استیل نسوز یا فولاد مقاوم به حرارت، یکی از انواع فولادهای ضدزنگ است که به دلیل ترکیب خاص شیمیایی و ویژگی‌های منحصر به فرد خود، کاربردهای صنعتی و ساختمانی بسیاری دارد. ورق استیل ۳۱۰ در دمای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد، به همین خاطر به ورق استیل نسوز معروف است. این نوع استیل به علت وجود عناصر آلیاژی مانند کروم و نیکل، در مقابل حرارت، اکسیداسیون و خوردگی بسیار مقاوم است. گریدهای ۳۰۰ و ۴۰۰ فولاد ضدزنگ از جمله گریدهای ورق استیل نسوز هستند. گریدهای ۳۰۹ و ۳۱۰، به عنوان مشهورترین گریدهای ورق استیل نسوز شناخته می‌شوند. نوع کم کربن آن‌ها را نیز 309S و 310S می‌دانند.
ترکیبات شیمیایی ورق استیل نسوز
ترکیبات شیمیایی ورق استیل نسوز نقش مهمی در ویژگی‌های آن ایفا می‌کند. استیل نسوز معمولاً دارای درصد بالایی از کروم (بین 12 تا 20 درصد) و نیکل (حدود 8 تا 10 درصد) است. کروم موجب افزایش مقاومت ورق نسوز را در مقابل کربوراسیون و اکسیداسیون می‌شود.
نیکل نیز خصوصیاتی مانند شکل‌پذیری را به ورق می‌افزاید. هر دو این عناصر تاثیر زیادی در افزایش مقاومت ورق در مقابل حرارت زیاد دارند. در حدود ۰.۰۳ درصد آلیاژ را کربن تشکیل می‌دهد. این مقدار موجب می‌شود محدودیت‌هایی در کاربرد آن داشته باشیم. به طور مثال، مجاورت مستقیم ورق با شعله و کربن منجر به کاهش خواص آن خواهد شد.
| ترکیبات شیمیایی | 310 | 310S |
| منگنز | ۲.۰۰ حداکثر | ۲.۰۰ حداکثر |
| کربن | ۰.۲۵ حداکثر | ۰.۰۸ حداکثر |
| فسفر | ۰.۰۴۵ حداکثر | ۰.۰۴۵ حداکثر |
| گوکرد | ۰.۰۳۰ حداکثر | ۰.۰۳۰ حداکثر |
| سیلیکن | ۱.۵۰ حداکثر | ۱.۵۰ حداکثر |
| نیکل | ۱۹.۰۰-۲۲.۰۰ | ۱۹.۰۰-۲۲.۰۰ |
| کروم | ۲۴.۰۰-۲۶.۰۰ | ۲۴.۰۰-۲۶.۰۰ |
ویژگی‌های ورق استیل نسوز
ویژگی‌های انواع مختلف ورق استیل نسوز با یکدیگر متفاوت هستند. ترکیبات موجود باعث می‌شوند که این نوع فولاد دارای ویژگی‌های زیر باشد.
- مقاومت در برابر حرارت: استیل نسوز می‌تواند دماهای بالای 900 درجه سانتی‌گراد را تحمل کند.
- مقاومت در برابر خوردگی: وجود کروم در ترکیب شیمیایی، مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و اکسیداسیون را افزایش می‌دهد.
- قابلیت جوشکاری: با توجه به نوع آلیاژ، برخی از گریدهای استیل نسوز از قابلیت جوشکاری بالا برخوردار هستند.
آلیاژ سازنده این ورق‌ها، از مقدار بسیار زیادی کروم و نیکل برخوردار است. عناصری مانند منگنز و تیتانیوم نیز برای افزایش سطح پایداری در دمای بالا به آن‌ها افزوده می‌شوند. استفاده از این مواد در ساختار ورق استیل نسوز، امکان جوش‌پذیری را در این نوع ورق فولادی مهیا کرده است.
