1.0فولاد ضد زنگ چیست؟
فولاد ضد زنگ آلیاژی از آهن، کروم، نیکل و سایر عناصر است. کروم یک لایه اکسید خود ترمیم شونده تشکیل می‌دهد که در برابر خوردگی مقاومت می‌کند و فولاد ضد زنگ را بسیار بادوام و با حداقل زنگ‌زدگی می‌سازد.
فولاد ضد زنگ که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و ظاهر تمیز خود مشهور است، به طور گسترده در صنایع پتروشیمی، تجهیزات فرآیندی و موتورهای توربینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در میان گریدهای مختلف، 304 و 316 رایج‌ترین هستند که هر دو به عنوان فولاد ضد زنگ آستنیتی طبقه‌بندی می‌شوند و اغلب به عنوان فولاد ضد زنگ درجه دریایی یا جراحی شناخته می‌شوند.
2.0فولاد ضد زنگ 304 چیست؟
درجه فولاد ضد زنگ 304 یک آلیاژ پرکاربرد و با کارایی بالا است که به دلیل استحکام کششی عالی، دوام و مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون شناخته شده است. این آلیاژ ... نقطه ذوب بین ۲۵۵۰ تا ۲۶۵۰ درجه فارنهایت (۱۳۹۹ تا ۱۴۵۴ درجه سانتیگراد)، اما استحکام کششی آن با نزدیک شدن به این محدوده کاهش می‌یابد.
این آلیاژ استحکام کششی بالایی در حدود ۶۲۱ مگاپاسکال (۹۰ ksi) ارائه می‌دهد و می‌تواند در دماهای تا ۸۷۰ درجه سانتیگراد کار کند، که آن را به ماده‌ای قابل اعتماد برای کاربردهای دشوار تبدیل می‌کند. ویژگی‌های کلیدی
- مقاومت عالی در برابر خوردگی جوی و آب
- مقاومت شیمیایی خوب در بسیاری از محیط‌ها
- به راحتی ساخته، جوش داده شده و شکل داده می‌شود
- غیر مغناطیسی در شرایط آنیل شده
- خواص مکانیکی پایدار برای طیف وسیعی از کاربردها
فولاد ضد زنگ 304 محدودیت‌ها
- حساسیت به کلرید: مستعد ایجاد حفره در محیط‌هایی با غلظت کلرید بالا (مثلاً آب شور)
- برای کاربردهای دریایی یا با کلرید بالا ایده‌آل نیست: فاقد مولیبدن است که عملکرد آن را در محیط‌های کلریدی خورنده محدود می‌کند.
2.1کاربردهای معمول فولاد ضد زنگ نوع 304
فولاد ضد زنگ نوع 304 به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی، استحکام و شکل‌پذیری، به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای رایج عبارتند از:
| حوزه کاربرد | کاربردهای معمول |
| غذا و آشپزخانه | – تجهیزات فرآوری مواد غذایی – تجهیزات و لوازم آشپزخانه – قابلمه‌ها و ماهیتابه‌ها – سینک‌های خانگی و قطعات سینک |
| صنعتی و مکانیکی | - قطعات پمپ و شیر – مبدل‌های حرارتی – مخازن تحت فشار – لوله‌های تجهیزات – مخازن ذخیره - لوله کشی آب و سیالات |
| خودرو | - قالب‌گیری و تزئینات خودرو – روکش چرخ‌ها - منیفولدهای اگزوز |
| برق و سازه | - محفظه‌های الکتریکی مقاوم در برابر خوردگی - محفظه‌های برق داخلی – بست‌ها و یراق‌آلات (پیچ، مهره، دسته، صفحه) |
| معماری و تزئینی | - تزئینات تزئینی – یراق‌آلات معماری (تابلوها، مجسمه‌ها، دیوارکوب‌ها) – لوازم خانگی |
2.2مزایای فولاد ضد زنگ 304
- مقاومت در برابر خوردگی: در بسیاری از محیط‌های خورنده، از جمله اسیدهای ملایم و محلول‌های قلیایی، عملکرد خوبی دارد.
