معرفی فولاد زنگ‌نزن و مقاوم به حرارت 304
همانطور که می‌دانید فولاد را بر اساس معیارهای مختلف و با توجه به استانداردهای مختلف در گریدهای متفاوت برای ساخت محصولاتی مانند ورق، میلگرد، پروفیل و... تقسیم‌‌یندی می‌شوند. یکی از انواع استنلس استیل، مطابق با استاندارد AISI، گرید 304 است که در دسته فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی کروم_نیکل‌دار قرار دارد. فولاد 304 به واسطه کربن کم و کروم و نیکل بالا نسبت به گریدهای 301 و 302 مقاومت به خوردگی بالا داشته و همچنین برای سازه‌هایی که نیازمند جوشکاری هستند، مناسب است. در این مقاله قصد داریم که خواص و کاربردهای این نوع فولاد زنگ‌نزن مقاوم به حرارت را معرفی کرده و با گریدهای مشابه مقایسه کنیم.
آنالیز استیل 304
یکی از انواع استنلس استیل، مطابق با استاندارد AISI، گرید 304 است که در دسته فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی کروم_نیکل‌دار قرار دارد. فولاد 304 به واسطه کربن کم و کروم و نیکل بالا نسبت به برخی گریدهای گروه 300 مقاومت به خوردگی بالا داشته و همچنین برای سازه‌هایی که نیازمند جوشکاری هستند، مناسب است.
استیل 304 چیست؟
حدود ۶۵-۷۰ درصد فولادهای زنگ‌نزن تولیدی ایالات متحده امریکا را فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی تشکیل می‌دهند. این فولادها به‌علت مقاومت به خوردگی و شکل‌پذیری مطلوب در این موقعیت قرار دارند. از این رو، برای بیشتر کاربردهای مهندسی خواص خوب و مطلوبی دارند. فولادهای زنگ‌نزن نوع ۳۰۴ و ۳۰۲ بیشترین کاربرد را هم در دماهای بالا و هم در دماهای پایین دارند. نوع ۳۱۶ که ۲٫۵ درصد مولیبدن بالایی داشته، بنابراین، مقاومت به خوردگی بهتر و استحکام بیشتری در دماهای بالا دارد. آلیاژهایی با مقدار بیشتر کروم (۲۳-۲۵ درصد) مثل نوع ۳۰۹ و ۳۱۰ ترجیحا در دماهای بالا به‌کار می‌روند.
گرید 304 در استاندارد AISI در دسته فولادهای آستنیتی کروم_نیکل‌دار است که در چکش‌خواری، مقاومت به خوردگی خوبی دارد. این نوع استنلس استیل، در استانداردهای دیگر با کدهایی مطابق با جدول زیر شناخته شده است.
ویژگی‌ها و کاربردهای فولاد زنگ‌نزن 304
همانطور که اشاره شد، فولاد زنگ‌نزن 304 مطابق با جدول زیر درصد بالایی کروم و نیکل دارد و میزان کربن آن نسبت به برخی گریدهای گروه 300 استاندارد AISI مانند گرید 301 و 302 پایین است. تفاوت این گروه با فولاد 316 از نظر ترکیب شیمیایی، این است که نوع 304 دارای درصد کروم بالاتر و نیکل پایین‌تر است و عنصر مولیبدن ندارد.
خواص فیزیکی و مکانیکی استنلس استیل 304
ساختار همگن، چکش‌خواری عالی و استحکام بالای فولاد 304 موجب عملکرد خوب آن در فرآیندهایی مانند خمکاری، کشش عمیق، شکل‌دهی سرد و چرخشی و نورد شده است.
جدول زیر خواص کششی فولاد استنلس استیل ضد زنگ 304 در دماهای بالا را با استفاده از نمونه میله‌ای شکل با قطر 16 میلی‌متر، کار سرد شده با سختی راکول 95، نشان می‌دهد؛ همانطور که مشاهده می‌کنید، طبیعی است با افزایش دما استحکام کششی کاهش یابد و میزان درصد افزایش طول میله بیشتر شود. اما نکته قابل توجه میزان استحکام بالای استنلس استیل در هر کدام از این دماها نسبت به ازدیاد طول در مقایسه با سایر گریدهای فولاد ضد زنگ بوده که خاصیت چکش‌خواری و مقاومت کششی بالا را برای این نوع رقم زده است.
جدول زیر هم خاصیت مقاومت کششی نوع 304 را در دمای اتاق برای اشکال مختلف فولاد میله، صفحه، سیم و ورق را نشان می‌دهد که در شرایط مختلف عملیت حرارتی هستند.
در رابطه با خواص دیگر این فولاد می‌توان اشاره کرد که در شرایط آنیل، غیر مغناطیسی بوده و بعد عملیات کار سرد مقداری خیلی کمی مغناطیسی می‌شوند. در شرایط آنیلینگ کامل هم مقاومت به خوردگی متوسط تا بالایی داشته و همین امر سبب می‌شود تا در صنایع مواد غذایی، محلول مواد استرلیزه، ترکیبات شیمیایی آلی و برخی غیر آلی‌ها کاربرد داشته باشند. به طور مثال مقاومت به خوردگی گرید 304 در اسید نیتریک عالی، اسید سولفوریک متوسط و اسید هالوژنی ضعیف است.
