استیل 310 – قیمت استیل 310- فروش استیل 310-فولاد نسوز -استیل نسوز 4845
استیل 310
استیل 310: بررسی متالورژیکی، خواص و کاربردهای صنعتی در ایران و جهان– استنلس استیل 4845
استیل 310
چکیده
استیل 310 (AISI 310 / UNS S31000) به عنوان یکی از مهمترین فولادهای زنگنزن آستنیتی نسوز، جایگاه ویژهای در صنایع با دمای عملیاتی بالا دارد. ترکیب شیمیایی منحصربهفرد این آلیاژ شامل 24 تا 26 درصد کروم و 19 تا 22 درصد نیکل، مقاومت استثنایی. در برابر اکسیداسیون، خوردگی داغ و حفظ خواص مکانیکی در دماهای تا 1150 درجه سانتیگراد را ممکن میسازد. این مقاله با رویکردی فنی و با استناد به منابع معتبر بینالمللی، به بررسی جامع متالورژی. خواص مکانیکی و فیزیکی، رفتار در دماهای بالا و پایین، مقاومت به خوردگی. و کاربردهای گسترده استیل 310 در صنایع ایران و جهان میپردازد. همچنین تمایز این گرید با استیل 314 (1.4841) که دارای سیلیسیم بالاتر است، به صورت دقیق تبیین میشود.
۱. مقدمه
فولادهای زنگنزن آستنیتی به دلیل ترکیب مطلوب خواص مکانیکی، شکلپذیری، جوشپذیری و مقاومت به خوردگی، پرکاربردترین خانواده استنلس استیلها محسوب میشوند . در این میان، گرید 310 (با نام تجاری 25/20 به دلیل 25% کروم و 20% نیکل) به عنوان یک فولاد نسوز طراحی شده است. که توانایی حفظ پایداری ساختاری و مقاومت در برابر پوستهدهی (Scaling) را در دماهای بسیار بالا داراست .
اهمیت استیل 310 در صنایع مدرن زمانی آشکار میشود که فرآیندهایی مانند پتروشیمی. تولید انرژی، عملیات حرارتی و هوافضا نیازمند موادی هستند که همزمان استحکام در دمای بالا. مقاومت به اکسیداسیون و پایداری در برابر محیطهای خورنده داغ را فراهم آورند . در ایران نیز با گسترش صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و فولاد، شناخت دقیق این آلیاژ و کاربردهای آن ضرورتی انکارناپذیر است.
۲. متالورژی استیل 310
۲.۱. ساختار میکروسکوپی
استیل 310 دارای ساختار کاملاً آستنیتی (γ) با شبکه کریستالی مکعب مرکزپر (FCC) است که تا دمای 1150 درجه سانتیگراد پایدار میماند . این پایداری ساختاری به دلیل مقادیر بالای عناصر آستنیتساز به ویژه نیکل حاصل میشود. برخلاف گریدهای معمولی مانند 304 که ممکن است در دماهای بالا دچار رسوب فازهای ثانویه شوند، استیل 310. به دلیل تعادل مناسب عناصر آلیاژی، مقاومت خوبی در برابر تشکیل فاز سیگما (σ). در شرایط کاری عادی از خود نشان میدهد، هرچند قرارگیری طولانی مدت در محدوده دمایی 600 تا 850 درجه سانتیگراد. میتواند منجر به تشکیل این فاز ترد و کاهش چقرمگی شود .
