ورق استیل 321
- شنبه, 14 دی 1398/
- بازدید: 79290
قیمت ورق استنلس استیل؛ واردات و عرضه انواع ورق استیل صنعتی و ورق استنلس استیل در گرید، ضخامت و ابعاد متفاوت. تلفن: 02133915222
مقدمه
ورق استیل 321 آلیاژی آستنیتی می باشد که با افزودن مقادیر مشخصی تیتانیوم به ترکیب شیمیایی تثبیت شده است. مزیت اصلی این آلیاژ مقاومت عالی در برابر خوردگی بین دانه ای در ادامه ی قرارگیری در معرض محدوده دمای رسوب کاربید کروم (427 تا 816 درجه سانتی گراد) می باشد. هدف از تثبیت ورق استیل 321 با تیتانیوم، جلوگیری از تشکیل کاربید کروم است. این آلیاژ می تواند در مدت زمان طولانی در محدوده دمای 427 تا 816 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرد و عملکردی قابل قبول از خود به نمایش بگذارد. ورق استیل 321 با توجه خواص مکانیکی خوب، برای استفاده در کاربردهای دما بالا مناسب است. خواص خزشی و گسیختگیِ تنشیِ این آلیاژ در مقایسه با گریدهای 304 و 304L بالاتر می باشد. از این ویژگی می توان در کاربردهایی که حساسیت و خوردگی بین دانه ای نگران کننده است، بهره برد. حداکثر دمای کاریِ ورق استیل 321 حدوداً 816 درجه سانتی گراد می باشد.
ترکیب شیمیایی ورق استیل 321
مشخصه های مرتبط با خواص مکانیکی و ترکیب شیمیایی ورق استیل 321 در قالب استاندارد ASTM A240 آورده شده است. این استاندارد مشخصه های فولادهای حاوی کروم و کروم-نیکل که می توانند در قالب صفحه، ورق و نوار در کاربردهای عمومی و ساخت مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار گیرند را در بر می گیرد. استاندارد دیگر در خصوص ورق استیل 321، ASTM A176 است. این استاندارد مشخصه های انواع پلیت، شیت و استریپ های ضد خوردگی و مقاوم به حرارت را شامل می شود. ورق استیل 321 در استاندارد دیگری به نام AMS 5510 نیز تحت بررسی قرار گرفته است. این استاندارد توسط انجمن مهندسین خودرو گردآوری شده و شامل آلیاژهای مورد استفاده در صنعت هوافضا می باشد.
| گرید/عناصر آلیاژی | ورق استیل 321 | |
| حداقل | حداکثر | |
| کربن | - | 0.08 |
| کروم | 17.0 | 19.0 |
| نیکل | 9.0 | 12.0 |
| نیتروژن | - | 0.10 |
| منگنز | - | 2.0 |
| سیلیسیوم | - | 0.75 |
| فسفر | - | 0.045 |
| گوگرد | - | 0.030 |
| عناصر دیگر | Ti=5(C+N) | 0.70 |
خواص مکانیکی ورق استیل 321
ویژگی های مکانیکی ورق استیل 321 از جمله استحکام کششی و تسلیم در واحد مگاپاسکال، درصد ازدیاد طول در 50 میلیمتر و سختی های راکول و برینل که همگی در شرایط آزمایشگاهی و در دمای محیط حاصل شده اند، در ادامه آورده شده است:
| حداقل استحکام کششی (MPa) | حداقل استحکام تسلیم (MPa) | حداقل ازدیاد طول یا الانگیشن (% در 50 میلیمتر) | سختی | |
| راکول بی (HRB) | برینل (HB) | |||
| 515 | 205 | 40 | 95 | 217 |
ورق استیل 321 در دماهای بالاتر از 537 درجه سانتی گراد از استحکام بالایی برخوردار است. استحکام خزشی و گسیختگی دما بالای آن نیز در مقایسه با گرید 304 و 304L بیشتر می باشد. این ویژگی باعث می شود تا از ورق استیل 321 در طراحی بویلر و مخازن تحت فشار برای کاربردهای دما بالا با سطوح تنش بالاتر استفاده شود. این آلیاژ همچنین دارای چقرمگی عالی در دمای محیط و دماهای زیر صفر می باشد. استحکام خستگی فلزات همچنین تحت تاثیر شرایط خورندگی، پوشش سطح، شکل و تنش های اعمالی قرار دارد. به همین دلیل، هیچ مقدار مشخصی وجود ندارد که نشانگر استحکام خستگی تحت همه ی شرایط عملیاتی باشد. حد خستگی ورق استیل 321 تقریباً معادل 35 درصد استحکام کششی آن می باشد.
