مقایسه جامع استیل نسوز 310 و 310S از نظر ترکیب شیمیایی، مقاومت حرارتی، جوشپذیری و کاربردهای صنعتی
ورق استیل ۳۱۰ نسوز چیست و چه تفاوتی با ۳۱۰S دارد؟
ورق استیل ۳۱۰، که به عنوان ورق استیل نسوز نیز شناخته میشود، یکی از مهمترین و مقاومترین آلیاژهای فولاد زنگنزن آستنیتی است. این نوع استیل به دلیل ترکیب شیمیایی ویژه خود، شامل حدود ۲۴ تا ۲۶ درصد کروم و ۱۹ تا ۲۲ درصد نیکل، در برابر حرارتهای بسیار بالا، اکسیداسیون و شوک حرارتی مقاومت فوقالعادهای از خود نشان میدهد. وجود این میزان بالا از عناصر آلیاژی باعث میشود که ساختار آستنیتی ورق در دماهای بالا پایدار باقی بماند و دچار تغییر شکل، پوسته شدن یا افت استحکام نشود.
ورق استیل ۳۱۰ توانایی تحمل دماهایی در بازهی ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد را دارد و در محیطهایی که نوسان دمایی مکرر و تماس مستقیم با شعله یا گازهای داغ وجود دارد، عملکردی بسیار مطمئن ارائه میدهد. همچنین این گرید در برابر خوردگی در اتمسفرهای اکسیدی و حاوی گوگرد نیز مقاوم است، بهویژه در شرایطی که رطوبت یا بخار داغ حضور دارد.
از آنجا که ترکیب خاص آن تعادل مناسبی بین مقاومت حرارتی، دوام مکانیکی و پایداری ساختاری ایجاد کرده است، ورق استیل ۳۱۰ به یکی از مواد پرکاربرد در صنایع حرارتی، پتروشیمی، نفت و گاز، سیمان، تولید شیشه و ساخت تجهیزات کورهها تبدیل شده است. از جمله کاربردهای رایج آن میتوان به ساخت لولههای نسوز، مشعلها، المنتهای حرارتی، محفظههای احتراق، دودکشهای صنعتی و دیواره داخلی کورهها اشاره کرد.
این ورق در بازار در ابعاد استاندارد مانند ۲×۱ متر، ۶×۱.۵ متر و ۶×۲ متر و در ضخامتهایی از ۰.۳ تا ۱۰۰ میلیمتر عرضه میشود. چنین تنوعی در ابعاد و ضخامت، باعث میشود که مهندسان بتوانند بسته به نوع پروژه و شرایط کاری، گزینهای متناسب با نیاز خود انتخاب کنند. علاوه بر این، قابلیت جوشکاری و شکلپذیری مناسب ورق استیل ۳۱۰، امکان ساخت قطعات پیچیده و مقاوم در برابر حرارت را نیز فراهم کرده است.
در مجموع، ورق استیل ۳۱۰ را میتوان یکی از مطمئنترین انتخابها برای محیطهای با دمای بالا دانست؛ ترکیبی از دوام، پایداری و مقاومت که در صنایع مدرن نقشی کلیدی ایفا میکند.
ترکیب و ساختار آلیاژی استیل نسوز
استیل نسوز از ترکیب آهن، کروم، نیکل، و مقدار کمی کربن ساخته میشود. وجود کروم موجب ایجاد لایهای محافظ روی سطح فولاد میشود که از زنگزدگی و اکسیداسیون جلوگیری میکند، و نیکل به بهبود پایداری در برابر شوک حرارتی و خوردگی کمک میکند. به همین دلیل، این فولادها نه تنها در برابر حرارت بلکه در برابر زنگزدگی و خوردگی نیز مقاومت بالایی دارند.
