304 و 310S هر دو فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند، اما مشخص کردن یکی از آنها یکی از مهمترین اشتباهات انتخاب مواد در-طراحی تجهیزات دمای بالا{3}} هدف کلی-جهان فولاد ضد زنگ است.310Sدرجه حرارت بالا{0}}ویژه ای است که به طور خاص برای گرمای پایدار ساخته شده است که باعث بزرگ شدن 304، اعوجاج یا خرابی زودرس می شود. این راهنما دو درجه را مستقیماً - ترکیب، مقاومت در برابر اکسیداسیون، محدودیت دمای سرویس، رفتار مکانیکی در دمای بالا، و هزینه - را مقایسه میکند تا دقیقاً مشخص شود که هر درجه چه زمانی انتخاب مناسب است.
تفاوت های اصلی ترکیبی بین فولاد ضد زنگ 310S و 304 چیست؟
310S حاوی کروم (24-26٪) و نیکل (19-22٪) به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از 304 (18-20٪ کروم، 8-10.5٪ نیکل) است و این شکاف ترکیبی - تفاوتی در کیفیت فولاد پایه ندارد - دلیل کل این است که دمای 310 تا 310 درجه بالاتر است.
هر دو گرید از فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند که بر روی پایه آهنی-کروم-نیکل ساخته شدهاند، اما 310S تقریباً هر دو مقدار کروم و نیکل موجود در 304 را دو برابر میکند. کروم عنصری است که مسئول لایه اکسید محافظ فولاد ضد زنگ است و نیکل باعث تثبیت ساختار چسبندگی استال میشود و در عین حال ساختار چسبندگی استال را تثبیت میکند. در دمای بالا
نام "S" در 310S نشاندهنده یک نسخه-کربن کنترلشده از درجه اصلی 310 است، که خطر بارش کاربید کروم در مرزهای دانهها در حین جوشکاری یا قرار گرفتن در معرض دمای بالا- طولانی مدت - را کاهش میدهد که باعث میشود 310S پایدارتر شود. سرویس با دمای-بالا نسبت به استاندارد 310.
مقایسه ترکیبی-در کنار-:
|
عنصر (wt%) |
TP304 |
TP310S |
چرا اهمیت دارد |
|
کروم (کروم) |
18.0–20.0 |
24.0–26.0 |
مقیاس محافظ اکسید کروم را تشکیل می دهد. کروم بالاتر سقف دمای مقاوم در برابر اکسیداسیون-را گسترش میدهد |
|
نیکل (Ni) |
8.0–10.5 |
19.0–22.0 |
ساختار آستنیتی را تثبیت می کند و چسبندگی مقیاس و پایداری دمایی{0} بالا را بهبود می بخشد |
|
کربن (C)، حداکثر |
0.08 |
0.08 (-کربن کم درجه "S") |
کربن کمتر، خطر بارش کاربید را در حین جوشکاری و قرار گرفتن در معرض دمای{0} بالا کاهش میدهد. |
|
منگنز (Mn)، حداکثر |
2.0 |
2.0 |
مشابه در هر دو پایه؛ اکسید کننده/تقویت کننده جزئی |
|
سیلیکون (Si)، حداکثر |
1.0 |
1.5 |
Si اندکی بالاتر در 310S به مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا کمک می کند |
جدول 1. محدوده ترکیب اسمی نماینده برای TP304 و TP310S در هر مشخصات رایج فولاد ضد زنگ. ارزش ها گویا و گرد هستند. قبل از استفاده در اسناد تدارکاتی یا طراحی، محدودیت های دقیق را در برابر نسخه فعلی ASTM A240/A480 یا مشخصات مربوطه تأیید کنید.
چرا 310S در مقایسه با 304 مقاومت اکسیداسیون بالاتری دارد؟
310S در برابر اکسیداسیون در دماهای بسیار بالاتر از 304 مقاومت می کند، زیرا محتوای کروم بالاتر آن، مقیاس اکسید کروم ضخیم تر و پایدارتری را تشکیل می دهد، و محتوای نیکل بالاتر آن، چسبندگی آن مقیاس به فلز پایه را بهبود می بخشد، و از پوسته پوسته شدن و پوسته پوسته شدن سریع جلوگیری می کند که در نهایت در دمای 304 پایدار می شود.
