تفاوت ورق استیل 309S، 310S و 321؛ کدام برای دمای بالا مناسب است؟
وقتی قرار است ورقی داخل کوره، کنار مشعل یا در مسیر دود داغ کار کند، معمولاً سؤال این است که از بین 309S، 310S و 321 کدام را بخریم. جواب به دمای کار بستگی دارد، اما فقط به آن نه. 310S در برابر اکسیداسیون از دو گرید دیگر مقاوم‌تر است و طبق دیتاشیت‌های رایج تولیدکنندگان، در هوای خشک و کار پیوسته تا حدود ۱۱۵۰ درجه سانتی‌گراد پوسته محافظ خود را نگه می‌دارد. 309S یک پله پایین‌تر است و تا حدود ۱۰۹۵ درجه دوام می‌آورد. 321 اساساً در این رقابت نیست؛ این گرید برای محدوده تقریبی ۴۰۰ تا ۸۵۰ درجه ساخته شده و مزیتش این است که ورق جوش‌خورده بعد از گرم و سرد شدن‌های مکرر دچار خوردگی بین‌دانه‌ای نمی‌شود. نوع گازهای محیط، دفعات خاموش و روشن شدن تجهیز و باری که روی قطعه است، به اندازه خود دما در انتخاب نقش دارند.
در بازار به ورق‌هایی که برای کوره، مشعل، دودکش و تجهیزات حرارتی خریداری می‌شوند ورق استیل نسوز می‌گویند. این اسم کمی گمراه‌کننده است، چون هیچ‌کدام از این گریدها در هر دمایی دوام نمی‌آورند و هرکدام نقطه ضعف خودش را دارد.
مقایسه ترکیب و دمای کار 309S، 310S و 321
| ویژگی | 309S | 310S | 321 | 304 (برای مقایسه) |
|---|---|---|---|---|
| UNS / EN | S30908 / 1.4833 | S31008 / 1.4845 | S32100 / 1.4541 | S30400 / 1.4301 |
| کروم (ASTM A240) | ۲۲ تا ۲۴٪ | ۲۴ تا ۲۶٪ | ۱۷ تا ۱۹٪ | ۱۷.۵ تا ۱۹.۵٪ |
| نیکل (ASTM A240) | ۱۲ تا ۱۵٪ | ۱۹ تا ۲۲٪ | ۹ تا ۱۲٪ | ۸ تا ۱۰.۵٪ |
| عنصر ویژه | — | — | تیتانیوم برای پایدارسازی | — |
| حداکثر دمای کار پیوسته در هوا (تقریبی) | حدود ۱۰۹۵°C | حدود ۱۱۵۰°C | حدود ۹۲۵°C | حدود ۹۲۵°C |
| حداکثر دمای کار متناوب (تقریبی) | حدود ۹۸۰°C | حدود ۱۰۳۵°C | حدود ۹۰۰°C | حدود ۸۷۰°C |
| نقطه قوت | تعادل قیمت و مقاومت حرارتی | بالاترین مقاومت در برابر پوسته‌شدن | مقاومت در برابر حساس‌شدن در محدوده ۴۲۵ تا ۸۱۵°C | کاربرد عمومی |
دماهای جدول، حد مقاومت در برابر اکسیداسیون و پوسته‌شدن در هوای خشک هستند، نه حد استحکام. یعنی ورق در این دما پوسته اکسیدی محکم و محافظی نگه می‌دارد، اما اگر زیر بار باشد، ممکن است خیلی زودتر از این دما دچار خزش و تغییر شکل شود. برای قطعات باربر در دمای بالا، استحکام خزشی باید از روی جداول طراحی و استانداردهای مربوط بررسی شود.
حرف S در 309S و 310S یعنی چه؟
309 و 310 نسخه‌های اولیه این آلیاژها با کربن بالاتر هستند. نسخه S کربن کمتری دارد (حداکثر ۰.۰۸ درصد) و به همین دلیل جوش‌پذیری بهتر و مقاومت بیشتری در برابر خوردگی بعد از جوش دارد. بیشتر ورق‌هایی که امروز در بازار با عنوان 309 یا 310 عرضه می‌شوند، در واقع 309S و 310S هستند. نسخه‌های H (مثل 310H) کربن بیشتری دارند و برای قطعاتی ساخته می‌شوند که استحکام در دمای بالا برایشان مهم‌تر است.