انواع استیل نسوز
استیل نسوز به چهار دسته اصلی تقسیم می‌شود که هر کدام ویژگی، خواص و کاربردهای خاص خود را دارند.
استیل آستنیتی: یک نوع فولاد است که در ترکیبات آن میزان بیشتری نیکل وجود دارد. این نوع استیل معمولاً دارای مقاومت بالایی در برابر حرارت و خوردگی است و در دماهای بالا عملکرد خوبی از خود نشان می‌دهد. این استیل نسبت به سایر انواع استیل انعطاف‌پذیری و استحکام کششی بیشتری دارد. فولاد آستنیتی شامل گریدهای ۲۰۰ تا ۳۰۰ است و معروف‌ترین آن‌ها عبارتند از 304 و 316. این فولاد در دمای بالای ۵۴۰ درجه سانتی‌گراد، دارای استحکام حرارتی بیشتری است.
میزان استفاده از سه عنصر شیمیایی اصلی به صورت زیر است.
- 25 تا 0.3 درصد کربن
- 14 تا 30 درصد کروم
- 6 تا 36 درصد نیکل
از آنجایی که نیکل در افزایش انعطاف و خواص شکل‌پذیری آلیاژ نقش دارد و این دسته از استیل‌ها دارای میزان زیادی نیکل هستند، نتیجه می‌گیریم که خواص شکل‌دهی و انعطاف‌پذیری آن‌ها نسبت به سایر ورق‌های استیل بیشتر است. علاوه بر این، استیل آستنیتی را همواره به عنوان یک انتخاب مقاوم به حرارت نیز در نظر می‌گیرند.
استیل مارتنزیتی: این نوع استیل بیشتر برای کاربردهایی استفاده می‌شود که نیاز به سختی بالا دارند و در گروه سری ۴۰۰ قرار می‌گیرند. گریدهای معروف استیل مارتنزیتی شامل 410 و 420 هستند. عنصر اصلی در این آلیاژ کروم است. همواره و در هر دمایی این ورق‌ها خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می‌کند. از خصوصیات برجسته آن‌ها می‌توان به مقاومت در برابر سایش، خراش و شکل‌پذیری خوب اشاره کرد. همچنین، در دماهای بالا مقاومت استیل مارتنزیتی نسبت به فولادهای نیمه‌آستنیتی کمتر خواهد بود.
میزان سه عنصر اصلی موجود در این آلیاژ عبارتند از:
- 05 تا 0.5 درصد کربن
- 4 تا 18 درصد کروم
- کمتر از 2.5 درصد نیکل
اگر نیاز به تهیه ورق‌های استیل نسوز دارید، پیشنهاد می شود که از تهیه مدل‌های مارتنزیتی خودداری کنید؛ چراکه عموماً به نسبت دیگر انتخاب‌ها، در مقابل حرارت مقاومت کمتری از خود نشان می‌دهند.
استیل فریتی: این نوع استیل معمولاً دارای خواص مغناطیسی است و در دماهای پایین‌تر از آستنیتی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. استیل فریتی شامل بعضی از گریدهای سری ۴۰۰ است.
مقدار وجود عناصر شیمایی سه گانه در این آلیاژ به شرح زیر است.
- حداکثر تا 0.35 درصد کربن
- 16 تا 30 درصد کروم
- کمتر از 2.5 درصد نیکل
توازن ایده‌آل میان میزان کروم و کربن، این آلیاژ را به انتخابی مناسب برای کاربرد در دمای بالا تبدیل کرده است.
فولاد سخت رسوبی: دسته چهارم خود دارای ۳ زیرگروه است؛ نیمه‌آستنیتی، مارتنزیتی یا مارجینگ و سختی رسوبی آستنیتی. کم‌ترین مقاومت حرارتی بین فولادهای این گروه در دمای محیط مربوط به گریدهای سختی رسوبی آستنیتی و بهترین آن‌ها مربوط به گریدهای نیمه‌آستنیتی است.
ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی
استیل نسوز دارای ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی منحصر به فردی است که آن را برای کاربردهای صنعتی مناسب می‌سازند.
