انتخاب ورق برای قطعات کوره، تنها به تحمل گرما محدود نمی‌شود؛ مقاومت در برابر اکسیداسیون، استحکام در دمای بالا و شرایط محیط نیز اهمیت دارند. ورق استیل 310 از فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی مقاوم به حرارت است که در ساخت تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود.
برای مثال، ورق پوشش داخلی کوره و قطعه‌ای که در همان کوره بار تحمل می‌کند، الزاماً نیازهای یکسانی ندارند. در ادامه، مشخصات این فولاد، تفاوت گریدهای 310، 310S و 310H و نکات مؤثر بر انتخاب آن را بررسی می‌کنیم.
ورق استیل 310 چیست؟
ورق استیل 310 فولادی آستنیتی با حدود اسمی 25 درصد کروم و 20 درصد نیکل است. این گرید با نام UNS S31000 شناخته می‌شود و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا، از ویژگی‌های اصلی آن است.
در بازار، اصطلاح «استیل نسوز 310» نیز برای این خانواده به کار می‌رود. نسوزبودن در این نام، به معنی تحمل نامحدود گرما نیست؛ دمای قابل‌استفاده باید با توجه به گرید دقیق، محیط، بارگذاری و مدت کارکرد تعیین شود.
تفاوت استیل 310، 310S و 310H
تفاوت مهم این گریدها به حدود کربن مربوط می‌شود؛ عاملی که بر رفتار آن‌ها پس از جوشکاری و هنگام بهره‌برداری در دمای بالا اثر دارد.
ورق استیل 310S نسخه کم‌کربن‌تر این خانواده است. کاهش کربن، احتمال حساس‌شدن ناشی از رسوب کاربید کروم را کاهش می‌دهد؛ موضوعی که برای مقاومت به خوردگی بین‌دانه‌ای اهمیت دارد. بااین‌حال، این ویژگی به معنی مصونیت کامل در برابر تردی ناشی از مواجهه حرارتی نیست.
در 310H، حداقل کربن نیز کنترل می‌شود تا خواص موردنیاز برای کاربردهای دمای بالا تأمین شوند. بنابراین، حرف H نشانه برتری عمومی محصول نیست؛ انتخاب میان این گریدها به شرایط قطعه بستگی دارد.
ترکیب شیمیایی ورق استیل 310
جدول زیر، حدود ترکیب شیمیایی این سه گرید را بر اساس دیتاشیت Sandmeyer نشان می‌دهد. مقادیر بر حسب درصد وزنی هستند و ترکیب واقعی هر محموله باید از گواهی آنالیز محصول بررسی شود.
| عنصر (درصد وزنی) | 310 | 310S | 310H |
|---|---|---|---|
| کربن | حداکثر 0.25 | حداکثر 0.08 | 0.04 تا 0.10 |
| کروم | 24 تا 26 | 24 تا 26 | 24 تا 26 |
| نیکل | 19 تا 22 | 19 تا 22 | 19 تا 22 |
| منگنز | حداکثر 2.00 | حداکثر 2.00 | حداکثر 2.00 |
| سیلیسیم | حداکثر 1.50 | حداکثر 1.50 | حداکثر 0.75 |
| فسفر | حداکثر 0.045 | حداکثر 0.045 | حداکثر 0.045 |
| گوگرد | حداکثر 0.030 | حداکثر 0.030 | حداکثر 0.030 |
| آهن | باقی‌مانده | باقی‌مانده | باقی‌مانده |
ویژگی‌های مکانیکی ورق استیل 310
در دیتاشیت Atlas برای محصولات تخت این خانواده، حداقل استحکام کششی 515 مگاپاسکال، حداقل تنش تسلیم با معیار کرنش ماندگار 0.2 درصد، برابر با 205 مگاپاسکال و حداقل ازدیاد طول در طول مبنای 50 میلی‌متر، 40 درصد گزارش شده است. حداکثر سختی نیز 217 برینل یا 95 راکول B ذکر می‌شود.
این اعداد را نباید مستقیماً مبنای ظرفیت قطعه در کوره قرار داد. در طراحی دمای بالا، خواص وابسته به دما و زمان، از جمله رفتار خزشی، اهمیت پیدا می‌کنند. خزش به تغییرشکل تدریجی ماده زیر بار پایدار گفته می‌شود؛ پدیده‌ای که ممکن است عملکرد قطعه را در طول زمان محدود کند.
مشخصات فیزیکی ورق استیل 310
برای خوانایی بیشتر، مشخصات فیزیکی گزارش‌شده در دیتاشیت Sandmeyer با واحدهای متریک آمده‌اند:
- چگالی: حدود 7.89 گرم بر سانتی‌متر مکعب.
- گرمای ویژه: حدود 502 ژول بر کیلوگرم کلوین، در محدوده 0 تا 100 درجه سانتی‌گراد.
- مقاومت ویژه الکتریکی: حدود 78 میکرو‌اهم‌سانتی‌متر در 20 درجه سانتی‌گراد.
- مدول الاستیسیته: حدود 196 گیگاپاسکال.
- رسانایی حرارتی: حدود 10.8 وات بر متر کلوین در 100 درجه سانتی‌گراد.
