تفاوت فولاد ضد زنگ 321 با استنلس استیل 347 و 348

تفاوت فولاد ضد زنگ 321 با استنلس استیل 347 و 348

 

مزیت اصلی این گریدهای فولادی این است که مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی بین دانه‌ای در محدوده دمایی بارش کاربید 800-1500 درجه فارنهایت (427-816 درجه) یا در دماهای پایین‌تر پس از عایق‌سازی در این محدوده دارند.

با توجه به افزودن ti،فولاد 321می تواند به طور پایدار از تشکیل کاربید کروم جلوگیری کند.

اما در کاربردهایی که فقط شامل جوشکاری یا گرمایش کوتاه مدت در محدوده دمایی 800-1500℉ (427-816) درجه می‌شوند، این گریدهای فولادی پایدار تا حد زیادی با 304 لیتر جایگزین شده‌اند.

 

به دلیل خواص مکانیکی خوب، گریدهای فولاد ضد زنگ 347، 348 و 321 از مزیت کار در دماهای بالا نیز برخوردار هستند.

کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار asme ترجیح می دهد برای گریدهای فولاد ضد زنگ 347، 348 و 321 نسبت به 304 و 304 لیتر، و این آلیاژها امکان استفاده در کاربردهای خدمات شدید با درجه حرارت تا 950 درجه فارنهایت (510 درجه) را دارند.

استحکام خزشی بالای این گریدهای فولادی ویژگی های کاربرد آنها را در طرح های کد فشار بالا asme افزایش می دهد.

 

ساختار متالوگرافی فولاد ضد زنگ

 

هنگامی که به درستی آنیل شوند، این فولادها عمدتاً از آستنیت و کاربید تیتانیوم یا نیوبیم با مقدار کمی فریت تشکیل می شوند.

مقدار کمی از فاز σ هنگام قرار گرفتن در معرض دماهایی در محدوده 1100-1500 درجه فارنهایت (593-816 درجه) برای دوره‌های زمانی قابل‌توجهی تشکیل می‌شود.

 

مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ

 

سه نوع فولاد فوق در اکثر محیط ها مقاومت به خوردگی یکسانی از خود نشان می دهند، اما در محیط های اکسید کننده قوی، مقاومت خوردگی عمومی فولاد 321 آنیل شده تا حدودی کمتر از آنیل شده 347 است.

بنابراین، گرید فولاد 347 در محیط‌های حاوی آب و سایر محیط‌های با دمای پایین ترجیح داده می‌شود، زیرا در محدوده دمایی 800-1500℉ (427-816) درجه، مقاومت خوردگی کلی فولاد 321 بسیار بیشتر کاهش می‌یابد. نسبت به 347.

 

خوردگی بین دانه ای

 

فولادهای زنگ نزن 348، 347 و 321 در جایی که فولادهای cr-ni ناپایدار مانند گرید 304 مستعد خوردگی بین دانه ای هستند، ساخته و مورد استفاده قرار گرفتند.

وقتی آن فولادهای ناپایدار cr-ni در معرض یا به آرامی تا 800-1500 درجه فارنهایت (427-816 درجه) سرد می‌شوند، بخشی از کاربید کروم در مرز دانه‌ها رسوب می‌کند.

مرزهای دانه ابتدا به راحتی فرسایش می یابند، که استحکام کلی فلز را کاهش می دهد و ممکن است منجر به تکه تکه شدن کامل شود.

 

محیط های آلی یا خورنده های بسیار ضعیف، شیر یا سایر محصولات لبنی یا شرایط جوی به ندرت باعث خوردگی بین دانه ای می شوند، حتی اگر مقدار زیادی کاربید رسوب کند.

هنگام جوشکاری مواد نازک، زمان در ناحیه دمایی 800-1500℉ (427-816) درجه بسیار کوتاه است و گریدهای فولادی ناپایدار معمولاً برای اکثر محیط‌های خورنده مناسب هستند.

میزان خطر ناشی از بارش کاربید نه تنها به شرایط خوردگی بلکه به مدت زمانی که در ناحیه دمایی 800-1500℉ (427-816) درجه باقی می‌ماند نیز بستگی دارد.

هنگام جوشکاری مواد ضخیم، حتی زمان‌های گرمایش طولانی‌تر برای این مواد ناپایدار با محتوای c کمتر از 0.03 درصد یا کمتر مضر نیست.

 

مشخصات فیزیکی

 

خواص فیزیکی گریدهای فولاد زنگ نزن 347، 348 و 321 بسیار شبیه به هم بوده و در تمامی کاربردهای عملی قابل استفاده است.

مقادیر زیر ممکن است برای این سه گرید فولادی اعمال شود.

انتقال حرارت کل یک فلز معمولاً به عوامل مختلفی بستگی دارد تا هدایت حرارتی واقعی آن.

در بیشتر موارد، در مقایسه با فلزات دیگر با رسانایی حرارتی بالاتر، ضریب فیلم، مقیاس اکسید و چنین شرایط سطحی فولاد ضد زنگ لازم است که از 10-15% تجاوز نکند.

