مقدمه
استنلس استیل 4841 (1.4841) یک فولاد زنگ نزن توسعه یافته بر پایه گرید 310 می باشد و ترکیب شیمیایی بسیار نزدیکی به این رده آلیاژی دارد. عمده ترین تفاوت این گرید با استیل نسوز 310 مربوط به سیلسیم بالاتر (حداکثر 5/1 درصد بالاتر) در ترکیب شمیایی این فولاد است. عنصر سیلسیم منجر به افزایش مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر کربوره شدن (carburization) می شود. ورق استیل 4841 نیز به عنوان یک فولاد زنگ نزن نسوز (Heat resistant stainless steel) به حساب می آید. این فولاد در دماهای بالا علاوه بر مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون، خواص مکانیکی خوبی نیز دارد.
ورق استیل 1.4841 همچون دیگر فولادهای زنگ نزن دارای نام های دیگری است. ورق استیل 4841 در بسیاری از کمپانی های تولید کننده فولاد زنگ نزن همچون آسرینوکس (Acerinox)، اتوکمپو (outokumpu) و آرسلورمیتال (ArcelorMittal) تحت عنوان گرید 314 شناخته می شود. اما شرکت کلمبوس (Columbus) این رده آلیاژی را به خاطر دارا بودن مقادیر سیلسیم بالاتر در مقایسه با استیل نسوز 310، تحت عنوان Si 310 عرضه می کند. این گرید در عرف بازار ایران عمدتا ورق استیل 1.4841 همان گرید 310 در نظر گرفته می شود.
این نکته را نیز باید اشار کرد برخی از تولیدکننده های فولاد زنگ نزن یکسری نام گذاری های درون سازمانی نیز دارند. به عنوان مثال کمپانی آسرینوکس اسپانیا تمامی محصولات خود را علاوه بر نام گذاری های رایج در بین عموم با کد اختصاصی ACX به همراه یک عدد بیان عرضه می کند. به عنوان مثال ورق استیل 4841 در کمپانی آسرینوکس علاوه بر 314، ACX 406 نام دارد.
ورق استیل 314 (ورق استیل 4841) با ساختار فازی کاملا آستنیتی همچون دیگر استیل های نسوز (گریدهای 309، s 309، 310 و S 310) برای بکارگیری در دماهای بالا طراحی شده است. این گرید نیز مانند دیگر استنلس استیل های آستنیتی سری 300، به علت دارابودن ساختار آستنیتی بوده و فاقد خاصیت مغناطیسی (نگیر) است. در ادامه اطلاعات بیشتری در مورد این فولاد زنگ نزن ارائه می شود.
ترکیب شیمیایی ورق استیل 1.4841
جدول 1: آنالیز ترکیب شیمیایی ورق استیل 1.4841 و 310.
عنصر آلیاژی (%) |
استیل 310 |
استیل 1.4841 |
کربن (C) |
25/0 |
2/0 ≥ |
منگنز (Mn) |
2 |
2 |
سیلسیم (Si) |
- |
5/1 |
5/1 |
3 |
|
فسفر (P) |
045/0 |
045/0 |
گوگرد (S) |
03/0 |
03/0 |
نیتروژن |
11/0 |
11/0 |
کروم (Cr) |
26 - 24 |
26 - 24 |
نیکل (Ni) |
22 - 19 |
22-19 |
آهن (Fe) |
عنصر پایه |
عنصر پایه |
همانطورکه در جدول 1 نیز مشاهده می شود گرید 4841 و ورق استیل 310 ترکیب بسیار مشابه و نزدیکی به یکدیگر دارند. عمده ترین تفاوت به آنها مربوط به سیلسیم بالاتر در ترکیب استنلس استیل 1.4841 است. سیلسیم بیشتر علاوه بر تاثیراتی که بر خواص آلیاژ داشته و در قسمت قبلی ذکر شد، افزایش قیمت ورق استیل 4841 را نسبت به گرید 310 در پی دارد. این فولاد کربن نسبتا بالایی دارد. وجود این میزان از کربن افزایش خواص مکانیکی و خزشی را به دنبال دارد.