این گرید در شرایط کاربری دائمی تا دمای 870 و در شرایط کاربری غیر دائمی تا دمای 790 درجه سانتی‌گراد، مقاومت به پوسته شدن دارد. در ماشینکاری هم مناسب بوده و میزان ماشینکاری آن 60 درصد فولاد AISI 1212 است.
جدول خواص فیزیکی فولاد زنگ‌نزن 304برخی کاربردهای فولاد زنگ‌نزن 304:
- ماشین پیج‌زنی
- میله و لوازم فواره
- شافت‌های ماشینکاری شده
- تجهیزات تهیه لبنیات
- هم‌زن‌ها و شیرهای تجهیزات شیمیایی
مقایسه فولاد زنگ‌نزن 304 با 304L
در جدول پایین ترکیب شیمیایی استنلس استیل 304L آمده است که با مقایسه آن با نوع 304 در می‌یابیم که درصد کربن کم‌تر و کمی نیکل بیشتری دارد. فولاد 304L آستنیتی کروم_نیکل‌دار دارای مقاومت به خوردگی مشابه 304 است، اما مقاومت ویژه‌ای در برابر خوردگی بین‌دانه‌ای در شرایط تنش‌زدایی دارد.
فولاد 304L برای ساخت قطعاتی که با لحیم‌کاری و جوشکاری تولید می‌شوند و بعد از آن آنیل نمی‌شوند، استفاده می‌شود و وقتی که مواد پرکننده لازم است، نوع 304L عملکرد خوبی دارد. این فولاد مانند 304، در شرایط آنیل غیر مغناطیسی بوده و بعد عملیات کار سرد مقداری خیلی کمی مغناطیسی می‌شوند.
این فولاد بسیار نرم بوده و با روش‌های شکل‌دهی معمولی کارسد می‌شود. در شرایط خورنده و دمای بالاتر از 425 درجه سانتی‌گراد شاید استفاده از یان فولاد مناسب نباشد و گفتنی است که قابلیت ماشینکاری آن 60 درصد گرید خوش‌تراش AISI 1212 است.
برخی موارد استفاده از فولاد زنگ‌نزن مقاوم به حرارت 304L:
- بشکه‌های حامل مواد الکلی
- تزئینات معماری
- تجهیزات جوشاندن و تخمیر
- تجهیزات حمل و نقل کاربردهای خانگی
- تجهیزات رنگ‌پزی الیاف و خشک کردن
- لوله‌های تصفیه روغن
- لوله‌های بخار
- ابزار پخت‌و‌پز
- اجزا مخازن راکتور هسته‌ای
- قطعات پمپ خلا تجهیزات لبنیات
- تانک‌های مایعات الکلی
مقایسه فولاد زنگ‌نزن 304 با 304N و 304HN
همانطور که از جداول زیر (جدول ترکیب شیمیایی استنلس استیل 304N و 304HN) مشخص است، گروه 304N و 304HN، نوع نیتروژن بالای 304 است که به‌وسیله استحکام‌دهی محلول جامد، به‌خاطر حضور نیتروژن، استحکام تسلیم و کششی بالاتری از حالت آنیل دارد.
ویژگی مقاومت به خوردگی و ماشینکاری این نوع فولاد، همانند 304 است. مقاومت به اکسیداسیون سطحی در محیط ثابت در حداکثر دمای 870 درجه سانتی‌گراد است. این فولادها به راحتی لحیم‌کاری و جوشکاری می‌شوند.
کاربردهای فولاد زنگ‌نزن 304N و 304HN:
- قطعات هوافضا و هواپیماها
- شافت‌های دریایی و سخت‌افزار
- قطعات پمپ‌ها
- بویلرها
- مخازن تحت فشا
- لوله‌های بدون درز و جوشکاری شده بویلرها و دیگ‌ها
- فوق گرماها و مبدل‌های حرارتی
- فلنج‌ها
- شیرها و قطعات برای سرویس‌های دما بالا
فولاد زنگ‌نزن 304 به‌عنوان یکی از گریدهای پرکاربرد استنلس استیل با ترکیب کروم و نیکل بالا، به‌دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی و قابلیت جوشکاری در صنایع مختلف، از جمله غذایی و شیمیایی، جایگاه ویژه‌ای دارد. خواص فیزیکی و مکانیکی این فولاد از جمله چکش‌خواری و استحکام بالا، آن را برای استفاده در دماهای بالا و پایین مناسب ساخته است. مقایسه با گریدهای مشابه، از جمله 304L، 304N و 304HN، نشان می‌دهد که هر کدام از این گریدها برای شرایط خاص مانند دماهای بالاتر یا مقاومت بین‌دانه‌ای طراحی شده‌اند و انتخاب مناسب بسته به کاربرد دارد.
