استاندارد AISI در گرید های استنلس استیل 304 و 316 چیست؟

مفهوم استاندارد AISI در متالورژی و نامگذاری فولاد های زنگ نزن

استاندارد AISI که مخفف عبارت American Iron and Steel Institute است به عنوان یکی از کلیدی ترین سیستم های نامگذاری در دنیای متالورژی شناخته می شود که توسط انجمن آهن و فولاد آمریکا پایه گذاری شد. این سیستم با هدف ایجاد یک زبان مشترک بین تولید کنندگان و مصرف کنندگان فولاد طراحی شده است تا ویژگی های شیمیایی و فیزیکی هر آلیاژ به طور دقیق مشخص باشد. در حوزه استنلس استیل یا همان فولادهای زنگ نزن، این استاندارد از یک سیستم کدگذاری سه رقمی استفاده می کند که هر رقم نشان دهنده یک خانواده خاص از این فلز است. به عنوان مثال سری 300 که شامل گرید های محبوب 304 و 316 می شود، به فولاد های آستنیتی اختصاص دارد که دارای ترکیب کروم و نیکل هستند. درک این استاندارد به مهندسان کمک می کند تا بدون نیاز به آزمایش های پیچیده و تنها با استناد به نام گرید، میزان مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت جوشکاری و فرم پذیری قطعه را پیش بینی کنند. در واقع استاندارد AISI نه تنها یک نام، بلکه تضمین کننده شناسنامه فنی متریالی است که در پروژه های حساس صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

بررسی تخصصی استاندارد AISI 304 و ساختار آستنیتی آن

استاندارد AISI 304 که در بازار آهن به استیل 18 8 نیز شهرت دارد، پرکاربرد ترین نوع فولاد زنگ نزن در سراسر جهان محسوب می شود. این آلیاژ به دلیل داشتن حداقل 18 درصد کروم و 8 درصد نیکل، یک ساختار متالورژیکی به نام آستنیت ایجاد می کند که باعث می شود فلز خاصیت مغناطیسی نداشته باشد و به اصطلاح بگیر نباشد. وجود کروم در این گرید منجر به تشکیل یک لایه اکسید کروم محافظ بر روی سطح می شود که از نفوذ اکسیژن و زنگ زدگی جلوگیری می کند. این استاندارد به دلیل تعادل عالی میان قیمت و عملکرد، در طیف گسترده ای از صنایع از ساخت لوازم آشپزخانه گرفته تا تجهیزات پزشکی و نمای ساختمان ها نفوذ کرده است. انعطاف پذیری بالا در فرآیندهای شکل دهی سرد و قابلیت جوشکاری بی نظیر از ویژگی های بارز 304 است که آن را به انتخاب اول پیمانکاران تبدیل می کند. با این حال باید توجه داشت که این گرید در مواجهه با محیط های حاوی کلرید بالا مانند آب دریا ممکن است دچار خوردگی حفره ای شود که همین موضوع مرز میان انتخاب آن با گرید های بالاتر را مشخص می کند.

• نقش عنصر نیکل و کروم در پایداری خواص مکانیکی 304

عناصر کروم و نیکل ستون های اصلی استاندارد AISI 304 هستند که هر کدام وظیفه مشخصی در حفظ پایداری این آلیاژ ایفا می کنند. کروم عامل اصلی مقاومت در برابر اکسیداسیون است و با تشکیل لایه غیرفعال روی سطح، فلز را در برابر عوامل محیطی رویین می سازد. از سوی دیگر نیکل با تثبیت ساختار آستنیتی در دمای محیط، باعث می شود که فولاد خاصیت چکش خواری و مقاومت به ضربه بسیار بالایی پیدا کند، حتی در دما های بسیار پایین (زیر صفر درجه). این ترکیب هوشمندانه باعث می شود که استیل 304 در برابر تغییرات دمایی ناگهانی دچار ترک خوردگی نشود و طول عمر بالایی در شرایط عملیاتی مختلف داشته باشد.