مقاومت در برابر اکسیداسیون در فولاد ضد زنگ به توانایی فلز در تشکیل و حفظ یک لایه پیوسته و چسبنده اکسید کروم (Cr2O3) بستگی دارد که به عنوان یک مانع بین فلز پایه و جو اطراف عمل می کند. با افزایش دما، این لایه محافظ باید در برابر دو حالت شکست رقیب مقاومت کند: رشد خیلی سریع (مصرف فلز زیرین) و از دست دادن چسبندگی (ریزش و قرار دادن فلز تازه در معرض حمله بیشتر).
محتوای کروم 18 تا 20 درصدی 304 برای تشکیل یک مقیاس محافظ پایدار تا دمای بالا متوسط کافی است، اما بالاتر از این محدوده، لایه اکسید سریعتر از آن چیزی که بتوان به طور قابل اعتماد نگهداری کرد رشد میکند و قرار گرفتن در معرض حرارتی چرخهای میتواند باعث پاره شدن آن شود چسبیدن بهتر-مقیاس اکسید در محدوده دمایی بسیار وسیعتر، که مکانیزم فیزیکی مستقیم پشت سقف دمای سرویس بالاتر آن است.
حداکثر دمای سرویس مداوم برای 310S در مقابل 304 چقدر است؟
304 به طور کلی برای سرویس مداوم تا حدود 870 درجه (1600 درجه فارنهایت) در اتمسفرهای اکسید کننده رتبه بندی می شود، در حالی که 310S این سقف را تا حدود 1100-1150 درجه (2000-2100 درجه فارنهایت) گسترش می دهد - یک تفاوت تقریباً بین 250-280 درجه عملی (450 درجه F) را افزایش می دهد. برنامههای تخصصی-هدف عمومی و{14}}درجه حرارت بالا{15}}.
مقایسه مستقیم خصوصیات بین معیارهای کلیدی عملکرد{0}درجه حرارت بالا:
|
اموال |
TP304 |
TP310S |
|
حداکثر دمای سرویس مداوم معمولی (اتمسفر اکسید کننده) |
≈ 870 درجه (1600 درجه فارنهایت) |
≈ 1100-1150 درجه (2000-2100 درجه فارنهایت) |
|
حداکثر دمای سرویس متناوب معمولی |
≈ 815 درجه (1500 درجه فارنهایت) |
≈ 1035 درجه (1900 درجه فارنهایت) |
|
پایداری در مقیاس اکسید کروم |
مناسب برای ≈ 870 درجه؛ مقیاس بندی تسریع شده بالاتر از این محدوده |
پایدار به دمای قابل توجهی بالاتر به دلیل محتوای کروم و نیکل بالاتر |
|
مناسب بودن اتمسفر کربور کننده |
محدود - بیشتر مستعد تشکیل کاربید و شکنندگی است |
محتوای نیکل بهتر - اثرات حلالیت کربن را کاهش میدهد و مقاومت را بهبود میبخشد |
|
استحکام دمای نسبی-(پارگی خزش/تنش) |
برای عملکرد ساختاری با دمای متوسط-مناسب است |
عموماً به دلیل{0}}تقویت محلول جامد از محتوای کروم و نیکل بالاتر است |
جدول 2. مقایسه خدمات دمای بالا، TP304 در مقابل TP310S. ارزش ها معمولاً ارقام مرجع برای راهنمایی کلی هستند. دمای مجاز واقعی به اتمسفر، سطح تنش، فرکانس چرخش و کد طراحی قابل اجرا بستگی دارد و باید در برابر داده های مرجع ASME/ASTM برای کاربرد خاص تأیید شود.
