ورق استیل 321 چیست؟ انواع و کاربرد

ورق استنلس استیل نسوز ضد سایش که به‌عنوان ورق استیل ۳۲۱ شناخته می‌شود، از انعطاف‌پذیری کم، استقامت در دمای بالا، مقاومت در برابر فرسودگی، زنگ‌زدگی و اکسیداسیون بالا برخوردار است و استحکام خزشی مطلوبی نیز دارد. وجود این ویژگی ها در ورق استیل نسوز ۳۲۱ استفاده زیادی در صنایع گوناگون داشته باشد. در این مقاله قصد داریم شما را با ورق استیل نسوز و ضد سایش ۳۲۱ آشنا کنیم. در ادامه نیز به ویژگی های ورق استیل نسوز و کاربرد های ورق استیل ۳۲۱ می‌پردازیم.

ورق استیل ۳۲۱ چیست؟

ورق استیل ۳۲۱ یک نوع آلیاژ ضد زنگ است که با دارابودن مقدار خاصی از تیتانیوم ترکیب شیمیایی آن را تثبیت کرده‌اند. این آلیاژ که در گروه فولادهای ضد زنگ آستنیتی سری ۳۰۰ قرار می‌گیرد، مقاومتی مناسب در برابر خوردگی بین‌دانه‌ای دارد که در پی قرارگیری در معرض رسوب کاربید کروم (۴۲۷ تا ۸۱۶ درجه سانتی‌گراد) به وجود می‌آید.

وجود تیتانیوم در ترکیب شیمیایی ورق ۳۲۱ آن را در مقابل تشکیل کاربیدهای کروم مقاوم کرده و باعث افزایش ثبات این آلیاژ می‌شود. باوجوداینکه ورق استیل ۳۲۱ برای استفاده‌های مداوم و طولانی‌مدت در حدود دمای ۴۲۷ تا ۸۱۶ درجه سانتی‌گراد کاربرد زیادی دارد، اما گرید 304L به‌عنوان جایگزینی برای ورق استیل ۳۲۱ جهت استفاده در کاربردهایی که شامل جوشکاری و یا حرارت‌های کوتاه‌مدت هستند انتخاب بهتری است.

باتوجه‌به خواص مکانیکی ورق استنلس استیل نسوز ضد سایش که آن را برای استفاده در صنایع و حوزه‌های مختلف مناسب کرده است، از آن در کاربرد های دمای بالا استفاده می‌شود. ورق استیل ۳۲۱ در مقایسه با انواع گریدهای استیل ۳۰۴ و 304L خواص خزشی و تنش گسیختگی بیشتری ارائه می‌دهد.

وجود این ویژگی ها باعث می‌شود که الزامات تنش‌های دمای بالا که در استاندارد ASME دررابطه‌با ساخت بویلر و مخازن تحت‌فشار وجود دارند برآورده شود. حداکثر دمای کاری برای تجهیزاتی که با استفاده از ورق استیل ۳۲۱ تولید شده‌اند، حدود ۸۱۶ درجه سانتیگراد است این در حالی است که حداکثر دمای کاربرد ورق استیل 304L حدوداً ۴۲۶ درجه سانتی‌گراد است.

استنلس استیل نسوز ۳۲۱ حاوی چه عناصری است؟

ورق استنلس استیل ضد سایش ۳۲۱ شباهت‌های زیادی به ورق استیل ۳۰۴ دارد. بااین‌وجود، تیتانیوم موجود در ورق استیل ۳۲۱ حداقل ۵ برابر کربن موجود در این آلیاژ است. این میزان از تیتانیوم باعث می‌شود از ایجاد کاربیدها در زمان جوشکاری و در دمای ۴۲۷ تا ۸۱۶ درجه سانتی‌گراد جلوگیری شود. ورق استیل نسوز ۳۲۱ با افزودن عناصری مانند نانوبیم و‌ وانادیوم و به‌صورت پروسه‌ای با خنک‌کن مهار شده تولید می‌شود. این عناصر همچنین خاصیت مقاومت در دمای بالا در این نوع استنلس استیل را بهبود می‌بخشند.