مطالب پیشنهادی: چرا ورق استیل 304 جزو پر فروش ترین های بازار است؟

شرح استاندارد AISI 316 فراتر از مقاومت به خوردگی معمولی

استاندارد AISI 316 به عنوان برادر قدرتمندتر 304 شناخته می شود که برای مقابله با شرایط سخت تر و محیط های خورنده تر طراحی شده است. تفاوت اصلی و بنیادین این گرید در اضافه شدن عنصر استراتژیک مولیبدن به ترکیب شیمیایی آن است که معمولا بین 2 تا 3 درصد از وزن کل آلیاژ را تشکیل می دهد. مولیبدن به طور ویژه مقاومت فلز را در برابر خوردگی شیاری و حفره ای ناشی از یون های کلر افزایش می دهد. به همین دلیل در مناطق ساحلی، تجهیزات دریایی و صنایعی که با اسید های قوی یا مواد شیمیایی خورنده سروکار دارند، استفاده از استاندارد 316 یک ضرورت فنی غیرقابل جایگزین است. اگرچه ظاهر این دو فلز کاملا مشابه یکدیگر است، اما ساختار میکروسکوپی 316 به گونه ای تقویت شده است که در دمای بالا نیز استحکام خزشی بهتری نسبت به مدل های پایه نشان می دهد. این ویژگی ها باعث شده است که قیمت این گرید در بازار به دلیل حضور عناصر گران قیمت تر مانند مولیبدن و نیکل بیشتر، همواره بالاتر از گرید 304 باشد.

• تاثیر استراتژیک عنصر مولیبدن در گرید 316 مطابق الزامات AISI

مولیبدن عنصری است که مرز میان یک فولاد معمولی و یک فولاد مقاوم به اسید را تعیین می کند. در استاندارد AISI 316 این عنصر وظیفه تقویت لایه اکسید سطحی را بر عهده دارد تا در برابر نفوذ کلرید ها که به راحتی لایه محافظ استیل 304 را می شکنند، ایستادگی کند. وجود مولیبدن باعث می شود که سرعت ترمیم لایه اکسید در صورت بروز آسیب های مکانیکی بسیار سریع تر باشد. این موضوع در صنایع داروسازی و صنایع شیمیایی که کوچکترین آلودگی ناشی از خوردگی فلز می تواند کل فرآیند تولید را مختل کند، اهمیت حیاتی دارد و ضامن سلامت و ایمنی تجهیزات در بلندمدت است.

مقایسه  پارامترهای فنی 304 و 316 بر اساس شاخص های AISI

برای درک بهتر تفاوت های عملکردی و شیمیایی این دو گرید پرفروش، بررسی داده های عددی و فنی ضرورت دارد. جدول زیر بر اساس استاندارد های مرجع AISI و ASTM تدوین شده است تا تفاوت های ساختاری این دو آلیاژ را به وضوح نشان دهد.

کاربرد های صنعتی و مهندسی بر اساس طبقه بندی استاندارد های بین المللی

انتخاب بین استاندارد AISI 304 و 316 بیش از آنکه به بودجه مربوط باشد، به تحلیل دقیق محیط عملیاتی بستگی دارد. گرید 304 به دلیل ویژگی های بهداشتی و تمیز شوندگی آسان، در صنایع غذایی و لبنی برای ساخت مخازن نگهداری، لوله های انتقال شیر و تجهیزات پخت و پز پادشاهی می کند. همچنین در معماری مدرن برای ساخت نرده ها و حفاظ هایی که در مناطق خشک و با فاصله از دریا قرار دارند، بهترین گزینه است. در مقابل، استاندارد 316 در قلب صنایع سنگین حضور دارد. جایی که اسید سولفوریک، کلرید ها یا دما های بسیار بالا وجود دارند، مهندسان مستقیما به سراغ 316 می روند. از ساخت راکتورهای هسته ای و تجهیزات تصفیه فاضلاب گرفته تا ایمپلنت های پزشکی که باید در محیط داخلی بدن انسان (که محیطی بسیار خورنده است) دوام بیاورند، همگی از تخصص گرید 316 بهره می برند. عدم توجه به این تفاوت های کاربردی می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیر مالی و جانی در پروژه های زیربنایی شود.

