صنعت رو به رشد فولاد ضد زنگ، نقشی محوری در ایجاد اشتغال و نوآوری در صنایع بزرگ و کوچک ایفا می‌کند. با توجه به گسترش روزافزون کاربردهای این آلیاژ ارزشمند، اهمیت آن در دنیای امروز بیش از پیش نمایان شده است. فولاد ضد زنگ به عنوان یک ماده پایدار و قابل بازیافت، گامی مؤثر در جهت حفاظت از محیط زیست محسوب می‌شود.
پیشرفت‌های چشمگیر در حوزه متالورژی، تنوع گسترده‌ای از آلیاژهای فولاد ضد زنگ را در اختیار صنایع مختلف قرار داده است. این تنوع به قدری است که می‌توان برای هر کاربرد خاص، آلیاژی متناسب با آن انتخاب کرد.
فولادهای ضد زنگ بر اساس ساختار کریستالی خود به دسته‌های اصلی آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوپلکس و سخت‌کاری رسوبی تقسیم‌بندی می‌شوند. هر یک از این دسته‌ها، خواص و کاربردهای منحصر به فردی دارند.
آلیاژ فولاد ضد زنگ آستنیتی به عنوان پرکاربردترین گرید فولاد ضد زنگ در جهان شناخته می‌شود. ساختار بلوری مکعبی وجهی، ویژگی متمایز این نوع فولاد است. فولاد ضد زنگ آستنیتی در واقع آلیاژی از آهن، کربن، کروم و عناصر آلیاژی دیگر است. میزان کربن موجود در گریدهای مختلف این فولاد، متناسب با کاربردهای گوناگون آن، متفاوت می‌باشد.
سری 300، متشکل از آلیاژهای کروم-نیکل، پرکاربردترین سری فولادهای ضد زنگ آستنیتی محسوب می‌شود.
گرید 316 به عنوان دومین فولاد ضد زنگ پرکاربرد پس از گرید 304، از اهمیت تجاری بالایی برخوردار است. وجود عنصر مولیبدن در ترکیب این گرید، مقاومت آن را در برابر خوردگی اسیدی به میزان قابل توجهی افزایش داده است.
برای پاسخگویی به نیازهای تخصصی صنایع مختلف، گرید 316 در نسخه‌های مختلف با گواهی‌های دوگانه نیز تولید می‌شود.
استنلس استیل 316
فولاد ضدزنگ گرید 316، آلیاژی از کروم، نیکل و مولیبدن است که به دلیل مقاومت استثنایی در برابر خوردگی در محیط‌های اسیدی، به ویژه محیط‌های حاوی کلرید، شهرت یافته است. افزودن عنصر مولیبدن به این فولاد، پایداری ساختاری آن را در دماهای بالا افزایش داده و مقاومت به خوردگی حفره‌ای و شکاف‌دار را به طور چشمگیری بهبود بخشیده است.
از ویژگی‌های بارز گرید 316 می‌توان به شکل‌پذیری عالی، قابلیت جوشکاری بسیار خوب و عدم نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری اشاره کرد. این ویژگی‌ها، فولاد 316 را به گزینه‌ای ایده‌آل برای ساخت قطعات پیچیده و کاربرد در صنایع مختلف از جمله صنایع شیمیایی، غذایی، دریایی، نفت و گاز و همچنین در ساخت تجهیزات پزشکی و ابزارآلات جراحی تبدیل کرده است.
کاربردهای گسترده فولاد 316 در صنایع مختلف، به دلیل خواص منحصر به فرد آن از جمله مقاومت به خوردگی، مقاومت به حرارت، استحکام بالا و قابلیت شکل‌پذیری، روز به روز در حال افزایش است.
استنلس استیل 316L
فولاد زنگ‌نزن 316L گونه‌ای از فولاد زنگ‌نزن 316 است که با محتوای کربن کمتری تولید می‌شود. تفاوت اصلی این دو آلیاژ در همین کاهش میزان کربن نهفته است. این ویژگی منجر به جلوگیری از رسوب کاربید کربن در بازه دمایی 800 تا 1500 درجه فارنهایت می‌شود. به همین دلیل، فولاد 316L به طور معمول در قطعات جوشکاری شده با ضخامت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فولاد 316L در مقایسه با فولاد 316، مقاومت به مراتب بالاتری در برابر اکسیداسیون در محیط‌های دریایی از خود نشان می‌دهد. همچنین، این آلیاژ در دماهای بسیار پایین نیز پایداری خود را حفظ کرده و استحکام کلی بهتری ارائه می‌دهد.
