1.مقدمه
آلیاژ های 309 و 309S استنلس استیل های آستنیتی کروم-نیکلی هستند که مقاومت عالی در برابر خوردگی و حرارت به اضافه استحکام خوب در دمای اتاق و دماهای بالا دارند. آلیاژ 309S همان نوع 309 اما با درصد کمتر کربن برای به حداقل رساندن ته نشینی کاربید ها و بهبود خواص جوشکاری می باشد. این آلیاژ الزامأ غير مغناطیسی بوده که در حین کار سرد اندکی مغناطیسی می گردد.
2.ترکیب شیمیایی
| % | 309 | 309S |
| كربن | 0.20 | 0.08 |
| منگنز | 2.00 | 2.00 |
| فسفر | 0.045 | 0.045 |
| گوگرد | 0.030 | 0.030 |
| سيليسيم | 0.75 | 1.5 |
| كروم | 22.0-24.0 | 22.0-24.0 |
| نيكل | 12.0-15.0 | 11.0-13.0 |
| آهن | متعادل | متعادل |
3.آنالیز
استنلس استیل های 309 با توجه به استاندارد های زیر آنالیز میشوند.
| 309 | 309L |
| ASTM A167 | AMS5523 |
| | ASTM A240 |
4.خواص مکانیکی
خواص مکانیکی در دمای اتاق
| 309 | UTS Ksi (MPa) | 0.2% YS Ksi (Mpa) | E % in 50.8mm | سختي راكول |
| | 95 (655) | 50 (345) | 45 | B85 |
5.مقاومت در برابر خوردگی
آلیاژهای 309 و309Sمقاومت در برابر خوردگی فوق العاده ای دارند. مقاومت آنها در محیط های دریایی بسیار بیشتر از آلیاژ 304 می باشد. مقاومت بالایی در مواجهه با مایعات سولفیتی از خود نشان می دهند و برای انتقال نیتریک اسید، ترکیبات نیتریک سولفید اسیدها، استیک، سیتریک و لاکتیک اسید کاملا مناسب هستند.
این مواد عموما به عنوان آلیاژ های مقاوم در برابر حرارت در نظر گرفته می شوند. گستره دمای تخریب آن در حدود 1093 درجه سانتی گراد است. این آلیاژ ها مقاومت مناسبی در هر دو سرویس مداوم و متناوب از خود نشان می دهند، اما نباید برای دماهای بالاتر از 982 درجه سانتی گراد برای سرویس های متناوب استفاده گردند.
6.عملیات حرارتی
استنلس استیل های 309 به وسیله عملیات حرارتی قایل سخت شدن نیستند. آنیل: گرم کردن تا 1120 درجه سانتی گراد، سپس در آب یا به سرعت در هوا کوئنج می شود.
7.شکل پذیری
این آلیاژ ها را میتوان به راحتی به شکل رول، استامپ و مورد کشش قرار داد. به منظور کاهش سختی و بازگرداندن شکل پذیری از آنیل استفاده می شود. آلیاژ 309 به شدت پایدار بوده و در حین کار سرد غیر مغناطیسی باقی می ماند. تغییر طول پایین باعث می شود شکل پذیری این سری از آلیاژها نسبت به بقیه آلیاژ های سری 300 سخت تر باشد.
8.جوش پذیری
کلاس های آستنیتی استنلس استیل، عموما جوش پذیری مناسبی با هر دو روش نفوذی و مقاومتی از خود نشان می دهند.
9.کاربرد ها
قطعات کوره، قطعات موتور هواپیما و جت، مبدل های حرارتی، تجهیزات انتقال سولفیت ها، أسترهای کوره، دیگ های بخار، تجهیزات فرایند های شیمیایی و پالایش، قطعات اگزوز اتومبیل.