- کارایی خوب: به راحتی خم، ماشینکاری، جوشکاری و صیقل داده می‌شود
- مقرون به صرفه: در مقایسه با فولادهای ضد زنگ 316 و بالاتر، هزینه کمتری دارد
- چند منظوره: مناسب برای طیف وسیعی از صنایع، از جمله صنایع غذایی، پزشکی، ساختمانی و صنعتی
2.3۳۰۴ فرآیند تولید
آلیاژ 304 با ذوب کردن کروم، آهن، نیکل و هر آلیاژ کمیاب دیگر در کوره برای ایجاد مخلوط مذاب ساخته می‌شود. سپس برای سخت شدن به شکل بیلت، اسلب یا اشکال دیگر قیف می‌شود. سپس این اشکال می‌توانند نورد گرم، آنیل، عملیات حرارتی، صیقل داده شده و/یا به اندازه دلخواه برش داده شوند.
3.0فولاد ضد زنگ ۳۱۶ چیست؟
فولاد ضد زنگ درجه 316 یک آلیاژ آستنیتی ممتاز است که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی برتر، استحکام کششی بالا و عملکرد قابل اعتماد در دماهای بالا مشهور است. این فولاد دارای محدوده ذوب 2500 تا 2550 درجه فارنهایت (1371 تا 1399 درجه سانتیگراد) و استحکام کششی 579 مگاپاسکال (84 ksi) است و حداکثر دمای کارکرد آن تقریباً 800 درجه سانتیگراد (1472 درجه فارنهایت) است.
فولاد ضد زنگ 316 یک آلیاژ کروم-نیکل با افزودن مولیبدن است که مقاومت آن را در برابر حملات شیمیایی، به ویژه در محیط‌های دریایی و کاربردهای فرآوری شیمیایی، به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این امر باعث می‌شود که در دماهای بالا، مقاومت آن در برابر مواد خورنده مانند کلریدها، برمیدها، یدیدها، اسید سولفوریک، آب نمک و اسیدهای چرب بسیار بیشتر از نوع 304 باشد.
پایداری در دمای بالا
۳۱۶ استحکام و مقاومت در برابر خوردگی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، و آن را برای کاربردهای گرمازا که ۳۰۴ ممکن است تخریب شود، مناسب می‌سازد.
ترکیب غیر واکنشی
به عنوان یک آلیاژ غیر واکنشی، 316 برای محیط‌های پزشکی، دارویی و غذایی ایده‌آل است.
محدودیت‌های فولاد ضد زنگ ۳۱۶
هزینه بالاتر: مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته با قیمت بالاتری نسبت به 304 ارائه می‌شود، که عمدتاً به دلیل افزایش محتوای نیکل و افزودن مولیبدن است.
ترکیب فولاد ضد زنگ 316
این ترکیب باعث می‌شود فولاد ضد زنگ ۳۱۶ در مقایسه با ۳۰۴ در برابر کلریدها و مواد شیمیایی تهاجمی مقاوم‌تر باشد، اگرچه هر دو تقریباً با چشم غیرمسلح یکسان به نظر می‌رسند.
- کروم 16%
- نیکل 10%
- مولیبدن 2%
3.1مزایای فولاد ضد زنگ 316
- مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافته
- مقاومت عالی در برابر خوردگی حفره‌ای و شیاری
- عملکرد بهتر در محیط‌های غنی از کلرید
- جوشکاری، تمیز کردن و پرداخت آسان
- مناسب برای کاربردهای دارویی و غذایی
- حاوی مولیبدن برای مقاومت شیمیایی برتر در مقایسه با فولاد ضد زنگ 304
3.2کاربردهای معمول فولاد ضد زنگ 316
| حوزه کاربرد | کاربردهای معمول |
| محیط زیست دریایی | قطعات دریایی، قطعات دریایی، فولاد سازه‌ای و قطعات در محیط‌های دریایی، تجهیزات دریایی |
| تجهیزات پزشکی و دارویی | ابزار جراحی و پزشکی، تجهیزات پزشکی (از جمله غیر جراحی)، تجهیزات فرآوری دارویی، تجهیزات دارویی، تولید دارو |
