آلیاژ استیل 304 یکی از انواع آلیاژ استیل است که از ترکیب آهن، کروم (18%) و نیکل (8%) تهیه می‌گردد. این آلیاژ به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی و زنگ زدگی در شرایط مختلف، کاربرد گسترده‌ای دارد.
استیل 304 در دماهای بالا هم عملکرد خوبی دارد و در برابر تغییرات دمایی مقاوم است. بطور کلی، استیل 304 به دلیل خواص مکانیکی و مقاومت بالا، انتخابی مناسب برای استفاده در محیط های مرطوب و صنعتی است.
در این مطلب به بررسی دقیق مشخصات فنی آلیاژ استیل 304 و ویژگی های مکانیکی، ترکیب شیمیایی، ساختار و کاربرد آلیاژ استیل 304 در ساخت المنت های حرارتی و دیگر صنایع می‌پردازیم.
مشخصات فنی و خواص مکانیکی آلیاژ استیل 304
در جدول زیر، مهمترین ویژگی های آلیاژ استیل 304 را مشاهده می‌کنید:
| ویژگی | مقدار |
| استحکام کششی | 515–720 MPa |
| استحکام تسلیم | ≥ 205 MPa |
| کشسانی نهایی | حدود 40% |
| سختی (Brinell) | حدود 200 HB / معادل 70–90 HRB |
| چقرمگی | بسیار بالا |
| انعطاف‌پذیری | بسیار بالا |
| تحمل دمای متناوب | تا 870 درجه سانتی‌گراد |
| تحمل دمای پیوسته | تا 925 درجه سانتی‌گراد |
در ادامه به شرح هر یک از مشخصات فنی آلیاژ استیل 304 می‌پردازیم:
-
استحکام کششی (Tensile Strength)
استحکام کششی نشان دهنده حداکثر نیرویی است که استیل 304 می‌تواند قبل از گسیختگی تحمل کند. این ویژگی با واحد مگاپاسکال (MPa) اندازه‌گیری می‌شود و برای این گرید استیل معمولاً حدود 515 تا 720 مگاپاسکال متغیر است. استحکام کششی مناسب باعث می‌شود این آلیاژ در برابر نیروهای کششی و تنش‌های فیزیکی، عملکرد قابل قبولی از خود ارائه دهد.
فواید:
- مقاومت مناسب در برابر نیروهای کششی
- مناسب برای قطعات تحت فشار مستقیم
- کاهش خطر تغییر شکل دائم در شرایط بارگذاری
- عملکرد پایدار در ساختارهای تحت تنش
- حفظ استحکام در شرایط کاری متنوع
- جلوگیری از شکست زود هنگام تحت تنش
-
استحکام تسلیم (Yield Strength)
استحکام تسلیم به میزان فشاری گفته می‌شود که یک ماده می‌تواند تحمل کند بدون اینکه تغییر شکل دائمی پیدا کند. وقتی صحبت از تحمل بارهای پایدار و طولانی باشد، استیل 304 با استحکام تسلیم حدود 205 مگاپاسکال، عملکرد کنترل‌شده‌ای از خود نشان می‌دهد. این ویژگی در فرآیندهای ساخت و تولید که تغییر شکل سرد یا گرم نیاز دارند، از اهمیت زیادی برخوردار است.
فواید:
- شکل پذیری مناسب در مراحل تولید
- امکان فرم دهی و خم کاری بدون آسیب
- ایجاد قطعات پیچیده با روش‌های متنوع
- کنترل تغییر شکل تحت فشار
- حفظ ابعاد اصلی قطعه
- کاهش احتمال تغییر فرم ناخواسته
-
کشسانی نهایی (Elongation)
کشسانی نهایی، توانایی آلیاژ در افزایش طول قبل از گسیختگی است. استیل 304 دارای کشسانی حدود 40٪ است که نشان‌دهنده قابلیت شکل‌پذیری بالا و تحمل تغییر طول بدون شکست است.
فواید:
- قابلیت تغییر شکل زیاد در فرآیندهای صنعتی
- انعطاف در طراحی قطعات خاص
- افزایش ایمنی در برابر پارگی
-
میزان سختی استیل ضد زنگ 304 (Hardness)
سختی آلیاژ استیل 304 یک ویژگی مهم برای ارزیابی مقاومت آن در برابر خراشیدگی و فرسایش است. سختی استیل 304 معمولاً در مقیاس راکول B (HRB) اندازه‌گیری می‌شود و در حدود 70 تا 90 درجه قرار دارد (به این معنا که سختی متوسطی دارد). بنابراین استیل 304 به اندازه‌ای مقاوم است که در برابر بسیاری از شرایط محیطی، از جمله خوردگی و سایش، به خوبی مقاومت می‌کند.