| ویژگیها | استیل ۳۱۰ | استیل ۳۱۰S |
| نوع فولاد | فولاد زنگنزن آستنیتی نسوز | فولاد زنگنزن آستنیتی نسوز با کربن کمتر |
| مقدار کروم (Cr) | حدود ۲۴–۲۶٪ | حدود ۲۴–۲۶٪ |
| مقدار نیکل (Ni) | حدود ۱۹–۲۲٪ | حدود ۱۹–۲۲٪ |
| مقدار کربن (C) | حدود ۰.۲۵٪ | کمتر از ۰.۰۸٪ |
| مقاومت در برابر اکسیداسیون | بسیار بالا تا حدود ۱۱۰۰°C | بسیار بالا تا حدود ۱۱۰۰°C |
| مقاومت در برابر پوسته شدن در دماهای بالا | بالا | بسیار بالا و پایدارتر در سیکلهای حرارتی مکرر |
| مقاومت در برابر خوردگی بیندانهای | متوسط (بهدلیل کربن بالاتر) | بسیار بالا (بهدلیل کربن پایین) |
| قابلیت جوشکاری | مناسب، اما احتمال ترک در منطقه جوش وجود دارد | بسیار عالی، بدون خطر ترک یا رسوب کاربید |
تفاوت استیل ۳۱۰ و ۳۱۰S در چیست؟
گرچه هر دو گرید از خانوادهی فولادهای نسوز آستنیتی هستند و ترکیب کلی مشابهی دارند، اما تفاوت اصلی آنها در میزان کربن است:
| ویژگ | استیل 310 | استیل 310S |
|---|---|---|
| میزان کربن | تا حدود 0.25٪ | حداکثر 0.08٪ |
| مقاومت حرارتی | کمی بالاتر در دمای خیلی زیاد | مشابه، اما کمی کمتر |
| مقاومت در برابر خوردگی پس از جوشکاری | پایینتر | بسیار بالاتر |
| مناسب برای | قطعات بدون جوش در دماهای بالا | سازههای جوشخورده و محیطهای خورنده |
| احتمال تشکیل کاربید کروم | بیشتر | بسیار کمتر |
کدام رو انتخاب کنیم؟
کربن بیشتر در 310 باعث افزایش استحکام و مقاومت خزشی در دماهای بالا میشود، اما خطر رسوب کاربید و خوردگی بیندانهای را بالا میبرد. در مقابل، 310S با کاهش کربن، جوشپذیری بهتر و مقاومت بالاتر در برابر خوردگی پس از جوشکاری دارد، بنابراین در سازههای جوشخورده یا سیستمهای در معرض سیکل حرارتی گزینه مناسبتری است.
نکته مهم در بازار ایران
در بازار ایران، اصطلاح استیل ۳۱۰ معمولاً بهصورت اشتباه برای گرید ۳۱۰S به کار میرود. گرید ۳۱۰ (با کربن بالاتر) در ایران به ندرت یافت میشود و اغلب تولیدکنندگان و واردکنندگان به دلیل خواص فنی بهتر و جوشپذیری بالاتر، تنها گرید ۳۱۰S را تأمین میکنند.
بنابراین، زمانی که در بازار از ورق یا لوله استیل ۳۱۰ صحبت میشود، در واقع منظور همان ۳۱۰S است. تفاوت اصلی در میزان کربن است که در ۳۱۰S کمتر بوده و در نتیجه احتمال خوردگی پس از جوشکاری بسیار پایینتر است.
کاربردهای صنعتی
فولاد ضد زنگ ۳۱۰ و 310S به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت و خوردگی، یکی از پرکاربردترین گریدهای استیل نسوز در صنایع مختلف محسوب میشوند. این نوع استیل در صنایع متعددی کاربرد دارد، از جمله صنعت نفت و گاز، صنایع برق و نیروگاهی، فولادسازی، هوافضا، نساجی، خودروسازی، ساخت صداخفهکن و سیستمهای اگزوز، صنایع غذایی و دارویی، و همچنین صنایع برودتی و سردخانهای. علاوه بر این، استیل ۳۱۰ / 310S در تولید تجهیزات شیمیایی، کاغذسازی و شیشهسازی نیز استفاده میشود، زیرا ساختار و ترکیب شیمیایی آن اجازه میدهد در محیطهای خورنده و دماهای بالا عملکرد قابلاعتماد و پایدار داشته باشد.