- مقاومت در برابر حرارت: این نوع فولاد می‌تواند دماهای بسیار بالا را تحمل کند، بدون اینکه خواص مکانیکی خود را از دست بدهد.
- مقاومت در برابر فشار: استیل نسوز توانایی تحمل فشارهای بالا را دارد که آن را برای استفاده در محیط‌های سخت مناسب می‌کند.
- چقرمگی: این فولاد تحت شرایط مختلف دما و فشار، چقرمگی خوبی از خود نشان می‌دهد.
ویژگی‌های فیزیکی ورق استیل نسوز باعث شده‌اند تا بتوان در بعضی از محیط‌های خورنده و برنامه‌‌های حرارتی آن را جایگزین کرد. مقاومت این ورق در برابر حرارت، اکسیداسیون و خوردگی بسیار بالا است. همچنین، توانایی حفظ استحکام را در دمای 600 درجه سانتی‌گراد به طور کامل دارد و حتی در دماهای بیشتر تا 1200 درجه نیز مقاومت نسبتاً بالایی از خود نشان می‌دهد.
علاوه بر این، وجود یک لایه اکسیدی باعث می‌شود که این ورق در مقابل خوردگی، سایش و پوسته شدن مقاومت داشته باشد. همچنین، ورق استیل نسوز در گروه‌های نگیر جای دارد و از خاصیت مغناطیسی برخوردار نیست. این ورق از زیرساختار مستحکم و خواص مکانیکی مناسبی برخوردار است و در صورت قرارگیری در معرض دمای بالا و محیط‌های حاوی بخار، اکسید کربن و اکسیژن، خواص خود را حفظ می‌کند.
| خصوصیات فیزیکی | دما | مقدار | واحد |
| مقاومت الکتریکی | 25°c | ۰.۷۸ | Micro ohm.m |
| رسانایی الکتریکی | 25°c | 1.25 | IACS% |
| تراکم | ۸,۰۰۰ | Kg/m3 | |
| مدول الاستیسیته | ۲۰°c | 200 | GPa |
| نسبت پواسون | ۲۰°c | 0.3 | |
| گرمای خاص | ۵۰۰ | J/Kg.°c | |
| ذوب رنج | ۱۴۰۰-۱۴۵۰ | °C | |
| نفوذپذیری مغناطیسی نسبی | ۱.۰۲ | ||
| رسانایی گرمایی | ۱۰۰°c | 14.2 | W/m.°c |
| ضریب گسترش | ۰-۱۰۰°c | 15.9 | C°/ |
| 0-315°c | 16.2 | C°/ | |
| 0-540°c | 17 | C°/ |
خصوصیات مکانیکی ورق استیل نسوز منحصر به فرد بوده و آن را به ماده‌ای محبوب تبدیل کرده است. مقاومت بالا در برابر فشار، حرارت، خوردگی و خستگی باعث شده تا این ورق برای استفاده در شرایطی که نیاز به تحمل در برابر فشارهای زیاد، مواد خورنده و دماهای بالا دارند، انتخاب مناسبی باشد. علاوه بر این، در کاربردهایی که نیازمند ورقی با انعطاف‌پذیری بالا هستیم، این ورق به دلیل داشتن خاصیت مقاومت در برابر انعطاف و تغییر شکل (مقاومت در برابر خستگی)، گزینه ایده‌آلی است.
| ویژگی‌های مکانیکی | 310s/۳۱۰ |
| مقاومت در برابر کشش Mpa )دقیقه) | ۵۲۰ |
| درجه ۰.۲ ress اثبات استرس Mpa (دقیقه) | ۲۰۵ |
| سختی HV) ) (دقیقه) | ۲۲۵ |
| طول ٪ (دقیقه) | ۴۰ |
کاربردهای استیل نسوز
استیل نسوز به دلیل خصوصیات منحصر به فردی که دارد در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- صنایع نفت و گاز: به دلیل مقاومت در برابر حرارت و خوردگی، از این نوع فولاد برای ساخت تجهیزات نفتی استفاده می‌شود.