سختی این آلیاژ از طریق افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم و نیکل تنظیم می‌شود که به افزایش مقاومت در برابر آسیب‌های مکانیکی کمک می‌کنند.
با این حال، لازم به ذکر است که استیل 304 به طور طبیعی از استحکام بالایی برخوردار نیست و برای شرایطی که نیاز به مقاومت بالا در برابر فشار و تغییرات شدید مکانیکی باشد، معمولاً از گریدهای دیگر استیل با سختی بالاتر، مانند استیل 316 یا استیل های مارتنزیتی استفاده می‌شود.
این آلیاژ به دلیل سختی متوسط خود به راحتی قابل شکل دهی و جوشکاری است.
جدول مقایسه سختی گرید های آلیاژ استیل 304
هر کدام از گرید های این نوع استیل بر اساس ویژگی های خود سختی و مقاومت متفاوتی نشان می‌دهند. مقیاس HRB نشان دهنده سختی متوسط است. در این مقیاس توپ فولادی 1.588 میلیمتری به سطح ماده وارد شده و عمق نفوذ آن اندازه‌گیری می‌شود.
گرید استیل 304 سختی (مقیاس راکول B HRB) مقیاس سختی راکول B HRB استیل 304 70-90 HRB مقدار 70-90 HRB به معنای سختی متوسط برای استفاده در کاربردهای عمومی است. استیل 304L 70-90 HRB مشابه استیل 304، با این تفاوت که دارای کربن کمتری است و سختی آن مشابه استیل 304 باقی می‌ماند. مقیاس HRB آن نیز در حدود 70-90 است. استیل 304H 80-95 HRB استیل 304H دارای کربن بالاتری نسبت به استیل 304 است که باعث می‌شود سختی آن کمی افزایش یابد. این گرید معمولاً در دماهای بالا کاربرد دارد. استیل 304LN 70-90 HRB این گرید از استیل 304 برای افزایش استحکام و مقاومت در برابر ترک‌های حرارتی طراحی شده است. سختی آن مشابه استیل 304 است. فواید:
- افزایش دوام سطحی
- کاهش استهلاک تجهیزات
- حفظ کیفیت ظاهری قطعه
- مقاومت در برابر آسیب‌های محیطی
- کاهش نیاز به پوشش‌های محافظتی
- افزایش عمر مفید در تماس مکرر
-
چقرمگی (Toughness)
یکی از ویژگی‌های کلیدی این آلیاژ، چقرمگی بالاست. این خاصیت به آن اجازه می‌دهد هنگام وارد شدن ضربه یا بارگذاری ناگهانی، بدون ترک خوردگی انرژی را جذب کند و ساختار خود را حفظ نماید.
فواید:
- جلوگیری از ترک خوردگی های ناگهانی
- حفظ یکپارچگی ساختاری در ضربات
- افزایش ایمنی در تجهیزات حساس
- عملکرد مناسب در دماهای پایین
- سازگاری با محیط‌های سرد
- کاهش احتمال شکست ترد
-
انعطاف‌پذیری (Ductility)
این آلیاژ، انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌ای نیز دارد. توانایی تغییر شکل بدون شکستگی، آن را برای فرآیندهای شکل‌دهی سرد و گرم ایده‌آل ساخته است. این ویژگی نتیجه ساختار آستنیتی پایدار آن است.
فواید:
- قابلیت فرم‌دهی متنوع
- خم کاری، کشش عمیق و نوردکاری آسان
- تولید قطعات سفارشی با حداقل ترک
-
مقاومت حرارتی
آلیاژ استیل 304 قادر است در برابر دمای بالا مقاومت کند. این ویژگی باعث شده در المنت‌های حرارتی کاربرد فراوانی داشته باشد.
تحمل حرارتی:
- دمای متناوب: تا 870 درجه سانتی‌گراد
- دمای پیوسته: تا 925 درجه سانتی‌گراد
فواید:
- پایداری در شرایط حرارتی بالا
- عدم تغییر شکل یا افت عملکرد در دمای زیاد
- مناسب برای کاربردهای صنعتی با دمای بالا
این آلیاژ به راحتی قابل خم کاری، نورد سرد، کشش و جوشکاری است و برای کاربردهای صنعتی که نیاز به دقت بالا و دوام دارند، گزینه‌ای ایده‌آل بشمار می‌آید.