| تجهیزات شیمیایی | تجهیزات فرآوری شیمیایی، تجهیزات شیمیایی، لوله کشی شیمیایی، تولید مواد شیمیایی، حمل و نقل صنعتی و شیمیایی، مخازن تحت فشار، مخازن و لوله های مخصوص کاربردهای شیمیایی |
| امکانات فضای باز | محفظه‌های برق فضای باز، مبلمان فضای باز |
| تجهیزات صنعتی | تجهیزات صنعتی مورد استفاده در صنایع دارویی و شیمیایی |
| آشپزخانه و فرآوری مواد غذایی | سطوح، تجهیزات و لوازم آشپزخانه تجاری، آشپزخانه‌های تجاری، تولید و فرآوری مواد غذایی در محیط‌های شور، لوازم خانگی تجاری |
| دیگران | سبدهای سیمی از جنس استیل ضد زنگ، سبدهای استیل ضد زنگ، شناورهای استیل ضد زنگ |
3.3۳۱۶ فرآیند تولید
فولاد ۳۱۶ تقریباً به روشی مشابه با فولاد ۱۸/۸ و ۳۰۴ ساخته می‌شود، با این تفاوت که مواد تشکیل‌دهنده آن کمی متفاوت است. علاوه بر نیکل، کروم و کربن، مولیبدن و مقادیر بسیار کمی منگنز، سیلیکون و گاهی اوقات نیتروژن نیز به آن اضافه می‌شود. تولیدکنندگان به دقت مراقب این مقادیر هستند تا از حفظ این ترکیب صحیح اطمینان حاصل کنند تا بتوانند از مزایای فولاد ۳۱۶ بهره‌مند شوند. مانند فولاد ۳۰۴ و فولاد ۱۸/۸، فولاد ۳۱۶ ذوب شده و سپس قالب‌گیری و فرآوری می‌شود.
4.0مقایسه دقیق فولاد ضد زنگ 304 و 316
فولاد ضد زنگ 304 در مقابل 316 - یک مقایسه جامع
هر دو فولاد ضد زنگ آستنیتی 304 و 316 از جمله رایج‌ترین فولادهای ضد زنگ آستنیتی هستند. اگرچه از نظر ظاهری و شکل تقریباً یکسان به نظر می‌رسند، اما از نظر ترکیب شیمیایی، عملکرد مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی تفاوت قابل توجهی دارند. جداول زیر مقایسه‌ای پهلو به پهلو برای کمک به انتخاب مواد ارائه می‌دهند.
| ویژگی | فولاد ضد زنگ 304 | فولاد ضد زنگ 316 |
| ترکیب | کروم 18%، نیکل 8% (بدون مولیبدن) | کروم 18%، نیکل 10%، مولیبدن 2-3% |
| مقاومت در برابر خوردگی | عالی در محیط‌های معتدل؛ مستعد خوردگی حفره‌ای و شیاری، به ویژه با کلریدها. | مقاومت عالی در برابر خوردگی، از جمله در برابر کلریدها و در محیط‌های خشن. |
| قدرت | خوب | خوب، کمی بالاتر به دلیل مولیبدن |
| عملکرد در دمای بالا | برای بسیاری از کاربردها مناسب است، اما می‌تواند در دماهای بسیار بالا مستعد خوردگی باشد. | استحکام عالی در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی. |
| جوش پذیری | عالی | عالی |
| هزینه | مقرون به صرفه تر | گران تر |
| کاربردهای معمول | تجهیزات فرآوری مواد غذایی، لوازم آشپزخانه، سینک ظرفشویی، تزئینات معماری، قطعات پمپ و شیرآلات. | محیط‌های دریایی، فرآوری شیمیایی، تولید دارو، تجهیزات پزشکی، مبدل‌های حرارتی. |
| مغناطیسی | کمی مغناطیسی | کمی مغناطیسی |
4.1فولاد ضد زنگ 304 در مقابل 316: مقایسه خواص کلیدی
فولاد ضد زنگ گریدهای 304 و 316 از جمله پرکاربردترین فولادهای ضد زنگ آستنیتی هستند. در حالی که هر دو مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و شکل پذیری عالی ارائه می‌دهند، اما از نظر ترکیب شیمیایی و عملکرد در محیط‌های خاص متفاوت هستند.