- صنایع پتروشیمی: در فرآیندهایی که نیاز به تحمل دماهای بالا دارند، از استیل نسوز استفاده می‌شود.
- کوره‌ها و دیگ‌های بخار: این نوع فولاد برای ساخت دیگ‌های بخار و کوره‌هایی که نیاز به تحمل دماهای بالا دارند، بسیار مناسب است.
سایر کاربردهای ورق استیل نسوز عبارتند از:
- لوله‌های بخار
- خطوط گاز
- مبدل‌های حرارتی
- تولید مبدل‌های حرارتی
- قطعات در معرض دمای بالا در موشک و هواپیما
- صنایع سرامیک سازی
- صنایع ساخت شیشه
- ساخت پره‌های توربین گازی
- ساخت پیچ و مهره‌های مقاوم در برابر حرارت
- تولید مخازن تحت فشار
- تجهیزات نیروگاهی
- تولید محفظه‌های مخصوص عملیات حرارتی
- تولید شاسی‌های کوره‌های نورد
- ساخت جداره‌های بیرونی کوره‌های ذوب فلزات
- تولید انواع مشعل‌های روغن
- ساخت قطعات موتور موشک و هواپیما
- صنعت سیمان
- ساخت اگزوز موتورها
مزایای استفاده از استیل نسوز
استفاده از استیل نسوز مزایای زیادی را به دنبال دارد که بارزترین آن‌ها به شرح زیر هستند.
- طول عمر بالا: مقاومت در برابر خوردگی و حرارت باعث افزایش طول عمر محصولات ساخته شده از این فولاد می‌شود.
- کاهش هزینه‌ها: با کاهش نیاز به تعویض تجهیزات به دلیل خرابی، هزینه‌های عملیاتی کاهش می‌یابند.
- عملکرد بهتر: کیفیت بالای مواد اولیه باعث افزایش کارایی محصولات نهایی می‌شود.
- مقاومت به خستگی
- مقاومت به خزش در محدوده دمایی مورد نظر با توجه به ترکیب شیمیایی
- مقاومت در برابر پوسته پوسته شدن با ایجاد یک لایه اکسیدی
- خواص خوب در مقابل تنش‌های ناشی از تغییرات پیوسته دما و خطر ناشی از تردی (بسته به ماده مورد استفاده)
- خواص مکانیکی خوب
محدودیت‌های آلیاژ استيل نسوز
استیل نسوز یکی از مهم‌ترین مواد در صنعت است که به دلیل ویژگی‌های خاص خود، به ویژه مقاومت در برابر دماهای بالا و اکسیداسیون، در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، برای استفاده موثر و مطمئن از این مواد، باید محدودیت‌ها و شرایط خاصی را مدنظر قرار داد.
- مقاومت حرارتی و کربوراسیون: یکی از اصلی‌ترین محدودیت‌های آلیاژ استیل نسوز، کمبود مقاومت حرارتی در شرایط خاص است. به ویژه در دماهای بالا، این آلیاژها ممکن است در معرض کربوراسیون قرار بگیرند. کربوراسیون فرآیندی است که در آن کربن به داخل ساختار آلیاژ نفوذ می‌یابد و می‌تواند منجر به کاهش کیفیت و خواص مکانیکی آن شود. بنابراین، تماس مستقیم با شعله یا محیط‌های غنی از کربن باید به حداقل برسد تا از بروز این مشکل جلوگیری شود.
- استانداردها و مشخصات تولید: برای اطمینان از کیفیت مطلوب استیل‌های نسوز، تولید این مواد باید طبق استانداردها و مشخصات خاص انجام گیرد. انتخاب نوع مناسب استیل نسوز باید بر اساس نیازمندی‌های دمایی و شرایط کاری خاص صورت پذیرد. به عنوان مثال، ورق‌های استیل 310 به دلیل ترکیب شیمیایی خاص خود که شامل مقادیر بالای کروم و نیکل است، مقاومت بیشتری در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی از خود نشان می‌دهند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای کاربردهایی که نیاز به تحمل دماهای بالا دارند، مناسب می‌سازد.