۲.۲. ترکیب شیمیایی
ترکیب شیمیایی استیل 310 در استانداردهای مختلف به صورت زیر تعریف شده است :
جدول ۱-۱: محدوده ترکیب شیمیایی استیل 310 (درصد وزنی)
| عنصر | AISI 310 استاندارد | AISI 310S (کم کربن) | AISI 310H (پر کربن) |
|---|---|---|---|
| کربن (C) | حداکثر 0.25 | حداکثر 0.08 | 0.04 – 0.10 |
| سیلیسیم (Si) | حداکثر 1.5 | حداکثر 1.5 | حداکثر 1.5 |
| منگنز (Mn) | حداکثر 2.0 | حداکثر 2.0 | حداکثر 2.0 |
| کروم (Cr) | 24 – 26 | 24 – 26 | 24 – 26 |
| نیکل (Ni) | 19 – 22 | 19 – 22 | 19 – 22 |
| فسفر (P) | حداکثر 0.045 | حداکثر 0.045 | حداکثر 0.045 |
| گوگرد (S) | حداکثر 0.030 | حداکثر 0.030 | حداکثر 0.030 |
| آهن (Fe) | باقیمانده | باقیمانده | باقیمانده |
نقش عناصر آلیاژی :
- کروم (Cr): عنصر کلیدی در ایجاد مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی. کروم با تشکیل لایه محافظ Cr₂O₃ روی سطح، از نفوذ اکسیژن به داخل فلز جلوگیری میکند. این لایه در دماهای بالا خودترمیمشونده است.
- نیکل (Ni): تثبیتکننده ساختار آستنیت، افزایش چقرمگی، بهبود مقاومت به خوردگی در محیطهای احیاکننده و کاهش نرخ خزش.
- کربن (C): در گرید استاندارد، کربن تا 0.25% به افزایش استحکام در دمای بالا کمک میکند. در گرید 310S با کاهش کربن، خطر رسوب کاربید در مرز دانهها و خوردگی بیندانهای کاهش مییابد. در گرید 310H، کربن بالاتر برای افزایش مقاومت به خزش طراحی شده است.
- سیلیسیم (Si): بهبود مقاومت به اکسیداسیون و کربوره شدن. تمایز اصلی استیل 310 با استیل 314 در میزان سیلیسیم است که در ادامه به آن پرداخته میشود.
۳. تمایز استیل 310 و استیل 314 (1.4841)
یکی از اشتباهات رایج در محافل فنی ایران، معادل دانستن استیل 310 با عدد مواد 1.4841 است. بر اساس استانداردهای معتبر بینالمللی، این دو گرید متفاوت هستند :
- استیل 310 (AISI 310) معادل عدد مواد 1.4845 است (بر اساس استاندارد DIN EN 10095).
- استیل 314 (AISI 314) معادل عدد مواد 1.4841 است.
جدول ۲-۱: مقایسه استیل 310 (1.4845) و استیل 314 (1.4841)
| ویژگی | استیل 310 (1.4845) | استیل 314 (1.4841) |
|---|---|---|
| کروم (Cr) | 24 – 26% | 23 – 26% |
| نیکل (Ni) | 19 – 22% | 19 – 22% |
| سیلیسیم (Si) | حداکثر 1.5% | 1.5 – 3.0% |
| دمای حداکثر سرویس مداوم | ~1150 درجه سانتیگراد | ~1150 درجه سانتیگراد |
| مقاومت به اکسیداسیون | عالی | عالیتر (به دلیل Si بالاتر) |
| مقاومت به کربوره شدن | خوب | عالی |
| تمایل به تردی در دمای میانی | متوسط | بیشتر (به دلیل Si بالا) |
سیلیسیم بالاتر در استیل 314، مقاومت به اکسیداسیون و کربوره شدن را در دماهای بسیار بالا افزایش میدهد. اما میتواند منجر به تردی در محدوده دمایی 649 تا 816 درجه سانتیگراد پس از قرارگیری طولانی مدت شود . بنابراین انتخاب بین این دو گرید باید بر اساس شرایط عملیاتی دقیق و اولویتهای عملکردی انجام شود.