 

نفوذپذیری مغناطیسی

ضریب نفوذپذیری مغناطیسی معمولی سه فولاد پس از بازپخت کمتر از 1.02 در 200h است.

مقدار ضریب با ترکیب متفاوت است و با کار سرد افزایش می یابد.

جوش های حاوی فریت باعث افزایش نفوذپذیری مغناطیسی می شوند.

 

شکل دهی و شرایط فولاد ضد زنگ

این سه فولاد را می توان به صفحات، ورق ها، نوارها و لوله های جوشی تبدیل کرد و تمامی محصولات عمدتاً پس از آنیل به فروش می رسند.
برخی از محصولات سخت شده با نورد سرد به صورت نواری در دسترس هستند.

سایر فرمت های محصول برای مرجع در برگه های مشخصات محصول استاندارد ذکر شده است و از سایر تامین کنندگان در دسترس است.

 

خواص مکانیکی فولاد ضد زنگ

خواص کششی دمای اتاق
جدول زیر حداقل خواص مکانیکی این گریدهای فولادی cr-ni تثبیت شده را پس از بازپخت (2000 درجه فارنهایت [1093 درجه، هوا خنک) با استفاده از صفحات نازک نشان می‌دهد.

 

خواص کششی در دمای بالا
high c 321h، 347h و 348h دارای استحکام مکانیکی بالایی در دماهای بالاتر از 1000 ℉ (537 درجه) هستند. حداکثر مقدار طراحی تنش مجاز asme نشان دهنده استحکام بالاتر گریدهای فولادی h شکل است.

 

قدرت ضربه
فولادهای 321 و 347 چقرمگی ضربه خوبی در دماهای زیر صفر دارند.

قدرت خستگی
استحکام خستگی فلزات مختلف در واقع تحت تاثیر شرایط خوردگی، پوشش سطح، شکل و تنش متوسط است.

بنابراین، هیچ مقدار مشخصی وجود ندارد که بتوان از آن برای نشان دادن قدرت خستگی در تمام شرایط کاری استفاده کرد.

استحکام خستگی فولادهای گریدهای 321 و 347 تقریباً 35 درصد مقاومت کششی آن است.

 

سخت شدن
این درجه فولاد پایدار را نمی توان با عملیات حرارتی سخت کرد.

 

پارگی استرس و قدرت خزش
گریدهای فولاد ضد زنگ 347، 348 و 321 نسبت به گریدهای فولادی 304 و 304l نسبت به پارگی تنش دمایی و مقاومت در برابر خزش بالاتری دارند.

در دمای اتاق یک مزیت جزئی وجود دارد، با این حال، مقادیر دمای بالای آن، همانطور که توسط آیین نامه دیگ بخار و مخزن فشار asme به رسمیت شناخته شده است، به قطعات اجازه می دهد تا در سطوح تنش بالاتر طراحی شوند.

 

خواص مکانیکی فولاد ضد زنگ

 

عملکرد پردازش فولاد ضد زنگ

جوشکاری
در میان فولادهای پر آلیاژ، فولاد زنگ نزن آستنیتی بهترین قابلیت جوش را دارد و می توان از انواع جوشکاری ذوبی و جوشکاری مقاومتی استفاده کرد.

هنگام جوشکاری فولادهای زنگ نزن آستنیتی، دو موضوع مهم وجود دارد: حفاظت در برابر خوردگی و جلوگیری از ترک خوردن.

برای حفظ پایداری عناصر مورد نیاز است.

گاز جاذب به درجه خاصی از تمیزی نیاز دارد و از جذب c از روغن یا n از هوا جلوگیری می کند.

گرید فولاد 321 بیشتر از عیار فولاد 347 تیتانیوم را از دست می دهد، در حالی که عیار فولاد 348 ممکن است nb را از دست بدهد.

هنگام جوشکاری فلزات با ساختار کاملا آستنیتی، احتمال ترک خوردن آنها در طول فرآیند جوشکاری بیشتر است.

بنابراین، گریدهای فولاد ضد زنگ 347، 348 و 321 با مقدار کمی فریت پخت می شوند تا حساسیت به ترک به حداقل برسد.

فولاد ضد زنگ تثبیت شده با nb نسبت به فولاد ضد زنگ تثبیت شده با تیتانیوم مستعد ترک خوردگی داغ است.

 

آنیل کردن
محدوده دمای بازپخت برای گریدهای فولادی 321 و 347 1800-2000℉ (928-1093) درجه است.

هدف اصلی از بازپخت نرم شدن و دستیابی به شکل پذیری بالا است.

این فولادها همچنین ممکن است در محدوده دمایی بارش کاربید، 800-1500 درجه فارنهایت (427-816 درجه)، بدون خطر خوردگی بین دانه‌ای، آنیل شوند.

فقط چند ساعت بازپخت کاهش فشار در محدوده دمایی 800-1500 درجه فارنهایت (427-816) درجه مقاومت به خوردگی عمومی را بطور قابل توجهی کاهش نخواهد داد.

