درباره آذین تابش

استیل ۳۰۴ چیست؟

اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم، استیل ۳۰۴ یک آلیاژ آهنی است که با افزودن دو عنصر مهم، کروم و نیکل، به یک فولاد ضد زنگ تبدیل می‌شود. این گرید که در بازار با نام استیل ۸-۱۸ نیز شناخته می‌شود (اشاره به حدود ۱۸٪ کروم و ۸٪ نیکل)، متعلق به خانواده فولادهای آستنیتی است. ساختار مولکولی آستنیتی به این معناست که این فولاد در حالت عادی خاصیت مغناطیسی ندارد و به آهنربا جذب نمی‌شود؛ به همین دلیل در بازار به آن استیل نگیر ۳۰۴ نیز می‌گویند. این ویژگی در کنار مقاومت به زنگ‌زدگی، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل در صنایع مختلف، به خصوص در ساخت تجهیزات و قطعات صنعتی که نباید تحت تاثیر میدان‌های مغناطیسی قرار بگیرند، تبدیل کرده است. در حقیقت، بیش از نیمی از فولادهای ضد زنگی که در سرتاسر جهان تولید می‌شوند، از این گرید هستند.

آنالیز استیل ۳۰۴

برای درک عمیق‌تر اینکه استیل ۳۰۴ چیست، باید به سراغ ساختار شیمیایی آن برویم. هویت و ویژگی‌های هر آلیاژی در عناصر تشکیل‌دهنده آن نهفته است. استیل ۳۰۴ نیز از این قاعده مستثنا نیست و ترکیب دقیق عناصر در آن، خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی آن را تعیین می‌کند.

ترکیب شیمیایی استیل 304

پایه و اساس خواص استیل ۳۰۴، درصد عناصر آلیاژی آن است. این مقادیر تحت استانداردهای جهانی مانند ASTM A240 کنترل می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی کیفیت یکسانی دارد. در جدول زیر، محدوده استاندارد عناصر اصلی در این آلیاژ آورده شده است.

عنصر نماد شیمیایی حداقل درصد (٪) حداکثر درصد (٪)
کربن C – ۰.۰۸
منگنز Mn – ۲.۰
سیلیسیم Si – ۰.۷۵
فسفر P – ۰.۰۴۵
گوگرد S – ۰.۰۳
کروم Cr ۱۸.۰ ۲۰.۰
نیکل Ni ۸.۰ ۱۰.۵
نیتروژن N – ۰.۱
آهن Fe مابقی (عنصر پایه) مابقی (عنصر پایه)

همانطور که مشاهده می‌شود، کروم و نیکل بازیگران اصلی در این ترکیب هستند.

نقش عناصر آلیاژی در استیل 304

هر یک از عناصر بالا، وظیفه مشخصی در بهبود خواص فولاد دارند:

کروم (Cr): مهم‌ترین عنصر برای مقاومت در برابر خوردگی است. کروم در سطح فولاد یک لایه اکسیدی بسیار نازک، چسبنده و نامرئی به نام «لایه پسیو» (Passive Layer) تشکیل می‌دهد. این لایه از تماس مستقیم فولاد با محیط اطراف جلوگیری کرده و مانع از زنگ‌زدگی می‌شود.

نیکل (Ni): نیکل پایدارکننده فاز آستنیت است. این عنصر ساختار غیرمغناطیسی فولاد را حتی در دماهای پایین حفظ می‌کند و به طور قابل توجهی شکل پذیری، چقرمگی و قابلیت جوشکاری آلیاژ را بهبود می‌بخشد.

کربن (C): با اینکه مقدار آن کم است، اما بر سختی و استحکام فولاد تاثیرگذار است. البته افزایش بیش از حد کربن می‌تواند به ضرر مقاومت به خوردگی، به خصوص پس از جوشکاری، تمام شود.

