استیل 304 یکی از شناختهشدهترین فولادهای زنگنزن آستنیتی است که به دلیل مقاومت مناسب در برابر خوردگی، شکلپذیری مطلوب، قابلیت جوشکاری و خواص مکانیکی متعادل، در قالب ورق، لوله، میلگرد، تسمه و اتصالات عرضه میشود. این گرید با نامهای استنلس استیل 304، فولاد زنگنزن 304، استیل 18/8 و فولاد 1.4301 نیز شناخته میشود.
از مهمترین مشخصات استیل 304 میتوان به چگالی حدود 7.93 گرم بر سانتیمتر مکعب، استحکام کششی حداقل 515 مگاپاسکال، هدایت حرارتی حدود 16.2 وات بر متر کلوین و نقطه ذوب تقریبی 1400 تا 1450 درجه سانتیگراد اشاره کرد. البته مقادیر دقیق خواص این فولاد ممکن است با توجه به استاندارد محصول، ضخامت، دما و وضعیت عملیات حرارتی کمی متفاوت باشد.
استیل 304 چیست؟
استیل 304 در گروه فولادهای زنگنزن آستنیتی سری 300 قرار دارد. ترکیب شیمیایی این فولاد معمولاً شامل حدود 18 تا 20 درصد کروم و 8 تا 10.5 درصد نیکل است. به همین دلیل، در بازار به آن استیل 18/8 نیز گفته میشود.
کروم با تشکیل یک لایه اکسیدی نازک و پایدار روی سطح، از فلز زیرین در برابر عوامل خورنده محافظت میکند. نیکل نیز به تثبیت ساختار آستنیتی، افزایش شکلپذیری و حفظ چقرمگی کمک میکند. منگنز، سیلیسیم و مقدار کنترلشدهای کربن نیز در ترکیب این فولاد حضور دارند.
| عنصر | درصد وزنی تقریبی |
|---|---|
| کروم | 18 تا 20 درصد |
| نیکل | 8 تا 10.5 درصد |
| کربن | حداکثر 0.08 درصد |
| منگنز | حداکثر 2 درصد |
| سیلیسیم | حداکثر 1 درصد |
| فسفر | حداکثر 0.045 درصد |
| گوگرد | حداکثر 0.03 درصد |
| آهن | مابقی ترکیب |
جدول مشخصات فیزیکی و مکانیکی استیل 304
جدول زیر نمایی کلی از مهمترین مشخصات استیل 304 در حالت آنیلشده ارائه میدهد:
| مشخصه | مقدار تقریبی |
|---|---|
| چگالی استیل 304 | 7.93 گرم بر سانتیمتر مکعب |
| جرم حجمی | 7930 کیلوگرم بر مترمکعب |
| نقطه ذوب | 1400 تا 1450 درجه سانتیگراد |
| هدایت حرارتی در 100°C | حدود 16.2 W/m·K |
| ضریب انبساط حرارتی در 20 تا 100°C | حدود 17.2 µm/m·°C |
| گرمای ویژه | حدود 500 J/kg·K |
| مقاومت الکتریکی | حدود 0.72 µΩ·m |
| مدول الاستیسیته | حدود 193 GPa |
| استحکام کششی | حداقل حدود 515 MPa |
| تنش تسلیم | حداقل حدود 205 MPa |
| ازدیاد طول | حدود 40 درصد |
| سختی برینل | حداکثر حدود 201 HB |
این اعداد مقادیر مرجع هستند و ممکن است بر اساس استانداردهایی مانند ASTM، شکل محصول و شرایط تولید تغییر کنند.
چگالی استیل 304 چقدر است؟
چگالی استیل 304 تقریباً 7.93 گرم بر سانتیمتر مکعب یا 7930 کیلوگرم بر مترمکعب است. در محاسبات عمومی بازار، این مقدار گاهی بهصورت گردشده و برابر با 8 گرم بر سانتیمتر مکعب در نظر گرفته میشود.
