استنلس استیل ها یا فولادهای ضد زنگ گروهی از آلیاژهای آهن هستند که علاوه بر کربن در ساختار خود برخی عناصر دیگر مانند کروم را نیز دارند. وجود کروم در ساختار استنلس استیل ها باعث شده است که مقاومت آنها به طرز چشم گیری در برابر خوردگی افزایش یابد. البته علاوه بر کروم عناصر دیگری مانند نیکل، مولیبدن، تیتانیوم و ... را می تواند به استیل اضافه شود و ویژگی های متفاوتی را در این آلیاژ به وجود آورد. با اضافه کردن عناصر مختلف تا کنون گریدهای بسیار متنوعی از استنلس استیل ها ساخته شده است که برای معرفی آن ها عموما از یک عدد سه رقمی استفاده می شود. یکی از این گریدها نیز استیل ۳۲۱ است که با نام UNS S32100 نیز شناخته می شود. در ادامه ای این مقاله با این گرید پرکابرد استیل بیشتر آشنا خواهید شد.
تصویر شماره ۱ - لوله استیل ۳۲۱
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
- مقدمه استیل ۳۲۱
- مشخصات استیل ۳۲۱
- مقایسه ی انواع مختلف استیل ۳۲۱
- گریدهای جایگزین استیل ۳۲۱
- مقاومت به خوردگی در استیل ۳۲۱
- کاربرد استیل ۳۲۱
- جوشکاری استیل ۳۲۱
مقدمه استیل ۳۲۱
گریدهای ۳۲۱ و ۳۴۷ در واقع فولاد 18/8 پایه ی آستنیتی هستند که با تیانیوم (321) و نیوبیم (347) پایدار شده اند. از این گریدها چون نسبت به خوردگی مرزدانه ای پس از حرارت دهی حساس نیستند استفاده می شوند. گرید 321 برای استفاده در دماهای بالاتر از 900 درجه سانتیگراد مناسب است. استحکام بالا و پایداری از دیگر ویژگی های مثبت این گرید از استیل است.
استیل 321H اصلاح شده ی استیل 321 با مقدار کربن بیشتر است که مقاومت بیشتری در دماهای بالاتر از خود نشان می دهد.
از جمله محدودیت هایی که استیل 321 دارد این است که تیتانیوم در دمای بالا از طریق قوس منتقل نمی شود بنابراین از آن نمی توان به عنوان مواد مصرفی جوشکاری استفاده کرد. در این موارد استیل 347 ترجیح داده می شود. نیوبیم همان عملکرد پایدار کننده ی کاربیدها را بر عهده دارد اما از طریق قوس جوشکاری نیز منتقل می شود. استیل گرید 347 به همین دلیل به عنوان ماده مصرفی استاندارد در موقع جوشکاری استیل 321 به کار برده می شود. از استیل 347 به ندرت به عنوان صفحه ی مادر (Parent plate) استفاده می شود.
مانند سایر استیل های آستنیتی گرید 321 و 347 خاصیت شکل پذیری و جوشپذیری خوبی دارند. آنیلینگ پس از جوشکاری نیز نیاز ندارند. از سختی قابل قبولی برخوردارند حتی در دماهای کمتر از دمای سرمازایی (Cryogenic Temperature) برخوردار هستند.
گرید 321 خوب پرداخت نمی شود به همین دلیل برای کاربردهای دکوراتیو توصیه نمی شود.
استیل گرید 304L بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و کاربرد عمومی آن نسبت به گرید 321 بیشتر است. استیل 304L از مقاومت حرارتی کمتری در مقایسه با استیل 321 برخوردار است. به همین دلیل برای کار در دمای بالاتر از 500 درجه انتخاب مناسبی نخواهد بود.
بیشتر مطالعه کنید: ورق استیل ۴۳۰ چیست؟
مشخصات استیل 321
مشخصات اساسی استیل 321 برای محصولات تخت یا رول شده در استاندارد ASTM A240/A240M بیان شده است. برای محصولاتی مانند لوله و میله نیز مشخصات مشابهی بیان شده است اما لزوما با مشخصات بیان شده برای محصولات تخت یکی نیستند.