میزان کربن در استیل ۳۱۰ معمولاً حدود ۲۰٪ است؛ این مقدار برای کاربردهای ضد زنگ کاهش مییابد و برای استفاده در بلبرینگها یا تجهیزات برش افزایش پیدا میکند تا استحکام و دوام لازم تأمین شود. این ویژگی باعث میشود که استیل ۳۱۰ / 310S برای طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی، حرارت و سایش دارند، مناسب باشد.
قیمت استیل نسوز بسته به قطر ورق، گرید و سازنده متفاوت است و در سایتهای معتبر فروش، امکان مشاهده قیمت بهروز و نمودار تغییرات نرخ آن وجود دارد. این اطلاعات به خریداران کمک میکند روند بازار و نوسانات قیمت این محصول را بررسی و تصمیمات خرید هوشمندانهتری اتخاذ کنند. با توجه به ویژگیهای منحصربهفرد این استیل در ترکیب مقاومت در برابر خوردگی، اکسیداسیون و دماهای بالا، استیل ۳۱۰ / 310S به یکی از گزینههای اصلی صنایع حساس به شرایط محیطی شدید و عملیات دمای بالا تبدیل شده است و در تولید قطعات و تجهیزات حیاتی با عملکرد پایدار و طول عمر بالا بهطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد.
ساخت کوره و کاربرد ورق استیل ۳۱۰
ورق استیل نسوز یا گرید ۳۱۰ یکی از پرکاربردترین و ارزشمندترین آلیاژهای فولاد زنگنزن در صنایع حرارتی و دمای بالا به شمار میرود. این نوع استیل به دلیل ترکیب منحصربهفردی از کروم (۲۴ تا ۲۶ درصد) و نیکل (۱۹ تا ۲۲ درصد)، ساختاری آستنیتی و بسیار پایدار دارد که مقاومت فوقالعادهای در برابر حرارت، اکسیداسیون، و شوکهای حرارتی ایجاد میکند. حضور درصد بالای این عناصر باعث میشود ورق استیل ۳۱۰ در دماهای بسیار بالا، حتی تا حدود ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد، بدون افت استحکام، پوسته شدن یا تغییر شکل قابلتوجه به کار خود ادامه دهد.
این ویژگیها سبب شده است که استیل ۳۱۰ به عنوان یکی از اصلیترین مواد اولیه در ساخت انواع کورههای صنعتی، تجهیزات حرارتی و قطعات نسوز مورد استفاده قرار گیرد. از کاربردهای متداول این گرید میتوان به ساخت چارچوب کورههای القایی، سینیهای انتقال مواد در صنایع چینی و سرامیک، قطعات داخلی کورههای عملیات حرارتی، مشعلها، دودکشهای دما بالا، و محفظههای ذوب فلزات غیرآهنی مانند روی، آلومینیوم و مس اشاره کرد.
علاوه بر مقاومت حرارتی، این ورق در برابر خوردگی و پوسته شدن ناشی از تماس با بخار، گازهای اکسیدکننده و محیطهای حاوی گوگرد نیز عملکرد بسیار خوبی دارد. به همین دلیل در محیطهایی که تغییرات دما و شرایط شیمیایی سخت وجود دارد، یکی از مطمئنترین گزینهها محسوب میشود.
از نظر شکلپذیری و جوشکاری، استیل ۳۱۰ نیز عملکردی مطلوب دارد. هرچند به دلیل میزان نسبتاً بالای کربن در ترکیب آن (حدود ۰.۲۵٪)، در برخی موارد برای جلوگیری از رسوب کاربید و ترک در نواحی جوش، از نوع کمکربنتر آن یعنی استیل ۳۱۰S استفاده میشود. این موضوع به ویژه در پروژههایی که نیاز به اتصالات جوشکاری گسترده دارند اهمیت دارد.