چگالی ورق استیل 304 با چگالی سایر مقاطع ساختهشده از همین گرید تفاوتی ندارد. بنابراین تفاوت وزن محصولات به ابعاد، ضخامت و شکل هندسی آنها مربوط است، نه تغییر چگالی آلیاژ.
برای محاسبه تقریبی وزن ورق میتوان از رابطه زیر استفاده کرد:
وزن ورق = طول × عرض × ضخامت × جرم حجمی
برای مثال، وزن یک ورق 304 با طول 2 متر، عرض 1 متر و ضخامت 2 میلیمتر برابر است با:
2 × 1 × 0.002 × 7930 = 31.72 کیلوگرم
توجه داشته باشید که چگالی بالا بهتنهایی به معنای استحکام بیشتر نیست؛ استحکام به ترکیب شیمیایی، ریزساختار، کار سرد و وضعیت عملیات حرارتی بستگی دارد.
ضریب انتقال حرارت استیل 304
عبارت ضریب انتقال حرارت استیل 304 در جستوجوهای عمومی معمولاً به هدایت حرارتی این فولاد اشاره دارد. هدایت حرارتی استیل 304 در دمای 100 درجه سانتیگراد حدود 16.2 وات بر متر کلوین است و با افزایش دما تغییر میکند.
هدایت حرارتی 304 در مقایسه با مس، آلومینیوم و حتی فولادهای کربنی کمتر است. در نتیجه، حرارت با سرعت کمتری در حجم قطعه پخش میشود. این ویژگی هنگام جوشکاری و برش حرارتی اهمیت دارد؛ زیرا تجمع موضعی گرما میتواند موجب تغییر رنگ، اعوجاج و افزایش تنشهای حرارتی شود.
از نظر مهندسی، «ضریب انتقال حرارت» کل یک تجهیز فقط به جنس بستگی ندارد و عواملی مانند ضخامت دیواره، جریان سیال و شرایط سطح نیز بر آن اثر میگذارند. مقدار 16.2 W/m·K مشخصاً هدایت حرارتی ماده است.
ضریب انبساط حرارتی استیل 304
ضریب انبساط حرارتی استیل 304 در فاصله دمایی 20 تا 100 درجه سانتیگراد حدود 17.2×10⁻⁶ بر درجه سانتیگراد است. در برخی منابع و بر اساس بازه دمایی اندازهگیری، مقدار نزدیک به 16.5×10⁻⁶ نیز گزارش میشود.
این مقدار نسبت به فولاد کربنی بیشتر است؛ بنابراین قطعات استیل 304 هنگام گرم شدن، تغییر طول بیشتری تجربه میکنند. در طراحی لولهها، مخازن و اتصالاتی که تحت نوسان دما قرار دارند، باید فضای انبساط، نوع اتصال و تنشهای حرارتی در نظر گرفته شوند.
تغییر طول تقریبی از رابطه زیر محاسبه میشود:
ΔL = α × L × ΔT
در این رابطه α ضریب انبساط حرارتی، L طول اولیه و ΔT اختلاف دما است.
مقاومت حرارتی و تحمل دمای استیل 304
استیل 304 مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون دمای بالا دارد. دمای پیشنهادی آن برای سرویس متناوب معمولاً تا حدود 870 درجه سانتیگراد و برای سرویس پیوسته تا حدود 925 درجه سانتیگراد ذکر میشود. این اعداد به مقاومت در برابر اکسیداسیون مربوط هستند و نباید با حفظ کامل استحکام مکانیکی اشتباه گرفته شوند؛ زیرا استحکام فولاد با افزایش دما کاهش پیدا میکند.
استفاده طولانیمدت از 304 در محدوده تقریبی 425 تا 860 درجه سانتیگراد ممکن است موجب رسوب کاربید کروم و حساسشدن فولاد به خوردگی بیندانهای شود. در اتصالات جوشی که مقاومت خوردگی اهمیت دارد، گرید 304L به دلیل کربن کمتر انتخاب مناسبتری است.
