معرفی آلیاژ ۳۱۰ به همراه مشخصات

آلیاژ ۳۱۰ (با شماره UNS S31000) یک فولاد ضد زنگ آستنیتی است که برای استفاده در محیط های دما بالا توسعه داده شده است. این آلیاژ علاوه بر مقاومت خوب در برابر گرما، در برابر خوردگی نیز عملکرد بسیار خوبی از خود نشان میدهد. همچنین این آلیاژ در برابر اکسیداسیون، تا دمای ۲۰۱۰ درجه فارنهایت (۱۱۰۰ درجه سلسیوس) نیز خواص خود را حفظ میکند.

معرفی آلیاژ ۳۱۰

آلیاژ ۳۱۰ مقدار زیادی کروم و همچنین مقدار متوسطی از عنصر نیکل را درون خود جای داده است؛ به همین دلیل مقاومت این فولاد در برابر سولفید شدن بسیار خوب است. همچنین در برابر کربوره شدن نیز مقاومت خوبی از خود نشان میدهد. در واقع شدت کربوره کردن آلیاژ ۳۱۰ باید متوسط باشد تا این آلیاژ بتواند از خود مقاومت نشان بدهد. اگر میخواهید فلز خود را در مجاورت محیط های کربن دهی شدیدتر قرار دهید؛ توصیه میشود از آلیاژ ۳۳۰ (شماره UNS N08330) استفاده کنید.

در کل میتوان از این آلیاژ در محیط های اکسنده، چرخه های حرارتی و… نیز استفاده کرد. همچنین این آلیاژ در قطعات و وسایل برودتی و سرمایشی نیز کاربرد دارد. اما توجه داشته باشید که در این زمینه، باید میزان نفوذ پذیری مغناطیسی اعمالی به آلیاژ، کم باشد و آلیاژ بتواند چقرمگی خود را در دمای منفی ۴۵۰ درجه فارنهایت (-۲۶۸ درجه سانتی گراد) نیز حفظ کند.

هنگامی که آلیاژ ۳۱۰ در بازه دمایی ۱۲۰۲ الی ۱۷۴۲ درجه فارنهایت (۶۵۰ الی ۹۵۰ درجه سانتی گراد) گرم میشود؛ در معرض بارش فاز سیگما قرار میگیرد. همچنین عملیات آنیلینگ فلز باید در دمای ۲۰۱۲ الی ۲۱۰۲ درجه فارنهایت (۱۱۰۰ الی ۱۱۵۰ درجه سانتی گراد) انجام شود تا میزان چقرمگی فولاد در حد مطلوب قرار بگیرد.

آلیاژ ۳۱۰S و ۳۱۰H

آلیاژ ۳۱۰S (شماره UNS S31008)، نسخه کم کربن تر آلیاژ ۳۱۰ است. از طرف دیگر، آلیاژ ۳۱۰H، نسخه پر کربن آلیاژ ۳۱۰ است که به دلیل مقاومت عالی در برابر عوامل بوجود آورنده خزش، توسعه داده شده است. توجه داشته باشید که آلیاژ ۳۱۰ را میتوان به کمک روش های استاندارد و معمولی تحت جوشکاری و پردازش قرار داد.

استانداردهای اخذ شده توسط آلیاژ ۳۱۰

• استاندارد A240 از ASTM
• استاندارد SA 240 از ASME
• استاندارد ۵۵۲۱ از AMS

کاربرد های آلیاژ ۳۱۰

• اجزا و تجهیزات برودتی و سرمایشی
• فراوری مواد غذایی
• برای ساخت کوره ها، مشعل ها، در پوش ها، فن ها، لوله کشی ها و…
• کوره های حامل مواد سیال: محفظه های احتراق زغال سنگ
• فرآوری سنگ های معدنی: کارخانه های فولاد، ذوب و تجهیزات ذوب فولاد، تجهیزات ریخته گری
• پالایش نفت: بازیابی سیستم های کاتالیزور، فِلر ها
• تولید برق: مشعل های زغال سنگ، قطعات داخلی مشعل ها
• پردازش های حرارتی: آنیل کاری پوشش ها و جعبه ها، مشعل ها، درها، فن ها، رکوپراتور ها و…

درصد جرمی عناصر تشکیل دهنده آلیاژ ۳۱۰

• کروم: در کمترین حالت ۰ درصد و در بیشترین حالت ۲۶٫۰ درصد
• نیکل: در کمترین حالت ۰ درصد و در بیشترین حالت ۲۲٫۰ درصد
• کربن: ۲۵ درصد
• منگنز: ۰۰ درصد
• فسفر: ۰٫۰۴۵ درصد
• سولفور: ۰٫۰۳۰ درصد
• سیلیکون: ۵ درصد
• آهن: در حالت تعادل

درصد جرمی عناصر تشکیل دهنده آلیاژ ۳۱۰S

• کروم: در کمترین حالت ۰ درصد و در بیشترین حالت ۲۶٫۰ درصد
• نیکل: در کمترین حالت ۰ درصد و در بیشترین حالت ۲۲٫۰ درصد
• کربن: ۰۸ درصد
• منگنز: ۲٫۰۰ درصد
• فسفر: ۰٫۰۴۵ درصد
• سولفور: ۰٫۰۳۰ درصد
• سیلیکون: ۵ درصد
• آهن: در حالت تعادل