ترکیب شیمیایی ورق استیل ۳۲۱

میزان محتوای عناصر آلیاژی در ترکیب شیمیایی ورق ۳۲۱ بر اساس استاندارد ASTM A240 در ادامه به‌صورت جدول مشخص شده است. کارخانه‌های تولیدکننده موظف‌اند ترکیب شیمیایی موادی که تولید می‌کنند را در چهارچوب اعدادی که در استاندارد آمده است بگنجانند. این استاندارد که توسط انجمن تست مواد آمریکا تهیه و تدوین شده است، ترکیب شیمیایی و همچنین خواص مکانیکی آلیاژهای ضد زنگ و مقاوم در شرایط حرارتی را مشخص کرده است.

این آلیاژها در شکل‌های پلیت، استریپ و شیت تعیین شده‌اند و در کاربردهای عمومی و ساخت مخازن تحت‌فشار می‌توانند مورداستفاده قرار گیرند. مشخصه‌های ورق استیل ۳۲۱ در یک استاندارد دیگر که به‌وسیله انجمن مهندسین خودرو مشخص شده است، بیان می‌شود. در این استاندارد،  AMS ۵۵۱  معادل ورق نسوز ۳۲۱ است و شامل آلیاژهایی است که می‌توانند در حیطه هوافضا مورداستفاده قرار گیرند.

باتوجه‌به جدول بالا متوجه می‌شویم که حداقل محتوای تیتانیوم که در ترکیب شیمیایی این آلیاژ به‌کاررفته است، حداقل پنج برابر مجموع مقادیر کربن و نیتروژن بوده و حداکثر مقدار آن ۰.۷۰ است. به‌عبارت‌دیگر برای تثبیت این آلیاژ و افزایش مقاومت آن در مقابل تشکیل کاربید کروم، لازم است تا بازه ذکر شده رعایت شود.

خواص مکانیکی ورق استیل ۳۲۱

خواص فیزیکی ورق استیل ۳۲۱

ویژگی های ورق استیل ۳۲۱

همان‌طور که پیش‌تر گفتیم، ورق استیل ضد سایش ۳۲۱ در برابر زنگ‌زدگی، اکسید شدن و فرسودگی مقاومت زیادی داشته و همچنین دارای استحکام خزشی مناسبی است. در این بخش ویژگی های ورق استیل ۳۲۱ و رفتار آن در شرایط مختلف اشاره می‌کنیم.

مقاومت به خوردگی عمومی ورق استیل ۳۲۱

مقاومت در برابر خوردگی عمومی در این آلیاژ تا اندازه بسیار زیادی شبیه به آلیاژ کروم – نیکل و تثبیت نشده ۳۰۴ است. وجود حرارت طولانی‌مدت در محدوده رسوب کاربید کروم ممکن است میزان مقاومت کلی ورق استنلس استیل نسوز ضد سایش در محیط‌های خورنده را دچار تغییرات کند.

مقاومت به خوردگی بین‌دانه‌ای در ورق استیل ۳۲۱

هدف عمده برای ساخت ورق استیل ۳۲۱، به‌کاربردن در شرایطی است که در آنها فولادهای کرومیک ناپایدار مانند آلیاژ ۳۰۴ دچار خوردگی بین‌دانه‌ای می‌شوند. زمانی که این دسته از فولادها در حدود دمای  ۴۲۷ تا ۸۱۶ درجه سانتیگراد قرار بگیرند و یا به‌آرامی سرد شوند، کاربید کروم در مرز دانه‌ها رسوب می‌کند.

در مواجهه با برخی از عوامل که به‌شدت خورنده هستند، این مرز دانه‌ها با یکدیگر اتصال پیدا می‌کند و موجب ضعیف شدن فلز می‌شوند. در این شرایط حتی ممکن است شاهد ازهم‌پاشیدگی کامل ساختار آلیاژ باشیم. ورق استیل ۳۲۱ ضخیم به‌راحتی می‌تواند مورد عملیات جوشکاری قرار گیرد، در محدوده دمای ۴۲۷ تا ۸۱۶ درجه سانتیگراد کار کند یا به‌آرامی در این محدوده دمایی خنک شود بدون اینکه دچار مشکل دررابطه‌با خوردگی بین‌دانه‌ای و رسوب کاربید کروم شود.