ویژگی ‌های کلیدی استیل 304

شهرت استیل ۳۰۴ تنها به دلیل مقاومت به خوردگی آن نیست. این آلیاژ مجموعه‌ای از خصوصیات مکانیکی و فیزیکی را ارائه می‌دهد که آن را برای طیف وسیعی از کاربردهای استیل ۳۰۴ مناسب می‌سازد. شناخت این ویژگی‌ها به مهندسان و طراحان کمک می‌کند تا بهترین انتخاب را برای پروژه‌های صنعتی خود داشته باشند.

خواص مکانیکی استیل 304
خواص مکانیکی نشان می‌دهند که یک ماده تحت بارهای فیزیکی چگونه رفتار می‌کند. این موارد برای طراحی قطعات ماشین‌آلات صنعتی و تجهیزاتی که تحت تنش و فشار قرار دارند، بسیار مهم است.

خاصیت مکانیکی حداقل مقدار واحد
مقاومت کششی ۵۱۵ مگاپاسکال (MPa)
مقاومت تسلیم ۲۰۵ مگاپاسکال (MPa)
افزایش طول (در ۵۰ میلی‌متر) ۴۰ درصد (٪)
سختی برینل (حداکثر) ۲۰۱ HB
سختی راکول B (حداکثر) ۹۲ HRB

مقاومت کششی بالا در کنار قابلیت افزایش طول (انعطاف) قابل توجه، نشان‌دهنده چقرمگی و توانایی این آلیاژ برای تحمل ضربه و تغییر شکل بدون شکستن است.

خواص فیزیکی

علاوه بر رفتار مکانیکی، خواص فیزیکی مانند چگالی و نقطه ذوب نیز در برخی کاربردهای صنعتی اهمیت دارند.

چگالی: حدود ۸.۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب (g/cm⊃3;).

نقطه ذوب: محدوده ذوب این آلیاژ بین ۱۳۷۵ تا ۱۴۵۰ درجه سانتی‌گراد (۲۵۰۰ تا ۲۶۵۰ درجه فارنهایت) است.

رسانایی حرارتی: رسانایی حرارتی استیل ۳۰۴ نسبت به فولادهای کربنی کمتر است. این ویژگی آن را برای کاربردهایی که نیاز به عایق‌بندی حرارتی نسبی دارند، مناسب می‌سازد.

فواید ‌استیل ۳۰۴ را کدامند ؟
محبوبیت گسترده استیل ۳۰۴ اتفاقی نیست. این آلیاژ مزایای متعددی را در یک بسته اقتصادی ارائه می‌دهد که کمتر ماده‌ای توان رقابت با آن را دارد. درک این فواید به ما نشان می‌دهد که چرا این گرید به انتخاب اول بسیاری از صنایع تبدیل شده است.

مقاومت عالی در برابر خوردگی: این اصلی‌ترین دلیل استفاده از استیل ۳۰۴ است. این آلیاژ در برابر اکثر اسیدهای اکسیدکننده و شرایط جوی عادی مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد. این ویژگی آن را برای ساخت مخازن نگهداری مواد شیمیایی (غیر کلریدی) و تجهیزات فرآوری مواد غذایی ایده‌آل می‌کند.

شکل‌پذیری و قابلیت ساخت فوق‌العاده: یکی از بزرگ‌ترین فواید استیل ۳۰۴، قابلیت بالای آن برای کشش عمیق، خم‌کاری و فرم‌دهی بدون نیاز به عملیات حرارتی میانی است. این خاصیت اجازه ساخت قطعات با اشکال هندسی گوناگون مانند سینک‌های آشپزخانه یا بدنه‌های پیچیده تجهیزات صنعتی را می‌دهد.

قابلیت جوشکاری بسیار خوب: استیل ۳۰۴ با اکثر روش‌های جوشکاری ذوبی و مقاومتی سازگار است و معمولا به عملیات حرارتی پس از جوشکاری نیازی ندارد. این امر فرآیند تولید را ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر می‌کند.

دوام و طول عمر بالا: این آلیاژ در برابر ضربه، سایش و تغییرات دمایی مقاومت خوبی دارد و یکپارچگی ساختاری خود را برای سال‌ها حفظ می‌کند.