ترکیبات شیمیایی استیل 321
ترکیب عناصر تشکیل دهنده ی استیل 321 را می توانید در جدول زیر مشاهده کنید.
|
Grade |
|
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Cr |
Mo |
Ni |
N |
Other |
|
321 |
min. |
- |
2.00 |
0.75 |
0.045 |
0.030 |
17.0 |
- |
9.0 |
0.10 |
Ti=5(C+N) |
|
321H |
min. |
0.04 |
2.00 |
0.75 |
0.045 |
0.030 |
17.0 |
- |
9.0 |
- |
Ti=4(C+N) |
|
347 |
min. |
0.08 |
2.00 |
0.75 |
0.045 |
0.030 |
17.0 |
- |
9.0 |
- |
Nb=10(C+N) |
جدول شماره 1 – مشخصات شیمیایی استیل 231
ویژگی مکانیکی استیل 321
ویژگی های مکانیکی ورق استیل 321 در جدول زیر ارائه شده است.
|
گرید |
مقاومت کششی (MPa) min |
استحکام تسلیم 0.2% Proof (MPa) min |
درصد افزایش طول (% in 50 mm) min |
سختی |
|
|
راکولB (HR B) max |
برینل (HB) max |
||||
|
321 |
515 |
205 |
40 |
95 |
217 |
|
321H |
515 |
205 |
40 |
95 |
217 |
|
347 |
515 |
205 |
40 |
92 |
201 |
ویژگی فیزیکی استیل 321
|
گرید |
چگالی (kg/m3) |
مدول الاستیسته(GPa) |
(μm/m/°C)میانگین ضریب انبساط
|
Thermal Conductivity (W/m.K) |
Specific Heat 0-100 °C (J/kg.K) |
Electrical Resistivity (nΩ.m) |
|||
|
0-100 °C |
0-315 °C |
0-538 °C |
at 100 °C |
at 500 °C |
|||||
|
321 |
8027 |
193 |
16.6 |
17.2 |
18.6 |
16.1 |
22.2 |
500 |
720 |
تصویر شماره ۲ - ورق استیل ۳۲۱
مقایسه ی انواع مختلف استیل 321
انواع گریدهای مختلف 321 به صورت تقریبی دراستانداردهای مختلف در جدول زیر قابل مشاهده است.
|
rade |
UNS No |
Old British |
Euronorm |
Swedish SS |
Japanese JIS |
||
|
BS |
En |
No |
Name |
||||
|
321 |
S32100 |
321S31 |
58B, 58C |
1.4541 |
X6CrNiTi18-10 |
2337 |
SUS 321 |
|
321H |
S32109 |
321S51 |
- |
1.4878 |
X10CrNiTi18-10 |
- |
SUS 321H |
|
347 |
S34700 |
347S31 |
58G |
1.4550 |
X6CrNiNb18-10 |
2338 |
SUS 347 |
گریدهای جایگزین استیل ۳۲۱
در برخی موارد به جای گرید 321 می توان از گزینه های دیگری استفاده کرد که این موارد در جدول زیر آورده شده است.
|
گرید |
چرا به جای گرید 321 استفاده می شود؟ |
|
304L |
مقاومت در برابر خوردگی مرزدانه ای مشابهی دارند اما از نظر استحکام به دمای بالا جایگزین مناسبی نیست. |
|
3CR12 |
تنها برای دماهایی تا 600 درجه سانتیگراد می تواند گزینه مناسبی باشد. |
|
304H |
تنها برای دماهایی تا 600 درجه سانتیگراد می تواند گزینه مناسبی باشد. |
|
310 |
دمای عملکرد می تواند تا 1100 درجه سانتیگراد باشد که برای 321 بالاست. |
|
S30815 |
دمای عملکرد تا 1150 درجه سانتیگراد که برای 321 بالاست. |
مقاومت به خوردگی در استیل ۳۲۱
استیل ۳۲۱ یک فولاد ضد زنگ است پایدار شده با تیتانیوم است که در شرایط عمومی از مقاومت خوبی در برابر خوردگی برخوردار است. اما به خوردگی مرزدانه ای در استیل ۳۲۱ در رنج دمایی ۴۲۷ تا ۸۱۶ درجه سانتیگراد بسیار عالی ست.
کاربرد استیل ۳۲۱
کاربرد عمومی استیل 321 عبارت است از:
- مانیفلد خروجی هواپیماها
- اجزای کوره ها
- مبدل های حرارتی
- دمنده ها
- مفصل های انبساطی
- اجزای تیوب های حرارتی
- صفحات جوشی برای فرایندهای معدنی در دمای بالا
- تیوب های اسپیرال جوشی برای مشعل های لوله ای
تصویر شماره ۳ - مانیفلد استنلس استیل ۳۲۱
بیشتر مطالعه کنید: استیل ۳۰۴ و مشخصات آن
جوشکاری استیل ۳۲۱
به کمک تمام روش های فیوژن می توان عملیات جوشکاری را همراه یا بدون فیلرهای فلزی انجام داد.
بیشتر مطالعه کنید: جوشکاری استنلس استیل چگونه است؟