انتخاب بهینه میان 304 و 316 در پروژه های نفت گاز و پتروشیمی

در صنایع حساس مانند نفت و گاز، کوچکترین خطا در انتخاب متریال منجر به وقوع حوادث ناگواری مانند نشت لوله ها یا انفجار مخازن می شود. استاندارد AISI 316 به دلیل مقاومت در برابر گاز های ترش و ترکیبات گوگردی، اولویت اول در بخش های بالادستی و پایین دستی پتروشیمی است. با این حال در مواردی که فشار عملیاتی بسیار بالا است اما محیط فاقد عوامل خورنده شدید است، ممکن است از گرید 304 با ضخامت بیشتر استفاده شود تا هزینه ها مدیریت شود. اما به طور کلی در سیستم های ابزار دقیق و لوله های فشار قوی که با مواد شیمیایی خورنده در تماس هستند، استاندارد 316 به دلیل پایداری شیمیایی بالاتر، ضریب ایمنی پروژه را به طور چشمگیری افزایش می دهد.

توصیه نهایی

یکی از بزرگ ترین دغدغه های خریداران در بازار استیل، اطمینان از مطابقت محصول با استاندارد اعلام شده است. از آنجایی که هر دو گرید 304 و 316 نگیر هستند، استفاده از آهنربا نمی تواند تفاوتی میان آن ها قائل شود. برای تشخیص دقیق، روش های تخصصی مانند آنالیز شیمیایی با دستگاه کوانتومتر پیشنهاد می شود که درصد دقیق عناصر را مشخص می کند. روش دیگر استفاده از قطره تست استیل است که با ریختن آن بر روی سطح فلز و تغییر رنگ، حضور مولیبدن را نشان می دهد؛ در صورتی که رنگ قطره پس از چند ثانیه به تیرگی یا قرمزی گرایید، نشان دهنده گرید 316 است. همچنین بررسی سرتیفیکیت یا گواهینامه معتبر کارخانه تولیدکننده که شامل شماره ذوب و آنالیز آزمایشگاهی است، معتبرترین راه برای تایید اصالت کالا مطابق با استاندارد های AISI می باشد. خرید از تامین کنندگان معتبر مانند امرداد استیل که شفافیت در ارائه مدارک فنی را اولویت خود قرار می دهند، ریسک خرید محصولات تقلبی یا اشتباه را به صفر می رساند.

سوالات متداول 

آیا می توان از استیل 304 در محیط های دریایی استفاده کرد؟ 

خیر، استفاده از استاندارد AISI 304 در محیط های مستقیما در تماس با آب دریا یا مه نمکی اصلا توصیه نمی شود. یون های کلر موجود در آب شور به سرعت لایه محافظ این گرید را تخریب کرده و باعث ایجاد زنگ زدگی های نقطه ای یا حفره ای می شوند. برای این محیط ها حتما باید از گرید 316 استفاده کرد که به دلیل داشتن مولیبدن در برابر نمک ها مقاوم است.

چرا قیمت استیل 316 از استیل 304 بیشتر است؟ 

تفاوت قیمت این دو گرید به ترکیب شیمیایی آن ها مربوط می شود. استاندارد 316 دارای عنصر مولیبدن است که یک فلز گران قیمت در بازار جهانی محسوب می شود. همچنین میزان نیکل در گرید 316 معمولا بیشتر از 304 است. نوسانات قیمت این دو عنصر مستقیما بر روی قیمت نهایی ورق یا لوله استیل تاثیر می گذارد و باعث می شود 316 همیشه گران تر باشد.

تفاوت گرید های L مانند 304L و 316L با نسخه های معمولی چیست؟ 

حرف L مخفف کلمه Low Carbon به معنای کربن پایین است. در این استانداردها میزان کربن به کمتر از 0.03 درصد کاهش یافته است. این ویژگی باعث می شود که هنگام جوشکاری، پدیده رسوب کاربید اتفاق نیفتد و منطقه جوش دچار خوردگی نشود. بنابراین برای قطعاتی که نیاز به جوشکاری سنگین دارند، استفاده از نسخه L ضروری است تا خواص ضد زنگی در محل جوش حفظ شود.

آیا استیل 304 و 316 سمی هستند و برای مواد غذایی مشکل ایجاد می کنند؟

 هر دو گرید 304 و 316 کاملا غیر سمی بوده و در دسته استیل های گرید غذایی قرار می گیرند. این فلزات هیچ گونه واکنش شیمیایی با مواد غذایی ندارند و طعم یا بوی غذا را تغییر نمی دهند. با این حال به دلیل قیمت مناسب تر، استیل 304 استاندارد طلایی صنایع غذایی است و تنها در مواردی که ماده غذایی بسیار شور یا اسیدی باشد، از گرید 316 استفاده می شود.