ورق استیل 310S؛ برای گرم‌ترین بخش‌ها
310S با حدود ۲۵ درصد کروم و ۲۰ درصد نیکل، پوسته اکسیدی بسیار پایداری می‌سازد که در گرم و سرد شدن‌های مکرر هم کمتر ترک می‌خورد و جدا می‌شود. به همین دلیل برای قطعاتی که مستقیم در معرض شعله یا داغ‌ترین ناحیه کوره هستند انتخاب می‌شود: موفل و جداره داخلی کوره، سبد و سینی عملیات حرارتی، لوله‌های تشعشعی، قطعات مشعل و تجهیزات کوره‌های پخت سرامیک. ورق‌های این گرید در دسته ورق استیل 310 و 310S آمده‌اند.
دو محدودیت مهم 310S را باید بدانید. اول، اگر مدت طولانی در محدوده تقریبی ۶۵۰ تا ۹۰۰ درجه بماند، فاز سیگما در آن تشکیل می‌شود؛ این فاز ورق را در دمای اتاق ترد می‌کند و قطعه‌ای که داغ مشکلی ندارد، ممکن است هنگام تعمیر یا ضربه در حالت سرد بشکند. دوم، نیکل بالا در محیط‌های گوگرددار احیایی نقطه ضعف است و در این شرایط 310S ممکن است از گریدهای کم‌نیکل‌تر زودتر آسیب ببیند.
ورق استیل 309S؛ انتخاب اقتصادی‌تر برای دمای بالا
309S کروم و نیکل کمتری از 310S دارد و معمولاً ارزان‌تر است. برای بخش‌هایی از کوره که دما بالاست ولی در ناحیه مستقیم شعله نیستند، مثل دیواره‌های داخلی، دمپرها، کانال‌های گاز داغ، مبدل‌های حرارتی و قطعات اگزوز صنعتی، گزینه رایجی است. اگر دمای کار شما به‌طور پیوسته زیر حدود هزار درجه است، پیش از سفارش 310S بررسی کنید که ورق استیل 309S همان کار را با هزینه کمتر انجام نمی‌دهد؛ در بسیاری از موارد انجام می‌دهد.
309 جای دیگری هم در کارگاه‌ها دیده می‌شود: سیم جوش ER309L برای اتصال استیل به فولاد کربنی استفاده می‌شود. این موضوع به ورق 309S ربطی ندارد و نباید باعث شود فکر کنید ورق 309S برای کار عمومی مناسب‌تر از 304 است.
ورق استیل 321؛ وقتی مسئله خوردگی بعد از گرما است
321 از نظر کروم و نیکل تقریباً شبیه 304 است، اما تیتانیوم دارد. تیتانیوم کربن را به‌جای کروم به خود می‌گیرد، بنابراین وقتی ورق جوش‌خورده مدت طولانی در محدوده ۴۲۵ تا ۸۱۵ درجه کار می‌کند، کروم مرز دانه‌ها کم نمی‌شود و خوردگی بین‌دانه‌ای پیش نمی‌آید. به این ویژگی «پایدارسازی» می‌گویند.
کاربرد اصلی 321 در قطعاتی است که هم جوش می‌خورند، هم گرم و سرد می‌شوند و هم ممکن است در دوره‌های خاموشی با رطوبت یا مواد خورنده تماس داشته باشند: منیفولد و سیستم اگزوز، اتصالات انبساطی (بلوز)، کانال‌های هوای گرم و بعضی تجهیزات پتروشیمی. اما برای دمای بالای حدود ۹۰۰ درجه، ورق استیل 321 جای 309S یا 310S را نمی‌گیرد.
