بررسی آلیاژهای ۳۰۹، ۳۰۹S و ۳۰۹H

آلیاژ 309 (شماره UNS این آلیاژ S30900 است) یک فولاد ضدزنگ آستنیتی است که به‌واسطه مقاومت بالا در برابر انواع خوردگی‌ها (در دماهای بالا)؛ در صنایع بسیاری کاربرد دارد. آلیاژ 309 در کاربردهای چرخه‌ای (مکرر)، می‌تواند حداکثر تا دمای 1900 درجه فارنهایت (1038 درجه سانتی‌گراد) در برابر محیط‌های اکسیدکننده مقاومت کند.

توجه داشته باشید که در استفاده‌های معمولی (غیر چرخه‌ای)، این آلیاژ می‌تواند در برابر محیط‌های اکسنده، حداکثر تا دمای 1850 درجه فارنهایت (1010 درجه سانتی‌گراد) از خود مقاومت نشان دهد.

این آلیاژ به صورت ورق استیل 309، لوله نسوز 309 و میلگرد استیل 309 به بازار عرضه می‌شود و در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد.

معرفی آلیاژ 309

آلیاژ 309 به دلیل داشتن مقدار زیادی کروم و مقدار ناچیزی از عنصر نیکل، در محیط‌های آغشته به گوگرد، تا حداکثر دمای 1832 درجه فارنهایت (1000 درجه سانتی‌گراد) مورداستفاده قرار می‌گیرد. توجه داشته باشید که در محیط‌ها کربن‌دار، استفاده از این آلیاژ توصیه نمی‌شود؛ چرا که مقاومت این آلیاژ در این‌گونه محیط‌ها چنان مطلوب نیست. در کل این آلیاژ در محیط‌های اکسنده، نیتروژن‌دار (نیتروژن دهی)، چرخه‌های حرارتی و… مورداستفاده قرار می‌گیرد.

آلیاژ 309 هنگامی که در مجاورت دمای 1202 الی 1742 درجه فارنهایت (650 الی 950 درجه سلسیوس) قرار می‌گیرد؛ دچار بارش فاز سیگما می‌شود. همچنین این نکته را نیز بدانید که این آلیاژ در دمای 2012 الی 2102 درجه فارنهایت (1100 الی 1150 درجه سانتی‌گراد) تحت عملیات آنیل کاری قرار می‌گیرد و این کار سبب می‌شود تا چقرمگی فلز تا حد مطلوبی بالا برود.

آلیاژ 309S و 309H

آلیاژ 309S با شماره UNS S30908 معرفی می‌شود و نسخه کم کربن آلیاژ 309 محسوب می‌شود. همچنین آلیاژ 309H با شماره UNS S30909 شناخته می‌شود. از آنجایی که این آلیاژ(309H) کربن بسیار زیادی دارد؛ در برابر خزش بسیار مقاوم است.

استانداردهای اخذ شده توسط آلیاژ 309

استاندارد A240 از ASTM
استاندارد SA 240 از ASME
استاندارد 5523 از AMS

کاربرد آلیاژ 309

در ساخت کوره‌ها، مشعل‌ها، فن‌ها، لوله‌کشی‌ها
تجهیزات موردنیاز کارخانه‌های تولید کاغذ
پالایش نفت، سیستم‌های بازیابی کننده کاتالیزور
در زمینه تولید برق، مشعل‌های زغال‌سنگ
در زمینه بازپخت جعبه‌ها، محفظه‌ها، درب‌ها، پروانه‌ها، تیرها
در زمینه تصفیه زباله‌ها، سوزاندن زباله‌ها

درصد جرمی عناصر تشکیل‌دهنده آلیاژ 309

کروم: در کمترین حالت 0 درصد و در بیشترین حالت 24.0 درصد
نیکل: در کمترین حالت 0 درصد و در بیشترین حالت 15.0 درصد
کربن: 20 درصد
منگنز: 2.00 درصد
فسفر: 0.045 درصد
سولفور: 0.030 درصد
سیلیکون: 0.75 درصد
آهن: در حالت تعادل

درصد جرمی عناصر تشکیل‌دهنده آلیاژ 309S

کروم: در کمترین حالت 0 درصد و در بیشترین حالت 24.0 درصد
نیکل: در کمترین حالت 0 درصد و در بیشترین حالت 15.0 درصد
کربن: 8 درصد
منگنز: 2.00 درصد
فسفر: 0.045 درصد
سولفور: 0.030 درصد
سیلیکون: 0.75 درصد
آهن: در حالت تعادل