فولاد 316L قابلیت سخت شدن از طریق کار سرد را دارا بوده و جوشکاری بسیار مطلوبی دارد. نکته قابل توجه آن است که پس از انجام عملیات جوشکاری، نیازی به عملیات حرارتی بازپخت نمی‌باشد.
استنلس استیل 316Ti
فولاد ضدزنگ 316Ti یک نوع اصلاح شده از فولاد ضدزنگ 316 است که برای کاربردهایی که نیاز به دمای بالاتر دارند، توصیه می شود. این فولاد ضدزنگ آستنیتی کروم-نیکل است.
فولاد ضدزنگ 316 در دمای بالا مستعد تشکیل کاربیدها است که می تواند منجر به خوردگی داخل دانه ای شود. فولاد ضدزنگ 316Ti با وجود مقدار کمی تیتانیوم مشخص می شود. محتوای تیتانیوم در ترکیب حدود 0.5% است. تیتانیوم در دمای بالا ساختار میکروسکوپی را تثبیت می کند. این ماده از رسوب کاربید جلوگیری می کند و از خوردگی در دمای بالا جلوگیری می کند. در طول عملیات حرارتی، تیتانیوم با کربن ترکیب می شود تا کاربید تیتانیوم را تشکیل دهد. این کار از تشکیل کاربیدهای کروم جلوگیری می کند. بنابراین، 316Ti می تواند برای مدت طولانی در دمای بالاتر استفاده شود.
همچنین حاوی مولیبدن است و در برابر خوردگی ناشی از کلرید مقاومت می کند. 316Ti دارای خواص فیزیکی و مکانیکی مشابه با 316 است. این فولاد دارای مقاومت کششی و مقاومت در برابر پارگی تنش در دمای بالاتر است.
همچنین در برابر اسیدهایی مانند اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک و سولفات ها مقاوم است.
در اصل، فولاد ضدزنگ 316Ti باید برای کاربردهایی که نیاز به دمای بالا دارند، استفاده شود. 316Ti می تواند برای مدت طولانی در معرض دمای بالاتر قرار گیرد بدون خطر وقوع رسوب.
فولاد ضدزنگ 316Ti معمولاً در صنایع نفت و گاز، فرآیندهای شیمیایی، مبدل های حرارتی، محیط های دریایی، اتوماسیون و تجهیزات کارخانه های کاغذ استفاده می شود.
فولاد ضدزنگ 316L در محیط دریایی نسبت به 316 مقاومت بیشتری در برابر اکسیداسیون دارد. این فولاد در دمای بسیار پایین مقاومت می کند و مقاومت کلی بهتری دارد.
فولاد ضدزنگ 316L را می توان از طریق کار سرد سخت کرد. این فولاد جوش پذیری خوبی دارد. پس از جوشکاری، نیازی به بازپخت نیست.
خواص استنلس استیل 316
ترکیب شیمیایی
گرید 316 به عنوان یکی از گریدهای فولاد ضد زنگ، به دلیل وجود عنصر مولیبدن در ترکیب شیمیایی خود متمایز می‌شود. این عنصر به همراه سایر عناصر آلیاژی موجود در این گرید، مقاومت بالایی در برابر خوردگی، به‌ویژه در محیط‌های حاوی کلرید، به فولاد می‌بخشد.
گرید 316L نیز ترکیبی مشابه گرید 316 دارد؛ با این تفاوت که میزان کربن موجود در آن به طور قابل توجهی کمتر است. کاهش میزان کربن در این گرید، از تشکیل کاربیدهای کروم در حین عملیات حرارتی جلوگیری کرده و در نتیجه، مقاومت به خوردگی بین‌دانه‌ای را افزایش می‌دهد. به همین دلیل، گرید 316L به طور گسترده در کاربردهایی که جوشکاری و عملیات حرارتی پس از آن اجتناب‌ناپذیر است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گرید 316Ti نیز از خانواده گریدهای 316 است و علاوه بر مولیبدن، حاوی عنصر تیتانیوم نیز می‌باشد. افزودن تیتانیوم به این گرید، موجب تثبیت کاربیدهای کروم شده و مقاومت به خوردگی بین‌دانه‌ای را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. در نتیجه، گرید 316Ti در کاربردهایی که نیاز به مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی در دماهای بالا وجود دارد، به کار می‌رود.
خواص فیزیکی
آلیاژ 316 دارای ویژگی‌های فیزیکی زیر است:
- چگالی: چگالی این آلیاژ 8 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. به عبارت ساده‌تر، این آلیاژ 8 برابر سنگین‌تر از آب است.