مقاومت به خوردگی تنشی در ورق استیل ۳۲۱

این آلیاژ با قرارگرفتن در شرایط هالیدی، مانند آلیاژ ۳۰۴ ممکن است دچار خوردگی تنشی شود. این مسئله به علت یکسان بودن محتوای نیکل در ترکیب شیمیایی این دو آلیاژ است. وجود یون هالید و به‌طورکلی وجود کلر، تنش‌های کششی باقی‌مانده و دمای محیطی بالاتر از ۴۹ درجه سانتیگراد، جزو فاکتورهایی هستند که ممکن است آلیاژ را دچار خوردگی تنشی کنند.

این تنش‌ها ممکن است از تغییر شکل سرد در حین عملیات شکل‌دهی یا قرارگرفتن در برابر سیکل‌های گرمایی در طی انجام فرایند جوشکاری به وجود بیایند. پس از انجام کار سرد، برای رفع تنش‌هایی که باقی‌مانده‌اند می‌توانیم از عملیات آنیل یا تنش‌گیری کمک بگیریم. به‌کاربردن ورق استیل ۳۲۱ مخصوصاً در محیط‌هایی مناسب است که موجب خوردگی تنشی ناشی از پلی تیونیک اسید در فولادهای ضد زنگ آستنیتی تثبیت نشده از جمله گرید ۳۰۴ شود.

ورق استیل ۳۲۱ که با عنصر تیتانیوم تثبیت شده است، با استقامت در برابر حساسیت در عملیاتی که دمای آنها بالاست، راهکار مناسبی برای جلوگیری از به‌وجودآمدن خوردگی تنشی ناشی از پلی تیونیک اسید است. اگر شرایط کار به شکلی باشد که احتمال ایجاد حساسیت وجود داشته باشد، برای دستیابی به مقاومت بهینه بهتر است از روش تثبیت حرارتی استفاده کنیم.

مقاومت به خوردگی شیاری و حفره‌ای در ورق استیل ۳۲۱

مقاومت استنلس استیل ۳۲۱ در برابر خوردگی شیاری و حفره‌ای در حضور عنصر کلر، به رفتار آلیاژهای ۳۰۴ و 304L شبیه است. این شباهت به علت محتوای کروم در ترکیب شیمیایی این آلیاژها است. به‌طورکلی میزان کلر در محیط‌های آبی برای آلیاژهای ناپایدار و تصویب شده ۱۰۰ppm است. وجود مقدار بیشتر از یون کلر می‌تواند باعث خوردگی شیاری و ایجاد حفره در آلیاژ شود.

در شرایطی که تهاجمی هستند و سطح کلر آن‌ها بالاتر است، آلیاژهایی که حاوی مولیبدن هستند (مانند گرید ۳۱۶) باید مورداستفاده قرار بگیرند. ورق استیل ۳۲۱ بر اساس استاندارد ASTM B1117، مورد آزمایش تست اسپری نمک خنثی ۵ درصد در مدت‌زمان ۱۰۰ ساعت قرار گرفت و بعد از گذشت این زمان، هیچ‌گونه اثری از زنگ‌زدگی بر سطح محصول دیده نشد.

بااین‌وجود پیش‌بینی می‌شود که قرارگیری این ورق در مواجهه با اتمسفر نمکی اقیانوس‌ها، موجب ایجاد خوردگی شیاری و حفره‌ای به همراه تغییر رنگ شدید شود؛ بنابراین ورق ۳۲۱ برای استفاده در محیط‌های دریایی توصیه نمی‌شود.

جوشکاری ورق استیل ۳۲۱

به‌طورکلی آلیاژهای دسته آستنیتی از جوش‌پذیرترین فولادهای آلیاژی هستند و از ویژگی جوشکاری به کمک تمام انواع فرایندهای مقاومتی و ذوبی برخوردار هستند؛ بنابراین ورق استیل ۳۲۱ نیز جزوه فولادهای آلیاژی جوش‌پذیر است و به کمک جوشکاری مقاومتی و جوشکاری زوبین می‌توان این عملیات را روی آلیاژ انجام داد.

