فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰ ( Austenitic stainless steel ۳xx series ) گروهی از فولادهای زنگ نزن است که کاربردهای فراوانی در دماهای مختلف دارد .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی دارای عناصر آلیاژی کافی برای پایدار سازی آستنیت در دمای اتاق هستند . این فولادها بدلیل آستنیتی بودن خاصیت مغناطیسی ندارند و در دماهای پایین چقرمگی ، قابلیت جوشکاری و مقاومت به خوردگی عالی دارند . از طرف دیگر این فولادها استحکام تسلیم پایینی دارند و فقط با کار سرد ، رسوب سختی ( Precipitation hardening ) و یا از طریق استحکام بخشی محلول جامد سخت می‌شوند [۱] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ با افزودن نیکل و فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری ۲۰۰ با افزودن منگنز و نیتروژن ( اگر چه که مقدار اندکی نیکل نیز دارند ) به ساختار آستنیتی می‌رسند [۲] .

انواع و دسته بندی فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰

در ادامه توضیحات مختصری در خصوص انواع این فولادها ارائه شده است [۱] .

۳۰۱ : نیکل و کروم کمتر برای افزایش قابلیت کار سختی .

۳۰۲ : فولاد زنگ نزن ۱۸ / ۸ همه کاره .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۰۲B : مقاومت به پوسته شدن با سیلیسیم بهبود یافت .

۳۰۳ : افزایش قابلیت ماشینکاری با استفاده از افزودنی گوگرد .

۳۰۳Se : سطوح ماشینکاری بهبود یافته با افزودنی سلنیم .

فولاد زنگ نزن ۳۰۴ : فولاد زنگ نزن ۱۸ / ۸ معروف ، با کربن کمتر از ۳۰۲ .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۰۴L : کربن کمتر نسبت به ۳۰۴ به منظور بهبود مقاومت به خوردگی .

۳۰۴LN : کربن کمتر نسبت به ۳۰۴ و حاوی افزودنی نیتروژن برای افزایش استحکام .

۳۰۴H : کربن بالاتر نسبت به ۳۰۴ .

۳۰۴Cu : حاوی افزودنی مس برای بهبود قابلیت کار سرد .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۰۴N : حاوی افزودنی نیتروژن برای افزایش استحکام .

۳۰۵ : نیکل بالاتر برای کاهش کار سختی .

۳۰۸ : کروم و نیکل بالاتر برای افزایش قابلیت جوشکاری  .

۳۰۹ : کروم و نیکل بالاتر برای افزایش مقاومت در برابر حرارت  .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۰۹S : کربن کمتر نسبت به ۳۰۹ .

۳۰۹Cb : حاوی افزودنی نیوبیوم .

فولاد زنگ نزن ۳۱۰ : کروم و نیکل بالاتر نسبت به ۳۰۹ برای بهبود مقاومت به حرارت  .

۳۱۰S : کربن کمتر نسبت به ۳۱۰ .

۳۱۰Cb : حاوی افزودنی نیوبیوم .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۱۴ : سیلیسیم بالاتر برای بهبود مقاومت به حرارت .

فولاد زنگ نزن ۳۱۶ : حاوی افزودنی مولیبدن برای بهبود مقاومت به خوردگی .

۳۱۶F : گوگرد و فسفر بالاتر برای افزایش قابلیت ماشینکاری .

۳۱۶L : کربن کمتر برای بهبود مقاومت به خوردگی و قابلیت ماشینکاری .

۳۱۶LN : کربن کمتر و نیتروژن بیشتر ( برای افزایش استحکام ) .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۱۶H : کربن بالاتر نسبت به ۳۱۶ .

۳۱۶N : حاوی افزودنی نیتروژن برای افزایش استحکام .

۳۱۶Ti : حاوی افزودنی تیتانیم .

۳۱۶Cb : حاوی افزودنی نیوبیوم .

۳۱۷ : کروم و مولیبدن بالاتر برای بهبود مقاومت به خوردگی .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۱۷L : کربن کمتر نسبت به ۳۱۷ برای بهبود قابلیت ماشینکاری .