خواص مکانیکی ورق استیل 4841
رده آلیاژی |
استحکام کششی نهایی (MPa) |
استحکام تسلیم (MPa) |
الانگیشن (%) |
سختی |
|
UTS (MPa) |
YS (%2 proof stress) (MPa) |
E ( % in 50 mm) |
راکول (HR B)
|
برینل (HB) (حداکثر مقدار) |
|
4841 |
689 |
345 |
40 |
85 |
223 |
جدول 2: خواص مکانیکی ورق استیل 4841 در دمای اتاق.
خواص مکانیکی ورق استیل 4841 در دماهای مختلف.
دما |
استحکام تسلیم YS (%2 proof stress) |
استحکام تسلیم YS (%1 proof stress) |
استحکام کششی نهایی UTS |
الانگیشن (%) E |
||||
C ° |
F ° |
MPa |
Ksi |
MPa |
Ksi |
MPa |
Ksi |
% |
20 |
68 |
285 |
41 |
305 |
44 |
600 |
87 |
45 |
100 |
212 |
230 |
33 |
250 |
36 |
570 |
83 |
45 |
200 |
392 |
190 |
27 |
205 |
30 |
550 |
84 |
45 |
400 |
572 |
170 |
25 |
180 |
26 |
500 |
72 |
45 |
600 |
752 |
150 |
22 |
160 |
23 |
410 |
59 |
45 |
800 |
1472 |
120 |
17 |
125 |
18 |
200 |
29 |
45 |
1000 |
1832 |
30 |
4 |
35 |
5 |
40 |
6 |
45 |
خواص فیزیکی ورق استیل 1.4841
جدول 4: خواص فیزیکی ورق استیل 1.4841
خواص فیزیکی استیل 4841 | |
چگالی (g/cm3) |
9/7 |
دمای ذوب (C֯) |
1455 |
مدول الاسیسیته (GPa) |
200 |
مقاومت الکتریکی (m.mm2/ Ω ) |
9/0 |
رسانایی حرارتی (m.k / W) |
15 |
مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون ورق استیل 4841
همانطورکه در بخش های قبلی اشاره شد ورق استیل 1.4841 همچون گرید 310 دارای مقادیر بالایی از عناصر کروم (% 26 - 24) و نیکل (% 22 - 19) است. به همین دلیل به طور کلی در مقایسه با دیگر استنلس استیل های آستنیتی سری 300 مقاومت به خوردگی بالاتری دارد. اما استیل های نسوز عمدتا برای کاربرد در دماهای بالا توسعه یافته اند. به همین دلیل در مبحث مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون، معمولا رفتار خوردگی و اکسیداسیون این فولاد در دماهای بالا در نظر گرفته می شود. مقاومت به خوردگی یک فولاد زنگ نزن در دمای بالا در بسیاری از موارد وابسته به تشکیل لایه اکسیدی محافظ است. اگر امکان ایجاد تشکیل لایه اکسیدی وجود نداشته باشد (محیط های احیا کننده) در این صورت نوع و میزان عناصر موجود در ترکیب شیمیایی آلیاژ میزان مقاومت به خوردگی را تعیین می کند. ورق استیل 4841 معمولا تا دمای C ° 1100 مقاومت به خوردگی شیمیایی خوبی از خود نشان می دهد. البته رفتار خوردگی دمابالای این آلیاژ به شرایط و اسیدهای موجود در محیط وابسته است. به عنوان مثال استفاده طولانی مدت از این فولاد در محدوده دمایی C ° 900 – 600 توصیه نمی شود. زیرا پس استفاده در این بازه دمایی به علت محتویات بالای کروم و وجود سیلسیم تحت تاثیر استحاله های فازی مضر، ماده ترد و شکننده می شود. از طرفی ورق استیل 1.4841 حاوی کربن بالایی (% 2/0) است. کربن در ترکیب این فولاد خواص خزشی را بهبود. اما کربن بالاتر، رسوب زایی کاربیدها و وقوع خوردگی بین دانه ای را به دنبال دارد. به طور کلی اکثریت استنلس استیل های آستنیتی سری 300 به غیر از ورق استیل 321 با این معضل روبرو هستند. هر چقدر کربن کمتر باشد این فولادها مقاومت بیشتری در برابر خوردگی بین دانه ای دارند. اساسا یکی از عوامل توسعه گریدهای کم کربن مانند ورق استیل S 310، L 304، L 316 و.... همین پدیده بوده است.