استیل 304 بگیر است یا نگیر
استیل 304 معمولاً نگیر (غیرمغناطیسی) است. این به این معناست که این آلیاژ به طور طبیعی خواص مغناطیسی ندارد و تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قرار نمی‌گیرد. دلیل اصلی این ویژگی، ساختار آستنیتی است که در آن کروم و نیکل به میزان بالا وجود دارند. ترکیب این دو عنصر باعث می‌شود که استیل 304 در وضعیت معمول خود خاصیت مغناطیسی پیدا نکند.
به عبارت دیگر، استیل 304 برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت دمایی بالا، و همچنین عدم واکنش با میدان‌های مغناطیسی دارند، گزینه‌ای ایده‌آل است. به عنوان مثال، در صنایعی مثل داروسازی، صنایع غذایی و حتی لوازم آشپزخانه، این ویژگی باعث می‌شود تا استیل 304 از اثرات منفی میدان‌های مغناطیسی در امان باشد.
با این حال، در برخی شرایط خاص مانند فرآیندهای شکل‌دهی سرد یا کشیدگی استیل 304 ممکن است به طور موقت خاصیت مغناطیسی ضعیفی پیدا کند. این تغییرات جزئی معمولاً پس از اعمال فشار یا دما در ساختار آلیاژ ایجاد می‌شود، اما در مقایسه با آلیاژهای دیگر مانند استیل‌های فریتی یا مارتنزیتی که به طور طبیعی مغناطیسی هستند، این خاصیت در استیل 304 ضعیف و موقت است.
انواع گرید های آلیاژ استیل 304
آلیاژ استیل 304 به دلیل ترکیبات منحصر‌به‌فرد و خواص مکانیکی مناسب خود، در چند گرید مختلف تولید می‌شود. هر کدام از این گریدها با هدف بهبود ویژگی‌هایی مثل مقاومت به خوردگی، استحکام در دمای بالا یا قابلیت جوشکاری توسعه یافته‌اند. شناخت این گریدها به انتخاب درست و تخصصی مواد در صنایع مختلف کمک می‌کند و باعث می‌شود کارایی نهایی قطعات افزایش پیدا کند.
در ادامه، به معرفی چهار مورد از مهمترین گریدهای استیل 304 پرداخته ایم.
-
استیل 304 استاندارد (304 یا UNS S30400)
این گرید اصلی‌ترین و متداول‌ترین نوع از خانواده 304 است. ترکیبی از استحکام مکانیکی مناسب، مقاومت به خوردگی بین‌دانه‌ای عالی و قابلیت شکل‌پذیری بالا دارد. به همین دلیل، در صنایع عمومی، ساخت قطعات معماری، لوازم خانگی و تجهیزات فرآوری مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
-
استیل 304L
در این گرید میزان کربن به حداقل رسیده (L مخفف Low Carbon) تا مقاومت به خوردگی افزایش پیدا کند. این ویژگی استیل 304L، آنرا به انتخابی ایده‌آلی برای جوشکاری‌های حساس، استفاده در محیط‌هایی با تنش‌های حرارتی، مخازن و لوله‌کشی‌ها در صنایع غذایی و دارویی تبدیل می‌کند.
-
استیل 304H
برعکس 304L، در این گرید میزان کربن افزایش یافته تا خواص مکانیکی در دماهای بالا بهبود پیدا کند. استیل 304H بدلیل پایداری ساختاری، در تجهیزاتی که تحت حرارت زیاد کار می‌کنند، مثل مبدل‌های حرارتی، دیگ‌های بخار و خطوط پتروشیمی بکار می‌رود.
-
استیل 304N
این گرید با افزودن مقدار کمی نیتروژن، استحکام کششی بیشتری نسبت به 304 معمولی دارد. افزودن نیتروژن باعث می‌شود این نوع استیل در کاربردهایی که به استحکام بالا در کنار مقاومت به خوردگی نیاز دارند، مثل قطعات سازه‌ای در صنایع دریایی و پل‌سازی، استفاده شود.