ظاهر زیبا و بهداشتی: سطح صاف و غیرمتخلخل استیل ۳۰۴ به راحتی تمیز می‌شود و از رشد باکتری‌ها جلوگیری می‌کند. این ویژگی در کنار ظاهر جذاب، آن را برای صنایع دارویی، غذایی و تجهیزات آشپزخانه‌های صنعتی بسیار مناسب کرده است.

قابلیت بازیافت: استیل ۳۰۴ صددرصد قابل بازیافت است و می‌توان آن را بدون افت کیفیت بارها ذوب و مجددا استفاده کرد. این موضوع از منظر زیست‌محیطی و اقتصادی یک مزیت بزرگ محسوب می‌شود.

انواع استیل 304 چیست؟

اگرچه «استیل ۳۰۴» به عنوان یک استاندارد کلی شناخته می‌شود، اما این گرید خود دارای زیرمجموعه‌ها و انواع مختلفی است که برای کاربردهای خاص بهینه‌سازی شده‌اند. شناخت انواع ورق استیل 304 به انتخاب دقیق‌تر آلیاژ بر اساس نیاز پروژه کمک می‌کند.

تفاوت گریدهای 304، 304L و 304H

این سه گرید استنلس استیل، یعنی 304، 304L و 304H، در نگاه اول از نظر شیمیایی تقریبا یکسان به نظر میرسند. با این حال، تفاوت اصلی و تعیینئ‌کننده میان آن‌ها در میزان درصد کربن نهفته است. این تغییر جزئی، تاثیر مستقیمی بر خواص مکانیکی مانند استحکام در دمای بالا و قابلیت جوشکاری آن‌ها دارد و هرکدام را برای کاربرد خاصی مناسب می‌سازد.

استیل ۳۰۴ (گرید استاندارد)

استیل ۳۰۴ به عنوان پرکاربردترین گرید فولاد ضد زنگ، یک آلیاژ همه‌کاره با تعادلی ایده‌آل میان هزینه، مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی است. این گرید با داشتن حداکثر ۰.۰۸٪ کربن، استحکام خوبی را در کنار شکل‌پذیری عالی ارائه می‌دهد. مقاومت آن در برابر اکثر محیط‌های اکسیدکننده و شرایط جوی، آن را برای کاربردهای عمومی صنعتی، تجهیزات آشپزخانه، و قطعات معماری مناسب می‌سازد. به دلیل همین ویژگی‌های متوازن، گرید ۳۰۴ به عنوان یک انتخاب اقتصادی و قابل اعتماد در پروژه‌هایی که نیاز به جوشکاری سنگین یا مقاومت دمایی بسیار بالا ندارند، شناخته می‌شود.

استیل 304L (گرید کربن پایین)

استیل 304L، با حرف “L” که مخفف “Low Carbon” است، به طور خاص برای رفع مشکلات جوشکاری طراحی شده است. با کاهش حداکثر میزان کربن به ۰.۰۳٪، از تشکیل «رسوب کاربید کروم» در مناطق متاثر از حرارت جوش جلوگیری می‌شود. این پدیده که به آن ” حساس شدن” (Sensitization) می‌گویند، می‌تواند مقاومت به خوردگی را به شدت کاهش دهد. بنابراین، گرید 304L بهترین انتخاب برای ساخت سازه‌های جوشی سنگین مانند مخازن بزرگ صنعتی، خطوط لوله شیمیایی و تجهیزاتی است که نمی‌توان آنها را پس از جوشکاری، عملیات حرارتی کرد.

استیل 304H (گرید کربن بالا)

استیل 304H، با حرف “H” به معنای “High Carbon”، برای کاربردهای دما بالا بهینه‌سازی شده است. این گرید با داشتن حداقل کربن ۰.۰۴٪ و حداکثر ۰.۱٪، استحکام کششی و مقاومت به خزش (Creep Resistance) بسیار بهتری در دماهای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد از خود نشان می‌دهد. این ویژگی آن را برای ساخت قطعاتی که تحت تنش مکانیکی و حرارتی شدید قرار دارند، ایده‌آل می‌کند. از این گرید در ساخت دیگ‌های بخار، لوله‌های سوپرهیتر در نیروگاه‌ها، مبدل‌های حرارتی و اجزای داخلی کوره‌های صنعتی استفاده می‌شود.