البته حفظ مقاومت در برابر خوردگی و جلوگیری از وقوع ترک دو عامل هستند که در زمان جوشکاری ورق استیل ۳۲۱ باید به آنها توجه داشت. در زمان جوشکاری استنلس استیل ۳۲۱، حفظ محتوای عنصر تثبیت‌کننده که در این آلیاژ عنصر تیتانیوم است اهمیت بسیار زیادی دارد. چرا که این آلیاژ به‌شدت مستعد ازدست‌دادن تیتانیوم است.

در حین عملیات جوشکاری لازم است که از جذب کربن ناشی از روغن‌ها و همچنین نیتروژن هوا ممانعت به عمل آید. عملیات جوشکاری بر روی ورق استیل ۳۲۱ و سایر گریدهای ناپایدار، باید باتوجه‌به تمیزی و گاز محافظ بی‌اثر صورت گیرد. همچنین آلیاژهایی که ساختار آستنیتی دارند بیشتر از دیگر آلیاژها در معرض خطر وقوع ترک حین جوشکاری هستند.

به همین دلیل ورق نسوز ۳۲۱ به‌گونه‌ای طراحی و ساخته شده است تا با مقدار جزئی فریت مجدداً به انجماد بازگردد یا حساسیت آن نسبت به ترک، به کمترین حد ممکن برسد. آلیاژهای ضد زنگ تثبیت شده با کلمبیوم در مقایسه با آلیاژهای تثبیت شده با تیتانیوم در معرض ترک گرم بیشتری قرار دارند که در صورت نیاز به پرکننده جوش از فیلرهای AWS E/ER ۳۴۷ یا E/ER ۳۲۱ استفاده می‌شود.

عملیات حرارتی ورق استیل ۳۲۱

حدود دمای آنیل برای استنلس استیل نسوز ۳۲۱ بین دمای ۹۲۸ الی ۱۰۹۳ درجه سانتیگراد است. این در حالی است که هدف اصلی از آنیل ورق استیل ۳۲۱، دستیابی به نرمی و شکل‌پذیری بالاست.

آلیاژ ۳۲۱ همچنین در محدوده دمای رسوب کاربید که از ۴۲۷ ۸۱۶ درجه سانتی‌گراد است، ممکن است بدون اینکه دچار خوردگی بین‌دانه‌ای شود تحت عملیات تنش‌زدایی قرار گیرد.

تنش‌گیری در محدوده دمایی که گفته شد تنها برای چند ساعت باعث ازبین‌رفتن یا کاهش مقاومت به خوردگی عمومی نخواهد شد. البته دقت داشته باشید که گرمایش طولانی‌مدت در این محدوده دمایی بر مقاومت به خوردگی عمومی اثرگذار است.

بااین‌وجود، آنیل در محدوده دمای ۴۲۷ تا ۸۱۶ درجه سانتی‌گراد حساسیت به خوردگی بین‌دانه‌ای را به وجود نمی‌آورد و برای حداکثر کردن شکل‌پذیری آلیاژ، محدوده آنیل بیشتر از ۹۲۸ تا ۱۰۹۳ درجه سانتیگراد پیشنهاد می‌شود.

شکل‌پذیری ورق استیل ۳۲۱

این ورق استیل به‌راحتی شکل‌گرفته و تحت کشش در می‌آید. البته برای این کار میزان فشار بالاتری موردنیاز است و این نکته را نیز باید در نظر گرفت که بازگشت فنری در آلیاژ ۳۲۱ در مقایسه با فولادهای کربنی و انواع آلیاژهای فریتی مانند استیل ۴۳۰ بیشتر است.

کار سختی این آلیاژ مانند فولادهای ضد زنگ آستنیتی دیگر سریع صورت می‌گیرد و امکان دارد پس از فرایندهای شکل‌دهی شدید، اجرای عملیات آنیل موردنیاز باشد. شکل‌دهی ورق استیل ۳۲۱ در مقایسه با سایر گریدهای زنگ نزن آستنیتی همچون ۳۰۱ و ۳۰۴ و ۳۰۵ ممکن است به دلیل وجود برخی از عناصر آلیاژی، دشوارتر باشد.