۴. خواص فیزیکی و مکانیکی
۴.۱. خواص فیزیکی
خواص فیزیکی استیل 310 در دمای محیط و دماهای بالا در منابع مختلف گزارش شده است :
جدول ۳-۱: خواص فیزیکی استیل 310
| ویژگی | مقدار | منبع |
|---|---|---|
| چگالی (g/cm³) | 7.9 – 8.0 | |
| نقطه ذوب (°C) | 1400 – 1455 | |
| رسانایی حرارتی در 23°C (W/m·K) | 14.2 – 16.3 | |
| رسانایی حرارتی در 500°C (W/m·K) | ~21 | – |
| ضریب انبساط حرارتی (0-100°C) (×10⁻⁶/K) | 15.9 – 18 | |
| مقاومت الکتریکی (µΩ·cm) | 70 – 78 | |
| مدول الاستیسیته (GPa) | 190 – 210 |
۴.۲. خواص مکانیکی در دمای محیط
خواص مکانیکی استیل 310 در شرایط آنیل شده به شرح زیر است :
جدول ۴-۱: خواص مکانیکی استیل 310 در دمای محیط
| ویژگی | مقدار حداقل | محدوده معمول |
|---|---|---|
| استحکام کششی نهایی (MPa) | 515 | 515 – 680 |
| استحکام تسلیم (MPa) | 205 | 205 – 310 |
| ازدیاد طول در 50mm (%) | 40 | 40 – 50 |
| سختی برینل (HB) | – | 170 – 220 |
| کاهش سطح مقطع (%) | 50 | 50 – 60 |
۴.۳. خواص مکانیکی در دماهای بالا
رفتار مکانیکی استیل 310 با افزایش دما تغییر میکند. استحکام کششی و تسلیم تا حدود 600 درجه سانتیگراد نسبتاً پایدار میماند و سپس با نرخ بیشتری کاهش مییابد . مقاومت به خزش (Creep Resistance) این آلیاژ در دماهای بالا قابل توجه است و گرید 310H. به طور ویژه برای کاربردهای نیازمند مقاومت به خزش بهینه طراحی شده است.
۴.۴. خواص در دماهای پایین
یکی از ویژگیهای برجسته استیل 310، حفظ چقرمگی در دماهای بسیار پایین (کرایوژنیک) است. این آلیاژ تا دمای 268- درجه سانتیگراد (450- درجه فارنهایت) استحکام و چقرمگی خود را حفظ کرده. و برخلاف بسیاری از فولادها، دچار انتقال از حالت نرم به ترد نمیشود . همچنین نفوذپذیری مغناطیسی آن در دماهای پایین پایین باقی میماند .
۵. مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون
۵.۱. مکانیسم مقاومت به اکسیداسیون
مقاومت عالی استیل 310 در برابر اکسیداسیون در دمای بالا، ناشی از تشکیل لایه محافظ و چسبنده اکسید کروم (Cr₂O₃) بر سطح است . این لایه با جلوگیری از نفوذ اکسیژن به درون فلز، از اکسیداسیون بیشتر جلوگیری میکند. در دماهای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد، پایداری این لایه همچنان حفظ میشود، اگرچه نرخ اکسیداسیون افزایش مییابد .
مطالعات نشان دادهاند که استیل 310 در سرویس مداوم تا دمای 1150 درجه سانتیگراد. و در سرویس متناوب (چرخههای حرارتی) تا 1095 درجه سانتیگراد مقاومت به پوستهدهی عالی دارد . تحقیقات Higuera-Hidalgo و همکاران (2005) سینتیک اکسیداسیون پایدار این آلیاژ را تا 1000 درجه سانتیگراد. در اتمسفرهای با 10 و 21 درصد اکسیژن تأیید کرده است .
۵.۲. مقاومت به خوردگی داغ
استیل 310 به دلیل نسبت بهینه کروم به نیکل، مقاومت خوبی در برابر اشکال مختلف خوردگی داغ. از جمله سولفیداسیون (حملات گوگردی) از خود نشان میدهد . این ویژگی آن را برای کاربردهای پتروشیمی و محیطهای حاوی گوگرد مناسب میسازد. با این حال، در اتمسفرهای شدیداً کربورهکننده، ممکن است نیاز به آلیاژهای تخصصیتر مانند RA330 باشد .