انواع ورق استیل 304 بر اساس پرداخت سطح

ورق‌های استیل ۳۰۴ علاوه بر گرید شیمیایی، با پرداخت‌های سطحی متفاوتی نیز عرضه می‌شوند که بر ظاهر و کاربرد آن‌ها تاثیر می‌گذارد.

ورق مات (No. 1 Finish): این ورق‌ها دارای سطحی کدر و غیربراق هستند و معمولا در کاربردهای کاملا صنعتی که ظاهر اهمیت ندارد، مانند ساخت قطعات داخلی ماشین‌آلات یا اسکلت تجهیزات، به کار می‌روند.

ورق براق (BA Finish): این ورق‌ها سطحی بسیار صاف، آینه‌ای و درخشان دارند که از طریق فرآیند نورد سرد و آنیل کردن در محیط کنترل شده به دست می‌آید. از این نوع ورق در کاربردهای دکوراتیو یا تجهیزاتی که نیاز به حداکثر تمیزی دارند، استفاده می‌شود.

ورق خشدار (No. 4 Finish): این ورق‌ها دارای خطوط و خش‌های یکنواختی در یک جهت هستند که با سنگ‌زنی ایجاد می‌شوند. این پرداخت سطح، اثر انگشت و لکه‌های جزئی را کمتر نشان می‌دهد و در ساخت لوازم خانگی، پنل‌های آسانسور و تجهیزات آشپزخانه‌های صنعتی بسیار محبوب است.

مقاومت حرارتی و محدودیت‌های خوردگی

با وجود تمام مزایا، استیل ۳۰۴ نیز مانند هر ماده دیگری دارای محدودیت‌هایی است. شناخت این محدودیت‌ها برای جلوگیری از شکست و انتخاب نادرست آلیاژ بسیار مهم است.

عملکرد استیل 304 در دماهای بالا

استیل ۳۰۴ مقاومت به اکسیداسیون خوبی در دماهای بالا از خود نشان می‌دهد. این آلیاژ می‌تواند در سرویس‌دهی متناوب تا دمای ۸۷۰ درجه سانتی‌گراد و در سرویس‌دهی مداوم تا ۹۲۵ درجه سانتی‌گراد مقاومت کند. با این حال، اگر مقاومت به خوردگی در محیط‌های آبی نیز مد نظر باشد، استفاده مداوم از آن در محدوده دمایی ۴۲۵ تا ۸۶۰ درجه سانتی‌گراد توصیه نمی‌شود، زیرا ممکن است پدیده رسوب کاربید رخ دهد. در چنین شرایطی، گرید 304L گزینه مناسب‌تری است. برای کاربردهایی که به استحکام بالا در دماهای بسیار زیاد نیاز است، گرید 304H ارجحیت دارد.

نقطه ضعف استیل 304
مهم‌ترین محدودیت استیل ۳۰۴، ضعف آن در برابر یون‌های کلرید است. محیط‌های حاوی نمک، مانند آب دریا، مناطق ساحلی یا جاده‌هایی که در زمستان از نمک‌های ضدیخ در آنها استفاده می‌شود، می‌توانند باعث نوعی خوردگی موضعی به نام «خوردگی حفره‌ای» (Pitting Corrosion) در استیل ۳۰۴ شوند. در این پدیده، لایه محافظ سطح فولاد در نقاطی شکسته شده و حفره‌های کوچکی ایجاد می‌شود که به سرعت عمیق شده و می‌توانند منجر به تخریب قطعه شوند.

برای چنین محیط‌هایی، استیل ۳۱۶ که حاوی عنصر مولیبدن است، انتخاب بسیار بهتری محسوب می‌شود. مولیبدن مقاومت فولاد را در برابر خوردگی حفره‌ای ناشی از کلریدها به شدت افزایش می‌دهد.