-
استیل 304LN
ترکیبی از ویژگی‌های 304L و 304N است. یعنی مقاومت به خوردگی بین‌دانه‌ای بالا و استحکام مکانیکی قابل‌توجهی دارد. این گرید در ساخت قطعات تحت فشار، اتصالات لوله‌ای حساس و تجهیزات پزشکی که نیاز به خواص مکانیکی بالا و جوش‌پذیری دارند، بکار می‌رود.
-
استیل 304DDQ
این نسخه را بطور خاص برای فرآیندهای کشش عمیق (Deep Drawing) طراحی کرده‌اند. تولیدکنندگان از این گرید برای ساخت قطعاتی مانند سینک‌های ظرفشویی، ظروف استیل و قطعات عمیق با فرم‌دهی پیچیده استفاده می‌کنند. این ماده شکل‌پذیری فوق‌العاده بالایی دارد و در حین شکل‌دهی در برابر ترک‌خوردگی مقاومت می‌کند.
جدول ترکیبات شیمایی گرید های آلیاژ استیل 304
| گرید | کربن (C) | کروم (Cr) | نیکل (Ni) | منگنز (Mn) | سیلیسیم (Si) | فسفر (P) | گوگرد (S) | نیتروژن (N) | آهن (Fe) |
| 304 استاندارد | 0.08% | 18% تا 20% | 8% تا 10.5% | 2% | 1% | 0.05% | 0.03% | – | مابقی ترکیب |
| 304L (کربن پایین) | 0.03% | 18% تا 20% | 8% تا 12% | 2% | 1% | 0.05% | 0.03% | – | مابقی ترکیب |
| 304H (کربن بالا) | 0.04% تا 0.10% | 18% تا 20% | 8% تا 11% | 2% | 1% | 0.05% | 0.03% | – | مابقی ترکیب |
| 304N (نیتروژن‌دار) | 0.08% | 18% تا 20% | 8% تا 11% | 2% | 1% | 0.05% | 0.03% | 0.10% تا 0.16% | مابقی ترکیب |
وجود کروم و نیکل در ترکیبات استیل 304 باعث شکل گیری لایه‌ای محافظ روی سطح آلیاژ می‌شود که از زنگ زدگی و خوردگی جلوگیری می‌کند. همچنین مقدار کم کربن، مانع از ایجاد کاربیدهای مضر شده و جوشکاری این آلیاژ را آسان‌تر می‌سازد.
کاربرد آلیاژ استیل 304 در صنعت
استیل 304 به دلیل خواص خود در بخش های مهمی از فرایند تولید تجهیزات و لوازم صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه این کاربردها را بررسی خواهیم کرد:
-
کاربرد آلیاژ استیل 304 در تولید المنت حرارتی
یکی از آلیاژهای که نقش مهمی در ساخت انواع المنت ایفا می‌کند، استیل 304 است. در این صنعت، آلیاژ استیل 304 به عنوان پوشش محافظتی و مقاوم در برابر عوامل شیمیایی و رطوبت، عملکردی بسیار عالی دارد.
مهمترین کاربردهای استیل 304 در این صنعت عبارتند از:
- انواع المنت میله ای: استفاده از استیل 304 به عنوان روکش خارجی، برای مقاوم سازی در برابر زنگ زدگی و تغییر شکل در دمای بالا.
- فلنج: های استیل: جنس این نوع فلنج ها استیل 304 میباشد که نسبت به فلنج‌های برنجی از مقاومت خوردگی بالاتری برخوردار بوده و در شرایط کاری سخت یا دمای بالا، عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند؛ بنابراین، گزینه‌ای مطمئن‌تر و بادوام‌تر برای کاربردهای صنعتی محسوب می‌شوند.
کاربرد آلیاژ 304 در تولید المنت های حرارتی گاز
استیل 304 در تولید المنت‌های حرارتی انواع دستگاه‌های گرمایشی به‌کار می‌رود؛ از سماور و آبگرمکن‌های خانگی گرفته تا بخاری‌های صنعتی و تجهیزات خط تولید کارخانه‌ها. دلیل این انتخاب، تنها مقاومت حرارتی بالای آن نیست؛ بلکه مقاومت استثنایی در برابر رطوبت، بخار آب و محیط‌های خورنده نیز از ویژگی‌های کلیدی این آلیاژ به شمار می‌رود.
این ویژگی‌ها استیل 304 را به گزینه‌ای ایده‌آل در ساخت المنت های حرارتی تبدیل کرده است.