خواص فیزیکی ورق استیل 321
| گرید | ورق استیل 321 | |
| چگالی یا جرم حجمی (kg/m3) | 7900 | |
| مدول یانگ (GPa) | 193 | |
| میانگین ضریب انبساط حرارتی | 0-100°C (µm/m/°C) | 16.6 |
| 0-315°C (µm/m/°C) | 17.2 | |
| 0-500°C (µm/m/°C) | 18.6 | |
| هدایت گرمایی | 100°C (W/m.k) | 16.1 |
| 500°C (W/m.k) | 22.2 | |
| گرمای ویژه 0-100°C (J/kg.K) | 500 | |
| مقاومت الکتریکی (nΩ.m) | 720 | |
در صورتی که ورق استیل 321 به درستی تحت عملیات آنیل قرار بگیرد، فازهای زمینه شامل آستنیت و کاربیدهای تیتانیوم خواهند بود. مقادیر محدودی فریت نیز در زمینه ممکن است وجود داشته باشد. اگر ورق استیل 321 در مدت طولانی در محدوده دمای 593 تا 816 درجه سانتی گراد قرار بگیرد، تشکیل مقادیر کمی فاز سیگما نیز محتمل خواهد بود. این آلیاژ به واسطه اعمال عملیات حرارتی سخت نخواهد شد. ضریب انتقال حرارت آن نیز توسط عواملی علاوه بر هدایت گرمایی تعیین می گردد. توانایی ورق استیل 321 در خصوص تمیز نگه داشتن سطحش اغلب انتقال حرارت بهتری نسبت به سایر فلزات با هدایت حرارتی بالا را ممکن می کند. ورق استیل 321 با توجه به ریزساختار آستنیتی اش غیرمغناطیسی است و تحت تاثیر میدان های مغناطیسی قرار نمی گیرد، به همین دلیل می توان آن را نوعی ورق استیل نگیر نیز در نظر گرفت. وجود عناصری چون نیکل و تیتانیوم با توجه به آستنیت زا بودنشان، به تثبیت این فاز کمک خواهند کرد. البته این آلیاژ با وجود نگیر بودن، در برخی نواحی و انجام کار سرد ممکن است کمی خاصیت مغناطیسی پیدا کند و بگیر شود.
مقاومت به خوردگی ورق استیل 321
مقاومت به خوردگی عمومی ورق استیل 321 کاملاً مشابه با ورق استیل 304 می باشد. حرارت دهی به مدت طولانی در محدوده رسوب کاربید کروم ممکن است بر مقاومت عمومی ورق استیل 321 در محیط های تهاجمی و خورنده ی شدید تاثیر بگذارد. مقاومت به خوردگی عمومی ورق استیل 321 مشابه با گریدهای هم خانواده 347 و 348 می باشد. با این حال گرید 321 در شرایطی که عملیات آنیل روی آن صورت گرفته، نسبت به آلیاژ 347 آنیل شده در محیط های به شدت اکسید کننده تا حدودی در برابر خوردگی عمومی مقاوم تر می باشد. به همین دلیل کاربرد استیل 347 در محیط های آبی و سایر شرایط با دمای پایین ترجیح داده می شود. قرار گرفتن در محدوده دمای 427 الی 816 درجه سانتی گراد، مقاومت به خوردگیِ کلی ورق استیل 321 را به میزان بسیار بیشتری نسبت به گرید 347 کاهش می دهد. آلیاژهای 347 و 348 عمدتاً در کاربردهای دما بالا استفاده می شوند. در چنین کاربردهایی مقاومت بالا در برابر حساسیت ضروری بوده و در نتیجه از خوردگی بین دانه ای در دماهای پایین تر جلوگیری می شود.
ورق استیل 321 در جاهایی که استفاده از آلیاژهای ناپایدار از جمله 304 ممکن است منجر به خوردگی بین دانه ای شود، کاربرد دارد. هنگامی که آلیاژ 304 در محدوده دمای 427 تا 816 درجه سانتی گراد نگهداری یا به آرامی سرد شود، کاربیدهای کروم در مرزهای دانه رسوب خواهد کرد. مرزهای دانه در حضور برخی عوامل تهاجمی تضعیف شده و شدت خوردگی افزایش خواهد یافت. محیط های آلی یا عوامل خورنده ی ضعیف، محصولات لبنی یا شرایط جوی به ندرت باعث خوردگی بین دانه ای می شود. این موضوع حتی برای زمانی که مقادیر زیادی رسوب کاربید نیز وجود داشته باشد، صدق می کند. میزان تخریب رسوب کاربید به محیط خورنده و مدت زمانی که آلیاژ در معرض دمای 427 تا 816 درجه قرار گرفته، بستگی دارد. به طور کلی، ورق استیل 321 برای جوشکاری قطعات ضخیم که قابلیت آنیل شدن ندارند و برای تجهیزاتی که در دمای 427 تا 816 درجه سانتی گراد کار می کنند یا به آرامی در این محدوده سرد می شوند، می تواند مورد استفاده قرار بگیرد.