استنلس استیل 4841 در محیط های اکسید کننده (oxidizing atmospheres) تا دمای C ° 1150 و در محیط های احیا کننده (reducing atmospheres) تا دمای C ° 1050 مقاومت خوبی از خود نشان می دهد. رفتار مقاومت به اکسیداسیون و حداکثر دمای کاری ورق استیل 1.4841 همچون مبحث مقاومت به خوردگی در دمای بالا وابسته به شرایط و گازهای موجود در محیط است. در ادامه به چند نمونه از حداکثر دمای کاری این فولاد در شرایط مختلف اشاره می شود:
اتمسفرهای اکسید کننده بدون حضور و یا وجود سولفور به میزان کم ( m3 / g 2 ≥ S ):
در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ° 1100 ( F ° 2012 )؛ حداکثر دمای کاری C ° 1150 ( F ° 2102 ).
اتمسفرهای اکسید کننده با حضور ذرات گوگردی:
در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ° 950 ( F ° 1742 ).
اتمسفرهای اکسید کننده ی کم بدون حضور و یا وجود سولفور به میزان کم ( m3 / g 2 ≥ S ):
در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ° 1050 ( F ° 1922 )؛ حداکثر دمای کاری C ° 1100 ( F ° 2012 ).
اتمسفرهای اکسید کننده کم با حضور ذرات گوگردی:
در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ° 750 ( F ° 1382 ).
در اتمسفرهای کربوره کننده یا نیتروژن دهی:
در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ° 950 ( F ° 1742 ).
عملیات حرارتی استیل 1.4841
سیکل عملیات آنیل استنلس استیل 4841 شامل حرارت دهی در محدوده دمایی C ° 1149 – 1038 و سرمایش سریع در آب و یا هوا می باشد. سختی این گرید توسط عملیات کارسرد همچون نورد سرد افزایش می یابد.
شکل پذیری ورق استیل 4841
استنلس استیل های نسوز همچون ورق استیل 1.4841 مانند دیگر فولادهای زنگ نزن آستنیتی می توانند تحت فرم دهی در حالت سرد قرار بگیرند. با این وجود به علت اینکه این فولادها نیتروژن بالایی دارند استحکام مکانیکی آنها بالاتر بوده و به نیروی بیشتری برای شکل پذیری و شکل دهی نیاز دارند. معمولا پس از اعمال کار سرد جهت از بین بردن تنش های داخلی روی ورق استیل 4841 عملیات آنیل کامل انجام می شود.
جوش پذیری ورق استیل 1.4841
اکثر فولادهای زنگ نزن آستنیتی می توانند تحت جوشکاری بوسیله روش های ذوبی و مقاومتی قرار گیرند. عمده ترین روش های جوشکاری ورق استیل 1.4841 عبارتند از:
- TIG-Welding
- MAG-Welding Solid Wire
- Arc Welding (E)
- Laser Bean Welding
ورق استیل 4841 معمولا به عملیات حرارتی قبل و بعد از جوشکاری نیاز ندارد. معمولا از گرید 309 نیز به عنوان الکترود استفاده می شود.
کاربردهای ورق استیل 4841
عمده ترین کاربردهای ورق استیل 1.4841 شامل بکارگیری در ساخت تجهیزات مرتبط با پیرومتالورژی، کوره های صنعتی و کوره های عملیات حرارتی، صنعت سیمان، تجهیزات پالایشی، پتروشیمی و..... می باشد.
تهیه ورق استیل 1.4841
انواع مقاطع تولیدی از فولادهای زنگ نزن همچون ورق استیل در کشور تولید نمی شوند. بنابراین جهت تهیه ورق استیل می بایست به شرکت های وارد کننده فولاد زنگ نزن مراجعه نمود. از طرفی ورق استیل نسوز (ورق استیل 4841، S 310، 310، S 309 و 309) در مقایسه با گریدهایی همچون 304، 316 و 430 موجودیت کمتری در بازار دارد و شرکت های وارداتی محدودی هستند که استیل نسوز را در بین محصولات خود دارد. در این بین شرکت توان فلز جزء معدود مجموعه های بازرگانی وارد کننده های فولاد زنگ نزن بوده که انواع ورق استیل نسوز همچون گرید 1.4841 را در بین محصولات خود داشته و به مشتریان ارائه می کند. ورق استیل 4841 در شرکت توان فلز از کمپانی های آسرینوکس، اتوکمپو و کلمبوس تامین می گردد.