- محدوده ذوب: حدود 1354 تا 1402 درجه سانتی‌گراد.
دمای ذوب استیل 310 با دمای مجاز بهره‌برداری یکسان نیست. قطعه می‌تواند پیش از رسیدن به محدوده ذوب، بر اثر افت استحکام یا تغییرشکل، کارایی موردنیاز را از دست بدهد.
کاربردهای ورق استیل 310
کاربرد این ورق بیشتر در ساخت قطعاتی مطرح است که با فرایندهای حرارتی مواجه‌اند. نمونه‌های زیر، زمینه‌های مصرف این خانواده را نشان می‌دهند؛ مناسب‌بودن گرید برای هر قطعه باید جداگانه بررسی شود.
کوره‌ها و تجهیزات عملیات حرارتی
پوشش‌ها و جعبه‌های آنیل، محافظ‌های مشعل، درها، فن‌ها، محفظه‌ها و بعضی تکیه‌گاه‌های داخلی از کاربردهای شناخته‌شده هستند. در این مجموعه‌ها، نحوه اتصال و امکان انبساط قطعات نیز در کنار انتخاب ورق اهمیت دارند.
صنایع نفت و پتروشیمی
در برخی تجهیزات پالایشگاهی، سامانه‌های بازیافت حرارت و اجزای در معرض گاز داغ از این خانواده استفاده می‌شود. ترکیب محیط فرایند مشخص می‌کند که مقاومت حرارتی ورق تا چه اندازه با نیاز تجهیز هماهنگ است.
صنایع سیمان و فرآوری فلزات
محافظ مشعل، سامانه‌های تغذیه و تخلیه و بعضی قطعات تجهیزات تف‌جوشی از دیگر موارد مصرف هستند. در این کاربردها، تماس با مواد فرایندی نیز باید در بررسی انتخاب ماده لحاظ شود.
مقاومت در برابر خوردگی ورق استیل 310
مقاومت به اکسیداسیون در گاز داغ با مقاومت به خوردگی در محلول‌های آبی متفاوت است. برای نمونه، سازنده Aperam خواص خوردگی مرطوب محصول 310S خود را متوسط توصیف می‌کند؛ بنابراین، عنوان «نسوز» به‌تنهایی مناسب‌بودن آن برای هر محیط شیمیایی را نشان نمی‌دهد.
در ارزیابی خوردگی، نوع ماده مهاجم، غلظت، دما و مدت تماس اهمیت دارند. سابقه حرارتی و جوشکاری نیز می‌تواند بر رفتار خوردگی اثر بگذارد؛ به‌ویژه زمانی که قطعه پس از مواجهه با حرارت، در محیط آبی استفاده شود.
مقاومت حرارتی ورق استیل 310
دمای کارکرد باید برای محصول و شرایط سرویس مشخص شود. Outokumpu برای محصول Therma 310S، کاربرد تا حدود 1050 درجه سانتی‌گراد را در شرایط معرفی‌شده مطرح می‌کند. در دیتاشیت Atlas نیز برای مقاومت اکسیداسیونی 310H در هوا، حدود 1040 درجه در سرویس متناوب و 1150 درجه سانتی‌گراد در سرویس مداوم ذکر شده است. این اعداد شرایط یکسانی را توصیف نمی‌کنند و نباید به تمام محصولات تعمیم داده شوند.
همچنین، مقاومت سطح در برابر اکسیداسیون به معنی توان تحمل هر مقدار بار در همان دما نیست. مدت کارکرد، چرخه‌های گرم‌وسردشدن و محیط کوره باید در تعیین شرایط مجاز لحاظ شوند.
در مواجهه طولانی با برخی محدوده‌های دمایی، تشکیل رسوبات و فازهای تردکننده نیز مطرح است. ازاین‌رو، پایین‌بودن کربن 310S تمام محدودیت‌های ناشی از حرارت را برطرف نمی‌کند.
جوش‌پذیری ورق استیل 310
این خانواده قابلیت جوشکاری و شکل‌دهی دارد، اما کیفیت ساخت به انتخاب روش، مواد مصرفی و کنترل عملیات وابسته است. دستورالعمل جوشکاری باید با گرید دقیق و شرایط استفاده قطعه هماهنگ باشد.
در قطعاتی که ابعاد نهایی حساسی دارند، پیش‌بینی اعوجاج و کنترل انبساط حرارتی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. ترتیب اتصال‌ها و نحوه تثبیت قطعه باید امکان دستیابی به شکل موردنظر را فراهم کنند.
انتخاب ورق استیل 310 متناسب با کاربرد
پیش از انتخاب، روشن کنید ورق قرار است بخشی از بدنه تجهیز باشد، با ماده فرایندی تماس داشته باشد یا بار تحمل کند. سپس دمای واقعی فلز، مدت بهره‌برداری و شرایط خاموش‌وروشن‌شدن تجهیز را مشخص کنید.
برای تطبیق محصول، نام کامل گرید، استاندارد، ضخامت، ابعاد و گواهی آنالیز را بررسی کنید. برای دریافت اطلاعات محصول و بررسی شرایط تأمین نیز می‌توانید با کارشناسان فولاد حامیران در ارتباط باشید.