فولاد زنگ نزن ۳۲۱ : حاوی افزودنی تیتانیم به منظور به حداقل رساندن تشکیل رسوبات کاربیدی کروم .

۳۳۰ : نیکل بالا به منظور به حداقل رساندن کربوراسیون ( کربن دهی ) و بهبود شوک حرارتی .

۳۴۷ : حاوی افزودنی نیوبیوم و تانتالیم به منظور به حداقل رساندن تشکیل رسوبات کاربیدی کروم .

فولاد زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۴۷H : کربن بالاتر نسبت به ۳۴۷ .

۳۴۸ : حاوی افزودنی تانتالیم و کبالت برای کاربردهای هسته‌ای ویژه .

۳۴۸H : کربن بالاتر نسبت به ۳۴۸ .

۳۸۴ : نیکل بالاتر برای کاهش کار سختی  .

خواص فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰ بطور کلی حاوی ۱۶ تا ۲۶ درصد کروم و ۶ تا ۲۲ درصد نیکل است [۱] .

فولاد زنگ نزن ۳۰۴ : شناخته شده‌ترین نوع فولادهای زنگ نزن آستنیتی است که فولاد زنگ نزن ۱۸ / ۸ و فولاد زنگ نزن ۱۸ / ۱۰ هم نامیده می‌شود و حاوی ۱۸ درصد کروم و ۸ و ۱۰ درصد نیکل است ( به ترتیب ) [۳] .

فولاد زنگ نزن ۳۱۶ : دومین فولاد ضد زنگ آستنیتی رایج است . افزودن ۲ درصد مولیبدن ، مقاومت در برابر اسیدها و خوردگی موضعی ( که به وسیله یون‌های کلرید ایجاد می‌شود ) را در آن‌ها افزایش می‌دهد . گریدهای کم کربن این فولاد ، مانند فولاد زنگ نزن ۳۱۶L و فولاد زنگ نزن ۳۰۴L ، محتوی کربن کمتر از ۰.۰۳ درصد دارند و برای جلوگیری از مشکلات خوردگی ناشی از جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرند [۳] .

ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۱۰ نیز عبارت است از : ۰.۲۴ درصد کربن ، ۲ درصد منگنز ، ۰.۰۴۵ درصد فسفر ، ۰.۰۳ درصد گوگرد ، ۱.۵ درصد سیلیسیم ، ۲۴ تا ۲۶ درصد کروم و ۱۹ تا ۲۲ درصد نیکل . ترکیب شیمیایی فولاد زنگ نزن ۳۱۰S مشابه فولاد زنگ نزن ۳۱۰ است اما مقدار کربن آن متفاوت و برابر ۰.۰۸ درصد است [۴] .

محدودیت در محتوی کربن در فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰ اهمیت بسیار زیادی دارد . هنگامی که این فولادها در معرض حرارت قرار می‌گیرند ، کربن موجود در آن‌ها کاربیدهای کروم را تشکیل می‌دهد . این رسوبات (کاربیدهای کروم ) در مرز دانه‌های آستنیت رسوب کرده و شرایطی را ایجاد می‌کند که Sensitization نامیده می‌شود . از آنجایی که کروم بصورت کاربیدی در مزردانه‌ها وجود دارد ، اطراف مرز دانه‌ها خالی از کروم شده و خوردگی ایجاد می‌شود . Sensitization با حرارت دهی فولاد در دماهای بین ۱۰۴۰ تا ۱۱۵۰ درجه سانتی گراد و سپس سرد کردن سریع در دمای اتاق ، از بین می‌رود . با حرارت دهی مجدد فولاد ، کاربیدها حل شده و سرد کردن سریع فولاد نیز از تشکیل مجدد رسوبات کاربیدی جلوگیری می‌کند [۱] .

ترکیب شیمیایی ( درصد وزنی ) عناصر اصلی برخی از آلیاژهای فولاد زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰ در جدول زیر خلاصه شده است [۲] .