قابلیت جوشکاری ورق استیل 321
فولادهای ضد زنگ آستنیتی به عنوان جوش پذیرترین گریدهای پر آلیاژ در نظر گرفته می شوند. گریدهای زیرمجموعه ی این خانواده می توانند با تمام فرآیندهای ذوبی و مقاومتی جوشکاری شوند. در خصوص جوشکاری فولادهای زنگ نزن آستنیتی دو نکته مهم وجود دارد که باید به آنها توجه کرد: حفظ مقاومت به خوردگی و ممانعت از ترک خوردن رسوب جوش. یکی از مهم ترین کارهایی که در خصوص جوشکاری ورق استیل 321 باید انجام داد، حفظ سطح عنصر تیتانیوم می باشد، زیرا این آلیاژ نسبت به سایر گریدهای 347 و 348 بیشتر مستعد از دست دادن این عنصر می باشد. آلیاژهای 347 و 348 نسبت به از دست دادن کلمبیوم مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند. در حین جوشکاری گرید 321 با دقت کرد تا کربن و نیتروژن جذب رسوب جوش نشود. برای این کار می توان از روش هایی استفاده کرد که از گازهای بی اثر و محافظ از قبیل هلیوم و آرگون بهره می برند. در حین عملیات جوشکاری، رسوب جوش با زمینه ی کاملاً آستنیتی بیشتر در معرض ترک خوردن می باشد. به همین دلیل ورق استیل 321 برای انجماد مجدد با مقدار کمی فریت برای به حداقل رساندن حساسیت به ترک طراحی شده است. فولادهای ضد زنگ تثبیت شده با کلمبیوم بیشتر از فولادهای تثبیت شده با تیتانیوم در معرض ترگ گرم قرار دارند. فیلر مناسب برای جوشکاری گریدهای تثبیت شده، 321 یا 347 می باشد. فیلر 347 گاهاً برای جوشکاری ورق استیل 321 و همچنین آلیاژ 348 استفاده می شود. در برخی موارد ممکن است ورق استیل 321 به سایر فولادهای ضد زنگ یا فولادهای کربنی جوش داده شود. برای این کار می توان از فیلر گرید 309 یا با پایه نیکل استفاده نمود.
عملیات حرارتی ورق استیل 321
همانطور که قبلاً هم اشاره شد، ورق استیل 321 از قابلیت سخت شدن با عملیات حرارتی برخوردار نیست. با این حال برای دستیابی به برخی خواص مشخص می توان آن را با روش هایی چون آنیل محلول، عملیات تثبیت و تنش زدایی تحت عملیات حرارتی قرار داد. در آنیل محلول، ورق استیل 321 تا دمای 950 تا 1120 درجه سانتی گراد گرم شده و به سرعت در هوا یا آب سرد می شود. هدف از این کار دستیابی به مقاومت به خوردگی حداکثر می باشد. در صورت انجام عملیات در یک جو اکسید کننده، شاهد رسوب هایی روی سطح آلیاژ خواهیم بود. برای از بین بردن این رسوب ها می توان از محلول های مخلوط اسید نیتریک و هیدروفلوئوریک اسید با غلطت های مشخص استفاده نمود. این عملیات نوعی اسید شویی محسوب می شود و بعد از آن سطح آلیاژ باید کاملاً با آب تحت شستشو قرار بگیرد. عملیات تثبیت نیز در ادامه ی آنیل محلول است. در این روش ورق استیل 321 به ازای هر 2.5 سانتی متر ضخامت به مدت 120 دقیقه در دمای 870 تا 890 درجه سانتی گراد حرارت می بیند و سپس در هوا کوئنچ می شود. در اکثر کاربردهایی که دمایشان بالاتر از 425 درجه سانتی گراد است و به ویژه مواد آنیل شده در بالای محدوده دمای آنیل، این عملیات توصیه شده است. عملیات تنش زدایی نیز برای از بین بردن تنش های باقیمانده ی ناشی از اعمال نیرو یا تغییرات دمایی انجام می شود. این تنش ها بسیار زیان بارند و در صورت عدم حذف، می توانند باعث تاب برداشتن یا شکست قطعات هنگام تولید و کاربرد شوند. در این روش، ورق استیل 321 به مدت 60 الی 120 دقیقه تا دمای 700 درجه سانتی گراد حرارت می بیند و سپس در هوا سرد می شود.