به طور کلی، ورق استیل ۳۱۰ با ترکیب عالی از مقاومت حرارتی، دوام مکانیکی، و پایداری شیمیایی، یکی از بهترین انتخابها برای صنایع با شرایط دمایی شدید است. هرچند قیمت آن نسبت به سایر گریدهای سری ۳۰۰ بالاتر است، اما طول عمر بالا، عملکرد پایدار و کاهش هزینههای تعمیر و تعویض در بلندمدت، این اختلاف قیمت را توجیهپذیر میسازد.
آشنایی با انواع استیل نسوز
استیل آستنیتی (Austenitic Stainless Steel): این نوع فولاد ضدزنگ دارای میزان نیکل بالاتر است و انعطافپذیری و مقاومت کششی قابلتوجهی دارد. گریدهای سری ۲۰۰ تا ۳۰۰ آن، مقاومت گرمایشی بالاتری نسبت به گریدهای سری ۴۰۰ دارند و در دماهای بالای ۵۴۰ درجه سانتیگراد عملکرد مطلوبی ارائه میدهند.
استیل مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steel): شامل سری ۴۰۰ است و عنصر کروم نقش اصلی در آن دارد. این نوع استیل استحکام سایشی بالایی دارد و فرمپذیری مناسبی ارائه میدهد، اما در دماهای بسیار بالا عملکرد ضعیفتری نسبت به استیل آستنیتی دارد.
استیل فریتی (Ferritic Stainless Steel): شامل برخی گریدهای سری ۴۰۰ است و مقاومت خوبی در برابر زنگزدگی و پوسته شدن در دماهای بالا دارد، که ناشی از تعادل مناسب کروم و عدم وجود فاز آستنیتی است.
استیل سخت رسوبی (Precipitation-Hardening Stainless Steel): شامل زیرمجموعههای آستنیتی، نیمهآستنیتی و مارجینگ است و تفاوت آنها در ساختار و خواص مکانیکی است. نیمهآستنیتیها در دماهای بالا مقاومت حرارتی بالاتری دارند و سختی رسوبی آستنیتیها در حد متوسط است.
نتیجه گیری
استیل ۳۱۰، که به عنوان استیل نسوز گرید ۳۱۰ شناخته میشود، یک فولاد ضدزنگ آستنیتی با کربن متوسط است و برای کاربردهایی با دمای بالا طراحی شده است(در بازار ایران، اصطلاح استیل ۳۱۰ معمولاً بهصورت اشتباه برای گرید ۳۱۰S به کار میرود.). این ورق در قطعات کوره و تجهیزات عملیات حرارتی کاربرد دارد و میتواند در سرویس مداوم تا دمای ۱۱۵۰ درجه سانتیگراد و در سرویس متناوب تا ۱۰۳۵ درجه سانتیگراد بهطور ایمن مورد استفاده قرار گیرد.
این گرید به دلیل پایداری ساختاری بالا در دماهای زیاد، به طور گسترده در صنایع حرارتی و فرآیندی مورد استفاده قرار میگیرد. استیل ۳۱۰ میتواند در سرویس مداوم تا دمای ۱۱۵۰ درجه سانتیگراد و در سرویس متناوب تا حدود ۱۰۳۵ درجه سانتیگراد عملکردی مطمئن و پایدار داشته باشد، بدون آنکه دچار تغییر شکل، افت استحکام یا پوسته شدن شود.
کاربردهای متداول این گرید شامل ساخت قطعات داخلی کورهها، سینیها و قفسههای نسوز، لولههای حرارتی، محفظههای احتراق، مشعلها، دودکشها و تجهیزات مرتبط با ذوب فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، مس و روی است. علاوه بر مقاومت حرارتی بالا، استیل ۳۱۰ در برابر خوردگی در محیطهای اکسیدی و در حضور بخار یا گازهای داغ نیز مقاوم است و در محیطهایی که شوک حرارتی و تغییرات دما بهصورت مکرر رخ میدهد، عملکردی قابل اعتماد ارائه میدهد.
منبع:AZOM