۵.۳. محدودیتها و نکات مهم
با وجود مقاومت عالی در دمای بالا، استیل 310 محدودیتهایی دارد :
- محیطهای مرطوب خورنده: به دلیل عدم حضور مولیبدن، مقاومت به خوردگی حفرهای و شکافی در محیطهای حاوی کلرید ضعیف است. و برای این کاربردها گرید 316 یا دوبلکس مناسبترند.
- خوردگی بیندانهای: قرارگیری در محدوده دمایی 550 تا 800 درجه سانتیگراد. میتواند منجر به رسوب کاربیدهای کروم در مرز دانهها و حساسیت به خوردگی بیندانهای شود. برای کاربرد در این محدوده، استفاده از گرید کم کربن 310S توصیه میشود.
- تشکیل فاز سیگما: قرارگیری طولانی مدت در محدوده 600 تا 850 درجه سانتیگراد میتواند منجر به تشکیل فاز سیگما و کاهش چقرمگی شود.
- شوک حرارتی شدید: استیل 310 برای شرایط شوک حرارتی شدید ناشی از کوئنچ مکرر در مایع توصیه نمیشود .
- بخار آب: حضور بخار آب در دماهای بالا میتواند با تشکیل گونههای فرار CrO₂(OH)₂، باعث تسریع در ناپایداری لایه اکسید محافظ شود .
۶. کاربردهای استیل 310 در صنایع ایران و جهان
استیل 310 به دلیل مجموعه خواص منحصربهفرد خود، در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد. در ادامه، مهمترین کاربردها بر اساس بخشهای صنعتی دستهبندی شده است.
۶.۱. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
در پالایشگاهها و مجتمعهای پتروشیمی ایران، تجهیزات متعددی در معرض دماهای بالا و محیطهای خورنده حاوی گوگرد قرار دارند. استیل 310 در این صنایع کاربردهای زیر را دارد :
- لولههای تابشی (Radiant Tubes) در کورههای کراکینگ و ریفرمینگ
- آویزهای لوله (Tube Supports) و تکیهگاههای نسوز در کورههای پالایشگاهی
- مبدلهای حرارتی با دمای بالا در واحدهای گوگردزدایی
- مشعلها (Burners) و سیستمهای احتراق
- محفظههای واکنش در فرآیندهای پتروشیمی
- پیچ و مهرههای با استحکام دمای بالا
در دنیا، شرکتهای بزرگ پالایشی مانند شل، اکسونموبیل و توتال از استیل 310 در واحدهای کراکینگ کاتالیستی و ریفرمینگ استفاده میکنند. در ایران، پالایشگاههای نفت آبادان، بندرعباس، ستاره خلیج فارس و مجتمعهای پتروشیمی ماهشهر و عسلویه از کاربران اصلی این آلیاژ هستند.
۶.۲. صنایع فولاد و متالورژی
صنعت فولاد ایران با ظرفیت تولید سالانه بیش از 30 میلیون تن، یکی از مصرفکنندگان عمده مواد نسوز است. کاربردهای استیل 310 در این بخش عبارتند از :
- تجهیزات ریختهگری پیوسته (Continuous Casting Equipment)
- بوتههای ذوب (Melting Pots) برای آلیاژهای غیرآهنی
- پوششهای داخلی کورههای آنیلینگ (Annealing Covers)
- سیستمهای نوار نقاله مواد داغ
- پوستههای کوئنچ (Quench Shells)
- غلتکهای کوره (Furnace Rollers) در خطوط گالوانیزه و آنیل
مجتمعهای فولادی مانند فولاد مبارکه، ذوبآهن اصفهان، فولاد خوزستان و فولاد هرمزگان از استیل 310 در بخشهای مختلف خطوط تولید خود بهره میبرند.