خلاصه خواص
آنالیز شیمیایی آلیاژهای استنلس استیل با توجه به استاندارد ASTM A240
| نوع | كربن | منگنز | فسفر | گوگرد | سيليسيم | كروم | نيكل | موليبدن | نيتروژن | عناصر ديگر |
| 304 | 0.07 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 0.75 | 17.5-19.5 | 8-10.5 | ... | 0.1 | ... |
| 304L | 0.030 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 0.75 | 17.5-19.5 | 8-12.5 | ... | 0.1 | ... |
| 309S | 0.08 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 0.75 | 22.0-24.0 | 12-15 | ... | ... | ... |
| 310S | 0.08 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 1.5 | 24.0-26.0 | 19-22 | ... | ... | ... |
| 316 | 0.08 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 0.75 | 16-18 | 10-14 | 2-3 | 0.1 | ... |
| 316L | 0.030 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 0.75 | 16-18 | 10-14 | 2-3 | 0.1 | ... |
| 321 | 0.08 | 2.00 | 0.045 | 0.045 | 0.75 | 17-19 | 9-12 | ... | 0.1 | Ti 5×(C+N) min, 0.70 max |
| 410 | 0.15-0.08 | 1.00 | 0.040 | 0.030 | 1.00 | 11.5-13.5 | 0.75 | ... | ... | ... |
| 420 | حداقل0.15 | 1.00 | 0.040 | 0.030 | 1.00 | 12-14 | 0.75 | ... | ... | ... |
| 430 | 0.12 | 1.00 | 0.040 | 0.030 | 1.00 | 16-18 | 0.75 | ... | ... | ... |
خواص مکانیکی آلیاژهای استنلس استیل با توجه به استاندارد ASTM A240
| نوع | حداقل استحكام كششي | حداقل استحكام تسليم | % تغيير طول در هر 50mm | حداكثر سختي |
| | ksi | MPa | ksi | MPa | | برينل | راكول |
| 304 | 75 | 515 | 20 | 205 | 40 | 201 | 92 |
| 304L | 70 | 485 | 25 | 170 | 40 | 201 | 92 |
| 309S | 75 | 515 | 30 | 205 | 40 | 217 | 95 |
| 310S | 75 | 515 | 30 | 205 | 40 | 217 | 95 |
| 316 | 75 | 515 | 30 | 205 | 40 | 217 | 95 |
| 316L | 75 | 485 | 25 | 170 | 40 | 217 | 95 |
| 321 | 75 | 515 | 30 | 205 | 40 | 217 | 95 |
| 410 | 65 | 450 | 30 | 205 | 20 | 217 | 96 |
| 420 | 100 | 690 | … | … | 15 | 217 | 96 |
| 430 | 65 | 450 | 30 | 205 | 22 | 183 | 89 |
حداکثر دما
| حداکثر دما | مستقيم | متناوب |
| 430 | 730 | 870 |
| 304,304L,321 | 830 | 800 |
| 316,316L | 920 | 870 |
| 309S | 1100 | 980 |
| 310S | 1200 | 1030 |
| 410 | 750 | 815 |
| 420 | 620 | 735 |
کاربردها
| نوع | كاربرد هاي عمومي |
| 430 | سينك ظرفشويي، توالت، طراحي تجهيزات داخلي، كارد و چنگال و ظروف آشپزخانه، روكش و پوشش بام ساختمان |
| 304 | ابزار پخت و پز، سينك، كارد و چنگال، تجهيزات سلف، بيمارستان، غذا و نوشيدني ها، كشتارگاه ها، داروسازي، نفت و گاز، لوازم برودتي، مخازن و كشتي هاي حامل مايعات خورنده |
| 321 | اجزاي كوره، تجهيزات در معرض دماي بالا و يا سيكل هاي آبي |
| 316 | محيط هاي حاوي كلر و آلوده دريايي، آب هاي شيرين، لوله ها، مخازن، پتروشيمي، صنايع كاغذ و خمير كاغذ، كنترل آلودگي، نفت و هيدرومتالورژي |