کاربردهای ورق استیل 321
ورق استیل 321 به لطف وجود تیتانیوم در ترکیب شیمیایی، دارای خواص مکانیکی عالی بوده و به همین دلیل تحت نام ورق استیل ضد سایش نیز شناخته می شود. ساخت موتور، فن هواپیما و کمپرسورهای فشار بالا و فشار پایین، اجزاء کوره های دوار و بستر سیال، لوله ها، مشعل و دودکش از جمله کاربردهای مهم این آلیاژ می باشد. ورق استیل 321 غیرمغناطیسی و به عبارتی نگیر است و با توجه به این موضوع می تواند در کاربردهای حاوی میدان های مغناطیسی مورد استفاده واقع شود. این آلیاژ به راحتی پولیشکاری نمی شود و به همین دلیل برای استفاده های تزئینی کاربرد ندارد. ورق استیل 321 آلیاژی تثبیت شده است و با آگاهی از این موضوع بدون کوچکترین مشکلی می تواند در محدوده دمای رسوب کاربید بین 427 الی 815 درجه سانتی گراد عملکرد مفیدی از خود بجای بگذارد. توصیه شده که از این آلیاژ در ساخت تجهیزاتی که در نزدیکی ساحل و دریا قرار دارند، استفاده نشود، زیرا در صورت استفاده در چنین محیط هایی احتمال رخ دادن خوردگی حفره ای و شیاری وجود خواهد داشت.
قیمت ورق استیل 321
قیمت ورق استیل 321 همچون هر محصول دیگری، از عدد ثابتی برخوردار نیست و روند افزایش آن در طول سال های اخیر به میزانی خیره کننده بوده است. این افزایش قیمت معمولاً ناشی از یک دلیل نیست و ترکیبی از مجموعه عوامل مختلف منجر به این امر می گردد. یکی از عوامل مهم در افزایش قیمت ورق استیل 321 افزایش هزینه مواد اولیه می باشد. مهم ترین مواد اولیه برای تولید ورق استیل 321 آهن، کروم و نیکل می باشد. با افزایش قیمت هر یک از این مواد، قیمت محصولات نهایی نیز افزایش خواهد یافت و این امری کاملاً طبیعی است. افزایش نرخ حمل از دیگر عواملی است که افزایش قیمت آلیاژ را به دنبال دارد. کاهش نیروی کار و افزایش هزینه مواد اولیه، ظرفیت تولیدکنندگان بزرگ را کاهش داده است. این موضوع با آگاهی به این که تقاضا برای این کالای استراتژیک بسیار زیاد است، تاثیری قابل ملاحظه بر قیمت ورق استیل 321 خواهد داشت. ورق استیل 321 ضد سایش معمولاً در ضخامت های 0.6 تا 60 میلی متر در سطوح مات صیقلی نورد سرد و مات زبر تک پولیش نورد گرم در قالب کویل، پلیت و شیت عرضه می شود. برای اطلاع از بروزترین و رقابتی ترین قیمت ورق استیل 321 با کارشناسان فروش شرکت فلزات رنگین تماس حاصل نمایید.
-
تفاوت ورق استیل 321 و 304 چیست؟
عمده ترین تفاوت ورق استیل 321 و 304 مربوط به حضور تیتانیم در ترکیب گرید 321 می باشد. حضور این عنصر از رسوب زایی کاربید کروم و خوردگی بین دانه ای در محدوده دمایی ( C ° ) 860 – 425 جلوگیری می کند. این مسئله یکی از معضلات استیل های سری 300 هنگام جوشکاری و سرویس دهی در بازه دمایی مذکور می باشد. معمولا جهت غلبه بر این مشکل هنگام جوشکاری گریدهای کم کربن همچون (L) 304 توسعه یافتند. اما این گریدها در دراز مدت و در طول سرویس دهی طولانی مدت مناسب نیستند. به همین دلیل استنلس استیل های تیتانیم دار همچون ورق استیل 321 معرفی شدند که به خاطر دارا بودن این عنصر در مقابل خوردگی بین دانه ای مقاوم تر اند.
-
تیتانیم چگونه منجر به افزایش مقاومت به خوردگی بین دانه ای در ورق استیل 321 می شود؟
شاید این سوال پیش بیاید که تیتانیم چگونه و با چه مکانیزمی از رسوب زایی کاربید کروم جلوگیری کرده و منجر به افزایش مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای می شود. در پاسخ به این سوال باید گفت که عنصر تیتانیم در مقایسه با کروم از میل ترکیبی بیشتری (affinity) برای ترکیب با کربن برخوردار می باشد. بدین ترتیب در رقابت تیتانیم و کروم برای ترکیب شدن با کربن، تیتانیم با کربن ترکیب شده و تشکیل کاربید تیتانیم را می دهد. بنابراین از مصرف کروم ساختار که باید صرف مقابله با خوردگی شود جلوگیری می شود. این نکته را نیز باید اشاره نمود که کاربید تیتانیم بر خلاف کاربید کروم در وسط دانه تشکیل می گردد.