شایان ذکر است که این ارقام نشاندهنده محدودیتهای مقاومت در برابر اکسیداسیون هستند، نه لزوماً دمایی که در آن یک جزء باید جایگزین شود - یک قطعه میتواند زیر سقف اکسیداسیون خود برای عمر طولانی کار کند، در حالی که کار کردن در بالاتر از آن باعث تسریع پوستهگذاری و اتلاف فلز میشود به نحوی که با توجه به افزایش دمای متوسط غیراکسیدی با توجه به افزایش دمای غیرخطی متوسط در مقیاس e که رشد آن را نشان میدهد، عمر مفید را تسریع میکند. دما
چگونه 310S و 304 در خواص مکانیکی در دمای بالا مقایسه می شوند؟
310S عموماً به دلیل محتوای آلیاژی جامد-محلول جامد بیشتر، استحکام بیشتری نسبت به 304 حفظ میکند، اگرچه هر دو گرید از الگوی کلی کاهش استحکام و مدول با افزایش دما پیروی میکنند، به این معنی که انتخاب درجه، میزان حفظ استحکام در دمای بالا را تغییر میدهد، اما روند اصلی را تغییر نمیدهد.
هر دو گرید یکسان را تجربه میکنند-پدیده دمای بالا که در فولادهای زنگ نزن آستنیتی رایج است - کاهش تسلیم و استحکام کششی، کاهش مدول الاستیسیته، و افزایش حساسیت به خزش با افزایش دما - زیرا این اثرات ناشی از فرآیندهای بنیادی است که معمولاً ساختار حرارتی فعال نمیشود. درجه-شیمی خاص.
تفاوت بزرگی آن است: محتوای کروم و نیکل بالاتر 310S باعث تقویت محلول جامد- بیشتر میشود، که عموماً به استحکام بهتر و مقاومت خزشی در دمای بالا معین در مقایسه با 304 ترجمه میشود. در برابر اکسیداسیون مقاومت می کند، همچنین تمایل دارد بار مکانیکی را به طور مؤثرتری در دماهایی که معمولاً استفاده می شود حمل کند.
کدام درجه مقاومت بهتری در برابر کربوریزاسیون و سولفیداسیون ارائه می دهد؟
310S عموماً مقاومت بهتری در برابر اتمسفرهای کربوریزه کننده نسبت به 304 به دلیل محتوای نیکل بالاتر ارائه می دهد که حساسیت آلیاژ به جذب کربن و شکنندگی را کاهش می دهد، اگرچه هیچ یک از گریدها انتخاب بهینه برای محیط های شدید سولفید شدن نیستند، جایی که آلیاژهای تخصصی معمولاً به جای آن تضمین می شوند.
کربنسازی زمانی اتفاق میافتد که یک فلز کربن را از یک اتمسفر غنی از کربن-در دمای بالا جذب میکند و کاربیدهای داخلی تشکیل میدهد که شکلپذیری را کاهش میدهد و میتواند باعث ایجاد ترک شود. نیکل حلالیت و انتشار کربن را در ماتریس آستنیتی کاهش میدهد، به همین دلیل است که نمرات نیکل بالاتر مانند 310S معمولاً از 304 در سرویسهای کربورسازی مانند تجهیزات و سبدهای کورههای حرارتی عملکرد بهتری دارند.
حمله سولفیداسیون - از اتمسفرهای حاوی گوگرد- که در برخی از محیطهای احتراق و فرآیند رایج است - چالش متفاوتی را ارائه میکند: نیکل در واقع میتواند در برابر برخی از ترکیبات گوگردی در دمای بالا آسیبپذیر باشد، بنابراین آلیاژهای نیکل بسیار بالا بهطور خودکار بهترین انتخاب در یک محیط کاملاً سولفیدکننده و خاص موتور نیستند. مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا اغلب در مواردی که کربوریزه شدن و سولفیداسیون به طور همزمان نگرانی های مهمی هستند، تضمین می شود. این تمایز یادآوری مفیدی است که «آلیاژ بالاتر-همیشه بهتر است» به طور جهانی قابل اجرا نیست - انتخاب درجه باید با ترکیب خاصی از جوهای موجود در محیط خدمات واقعی مطابقت داشته باشد.