| 309 | قطعات كوره، ظروف دما بالا، مبدل هاي كاتاليزوري، سيستم هاي اگزوز و غيره. گريد S از مقاومت بالايي نسبت به اكسيداسيون برخوردار است. |
| 310 | قطعات كوره، لوله ها، مبدل هاي آمونياك و غيره |
| 410 | ساخت فنر هاي تخت، چاقو، ابزار آشپزخانه و از اين دست ابزار |
| 420 | ساخت كارد و چنگال، ابزار جراحي و دندانپزشكي، قيچي |
خواص مکانیکی
| دسته بندي | نوع | خوردگي عمومي | خوردگي حفره اي | شكل پذيري | چقرمگي | جوش پذيري |
| فريتي | 430 | متوسط | متوسط | خوب | پايين | محدود |
| آستنيتي | 304 | خوب | خوب | عالي | عالي | عالي |
| آستنيتي | 304L | خوب | خوب | عالي | عالي | عالي |
| آستنيتي | 321 | خوب | خوب | عالي | عالي | عالي |
| آستنيتي | 316 | خيلي خوب | خيلي خوب | عالي | عالي | عالي |
| آستنيتي | 316L | خيلي خوب | خيلي خوب | عالي | عالي | عالي |
| آستنيتي | 309S | خيلي خوب | خيلي خوب | خيلي خوب | خيلي خوب | خوب |
| آستنيتي | 310S | خيلي خوب | خيلي خوب | خيلي خوب | خيلي خوب | خوب |
| مارتنزيتي | 410 | نسبتاً خوب | سبتاً خوب | نسبتاً خوب | نسبتاً خوب | محدود |
| مارتنزيتي | 420 | نسبتاً خوب | سبتاً خوب | نسبتاً خوب | نسبتاً خوب | محدود |
مقايسه خواص فيزيكی فولاد های زنگ نزن و فولاد كربنی ساده
| گروه آلياژي | خاصيت مغناطيسي | مقاومت الكتريكي Ohm.m | هدايت حرارتي W/m. ◦K | انبساط حرارتي μm/m ◦C | گرماي ويژه J/Kg.◦K | نقطه ذوب ◦C | چگالي gr/cm3 |
| آستنيتي | ندارد | 100-700 | 12-17 | 16-18 | 440-500 | 1400-1450 | 8.1-7.9 |
| فريتي | زياد | 600-700 | 20-30 | 10-13 | 420-460 | 1430-1510 | 7.7 |
| مارتنزيتي | زياد | 600-700 | 20-30 | 10-13 | 420-460 | 1430-1510 | 7.7 |
| دوپلكس | متوسط | 800 | 15 | 13-14 | 450-480 | 1410-1500 | 7.8 |
| استيل كربن | زياد | 600-700 | 50-60 | 10-13 | 450 | 1510 | 7.8 |
خواص فيزيكی برخی از استنلس استيل ها
| شماره آلياژ | نفوذ مغناطيسي | مقاومت الكتريكي Ohm.m | هدايت حرارتي W/m. ◦K | هدايت حرارتي W/m. ◦K | C ◦m/μ | حرارتي | انبساط | گرماي ويژه J/Kg.◦K | نقطه ذوب ◦C | چگالي gr/cm |
| 304 | 1.02 | 720 | 16.2 | 21.5 | 17.2 | 17.8 | 18.4 | 500 | 1400-1450 | 8.0 |
| 304L | 1.02 | | | | | | | 500 | | |
| 309 | 1.02 | 780 | 15.6 | 18.7 | 15.0 | 16.6 | 17.2 | 500 | 1400-1450 | 8.0 |
| 310 | 1.02 | 780 | 14.2 | 18.7 | 15.9 | 16.2 | 17.0 | 500 | 1400-1450 | 8.0 |
| 314 | 1.02 | 770 | 17.5 | 20.9 | | 15.1 | | 500 | | 7.8 |
| 316 | 1.02 | 740 | 16.2 | 21.5 | 15.9 | 16.2 | 17.5 | 500 | 1375-1400 | 8.0 |
| 316L | 1.02 | | | | | | | 500 | 1375-1400 | 8.0 |
| 321 | 1.02 | 720 | 16.1 | 22.2 | 16.6 | 17.2 | 18.6 | 500 | 1400-1425 | 8.0 |
| 410 | 1000-700 | 570 | 24.9 | 28.7 | 9.9 | 11.4 | 11.6 | 460 | 1480-1530 | 7.8 |
| 420 | | 550 | 24.9 | | 10.3 | 10.8 | 11.7 | 460 | 1450-1510 | 7.8 |
| 430 | 1000-600 | 600 | 26.1 | 26.3 | 10.4 | 11.0 | 11.4 | 460 | 1425-1510 | 7.8 |