درصد وزنی عناصر اصلی موجود در استیل سری ۳۰۰ [۲] .

• 

گریدهای مقاوم به حرارت فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰ ( استیل سری ۳۰۰ ) در دماهای بالا ( بالاتر از ۶۰۰ درجه سانتی گراد ) استفاده می‌شوند . ترکیب شیمیایی برخی از این فولادها در جدول زیر ارائه شده است [۲] .

ترکیب شیمیایی برخی از استیل‌های سری‌ ۳۰۰ مقاوم به حرارت [۲] .

• 

گریدهای مقاوم به حرارت فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ دارای مقاومت به خوردگی خوبی ( معمولا اکسیداسیون ) هستند و خواص مکانیکی ، استحکام ( تنش تسلیم ) و مقاومت در برابر خزش خود را در دماهای بالا حفظ می‌کنند . مقاومت به خوردگی در آن‌ها به وسیله کروم و افزودنی‌های سیلیسیم و آلومینیوم ایجاد می‌شود . نیکل در محیط‌های حاوی گوگرد مقاومت خوبی ندارد . این امر معمولا با افزودن مقادیر بیشتری از سیلیسیم و آلومینیوم که اکسیدهای بسیار پایداری تشکیل می‌دهند ، جبران می‌شود . عناصر خاکی کمیاب مانند سریم نیز پایداری فیلم‌های اکسیدی را افزایش می‌دهند [۲] .

شکل زیر درشت شدن ریزساختار و تشکیل رسوباتی از فازهای مختلف مانند فاز سیگمای بین فلزی ( S ) را در فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ AISI 316L(N) نشان می‌دهد . این امر بسیار نامطلوب است ؛ چرا که زمینه آستنیتی را کاهش می‌دهد [۵] .

• 

میکروگراف نمونه تحت خزش ( ۵۵۰ درجه سانتی گراد ، ۱۵۰ مگاپاسکال ، ۸۵۰۰۰ ساعت ) ، رسوب گذاری فاز سیگما را در  فولاد AISI 316L(N) (a) در جزیره‌های فریت دلتا و (b) در مرزدانه‌های آستنیت در نقطه سه گانه نشان می‌دهد ( اچ شده توسط V2A – Beize ) [5] .  

کاربردهای فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰

این فولادها بزرگترین گروه از فولادهای ضد زنگ آستنیتی هستند که بیشترین کاربرد را دارند [۳] .

از فولاد زنگ نزن ۳۰۴ که فولاد ۱۸ / ۸ هم نامیده می‌شود ، بطور گسترده در مواردی مانند ظروف آشپزی ، کارد و چنگال و تجهیزات آشپزخانه استفاده می‌شود . بدلیل حضور مولیبدن در فولاد زنگ نزن ۳۱۶ ، از آن در کاربردهایی که به مقاومت بالا در برابر اسیدها و همچنین مقاومت بالا در برابر خوردگی‌های موضعی نیاز است ، استفاده می‌شود . فولادهای زنگ نزن ۳۰۹ و ۳۱۰ در کاربردهای دما بالا ( بالاتر از ۸۰۰ درجه سانتی گراد ) استفاده می‌شوند [۲] .

محتوای بالای نیکل و کروم در فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۱۰ ، استحکام و مقاومت در برابر اکسیداسیون آن را در دماهای بالا افزایش می‌دهد . علاوه بر این ، این گرید بسیار انعطاف پذیر است و قابلیت جوشکاری مطلوبی دارد ، به همین دلیل در کاربردهای زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرد . فولاد زنگ نزن ۳۱۰ و فولاد زنگ نزن ۳۱۰S کاربردهای گسترده‌ای در همه محیط‌های دما بالا دارند .

محیط‌های دما بالا به موادی با مقاومت به خوردگی ، مقاومت به پوسته شدن و با استحکام بالا نیاز دارند ؛ علاوه بر این در این دماها مقاومت به خزش خوب نیز مورد نیاز است [۴] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ‌ ۳۰۱ : گریدی با استحکام بالا و دارای مقاومت به خوردگی اتمسفری است . سطح جذاب و درخشان این فولاد ، آن را به گزینه‌ای مناسب در کاربردهای تزئینات ساختمان تبدیل کرده است [۶] .