| ملک | فولاد ضد زنگ 304 | فولاد ضد زنگ ۳۱۶ |
| مقاومت در برابر خوردگی | – عالی در طیف وسیعی از محیط‌ها – مستعد خوردگی حفره‌ای و شکافی در محیط‌های کلریدی – خطر ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی در دمای بالاتر از 60 درجه سانتیگراد | – مقاومت کلی در برابر خوردگی عالی – معروف به «درجه دریایی» – هنوز در برابر خوردگی حفره‌ای، خوردگی شکافی و SCC در آب گرم دریا آسیب‌پذیر است |
| درجه کم کربن توصیه شده | 304 لیترمقاومت بهتر در برابر رسوب کاربید در محیط‌های مرطوب یا با دمای بالا | ۳۱۶ لیترمقاومت بیشتر در برابر رسوب کاربید؛ برای قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور یا محیط‌های بحرانی ترجیح داده می‌شود |
| مقاومت در برابر حرارت | - در برابر اکسیداسیون متناوب تا ... مقاومت می‌کند. ۸۷۰ درجه سانتیگراد - استفاده مداوم تا ۹۲۵ درجه سانتیگراد – برای استفاده مداوم در آب بین دو زمان توصیه نمی‌شود ۴۲۵ تا ۸۶۰ درجه سانتیگراد | - عملکرد مشابهی دارد: ۸۷۰ درجه سانتیگراد متناوب، ۹۲۵ درجه سانتیگراد مداوم - 316 لیتر برای سرویس آب در ترجیح داده می‌شود ۴۲۵ تا ۸۶۰ درجه سانتیگراد محدوده |
| کار سرد | – به سرعت سخت می‌شود – ممکن است برای جلوگیری از ترک خوردگی، آنیل میانی لازم باشد – آنیل نهایی برای کاهش تنش داخلی و بازیابی مقاومت در برابر خوردگی توصیه می‌شود | - به راحتی قابل شکل‌دهی غلتکی، پرس، کله‌زنی یا کشش است. - برای بازیابی شکل‌پذیری و کاهش تنش، عملیات آنیل پس از شکل‌دهی سرد توصیه می‌شود. |
| اثر کار سرد | استحکام و سختی را افزایش می‌دهد | استحکام و سختی را افزایش می‌دهد |
| کار داغ | – بهترین عملکرد در ۱۱۴۹ درجه سانتیگراد تا ۱۲۶۰ درجه سانتیگراد – خنک شدن سریع پس از شکل‌دهی، مقاومت در برابر خوردگی را به حداکثر می‌رساند | – از کار کردن در ارتفاع پایین خودداری کنید ۹۲۷ درجه سانتیگراد - محدوده ایده‌آل: ۱۱۴۹ درجه سانتیگراد تا ۱۲۶۰ درجه سانتیگراد – عملیات حرارتی پس از کار توصیه می‌شود |
| عملیات حرارتی | – با عملیات حرارتی سخت نمی‌شود – آنیل انحلالی در دمای ۱۰۱۰ درجه سانتیگراد تا ۱۱۲۰ درجه سانتی‌گرادو به دنبال آن خنک شدن سریع | – با عملیات حرارتی سخت نمی‌شود – محدوده آنیل یکسان: ۱۰۱۰ درجه سانتیگراد تا ۱۱۲۰ درجه سانتیگراد با خنک کننده سریع |
| قابلیت ماشینکاری | – قابلیت ماشینکاری خوب، اما نیاز به مراقبت دارد – ابزارهای برش را تیز نگه دارید – از برش‌های سبک اما عمیق استفاده کنید – از براده‌شکن استفاده کنید – به دلیل رسانایی حرارتی کم، از خنک‌کننده/روانکار فراوان استفاده کنید | – قابل مقایسه با 304 – همان دستورالعمل‌های ماشینکاری اعمال می‌شود – خنک‌کننده کافی برای دفع گرما و کاهش سایش ابزار ضروری است |
4.2مقایسه خواص مکانیکی و فیزیکی فولاد ضد زنگ 304 در مقابل 316
این جدول تفاوت‌های بین 304 و 316 را از نظر استحکام کششی، استحکام تسلیم، ازدیاد طول، سختی، چگالی و حداکثر دمای کارکرد - که برای ارزیابی مناسب بودن آنها در کاربردهای مختلف صنعتی ضروری است - برجسته می‌کند.
