یا دوبلکس) در حالی که تعادل عملکرد را سنجیده است.

علل اصلی شکست معمولی: انتخاب درجه نادرست برای محیط زیست; عمل ضعیف جوشکاری منجر به ایجاد حساسیت می شود; ترمیم فیلم غیرفعال ناکافی پس از ساخت; طراحی مکانیکی نادرست (به عنوان مثال, متمرکز کننده های تنش منجر به SCC).

10. کاربردهای معمولی 300 سری فولاد زنگ نزن آستنیتی

به دلیل خواص متعادل آنها, 300-آلیاژهای سری تقریباً در هر صنعت استفاده می شوند:

• غذا & نوشیدنی / دارویی: تانک ها, لوله کشی, مبدل های حرارتی, نوار نقاله - 304 و 316 استاندارد هستند زیرا به راحتی تمیز می شوند و در برابر اسیدهای غذایی مقاومت می کنند.
• فرآوری شیمیایی و پتروشیمی: 316 و انواع با محتوای بیشتر مو برای مقاومت در برابر خوردگی در سیالات تهاجمی.
• دریایی و فراساحلی: 316 برای محیط های آب دریا, اگرچه خدمات شدید دریایی ممکن است به مواد دوبلکس یا آلیاژی بالاتر نیاز داشته باشد.
• تجهیزات پزشکی و ابزار جراحی: 316L (و انواع) برای زیست سازگاری و مقاومت در برابر خوردگی; برخی از ایمپلنت ها از درجه های تخصصی استفاده می کنند.
• معماری و ساختمان: روکش, نرده ها, و اتصالات - 304 برای استفاده عمومی, 316 برای محیط های ساحلی یا آلوده.
• برودتی و هوافضا: سختی عالی درجه حرارت پایین; در مخازن برودتی استفاده می شود, لوله و اجزای ساختاری.
• خودرو و کالاهای مصرفی: اجزای اگزوز, کوتاه کردن, ظروف آشپزخانه.

11. مقایسه با سایر خانواده های فولاد ضد زنگ

این 300-سری فولادهای زنگ نزن آستنیتی اغلب با سایر خانواده های فولاد ضد زنگ مقایسه می شوند -فریتی, مارتنزیتی, دوبلکس, و فولادهای سخت کننده رسوبی- تعیین بهترین ماده برای کاربردهای خاص.

12. نتیجه گیری

300-فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری مواد مهندسی استثنایی هستند زیرا مقاومت در برابر خوردگی را ترکیب می کنند, شکل پذیری, چقرمگی و جوش پذیری در یک بسته بندی همه کاره.

عملکرد آنها توسط یک شیمی به دقت متعادل تعریف می شود - کروم برای انفعال, نیکل برای پایداری و چقرمگی آستنیت, و مولیبدن یا تثبیت کننده های اختیاری برای بهبود رفتار خدمات.

در حالی که آنها راه حل های جهانی نیستند (محدودیت هایی در غنی از کلرید وجود دارد, کاربردهای با درجه حرارت بالا یا با مقاومت فوق العاده بالا),

قابلیت بازیافت و عمر طولانی آنها آنها را به سنگ بنای مهندسی مدرن در مواد غذایی تبدیل کرده است, شیمیایی, پزشکی, بخش های دریایی و معماری.

 

سوالات متداول

کدام گرید سری 300 بیشترین استفاده را دارد?

درجه 304 پرکاربردترین آلیاژ همه منظوره است; 316 انتخابی است که در آن مقاومت به کلرید مورد نیاز است.

آیا عملیات حرارتی می تواند فولاد زنگ نزن آستنیتی سری 300 را سخت کند?

خیر - این آلیاژها با خاموش کردن و تمپر سخت شدنی نیستند. قدرت در درجه اول با کار سرد افزایش می یابد; بازپخت محلول شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را بازیابی می کند.

فولاد ضد زنگ آستنیتی سری 300 مغناطیسی است?

فولادهای زنگ نزن سری 300 اساساً غیر مغناطیسی هستند. به دلیل مارتنزیت ناشی از کرنش در برخی آلیاژها، آنها می توانند پس از کار سرد سنگین کمی مغناطیسی شوند.

چطوری باید یکی رو انتخاب کنم 304 و 316?

استفاده کنید 304 برای ژنرال, محیط های بدون کلرید و جایی که هزینه آن مهم است. استفاده کنید 316 برای محیط های حاوی کلرید (آب دریا, جوهای شور, برخی از فرآیندهای شیمیایی) یا جایی که مقاومت حفره ای ضروری است.

فولاد ضد زنگ برای مقاوم ماندن در برابر خوردگی به چه تعمیراتی نیاز دارد?

تمیز کردن منظم برای حذف رسوبات و آلودگی ها, حذف سریع آهن جاسازی شده یا محصولات خوردگی,

و غیرفعال شدن پس از ساخت/جوشکاری سنگین، فیلم غیرفعال را حفظ کرده و عمر مفید را افزایش می دهد.