310S و 304 چگونه از نظر هزینه و در دسترس بودن مقایسه می شوند؟
310S معمولاً بهطور معنیداری بیش از 304 در هر کیلوگرم هزینه دارد، که مستقیماً به دلیل محتوای بسیار بالای نیکل و کروم آن است، و به طور کلی در طیف کاملی از اشکال محصول که 304 در آن موجود است، کمتر ذخیره میشود، بنابراین هزینه و زمان تحویل در کنار عملکرد فنی خالص، ملاحظات عملی واقعی هستند.
نیکل کالایی است که در سطح جهانی معامله میشود و قیمت هر کیلوگرم آن از نظر مادی بالاتر از آهن است و 310S تقریباً دو برابر مقدار نیکل 304 است که عامل اصلی قیمت بالاتر آن است. از آنجایی که 304 به مراتب بالاترین-گرید ضد زنگ آستنیتی تولید شده در سطح جهان است، همچنین از در دسترس بودن آسیاب وسیعتر، زمان تولید کوتاهتر و طیف وسیعتری از فرمهای محصول آماده (ورق، صفحه، لوله، میله، اتصالات) در مقایسه با 310S بهره میبرد، که یک درجه تخصصی{7} برای کاربردهای خاص و با حجم پایینتر است. این یک عامل قانونی در انتخاب مواد است: مشخص کردن 310S در برنامهای که واقعاً به قابلیت دمای بالای آن نیاز ندارد، هزینه و خطر زمانی بالقوه{11} را بدون مزیت عملکردی مربوطه اضافه میکند.
کدام درجه را باید برای برنامههای ویژه{0}درجه حرارت بالا انتخاب کنید؟
304 همچنان گزینه مناسبی برای کاربردهای ساختاری، لولهکشی و تجهیزاتی است که در دمای کمتر از 800 تا 850 درجه کار میکنند، در حالی که 310S باید برای اجزای کوره، تجهیزات حرارتی{4}، آسترهای کورهها و سایر تجهیزاتی که بالاتر از آن محدوده کار میکنند یا در معرض دمای سیکلی پایدار هستند مشخص شود.
راهنمای درخواست نماینده:
- صدا خفه کن کوره ها، مخزن ها و لوله های تابشی:310S معمولاً به دلیل قرار گرفتن در معرض پایدار بسیار بالاتر از حد اکسیداسیون عملی 304 مشخص می شود.
- سبدها، وسایل و اجزای نوار نقاله-درمان حرارت:310S عموماً ترجیح داده میشود، بهویژه در اتمسفرهای کورههای کربندار که محتوای نیکل آن مزیت عمر مفیدی را ارائه میکند.
- آسترهای کوره و تجهیزات فرآیند{0}در دمای بالا:310S انتخاب استانداردی است که دمای عملیاتی پایدار به 1000 درجه نزدیک می شود یا از آن فراتر می رود.
- لوله کشی فرآیند عمومی، مخازن و اجزای ساختاری زیر ≈ 800 درجه:304 (یا 316L که در آن مقاومت کلرید نیز مورد نیاز است) انتخاب اقتصادی و فنی کافی است.
- اجزای تجهیزات اگزوز و دمای متوسط-:304 اغلب کافی است. 310S باید برای نوردهی پایدار تایید شده بالای سقف عملی 304 رزرو شود نه اینکه به عنوان یک اقدام احتیاطی به تنهایی مشخص شود.
آیا می توان از 304 به عنوان جایگزینی کمتر-برای 310S در هر برنامه ای استفاده کرد؟
304 میتواند جایگزین مناسبی-برای 310S با هزینه کمتر باشد، تنها زمانی که دمای عملیاتی پایدار واقعی به راحتی زیر حد اکسیداسیون 304 باشد و اتمسفر به شدت کربنزا نباشد، اما از 304 بهعنوان جایگزین هزینه-در هزینههای{{6}خطر واقعی، خرابیهای غیرقابل برنامهریزی، دماهای غیرقابل برنامهریزی یا کاربورسازی استفاده شود. که معمولاً بسیار بیشتر از صرفه جویی در مواد هزینه دارد.