گرید 304H کربن بیشتری دارد و برای ایجاد استحکام خزشی بهتر در دماهای بالا طراحی شده است. با این حال، انتخاب آن باید بر اساس فشار، مدت سرویس، دمای واقعی و استاندارد طراحی انجام شود.
نقطه ذوب استیل 304
نقطه ذوب استیل 304 یک عدد ثابت نیست؛ زیرا این ماده آلیاژ است و در یک بازه ذوب میشود. محدوده ذوب آن تقریباً 1400 تا 1450 درجه سانتیگراد است.
بالا بودن نقطه ذوب به معنی امکان استفاده مداوم از استیل 304 در دماهای نزدیک به این محدوده نیست. حداکثر دمای کارکرد باید بر اساس اکسیداسیون، افت استحکام، خزش، خوردگی و شرایط بارگذاری تعیین شود.
خواص مکانیکی استیل 304
استیل 304 در حالت آنیلشده ترکیب مناسبی از استحکام و انعطافپذیری دارد. استحکام کششی آن، بسته به استاندارد و شکل محصول، معمولاً حداقل حدود 515 مگاپاسکال و تنش تسلیم آن حدود 205 مگاپاسکال است. ازدیاد طول نزدیک به 40 درصد نیز نشاندهنده شکلپذیری مناسب آن است.
ساختار آستنیتی این فولاد امکان خمکاری، کشش عمیق و فرمدهی را فراهم میکند. استیل 304 در حالت آنیلشده عمدتاً غیرمغناطیسی است، اما در اثر کار سرد ممکن است مقداری مارتنزیت تشکیل دهد و خاصیت مغناطیسی ضعیفی پیدا کند. کار سرد همچنین استحکام و سختی را افزایش و شکلپذیری را کاهش میدهد.
مقاومت استیل 304 در برابر خوردگی
لایه پسیو غنی از کروم، مقاومت عمومی مناسبی در برابر رطوبت، آب شیرین و بسیاری از محیطهای صنعتی ایجاد میکند. بااینحال، استیل 304 کاملاً در برابر همه عوامل خورنده مصون نیست.
یون کلرید میتواند باعث خوردگی حفرهای و شیاری شود؛ بهویژه زمانی که دما، غلظت کلرید یا مدت تماس افزایش یابد. برای محیطهای کلریدی شدید، آب شور و برخی مواد شیمیایی، گرید 316 به دلیل داشتن مولیبدن معمولاً مقاومت بیشتری دارد.
عملیات حرارتی استیل 304
عملیات حرارتی استیل 304 عمدتاً با هدف آنیل محلولی، کاهش اثرات کار سرد و بازیابی مقاومت خوردگی انجام میشود. دمای آنیل این گرید معمولاً در محدوده 1010 تا 1120 درجه سانتیگراد قرار دارد. پس از آنیل، قطعه باید بهسرعت سرد شود تا احتمال رسوب کاربید کروم کاهش پیدا کند.
استیل 304 برخلاف فولادهای مارتنزیتی با کوئنچ سخت نمیشود. افزایش سختی آن عمدتاً از طریق کار سرد صورت میگیرد. در قطعات حساس نیز پارامترهای عملیات حرارتی باید با توجه به ضخامت، تجهیزات و استاندارد محصول تنظیم شوند.
عوامل مؤثر بر قیمت استیل 304
قیمت فولاد ضد زنگ 304 به عواملی مانند نرخ ارز، قیمت جهانی نیکل و کروم، برند تولیدکننده، ضخامت، ابعاد، نوع مقطع و کیفیت سطح بستگی دارد. سطح ورق میتواند بهصورت مات، براق، خشدار یا دارای پوشش محافظ عرضه شود و هرکدام هزینه متفاوتی دارند.
قیمت ورق استیل 304 معمولاً بر اساس وزن محاسبه میشود. بنابراین ضخامت و ابعاد، وزن نهایی و هزینه خرید را مستقیماً تغییر میدهند. تلرانس ابعادی، گواهی آنالیز و مقدار سفارش نیز میتوانند بر قیمت نهایی اثرگذار باشند.