| خواص | فولاد ضد زنگ 304 | فولاد ضد زنگ 316 |
| تراکم | ۷.۸۷–۸.۰۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب | ۷.۸۷–۸.۰۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب |
| استحکام کششی (مگاپاسکال) | ۵۴۰–۷۵۰ | ۴۸۰–۶۲۱ |
| نقطه ذوب (°C) | 1450 | ۱,۶۴۸–۱,۶۷۳ |
| مدول الاستیسیته (GPa) | 193 | 193 |
| مقاومت الکتریکی (Ω.m) | ۰.۷۲ × ۱۰-۶ | ۰.۶۹–۰.۸۱ × ۱۰-۶ |
| رسانایی حرارتی (W/mK) | 16.2 | ۱۳–۱۷ |
| انبساط حرارتی (1/K) | ۱۷.۲ ضربدر ۱۰^-۶ | ۱۵–۱۸ ضربدر ۱۰^-۶ |
| ازدیاد طول در نقطه شکست (%) | 70 | 60 |
| سختی (راکول بی) | 70 | 80 |
| مقاومت در برابر خوردگی | عالی | استثنایی |
| مغناطیسی | خیر | خیر |
| شکل پذیری | خیلی خوب | خوب |
| قابلیت ماشینکاری (آنیل شده) | خوبه، اما از 316 بهتره | منصفانه |
4.3ترکیب عنصری (%) در فولاد ضد زنگ 304 در مقابل 316
در اینجا عناصر آلیاژی کلیدی در فولاد ضد زنگ 304 و 316 را با هم مقایسه می‌کنیم. وجود مولیبدن در فولاد 316 عامل اصلی مقاومت برتر آن در برابر کلریدها و محیط‌های شیمیایی خشن است.
| عنصر | فولاد ضد زنگ 304 % | فولاد ضد زنگ 316 % |
| کربن | 0.07 | 0.07 |
| کروم | ۱۸.۰ – ۱۹.۵ | ۱۶.۵ – ۱۸.۵ |
| نیکل | ۸.۰ – ۱۰.۵ | ۱۰.۰ – ۱۳.۰ |
| سیلیکون | 1 | 1 |
| منگنز | 2 | 2 |
| فسفر | 0.045 | 0.045 |
| گوگرد | 0.015 | 0.015 |
| نیتروژن | 0.1 | 0.1 |
| مولیبدن | – | ۲.۰ – ۲.۵ |
4.4بررسی اجمالی ویژگی‌ها: فولاد ضد زنگ 304 در مقابل 316
این خلاصه، تفاوت‌های کلیدی در مقاومت در برابر خوردگی، هزینه، کارایی و موارد استفاده ایده‌آل بین فولاد ضد زنگ 304 و 316 را شرح می‌دهد و راهنمای روشنی برای انتخاب ماده مناسب برای کاربرد شما ارائه می‌دهد.
| ویژگی‌ها | فولاد ضد زنگ 304 | فولاد ضد زنگ ۳۱۶ |
| مقاومت در برابر خوردگی | عالی | حتی بهتر |
| مغناطیسی | خیر | خیر |
| جوش پذیری | بالا | خوب |
| در حین شکل‌دهی سرد سخت می‌شود | بله | بله |
| شکل پذیری | خیلی خوب | خوب |
| قابلیت ماشینکاری (آنیل شده) | خوبه، اما از 316 بهتره | منصفانه |
| در برابر دمای بالا مقاومت می‌کند | بالا | بالا |
| حداکثر دمای سرویس متناوب | ۱۵۶۲ درجه فارنهایت | ۱۵۶۲ درجه فارنهایت |
5.0نحوه تشخیص استیل ضد زنگ 316 از استیل ضد زنگ 304
شما نمی‌توانید از نظر بصری بین فولاد ضد زنگ ۳۱۶ و ۳۰۴ تمایز قائل شوید. هر دو گرید یکسان به نظر می‌رسند، به خصوص وقتی که به یک روش صیقل داده شده یا پرداخت شده باشند. یک ورق فلزی ساخته شده از ۳۱۶ هیچ تفاوتی با ورق ساخته شده از ۳۰۴ نخواهد داشت.
از آنجا که هیچ تفاوت قابل مشاهده‌ای وجود ندارد، تنها راه قابل اعتماد برای تأیید درجه مواد از طریق ... است. گزارش آزمایش مواد (MTR)MTR ترکیب شیمیایی دقیق فولاد را ارائه می‌دهد و تأیید می‌کند که آیا 304، 316 یا گرید دیگری است.