- مدول یانگ (مدول الاستیسیته): مدول یانگ این آلیاژ 193 گیگاپاسکال است. این عدد نشان می‌دهد که این آلیاژ چقدر در برابر تغییر شکل تحت فشار مقاوم است. هرچه این عدد بزرگ‌تر باشد، ماده سخت‌تر و مقاوم‌تر است.
- مقاومت الکتریکی: مقاومت الکتریکی این آلیاژ 74 میکرواهم سانتی‌متر در دمای 20 درجه سانتیگراد است. این بدان معنی است که این آلیاژ تا حدی جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهد.
- نقطه ذوب: نقطه ذوب این آلیاژ 1400 درجه سانتیگراد است. این دما بسیار بالاست و نشان می‌دهد که این آلیاژ در برابر حرارت بسیار مقاوم است.
خواص حرارتی
ضریب انبساط حرارتی این ماده در دمای ۱ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد، ۱۵.۹ میکرومتر بر متر درجه سانتیگراد و در دمای ۵۳۸ درجه سانتیگراد، ۱۷.۵ میکرومتر بر متر درجه سانتیگراد است.
هدایت حرارتی این ماده نیز در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد، ۱۶.۳ وات بر متر کلوین و در دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد، ۲۱.۵ وات بر متر کلوین می‌باشد.
خواص مکانیکی
گرید 316 دارای مقاومت کششی 500 مگاپاسکال و مقاومت تسلیم 205 مگاپاسکال است. سختی آن حداکثر 215 برینل می باشد. کشیدگی آن 40% در 50 میلی متر است.
گرید 316L دارای مقاومت کششی 485 مگاپاسکال و مقاومت تسلیم 170 مگاپاسکال است. سختی آن حداکثر 217 برینل می باشد. کشیدگی آن 40% در 50 میلی متر است.
گرید 316Ti دارای مقاومت کششی 515 مگاپاسکال و مقاومت تسلیم 205 مگاپاسکال است. کشیدگی آن 35% در 50 میلی متر است.
خواص مغناطیسی
آلیاژهای 316، 316L و 316TI از نوع استنلس استیل آستنیتی بوده و خاصیت مغناطیسی ندارند.
عملیات حرارتی استنلس استیل 316
بازپخت (آنیلینگ)
فولاد ضدزنگ گرید 316 را می‌توان با گرم کردن آن تا دمای 1010 تا 1121 درجه سانتیگراد و سپس سرد کردن سریع، بازپخت کرد.
گرید 316 را نمی‌توان با عملیات حرارتی سخت کرد، اما می‌توان آن را با سردکاری سخت کرد. این گرید به راحتی شکل‌پذیر است و عملیات کار سرد می‌تواند استحکام و سختی آن را افزایش دهد.
مقاومت در برابر خوردگی
گرید 316 به گونه‌ای طراحی شده است که مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی در محیط‌های حاوی کلرید ارائه می‌دهد. این گرید به عنوان گرید دریایی نیز شناخته می‌شود.
گرید 316 استیل ضد زنگ مقاومت خوردگی در آب شیرین با سطح بالای کلرید را ارائه می‌دهد. این گرید به دلیل مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی در محیط‌های دریایی مشهور است.
گریدهای 316L و 316Ti مقاومت خوردگی مشابه با گرید 316 استیل ضد زنگ را نشان می‌دهند.
مقاومت در برابر حرارت
استنلس استیل گرید 316 مقاومت اکسیداسیونی خوبی در سرویس‌های متناوب تا دمای 870 درجه سانتیگراد و در حالت مداوم تا 925 درجه سانتیگراد دارد.
استنلس استیل گرید 316L می‌تواند در معرض دماهای بالا قرار گیرد زیرا از رسوب کاربید در دماهای بالاتر جلوگیری می‌کند.
جوشکاری
جوشکاری می‌تواند به روش ذوب، با یا بدون پرکننده انجام شود. الکترودهای درجه 316 و 316L برای جوشکاری پیشنهاد می‌شوند.
درجه 316Ti می‌تواند برای جوشکاری درجه 316 در قطعات سنگین استفاده شود. ممکن است برای مقاطع سنگین، عملیات پس از جوشکاری لازم باشد.
قابلیت ماشین کاری
آلیاژ 316L به دلیل داشتن کربن کم، به راحتی ماشین‌کاری می‌شود.
کاربرد استنلس استیل 316
فولاد ضد زنگ گرید 316 به واسطه خواص منحصر به فرد خود، کاربرد گسترده‌ای در صنایع گوناگون از جمله فرآوری مواد غذایی، پتروشیمی و تجهیزات دریایی یافته است.