۶.۳. صنعت خودروسازی و هوافضا
در سطح جهانی، استیل 310 در صنایع پیشرفته حمل و نقل کاربرد دارد :
- قطعات سیستم اگزوز خودروهای سنگین: منیفولدها و لولههای اتصال در معرض دمای بالا
- اجزای موتور هواپیما و جت
- توربینهای گازی و محفظههای احتراق
- سیستمهای پسسوز (Afterburners)
در ایران، با توسعه صنعت هوافضا و ساخت موتورهای توربینگازی، شناخت و بهکارگیری این آلیاژ اهمیت یافته است. همچنین خودروسازانی مانند ایرانخودرو و سایپا در طراحی و ساخت خودروهای سنگین و نیمهسنگین از این گرید استفاده میکنند.
۶.۴. صنایع انرژی و نیروگاهها
نیروگاههای حرارتی و اتمی از استیل 310 در بخشهای حیاتی استفاده میکنند :
- دیگهای بخار (Boilers) و سوپرهیترها
- مبدلهای حرارتی بازیافت حرارت (HRSG)
- محفظههای احتراق توربینهای گازی
- سیستمهای لولهکشی بویلر
در نیروگاههای ایران مانند نیروگاههای رامین، منتظر قائم، شهید منتظری و نیروگاههای سیکل ترکیبی، از استیل 310 در بخشهای دمای بالا استفاده میشود.
۶.۵. صنایع شیمیایی و فرآیندی
کاربردهای استیل 310 در صنایع شیمیایی عبارتند از :
- راکتورهای شیمیایی با دمای بالا
- کورههای صنعتی و کلسیناسیون
- محفظههای پخت و بازپخت
- تجهیزات تولید کربن بلک
- لولههای پیرولیز
۶.۶. سایر کاربردها
- صنایع غذایی: محفظههای پخت با دمای بالا، تجهیزات خشککن مواد غذایی
- صنایع سرامیک و شیشه: کورههای پخت سرامیک، لعاب و شیشه
- تجهیزات آزمایشگاهی و تحقیقاتی: غلاف ترموکوپلها، کورههای آزمایشگاهی
- لوازم خانگی: شبکههای اجاق گاز آشپزخانه
- اپتیک و فوتونیک: شیلدهای محافظ نوری و الکترونیکی در کاربردهای خاص
- سازههای کرایوژنیک: مخازن و تجهیزات ذخیره گازهای مایع در دمای بسیار پایین
۷. اشکال قابل عرضه و استانداردها
استیل 310 در اشکال مختلف صنعتی قابل تأمین است :
- ورق: در ضخامتهای مختلف از 0.2 تا 100 میلیمتر
- میلگرد: در قطرهای 1 تا 300 میلیمتر
- لوله: بدون درز (مانیسمان) و درزدار
- مفتول: در قطرهای ریز
- پروفیلهای ساختمانی: نبشی، ناودانی، تیرآهن
- فویل: با ضخامتهای میکرونی برای کاربردهای خاص
استانداردهای مرتبط :
- ASTM A240 (ورق و پلیت)
- ASTM A276 (میلگرد و اشکال مختلف)
- ASTM A312 (لوله)
- ASTM A182 (قطعات فورج)
- EN 10095 (استاندارد اروپایی فولادهای نسوز)
۸. ساخت، جوشکاری و عملیات حرارتی
۸.۱. شکلدهی
استیل 310 به دلیل ساختار آستنیتی، شکلپذیری خوبی دارد و عملیات شکلدهی سرد و گرم روی آن قابل انجام است. توصیه میشود عملیات شکلدهی در دمای محیط انجام شود . برای شکلدهی گرم، محدوده دمایی 950 تا 1150 درجه سانتیگراد مناسب است.