عوامل موثر بر هزینه استیل نسوز
هزینه‌های مربوط به قطعات استیل نسوز تحت تاثیر مجموعه‌ای از عوامل متعدد و گوناگون قرار دارند که هر یک به نوعی بر قیمت نهایی این محصولات اثر می‌گذارند.
- کیفیت مواد اولیه: یکی از اصلی‌ترین عواملی که بر هزینه قطعات استنلس استیل تاثیر می‌گذارد، کیفیت مواد اولیه مورد استفاده در تولید این آلیاژها است. استفاده از مواد اولیه با خلوص بالا و استانداردهای کیفی دقیق، هزینه‌های تولید را افزایش می‌دهد. به عنوان مثال، عناصری مانند کروم و نیکل که در ساخت استیل به کار می‌روند، دارای قیمت‌های متفاوتی هستند و نوسانات بازار جهانی این عناصر می‌تواند به طور مستقیم بر قیمت تمام شده آن تاثیرگذار باشند.
- فرآیند تولید: فرآیند تولید قطعات استیل معمولاً پیچیده و طولانی است. این فرآیند شامل مراحل متفاوتی از جمله ذوب، ریخته‌گری، نورد، برش و فرمینگ می‌شود. هر یک از این مراحل نیازمند تجهیزات پیشرفته و نیروی کار ماهر هستند که خود به افزایش هزینه‌ها منجر می‌شود. همچنین، هرگونه سخت‌کاری یا عملیات حرارتی که برای افزایش خواص مکانیکی آلیاژ انجام گیرد، هزینه‌های اضافی را به همراه دارد.
- طراحی و مهندسی: طراحی دقیق و مهندسی قطعات نیز از دیگر عوامل موثر بر هزینه‌ها است. قطعات استیل عموماً نیازمند طراحی‌های خاصی هستند که باید با دقت بالا انجام گیرند. این طراحی‌ها ممکن است شامل تحلیل‌های مهندسی پیچیده و استفاده از نرم افزارهای تخصصی باشند که هزینه‌های مربوط به توسعه محصول را افزایش می‌دهند.
- عوامل بازار: عوامل بازاری مانند عرضه و تقاضا نیز نقش مهمی در تعیین قیمت قطعات استیل ایفا می‌کنند. در شرایطی که تقاضا برای این محصولات بالا باشد و عرضه محدود شود، قیمت‌ها به طور طبیعی افزایش خواهند یافت. همچنین، رقابت بین تولیدکنندگان نیز می‌تواند بر قیمت‌ها تاثیر بگذارد. به گونه‌ای که شرکت‌ها ممکن است برای جذب مشتریان بیشتر، قیمت‌های خود را کاهش دهند.
- هزینه‌های حمل و نقل و واردات: هزینه‌های مربوط به حمل و نقل و واردات نیز از دیگر عوامل تاثیرگذار بر قیمت نهایی محصولات استیل هستند. با توجه به وارداتی بودن بسیاری از آلیاژهای مورد استفاده در ساخت این محصولات، نوسانات نرخ ارز و هزینه‌های گمرکی می‌توانند تاثیر زیادی بر قیمت‌ها داشته باشند.
در نهایت، مجموعه این عوامل قیمت نهایی محصولات استیل نسوز را تعیین می‌کنند.
نتیجه‌گیری
استیل نسوز یکی از مواد اصلی در صنایع مدرن به شمار می‌رود. از آنجایی که این فولاد دارای ویژگی‌های منحصر به فردی مانند مقاومت در برابر حرارت و خوردگی است، توانسته جایگاه ویژه‌ای در بازار جهانی پیدا کند. شناخت دقیق‌تر انواع مختلف آن، ترکیبات شیمیایی، ویژگی‌ها و کاربردها کمک می‌کنند تا انتخاب مناسبی برای پروژه‌های صنعتی داشته باشیم.