تصمیم برای جایگزینی 304 به جای 310S باید بر اساس ارزیابی واقع بینانه از اوج واقعی و دمای عملیاتی پایدار - از جمله گشت و گذارهای گذرا باشد، نه فقط شرایط طراحی اسمی - به جای این که یک نام "فولاد ضد زنگ" عمومی در سطوح مختلف قابل تعویض باشد. در موارد حاشیه ای که دمای عملیاتی نزدیک به سقف عملی 304 است، عواملی مانند فرکانس چرخش، ترکیب اتمسفر، و پیامد توقف برنامه ریزی نشده باید در تصمیم گیری تاثیرگذار باشند، زیرا تفاوت هزینه بین این دو درجه اغلب نسبت به هزینه قطعی برنامه ریزی نشده یا جایگزینی زودهنگام اجزا در یک کاربرد فرآیند با دمای بالا ناچیز است.
سوالات متداول
آیا 310S همان فولاد ضد زنگ 310 است؟
نه، اگرچه آنها بسیار مرتبط هستند. 310S یک نسخه کنترل شده-کربن 310 است، با حداکثر محتوای کربن کمتری که خطر بارش کاربید کروم را در حین جوشکاری کاهش میدهد و در معرض دمای{3} طولانی مدت قرار میگیرد، و 310S را به گونهای که معمولاً مشخص میشود{5}برای پارچههای جوش داده میشود.
آیا 304 و 310S را می توان در یک مجموعه به هم جوش داد؟
بله، جوشکاری غیرمشابه بین 304 و 310S عموماً با فلز پرکننده مناسبی که برای ترکیب انتخاب شده است امکان پذیر است، اما عملکرد کلی مجموعه در دمای بالا همچنان با درجه ضعیف تر (304) در محل اتصال و فلز پایه مجاور محدود می شود، بنابراین این رویکرد معمولاً فقط در جایی استفاده می شود که اکسپت 304 بالاترین سرعت را مشاهده نمی کند.
آیا 310S مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به 304 در دمای اتاق دارد یا فقط در دمای بالا؟
محتوای کروم و نیکل بالاتر 310S عموماً مقاومت به خوردگی عمومی بهتری نسبت به 304 حتی در دمای اتاق دارد، اما مزیت اصلی آن و دلیل اصلی مشخص شدن آن، مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا است. برای مقاومت در برابر کلرید در دمای اتاق، 316L معمولاً یک انتخاب هدفمندتر و مقرون به صرفه تر از 310S است.
اگر 304 بالاتر از دمای اکسیداسیون نامی خود استفاده شود چه اتفاقی می افتد؟
304 بالاتر از حد اکسیداسیون عملی خود، رشد سریع مقیاس و پوسته پوسته شدن بالقوه را تجربه می کند، که فلز تازه را در معرض اکسیداسیون مداوم قرار می دهد و می تواند منجر به از دست دادن تدریجی مقطع، اعوجاج، و در نهایت خرابی ساختاری یا عملکردی در بازه زمانی کوتاه تر از همان جزء در دمای نامی یا کمتر از آن شود.
آیا 310S برای سرویس برودتی یا دمای پایین{1} و همچنین دمای بالا مناسب است؟
فولادهای زنگ نزن آستنیتی از جمله 310S عموماً به دلیل ساختار کریستالی مکعبی متمرکز-در دمای پایین، چقرمگی خوب را حفظ میکنند، اما 310S یک درجه تخصصی-بالاتر است که در درجه اول به دلیل عملکرد{{5}در دمای بالا انتخاب شده است. 304 یا 316L معمولاً برای کاربردهای استاندارد دمای پایین{8} یا برودتی مشخص میشوند، مگر اینکه یک نیاز پروژه خاص به 310S نیاز داشته باشد.