البته گرمایش طولانی مدت در این محدوده دمایی در واقع مقاومت خوردگی عمومی را تا حدودی کاهش می دهد.

با این حال، همانطور که تاکید شد، بازپخت در محدوده دمایی 800 تا 1500 درجه فارنهایت ({2}} درجه) حساسیت به خوردگی بین بخشی ایجاد نمی کند.

برای حداکثر شکل‌پذیری، بازپخت در محدوده دمای بالاتر 1800-2000 درجه فارنهایت (928-1093 درجه) توصیه می‌شود.

هنگام استفاده از تجهیزات پردازش فولاد ضد زنگ cr-ni، باید از گریدهای فولادی پایدار برای جلوگیری از بارش کاربید تا حد زیادی استفاده شود.

شناسایی تفاوت در توانایی تثبیت nb و ti ضروری است.

nb عنصری است که احتمال تشکیل کاربید بیشتر از ti است. بنابراین، پایداری و اثرات محافظتی استفاده از فولاد 321 ممکن است آشکار نباشد.

 

اگر حداکثر مقاومت در برابر خوردگی برای فولاد نوع 321 مورد نیاز است، باید از یک بهبود حفاظت در برابر خوردگی به نام آنیل پایدار استفاده شود.

بسته به ضخامت، مواد را تا 1550-1650℉ (843-899 درجه) تا 5 ساعت گرم کنید.

این محدوده بالاتر از دمای تشکیل کاربید کروم است و به اندازه ای بالا است که تمام کاربیدهای تشکیل شده قبلی را تجزیه و محلول جامد کند.

علاوه بر این، این دما باعث t; و c برای تشکیل کاربیدهای بی ضرر ترکیب شوند.

نتیجه این است که کروم به یک محلول جامد کاهش می یابد و c باید با ti ترکیب شود تا کاربیدهای بی ضرری تشکیل دهد.

 

اگر عملیات حرارتی در اتمسفر اکسید کننده انجام شود، اکسیدها باید پس از بازپخت در محلول زنگ زدایی اسیدهای نیتریک و هیدروفلوئوریک حذف شوند و این اسیدها باید کاملاً از سطح مواد شسته شوند.

 

تمیز

اگرچه فولاد ضد زنگ در برابر خوردگی مقاوم است، اما باید با دقت پردازش و استفاده شود تا وضعیت سطح آن حتی در شرایط استفاده عادی حفظ شود.

 

در حین جوشکاری از فرآیند حفاظت از گاز بی اثر استفاده می شود و رسوب اکسید و سرباره تولید شده از جوشکاری با یک برس سیمی فولادی ضد زنگ حذف می شود.

برس های معمولی کربن استیل ذرات فولاد کربنی را روی سطح باقی می گذارند که در نهایت باعث زنگ زدگی سطح می شود.

برای کاربردهای دقیق تر، محل جوشکاری باید با محلول زدودن زنگ زدگی مانند مخلوط اسیدهای نیتریک و هیدروژن برای حذف لایه اکسیدی درمان شود و باید فوراً با آب شسته شود.

 

هنگامی که این ماده در شرایط داخلی، صنعتی سبک یا ملایم تر استفاده می شود، حداقل تعمیر و نگهداری مورد نیاز است.

فقط مناطق محافظت شده گاهی اوقات با آب تحت فشار شسته می شوند.

در مناطق صنعتی دریایی یا سنگین، می توان به طور مکرر از آب برای حذف رسوبات نمک و کثیفی که به ظاهر فولاد ضد زنگ آسیب می زند استفاده کرد.

 

لکه ها و رسوبات سرسخت مانند مواد غذایی سوخته را می توان با یک پاک کننده غیر ساینده و یک برس الیافی، اسفنج یا پشم فولادی ضد زنگ شست.

اما پشم فولاد ضد زنگ آثار دائمی روی سطح صاف فولاد ضد زنگ باقی می گذارد.

 

فولاد ضد زنگ در بسیاری از شرایط استفاده نیاز به تمیز کردن و ضد عفونی منظم دارد.

تجهیزات باید با هیدروکسید سدیم خاص، حلال‌های آلی یا محلول‌های اسیدی مانند اسید فسفریک یا اسید سولفامیک تمیز شوند (اسیدهای احیاکننده قوی مانند اسید هیدروفلوریک یا اسید کلریدریک ممکن است برای این فولادهای ضد زنگ مضر باشند).

محلول تمیز کننده باید تخلیه شود و سطح فولاد ضد زنگ به طور کامل با آب تازه شسته شود. اگر محلول باقیمانده برای مدت طولانی با سطح فولاد ضد زنگ تماس پیدا کند، خراب می شود.

ویژگی‌های طراحی بهبود یافته به تمیزی فولاد ضد زنگ کمک می‌کند، با تجهیزاتی با گوشه‌های گرد، پخ‌ها و ترک‌های کم، انجام کارهای تمیزکاری مانند جوشکاری و پرداخت سطح را آسان‌تر می‌کند.