مشخصات آلیاژ های ۳۰۴ و ۳۰۴L

آلیاژهای 304 و 304L (شماره UNS این آلیاژها به ترتیب عبارت‌اند از S30400 و S30403) یکی از پرکاربردترین فولادهای آستنیتی کروم- نیکل محسوب می‌شوند. این آلیاژها بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند و در برابر خوردگی(انواع مختلف خوردگی‌ها)، مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند. همین ویژگی (مقاومت عالی در برابر خوردگی) سبب می‌شود تا این آلیاژها در زمینه‌های مختلف کاربرد داشته باشند. همچنین توجه داشته باشید که آلیاژ 304L، ویژگی‌های آلیاژ 304 را نیز شامل می‌شود.

معرفی آلیاژ های 304 و 304L

آلیاژهای 304 و 304L در برابر محیط‌های کاهنده و اکسیدکننده، از مقاومت خوبی بهره می‌برند. این دو آلیاژ در برابر خوردگی‌های مرزدانه‌ای که در حین جوشکاری به وجود می‌آیند نیز مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند.  همچنین این دو آلیاژ در دماهای سرمازایی از استحکام و چقرمگی مطلوب و قابل‌قبولی برخوردارند. آلیاژ 304 و 304L در شرایط آنیل شده، غیرمغناطیسی هستند؛ اما با انجام کار سرد یا فرایند جوشکاری، کمی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند. این نکته را نیز در نظر داشته باشید که این دو آلیاژ را می‌توان با استفاده از روش‌های معمولی (و به‌راحتی)، تحت جوشکاری قرار داد.

همچنین این آلیاژها به صورت ورق استیل 304، لوله استیل 304 و میلگرد استیل 304 به بازار عرضه و در صنایع گسترده‌ای کاربرد دارند.

کاربرد آلیاژهای 304 و 304L

• فراوری مواد شیمیایی و پتروشیمی، به‌منظور ساخت مخازن تحت‌فشار، ساخت مبدل‌های حرارتی و سیستم‌های لوله‌کشی، فلنج‌ها، اتصالات، شیرها، پمپ‌ها و…
• فراوری مواد غذایی
• پزشکی
• معدن
• نفت
• در زمینه تولید دارو
• صنایع تولید کاغذ
• در زمینه تولید برق

استانداردهای اخذ شده توسط آلیاژهای 304 و 304L

• استاندارد A240 از ASTM
• استاندارد SA 240 از ASME
• استاندارد 5511/5513 از AMS
• استاندارد 766 از QQ-S

درصد جرمی عناصر تشکیل دهنده آلیاژ 304

• کروم: در کمترین حالت 18.0 درصد و در بیشترین حالت 20.0 درصد
• نیکل: در کمترین حالت 8.0 درصد و در بیشترین حالت 10.5 درصد
• کربن: 0.08 درصد
• منگنز: 2.00 درصد
• فسفر: 0.045 درصد
• سولفور: 0.030 درصد
• سیلیکون: 0.75 درصد
• نیتروژن: 0.10 درصد
• آهن: در حالت تعادل

درصد جرمی عناصر تشکیل دهنده آلیاژ 304L

• کروم: در کمترین حالت 18.0 درصد و در بیشترین حالت 20.0 درصد
• نیکل: در کمترین حالت 8.0 درصد و در بیشترین حالت 0 درصد
• کربن: 030 درصد
• منگنز: 2.00 درصد
• فسفر: 0.045 درصد
• سولفور: 0.030 درصد
• سیلیکون: 0.75 درصد
• نیتروژن: 10 درصد
• آهن: در حالت تعادل

خواص فیزیکی آلیاژ های 304 و 304L

– چگالی: 0.285 پوند بر اینچ مکعب یا 7.90 گرم بر سانتی‌متر مکعب

– ظرفیت گرمایی ویژه: 0.12 بی تی یو بر پوند بر درجه فارنهایت (در دمای 32 الی 212 درجه فارنهایت) یا 500 ژول بر کیلوگرم در کلوین (در دمای 0 الی 212 درجه سانی گراد)

– مدول الاستیسیته: 29 M psi یا 200 گیگاپاسکال

– رسانای گرمایی (در دمای 100 درجه سانتی‌گراد یا 212 درجه فارنهایت): 9.4 بی تی یو بر ساعت بر مجذور فوت بر فوت بر درجه فارنهایت یا 16.3 وات بر متر در درجه کلوین

– محدوده ذوب: 2550 الی 2590 درجه فارنهایت یا 1398 الی 1421 درجه سانتی‌گراد

– مقاومت الکتریکی: 1 میکرو اهم در اینچ در دمای 68 درجه فارنهایت یا 74 میکرواهم در سانتی‌متر در دمای 20 درجه سانتی‌گراد

ضریب انبساط گرمایی آلیاژ های 304 و 304L

– در دمای 68 الی 212 درجه فارنهایت (20 الی 100 درجه سانتی‌گراد): 9.2 میکرو اینچ بر اینچ بر درجه فارنهایت (16.6 میکرو سانتی‌متر بر سانتی‌متر در درجه سانتی‌گراد)

– در دمای 68 الی 932 درجه فارنهایت (20 الی 500 درجه سانتی‌گراد): 10.6 میکرو اینچ بر اینچ بر درجه فارنهایت (18.2 میکرو سانتی‌متر بر سانتی‌متر در درجه سانتی‌گراد)