انتخاب گرید بر اساس شرایط کار
| شرایط | گرید پیشنهادی رایج | توضیح |
|---|---|---|
| دمای پیوسته تا حدود ۸۰۰°C، بدون جوش زیاد | 304 | برای فر نانوایی، بدنه و قطعات بیرونی تجهیزات حرارتی معمولاً کافی است |
| ۴۲۵ تا ۸۵۰°C با جوش زیاد و چرخه گرم و سرد | 321 | اگزوز، بلوز، کانال هوای گرم |
| تا حدود ۱۰۰۰°C | 309S | دیواره کوره، دمپر، مبدل حرارتی |
| بالای حدود ۱۰۰۰°C یا تماس مستقیم با شعله | 310S | موفل، سبد عملیات حرارتی، قطعات مشعل |
| گازهای گوگرددار احیایی | نیاز به بررسی تخصصی | نیکل بالا در این محیط ضعف دارد؛ گاهی گریدهای پرکروم‌تر و کم‌نیکل‌تر مناسب‌ترند |
چرا ورق نسوز زودتر از انتظار خراب می‌شود؟
بیشتر ورق‌های نسوزی که زودتر از انتظار تعویض می‌شوند، از ابتدا فقط با یک عدد انتخاب شده‌اند: حداکثر دمای کار. اما قطعه‌ای که زیر بار است یا مرتب گرم و سرد می‌شود، در همان دمای اسمی خیلی زودتر از یک قطعه ثابت و بی‌بار از کار می‌افتد. استفاده از 304 برای داخل کوره هم از همین جنس است؛ 304 در دمای بالای حدود ۸۵۰ تا ۹۰۰ درجه پوسته می‌دهد و نازک می‌شود و صرفه‌جویی اولیه آن با تعویض‌های پی‌درپی از بین می‌رود.
سوخت هم بخشی از شرایط کار است. سوخت‌های گوگرددار و گازهای احیایی رفتار گریدهای پرنیکل را تغییر می‌دهند و اگر این موضوع هنگام انتخاب گفته نشود، 310S گران‌قیمت ممکن است از یک گرید ارزان‌تر زودتر آسیب ببیند.
محل جوش را هم نباید از قلم انداخت. برای 310S معمولاً سیم ER310 و برای 309S سیم ER309 یا ER309L به کار می‌رود. جوش‌دادن ورق نسوز با سیم 308 یعنی ضعیف‌ترین نقطه قطعه درست روی درز جوش قرار بگیرد. جزئیات بیشتر در مقاله روش جوشکاری ورق استیل آمده است.
آهنربا هم در این گروه کمکی نمی‌کند. هر سه گرید در حالت آنیل‌شده جذب آهنربا نمی‌شوند و آهنربا نه آن‌ها را از هم جدا می‌کند و نه از 304. تفاوت این گریدها در مقدار کروم و نیکل است که با XRF یا بررسی MTC مشخص می‌شود.
قیمت ورق نسوز
قیمت ورق نسوز بیشتر از همه به نیکل وابسته است؛ به همین دلیل 310S معمولاً گران‌ترین گزینه این گروه است و بعد از آن 309S قرار می‌گیرد. اختلاف دقیق به ضخامت، ابعاد، کارخانه سازنده و موجودی بستگی دارد و ثابت نیست. قیمت روز این گریدها را در صفحه قیمت ورق استیل ببینید. ورق‌های ضخیم نسوز معمولاً با سطح نورد گرم (No.1) عرضه می‌شوند که برای کاربرد حرارتی مشکلی ایجاد نمی‌کند.
سوالات متداول
بهترین ورق استیل نسوز کدام است؟
یک گرید برای همه شرایط وجود ندارد. برای بالاترین دما و تماس با شعله 310S، برای دمای بالا با هزینه کمتر 309S و برای قطعات جوش‌خورده در محدوده متوسط دما 321 رایج‌ترند.
آیا ورق 316 برای دمای بالا مناسب است؟
316 برای مقاومت در برابر کلرید طراحی شده، نه دمای بالا. محدوده دمایی کار آن تقریباً شبیه 304 است و برای داخل کوره انتخاب مناسبی نیست.
چرا قطعه 310S بعد از مدتی ترد شده است؟
احتمالاً به‌خاطر تشکیل فاز سیگما در اثر کار طولانی در محدوده تقریبی ۶۵۰ تا ۹۰۰ درجه. این تردی بیشتر در دمای اتاق و هنگام ضربه یا خم‌کاری دیده می‌شود.
آیا 321 همان 304 با مقاومت حرارتی بیشتر است؟
نه دقیقاً. حد اکسیداسیون 321 تقریباً شبیه 304 است. مزیت آن پایداری در برابر حساس‌شدن بعد از جوش و کار در دمای متوسط است.
اگر هنوز بین دو گرید مردد هستید، چهار مورد را برای کارشناسان ورق استیل بفرستید: دمای کار، نوع سوخت یا گاز، باری که روی قطعه است و ضخامت موردنیاز. با همین اطلاعات می‌شود گرید مناسب را پیشنهاد داد و قیمت و موجودی روز را اعلام کرد؛ کافی است تماس بگیرید.
نظرات 0