آلیاژ ۳۰۲ : در طیف گسترده‌ای از کاربردهای خانگی و تجاری استفاده می‌شود . بعنوان مثال می‌توان به یخچال و فریزر ، ماشین ظرفشویی و ماشین لباسشویی اشاره کرد [۶] .

آلیاژ ۳۰۳ : از کاربردهای رایج این فولاد ، ساخت اجزا و قطعات پزشکی و وابسته به داروسازی است [۶] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۰۴ : در طیف گسترده‌ای از کاربردهای خانگی و تجاری استفاده می‌شود . کاربردهای رایج آن شامل کاربردهای بهداشتی ، برودتی ، تحت فشار ، لوازم خانگی و تجاری ، قطعات ساختاری مخازن و غیره است [۶] .

آلیاژ ۳۰۵ : در طیف گسترده‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد . بعنوان مثال می‌توان به ابزارهای نوشتاری ، ظروف ، پوشش یا روکش‌ها تانک و طراحی منزل اشاره کرد [۶] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژهای ۳۰۹ و ۳۱۰S : در کاربردهای دما بالا مانند قطعات کوره – تسمه نقاله ، غلتک ، قطعات مشعل ، تکیه گاه‌های نسوز ، تکیه گاه و آسترهای کوره ، فن‌ها ، آویزهای لوله ، سبد و سینی برای نگهداری قطعات کوچک ، ظروف اسیدهای غلیظ گرم (آمونیاک و دی اکسید گوگرد ) مورد استفاده قرار می‌گیرد [۶] .

فولاد زنگ نزن ۳۱۶ : در کاربردهای دما بالا مانند تماس با اسیدهای چرب و آلی دما بالا ، ریل‌های قایق و فلز آلات و نمای خارجی ساختمان‌های نزدیک به اقیانوس استفاده می‌شود [۶] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۱۷ : نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیکل – کروم رایج ، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی‌های عمومی و خوردگی حفره‌ای یا شکافی دارد . این آلیاژها در دماهای بالا ، استحکام کششی بالایی دارند [۶] .

آلیاژ ۳۲۱ : یک فولاد زنگ نزن پایدار است که هنگامی که در معرض دمای بین ۸۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه فارنهایت قرار بگیرد ، مقاومت به خوردگی عالی از خود نشان می‌دهد . کاربردهای این آلیاژ در مخازن تحت فشار و دیگ بخار است [۶] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری‌ ۳۰۰ آلیاژ ۳۳۴ : در برابر پوسته شدن مقاومت بالاتری نسبت به سایر فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیکل – کروم دارد . کاربرد این آلیاژ در عناصر گرمایش الکتریکی است [۶] .

فولاد زنگ نزن ۳۴۷ : این فولاد مقاومت عالی در برابر خوردگی مرزدانه‌ای ارائه می‌دهد و در کاربردهایی مانند بخاری تابشی ، اجزای هوافضا و تجهیزات پالایش نفت مورد استفاده قرار می‌گیرد [۶] .

فولاد زنگ نزن ۳۴۸ : این فولاد در نیروگاه هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند [۶] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰ بزرگترین گروه از فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند که فولادهای زنگ نزن شناخته شده ۳۰۴ و ۳۱۶ را شامل می‌شوند . این فولادها کاربردهای فراوانی در دماهای بالا و صنایع گوناگون دارند .

منابع

[۱] Myer kutz, Handbook of Materials Selection. .

[۲] “https://en.wikipedia.org/wiki/Austenitic_stainless_steel.” .

[۳]“https://en.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel#Austenitic_stainless_steel.” .

[۴] “https://en.wikipedia.org/wiki/SAE_310S_stainless_steel.” .

[۵] “https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392007000400021.” .

[۶] “https://www.pennstainless.com/resources/product-information/stainless-grades/300-series/.” .