– در دمای 68 الی 1600 درجه فارنهایت(20 الی 870 درجه سانتی‌گراد): 11.0 میکرو اینچ بر اینچ بر درجه فارنهایت (19.8 میکرو سانتی متر بر سانتی متر در درجه سانتی گراد)

خواص مکانیکی آلیاژ های 304 و 304L

• استحکام تسلیم: 42 ksi
• استحکام کششی نهایی: 87 ksi
• ازدیاد طول(در هر 2 اینچ): 58 درصد
• کاهش سطح مقطع: 70 درصد
• درجه سخت کاری راکول بی: 82

مقاومت در برابر خوردگی

آلیاژ 304 و 304L از مقاومت خوبی در برابر خوردگی جوی، خوردگی به وجود آمده به دلیل مواد غذایی، نوشیدنی‌ها، مواد شیمیایی آلی و معدنی و… در محیط‌های اکسنده و همچنین در محیط‌های کاهنده بهره می‌برند. وجود مقدار زیادی از عنصر کروم در آلیاژهای 304 و 304L باعث می‌شود تا این آلیاژها بتوانند در برابر مواد اکسیدکننده (اسیدی)، مانند اسید نیتریک (در دمای 176 درجه فارنهایت یا 80 درجه سانتی‌گراد) مقاومت قابل‌قبولی از خود در برابر خوردگی، به نمایش بگذارند.

آلیاژهای 304 و 304L در برابر اسیدهای قوی، مانند استیک اسید نیز مقاوم هستند. نیکل موجود در آلیاژها 304 و 304L باعث می‌شود تا این آلیاژها در برابر فسفریک اسید خالص (با هر مقدار غلظت) تا 10 درصد، مقاومت از خود نشان دهند. همچنین این آلیاژها می‌توانند در محلول‌های سوزاننده فاقد کلرید و فلوراید (در دماهای متوسط) نیز از خود مقاومت نشان دهند. در واقع این آلیاژها در برابر محیط‌های احیاکننده قوی (برای مثال در محیط‌هایی که کلراید و اسیدسولفوریک وجود دارد)، عملکرد خوبی از خود نشان نمی‌دهند.

آلیاژهای 304 و 304L برای سیستم‌های انتقال آب (آب‌هایی با سطوح پایین کلرید (کمتر از 100 ppm)) مناسب هستند. اگر سطح کلراید در آب بالا برود، لوله انتقال آب (که از جنس آلیاژ 304 و 304L ساخته شده است) دچار خوردگی حفره‌ای و شکافی می‌شود (از این جمله می‌توان نتیجه گرفت که از آلیاژهای 304 و 304L در محیط‌های دریایی کاربرد ندارند). به همین دلیل است که از آلیاژهای 316 و 316L (به دلیل وجود مولیبدن بیشتر در ساختار شیمیایی این آلیاژها) در ساخت لوله‌های انتقال آب کمک گرفته می‌شود.

میزان مقاومت تمام گریدهای فولاد 304 در برابر خوردگی یکسانی است. اما توجه داشته باشید که اگر محیط مدنظر بسیار اکسنده باشد و احتمال وقوع خوردگی بالا باشد؛ باید از آلیاژ  304L استفاده شود. دلیل این موضوع هم کم‌بودن میزان عنصر کربن، در این آلیاژ است.

ساخت و پرداخت آلیاژ 304 و 304L

آلیاژهای 304 و 304L را می‌توان به کمک روش‌های معمول، تحت فرایند ساخت و پردازش قرار داد.

شکل‌دهی گرم

آلیاژهای 304 و 304L باید در محدوده دمایی 1652 الی 2102 درجه فارنهایت (750 الی 1150 درجه سانتی‌گراد) تحت فرایند شکل‌دهی داغ قرار بگیرند. همچنین این آلیاژها برای رسیدن به حداکثر مقاومت در برابر خوردگی، باید در دمای 1900 درجه فارنهایت (1038 درجه سانتی‌گراد) آنیل شوند و به‌سرعت نیز کوئنچ شوند.

شکل‌دهی سرد

آلیاژهای 304 و 304L کاملاً انعطاف‌پذیر هستند و به‌راحتی شکل مدنظر را به خود می‌گیرند. همان‌طور که می‌دانید؛ انجام عملیات سرد کاری باعث می‌شود تا استحکام و سختی آلیاژ افزایش یابد. همچنین انجام عملیات سردکاری باعث می‌شود تا آلیاژ مقداری خاصیت مغناطیسی پیدا کند.

بیشتر بخوانید: تفاوت فولاد نورد گرم و نورد سرد چیست؟

جوشکاری

آلیاژهای 304 و 304L را با استفاده از روش‌های معمول می‌توان جوشکاری کرد. همچنین توجه داشته باشید که پس جوشکاری، انجام عملیات حرارتی نیاز نیست.

ماشین‌کاری

ماشین‌کاری این دو آلیاژ به‌خوبی انجام می‌شود. توجه داشته باشید که باید از دور پایین ماشین استفاده کنید. روان‌کاری را فراموش نکنید. همچنین توجه داشته باشید که تاحدامکان از ابزار تیز و برنده استفاده کنید.