کاربرد های ورق استیل ۳۲۱

ورق استیل نسوز ۳۲۱ در بازار آهن آلات کشور تحت عنوان ورق استیل ضد سایش نیز شناخته می‌شود و باتوجه‌به این موضوع که این آلیاژ ساختار آستنیتی دارد، بنابراین دارای خواص غیر مغناطیسی است و تحت‌تأثیر میدان‌های مغناطیسی قرار نمی‌گیرد. به همین دلیل می‌توانیم ورق ضد سایش ۳۲۱ را در کاربردهای دارایی میدان‌های مغناطیسی به کار ببریم.

ورق استنلس استیل نسوز ضد سایش می‌تواند در دسته انواع ورق استیل نگیر قرار گیرد و باتوجه‌به این موضوع که این آلیاژ به کمک عنصر تیتانیوم تثبیت شده است، می‌توان آن را برای استفاده در محدوده دمای رسوب کاربید مورداستفاده قرارداد. استنلس استیل نسوز ۳۲۱ به دلیل داشتن خواص مطلوبش استفاده بسیار زیادی در صنایع گوناگون دارد که تعدادی از کاربرد های ورق استیل ۳۲۱ را با هم بررسی می‌کنیم.

• ساخت تجهیزات هواپیما و قطعات موتورهای آن
• تولید مین فولدها
• تولید تجهیزات فرایندهای شیمیایی‌
• ساخت لوله‌های اسپیرال جوشی
• تولید قطعات موتور جت
• کاربرد در ساخت مبدل‌های حرارتی

قیمت ورق استیل ۳۲۱

یکی از فاکتورهای مهمی که موجب تفاوت قیمت مقاطع فولادی مانند ورق‌های استیل می‌شود، عناصر به‌کاررفته در ترکیب این مقاطع است. عناصر آلیاژی که در استیل‌های آستنیتی سری ۳۰۰ به‌کاررفته است، شامل کروم و نیکل است و وجود این دو عنصر در همه آلیاژهای این رده باعث می‌شود که قیمت این مقاطع بالاتر باشد.

اما در برخی از فولادها مانند ورق استیل ۳۰۴ و ۳۲۱ تفاوت مقدار کروم و نیکل جزئی است و ممکن است این سؤال به وجود بیاید که چرا قیمت ورق استیل ۳۲۱ در مقایسه با استیل ۳۰۴ بیشتر است؟ در پاسخ بهتر است بگوییم که گرید ۳۲۱ دارای مقادیری از تیتانیوم در ترکیب شیمیایی خود است؛ این در حالی است که استیل ۳۰۴ این عنصر را ندارد و به همین خاطر قیمت ورق استیل ۳۲۱ در مقایسه با این گرید بیشتر می‌شود.

علاوه بر وجود تیتانیوم که موجب تفاوت قیمت ورق استیل ۳۲۱ با دیگر گریدها می‌شود، موارد دیگری نیز بر قیمت‌گذاری این ورق استیل مؤثر هستند؛ مانند ضخامت، نوسانات ارزی، برند تولیدی، سطح پرداخت پایانی محصول، هزینه‌های حمل‌ونقل و … .

خرید ورق استیل ۳۲۱

همان‌طور که گفته شد، موارد مختلفی بر قیمت استنلس استیل ۳۲۱ اثرگذار هستند. از همین رو مصرف‌کنندگان باید در زمان خرید ورق استیل ۳۲۱ این موارد را در نظر بگیرند و پیش از اقدام به خرید با یکی از متخصصین در حوزه آهن آلات مشورت کنند. همچنین بهتر است برای خرید ورق استیل ۳۲۱ به فروشندگان معتبر و قابل‌اعتماد در بازار آهن آلات مراجعه شود.

کلام آخر

در این مقاله به بررسی یکی از پرکاربردترین استنلس استیل ها یعنی ورق استیل ۳۲۱ پرداختیم و تمامی ویژگی ها، کاربرد ها و خواص این ورق نسوز ضدسایش را مرور کردیم. اگر شما نیز قصد خرید ورق استیل ۳۲۱ را دارید، بهتر است به عوامل مؤثر بر قیمت ورق استیل ۳۲۱ توجه داشته باشید و پیش از خرید، با متخصصین حوزه آهن‌آلات مشورت داشته باشید.