درصد جرمی عناصر تشکیل‌دهنده آلیاژ 309H

کروم: در کمترین حالت 0 درصد و در بیشترین حالت 24.0 درصد
نیکل: در کمترین حالت 0 درصد و در بیشترین حالت 15.0 درصد
کربن: در کمترین حالت 04 درصد و در بیشترین حالت 0.10 درصد
منگنز: 2.00 درصد
فسفر: 0.045 درصد
سولفور: 0.030 درصد
سیلیکون: 0.75 درصد
آهن: در حالت تعادل

خواص فیزیکی آلیاژ 309

– چگالی: 0.285 پوند بر اینچ مکعب یا 89 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 502 ژول بر کیلوگرم در کلوین (در دمای 0 الی 100 درجه سانتی گراد)

– مدول الاستیسیته: 5 M psi یا 196 گیگاپاسکال

– رسانای گرمایی (در دمای 100 درجه سانتی‌گراد یا 212 درجه فارنهایت): 0 بی تی یو بر ساعت بر مجذور فوت بر فوت بر درجه فارنهایت یا 15.6 وات بر متر در درجه کلوین

– محدوده ذوب: 2500 الی 2590 درجه فارنهایت یا 1480 الی 1530 درجه سانتی‌گراد

– مقاومت الکتریکی: 7 میکرو اهم در اینچ در دمای 68 درجه فارنهایت یا 78 میکرواهم در سانتی‌متر در دمای 20 درجه سانتی‌گراد

خواص مکانیکی آلیاژ 309

استحکام تسلیم: 30000 psi یا 205Mpa
استحکام کششی نهایی: 75000 psi یا 515 Mpa
ازدیاد طول(در هر 2 اینچ): 40 درصد
درجه سخت کاری: 217 برینل

مقاومت آلیاژ 309 در برابر خوردگی در محیط‌های مرطوب

مقاومت آلیاژ 309 در برابر محیط‌های مرطوب، مطلوب نیست؛ دلیل این موضوع هم زیاد بودن عنصر کربن در این آلیاژ است (همان‌طور که گفته شد؛ زیاد بودن کربن در این آلیاژ، به دلیل مقاوم‌تر شدن این فولاد در برابر خزش است). قرارگیری طولانی‌مدت آلیاژ 309 در برابر گرما، آلیاژ را مستعد خوردگی بین‌دانه‌ای می‌کند. بااین‌وجود، آلیاژ 309 به دلیل دارابودن مقدار زیادی کروم (23 درصد) نسبت به اکثر فولادها، در برابر خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد.

آلیاژ 309 برای چه موقعیت‌هایی مناسب است؟

در محیط‌های اکسنده (چگالی ماده گوگرددار 2 گرم بر مترمکعب)؛ تحت دمای کاری 1922 درجه فارنهایت (1050 درجه سانتی‌گراد)
در شرایط اکسیداسیون (چگالی ماده گوگرددار حداکثر 2 گرم بر مترمکعب)؛ تحت دمای کاری 1742 درجه فارنهایت (950 درجه سلسیوس)
در اتمسفرهایی که غلظت اکسیژن کم است (چگالی ماده گوگرددار حداکثر 2 گرم بر مترمکعب است)؛ تحت دمای کاری 1832 درجه فارنهایت (1000 درجه سلسیوس)
اتمسفرهای نیتروژن دهنده و کربن دهنده؛ تحت دمای کاری حداکثر 1562 الی 1742 درجه فارنهایت (850 الی 950 درجه فارنهایت)

توجه داشته باشید که عملکرد این آلیاژ در محیط‌های ذکر شده به‌خوبی عملکرد آلیاژهای 600 (با شماره UNS N06600) و 800 (با شماره UNS N08800) نیست؛ اما این فولاد از نظر محدوده دمای کاری بسیار بهتر از سایر فولادها است.

ساخت و پرداخت آلیاژ 309

آلیاژ 309 را می‌توان به کمک روش‌های استاندارد و ساده، تحت فرایند ساخت، جوش و پردازش قرار داد.

شکل‌دهی گرم

فولاد ضد زنگ 309 باید در محدوده دمایی 1742 الی 2192 درجه فارنهایت (950 الی 1200 درجه سانتی‌گراد) و به‌صورت یکنواخت تحت فرایند شکل‌دهی داغ قرار بگیرد. آلیاژ 309 باید در دمای 1832 الی 2101 درجه فارنهایت (1000 الی 1150 درجه سانتی‌گراد) آنیل شوند و به‌سرعت نیز کوئنچ شود.

شکل‌دهی سرد

انعطاف‌پذیر آلیاژ 309 در حد بسیار خوبی قرار دارد و به‌راحتی شکل مدنظر را به خود می‌گیرد (روش کار همانند شکل‌دهی سرد برای آلیاژ 316 است). همچنین توجه داشته باشید که در شکل‌دهی سرد، قطعه نباید مدت طولانی در دمای بالا قرار بگیرد؛ چرا که در غیر این صورت، دچار بارش کاربید و فاز سیگما می‌شود.