۸.۲. جوشکاری
استیل 310 با فرآیندهای استاندارد جوشکاری قابل اتصال است :
- GTAW (TIG)
- GMAW (MIG)
- SMAW (جوشکاری الکترود دستی)
- SAW (جوشکاری زیرپودری)
مواد مصرفی پیشنهادی :
- الکترود: AWS E310-15 یا E310-16
- فیلر: AWS ER310
نکات مهم جوشکاری:
- نیازی به پیشگرم نیست
- دمای بین پاسی (Interpass Temperature) حداکثر 150 درجه سانتیگراد
- برای گرید 310S، محدودیت حرارت ورودی کمتر است
- جوشکاری با اکسیاستیلن توصیه نمیشود
۸.۳. عملیات حرارتی
آنیل انحلالی (Solution Annealing): در دمای 1050 تا 1150 درجه سانتیگراد به مدت زمان مناسب. (حدود 1 ساعت بر 25 میلیمتر ضخامت) و سپس کوئنچ سریع در آب یا هوا .
تنشزدایی: در صورت نیاز به حذف تنشهای ناشی از ماشینکاری، عملیات حرارتی در دمای حدود 650 درجه سانتیگراد. به مدت 1-2 ساعت و سپس خنککاری در هوا انجام میشود.
۹. نتیجهگیری
استیل 310 (AISI 310 / 1.4845) به عنوان یک فولاد زنگنزن آستنیتی نسوز با ترکیب 25% کروم و 20% نیکل. جایگاه ویژهای در صنایع با دمای عملیاتی بالا دارد. مقاومت عالی به اکسیداسیون تا 1150 درجه سانتیگراد، حفظ خواص مکانیکی در دماهای بالا. مقاومت به خوردگی داغ در محیطهای سولفوره، و حفظ چقرمگی در دماهای کرایوژنیک. این آلیاژ را به گزینهای ایدهآل برای کاربردهای متنوع در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد، خودروسازی. هوافضا و نیروگاهی تبدیل کرده است.
تمایز این گرید با استیل 314 (1.4841) از جنبه سیلیسیم بالاتر در后者 و کاربردهای تخصصیتر آن حائز اهمیت است. همچنین انتخاب زیرگرید مناسب (310S برای جوشکاری گسترده، 310H برای مقاومت به خزش بالاتر) باید بر اساس شرایط عملیاتی دقیق صورت گیرد.
در ایران با توجه به گسترش صنایع انرژیبر و وجود پالایشگاهها، مجتمعهای پتروشیمی، صنایع فولاد و نیروگاههای. متعدد، شناخت عمیق این آلیاژ و کاربردهای آن برای مهندسان. طراحان و متخصصان خرید، تضمینکننده انتخاب صحیح، بهرهوری بالاتر. کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری و افزایش طول عمر تجهیزات صنعتی خواهد بود.
منابع
Goodfellow. (2024). Stainless Steel – AISI 310 Alloy – Material Information.
Goodfellow. (n.d.). AISI 310 Stainless Steel Foil (Light Tight). Goodfellow Innovation Delivered.
MakeItFrom.com. (2020). AISI 314 Stainless Steel vs. AISI 310 Stainless Steel.
Columbia Metals. (2023). Grade 310 Stainless Steel. Columbia Metals Ltd.
Goodfellow. (n.d.). AISI 310 Stainless Steel Rod. Goodfellow Innovation Delivered.
Artizono. (2025). AISI 310 vs AISI 314 Stainless Steel: Key Differences and Performance Comparison.
Rolled Alloys Canada. (2022). 310 Stainless Steel.
ASM International. (n.d.). AISI TYPE 310: Heat and Corrosion Resistant Steel. ASM Digital Library.
Gnee Steel. (2021). Difference between 310 and 314 Stainless Steel.
China Corrosion and Protection Network. (2022). 310 Stainless Steel: Why is it Heat Resistant?.