-
کاربرد آلیاژ 304 در صنایع غذایی و تجهیزات آشپزخانه
آلیاژ 304 به عنوان یکی از رایج‌ترین آلیاژهای استیل، کاربرد زیادی در صنایع غذایی دارد. این آلیاژ به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ زدگی، گزینه مناسبی برای ساخت تجهیزات و قطعاتی است که در تماس مستقیم با مواد غذایی، آب و محیط های مرطوب قرار می‌گیرند.
از جمله کاربرد های آن می‌توان به تولید مخازن نگهداری، خطوط لوله انتقال، میزهای کار، دستگاه‌های فرآوری مواد غذایی و تجهیزات شست و شو اشاره کرد.
-
کاربرد آلیاژ 304 در صنعت داروسازی
در صنعت داروسازی، استیل 304 یکی از مواد اولیه برای تولید تجهیزات و لوازم پزشکی و دارویی است. این آلیاژ به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و آلودگی‌های میکروبی، به ویژه در محیط‌های استریل، برای تولید مخازن دارویی، لوله‌های انتقال مایعات دارویی، واکسیناسیون و دستگاه‌های آزمایشگاهی مناسب میباشد.
در تولید این تجهیزات، به دلیل خواصی چون عدم واکنش با داروها و مواد شیمیایی، مانع از آلوده شدن داروها یا مواد شیمیایی به‌وسیله مواد خارجی شده و همچنین از تغییرات کیفیت و خواص داروها جلوگیری می‌کند.
-
کاربرد آلیاژ 304 در صنعت نفت و گاز
در صنعت نفت و گاز به دلیل مقاومت فوق‌العاده‌اش در برابر فشار بالا، خوردگی، سولفیدها، کلریدها و سایر مواد خورنده، مناسب برای ساخت تجهیزاتی مانند خطوط لوله، مخازن ذخیره‌سازی، پمپ‌ها و سیستم‌های انتقال است.
این آلیاژ انتخابی مناسب برای مناطقی است که تحت تاثیر دماهای بسیار بالا یا پایین و یا در معرض مواد شیمیایی خطرناک قرار دارند.
-
کاربرد آلیاژ 304 در صنعت خودروسازی
این آلیاژ داخل بسیاری از قطعات که با حرارت، رطوبت یا مواد شیمیایی درگیرند، بکار می‌رود. استیل 304 در سیستم اگزوز، قطعات موتور و بخش‌هایی که نیاز به استحکام و مقاومت دارند، کاربرد دارد.
دلیل آن فقط مقاومت به خوردگی نیست؛ وزن مناسب، قابلیت شکل‌دهی خوب و دوام بالا باعث شده کارخانجات خودروسازی از آن در فرایند تولید خود استفاده کنند.
علاوه بر این، این آلیاژ به دلیل داشتن سطحی براق و مقاوم در برابر لکه و زنگ زدگی، می‌تواند به حفظ زیبایی ظاهری خودرو کمک کند؛ به همین دلیل در ساخت قطعات بیرونی و بدنه، از جمله سیستم های اگزوز نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
-
کاربرد آلیاژ 304 در تولید تجهیزات پزشکی
آلیاژ استیل 304 در صنعت تجهیزات پزشکی و بیمارستانی بطور گسترده‌ای کاربرد دارد. این آلیاژ به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی و آلودگی‌های بیولوژیکی، برای تولید ابزارهای جراحی، دستگیره‌ها، مخازن نگهداری دارو و دیگر تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود. استیل 304 همچنین در ساخت تجهیزات آزمایشگاهی مانند لوله‌های انتقال مایعات، سیستم‌های تزریق و اتاق‌های استریل به‌کار می‌رود.
استیل 304، آلیاژی پر کاربرد در صنعت
استیل 304 به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. این آلیاژ با ترکیب آهن، کروم و نیکل، مقاومت بالایی در برابر خوردگی، فشار و دماهای بالا از خود نشان می‌دهد. به همین دلیل، در صنایعی مانند غذایی، دارویی، خودروسازی و نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ویژگی‌هایی همچون شکل پذیری، جوش پذیری و استحکام کششی، استیل 304 را به گزینه‌ای مناسب برای استفاده در محیط‌های مرطوب و صنعتی تبدیل می‌کند.
همچنین با توجه به مشخصات فنی آلیاژ استیل 304 و ویژگی‌های خاص آن، استفاده از این آلیاژ در ساخت انواع المنت ، انتخابی مناسب برای افزایش کیفیت، ایمنی و طول عمر دستگاه‌های گرمایشی است.