درصد جرمی عناصر تشکیل دهنده آلیاژ ۳۱۰H

• کروم: در کمترین حالت ۰ درصد و در بیشترین حالت ۲۶٫۰ درصد
• نیکل: در کمترین حالت ۰ درصد و در بیشترین حالت ۲۲٫۰ درصد
• کربن: در کمترین حالت ۰۴ درصد و در بیشترین حالت ۰٫۱۰ درصد
• منگنز: ۲٫۰۰ درصد
• فسفر: ۰٫۰۴۵ درصد
• سولفور: ۰٫۰۳۰ درصد
• سیلیکون: ۰٫۷۵ درصد
• آهن: در حالت تعادل

خواص فیزیکی آلیاژ ۳۱۰

– چگالی: ۰٫۲۸۵ پوند بر اینچ مکعب یا ۸۹ گرم بر سانتی‌متر مکعب

– ظرفیت گرمایی ویژه: ۰٫۱۲ بی تی یو بر پوند بر درجه فارنهایت (در دمای ۳۲ الی ۲۱۲ درجه فارنهایت) یا ۵۰۲ ژول بر کیلوگرم در کلوین (در دمای ۰ الی ۱۰۰ درجه سانتی گراد)

– مدول الاستیسیته: ۵ M psi یا ۱۹۶ گیگاپاسکال

– رسانای گرمایی: ۹٫۴ بی تی یو بر ساعت بر مجذور فوت بر فوت بر درجه فارنهایت یا ۸ وات بر متر در درجه کلوین

– محدوده ذوب: ۲۴۷۰ الی ۲۵۵۵ درجه فارنهایت یا ۱۳۵۴ الی ۱۴۰۲ درجه سانتی‌گراد

– مقاومت الکتریکی: ۷ میکرو اهم در اینچ در دمای ۶۸ درجه فارنهایت یا ۷۸٫۰ میکرواهم در سانتی‌متر در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد

خواص مکانیکی آلیاژ ۳۱۰

• استحکام تسلیم: ۳۵۰۰۰ psi یا ۲۴۵ مگاپاسکال
• استحکام کششی نهایی: ۸۰۰۰۰ psi یا ۵۵۰ مگاپاسکال
• ازدیاد طول (در هر ۲ اینچ): در کمترین حالت ۴۵ درصد
• درجه سختی برینل: ۲۱۷

میزان مقاومت آلیاژ ۳۱۰ در برابر خوردگی

این آلیاژ به دلیل داشتن مقدار زیادی از عنصر کروم (۲۵ درصد) و سیلیکون (۰٫۶ درصد)، در محیط های گرم عملکرد خوبی از خود نشان میدهد(اما اگر دما تا حد بسیار زیادی بالا برود، خوردگی مرزدانه ای رخ میدهد). این آلیاژ در شرایط اکسیداسیون (چگالی ماده گوگرد دار حداکثر ۲ گرم بر مترمکعب)؛ تحت دمای کاری ۱۹۲۲ درجه فارنهایت (۱۰۵۰ درجه سلسیوس) از خود مقاومت قابل قبولی نشان میدهد.  همچنین این آلیاژ در اتمسفرهایی که غلظت اکسیژن کم است (چگالی ماده گوگرد دار حداکثر ۲ گرم بر مترمکعب است)؛ تحت دمای کاری ۱۸۳۲ درجه فارنهایت (۱۰۰۰ درجه سلسیوس) نیز به خوبی از خود مقاومت نشان میدهند. عملکرد این آلیاژ در اتمسفرهای نیتروژن دهنده و کربن دهنده؛ تحت دمای کاری حداکثر ۱۵۶۲ الی ۱۷۴۲ درجه فارنهایت (۸۵۰ الی ۹۵۰ درجه فارنهایت) نیز بسیار خوب است. توجه داشته باشید که در اتمسفر های احیا کننده، شرایط نیترید یا کربوره کننده، استفاده از آلیاژ ۸۰۰ (با شماره UNS N08800) و آلیاژ ۶۰۰ (با شماره UNS N06600) توصیه میشود.

اگرچه این آلیاژ در برابر اکثر محیط های خورنده مقاوم است؛ اما به دلیل وجود محتوای زیاد کربن، عملکرد خوبی در محیط های مرطوب ندارد(در محیط های مرطوب، احتمال خوردگی این آلیاژ وجود دارد). همچنین قرارگیری این آلیاژ در محیط های داغ(طولانی مدت)، باعث ایجاد خوردگی مرزدانه ای میشود. اگرچه این آلیاژ در برابر محیط های مرطوب و محیط های داغ عملکرد خوبی ندارد؛ اما به دلیل وجود مقدار زیاد کروم(۲۵ درصد)، در برابر حرارت، در مقایسه با اکثر آلیاژ ها مقاوم تر است.

ساخت و پرداخت آلیاژ ۳۱۰

آلیاژ ۳۱۰ را می‌توان به کمک روش‌های معمول، تحت فرایند جوش و پردازش قرار داد.

شکل‌دهی گرم

آلیاژ ۳۱۰ باید در محدوده دمایی ۱۷۴۲ الی ۲۱۹۲ درجه فارنهایت (۹۵۰ الی ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) تحت فرایند شکل‌دهی داغ قرار بگیرد. همچنین این آلیاژ باید در دمای ۱۸۳۲ الی ۲۱۰۱ درجه فارنهایت (۱۰۰۰ الی ۱۱۵۰ درجه سانتی‌گراد) آنیل شوند و به‌سرعت نیز کوئنچ شود.

شکل‌دهی سرد

آلیاژ ۳۱۰ کاملاً انعطاف‌پذیر است و به‌راحتی شکل مدنظر را به خود می‌گیرد(آلیاژ … از نظر شکل پذیری، بسیار شبیه به فولاد ۳۱۶ میباشد). برای انجام کار سرد توجه