استنلس استیل
استنلس استیل چیست؟
استنلس استیل به فولادهای زنگ نزن گفته می شود که از مقاومت خوبی در برابر پوسیدگی و خوردگی برخوردار هستند. میزان کروم و سایر عناصر آلیاژی استفاده شده در انواع فولادهای زنگ نزن آنها را از یکدیگر متمایز می کند. فولادهای زنگ نزن یا استنلس استیل آلیاژهایی هستند که در ترکیب آنها حداقل 10.5 درصد کروم استفاده شده باشد. انواع استیل های زنگ نزن بر اساس نوع موادی مثال کروم، نیکل، منگنز و … که در ترکیب آنها استفاده شده است برای دما های مشخصی مورد استفاده قرار می گیرد که از جمله این سازه ها می‌توان به مواردی مانند استیل آستنیتی، مارتنزیتی، فریتی، دو فازی و رسوب سخت اشاره کرد.
انواع استنلس استیل
فولادهای زنگ نزن بر اساس نوع ساختار با توجه به دمای محل استفاده به چند دسته تقسیم می شوند. این آلیاژهای ریز ساختار بر اساس ترکیب و موادی که در ساخت آنها به کار گرفته شده است به اسنتنلس استیل های فریت، مارتنزیت ، فازهای پایدار آستنیت،مخلوط فریت یا اسپلیت (دو فازی) و یک ساختار سخت شده حاوی ذرات ریز رسوبی تقسیم می شوند که در ادامه به صورت مختصر به آن ها پرداخته می شود.
فولاد زنگ نزن فریتی
استنلس استیل فرویت نوعی آلیاژ مستحکم و زنگ نزن است که در ساخت آن بیشتر از عنصر کروم استفاده می شود. مقدار عنصر کروم به کار رفته در این نوع فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل بین 10.5 تا 30 درصد در نوسان می باشد. این نوع استنلس استیل از مقاومت نسبتاً متوسطی در برابر فرسودگی و خوردگی برخوردار است به همین دلیل از نظر ساختار آلیاژی متوسط رو به ضعیف محسوب می شود.
البته باید توجه داشت که استحکام این نوع فلز با تغییرات عناصر تشکیل دهنده می‌تواند ارتقاء پیدا کند. در گرید های مانند434 و 444 استحکام این نوع فلز زنگ نزن اگر شرایط رضایت بخشی قرار می گیرد.
معمولاً انواع آهن زنگ نزن فریتی مطابق با استاندارد AISI در چارچوب سری 400 ساخته می شود برای آشنایی با گرید های فولاد زنگ نزن می توان به لینک های موجود در فضای مجازی مراجعه نمود. معمولاً انواع فولادهای زنگ نزن فریت بر اساس یک فرمولاسیون مشخص مطابق با استانداردهای پذیرفته شده ساخته می شوند.
علاقه‌مندان برای آشنایی با فرمولاسیون و چگونگی ساخت این نوع فلز می توانند به لینک های فضای مجازی مراجعه کنند. فولادهای ضد زنگ معمولاً در شرایط عملیات حرارتی، سخت و مستحکم نمی شود بلکه بیشتر در شرایط آنیل ساخته می شود به بیان دیگر در ساخت آنها از انرژی مغناطیسی استفاده می شود به همین دلیل این نوع استنلس استیل در بازار با نام استیل بگیر یا فولاد بگیر هم شناخته می شوند.
از ویژگی های این نوع فلز ضد زنگ آن است که جوش پذیری مقاطع نازک این نوع استیل از شرایط قابل قبولی برخوردار است اما با افزایش ضخامت مقطع مورد نظر ممکن است این ویژگی از بین برود و جوش پذیری آن کاهش پیدا کند. ازدیگر ویژگی های رایج برای ساخت استیل های فریتی به کارگیری دمای 475 درجه سانتیگراد برای ساخت آن ها می باشد.
باید توجه داشت که این نوعد فلز یا سازه و استحکام آن متناسب با میزان کروم استفاده شده در آن سنجیده می شود. لذا با توجه به میزان کرومی که در ساخت این فلز استفاده می شود دمای فرآوری و ساخت آن ممکن است بین 425 تا 550 درجه سانتی گراد در نوسان باشد.
این افزایش دما نتیجه تجزیه عناصر به کار رفته در این نوع فلز می باشد. دو عنصر مهم تشکیل دهنده این فلز شامل یک عنصر غنی شده از کروم و یک عنصر غنی شده از آهن است. اگر میزان غلظت آلیاژ مورد نظر به سمت کروم باشد واکنش آن سریع تر می شود.
میزان واکنش در این ترکیب می تواند تاثیر غیر قابل انکاری در آسیب پذیری آهن این ترکیب در مقابل شرایط آب و هوایی داشته باشد. معمولاً برای بالا رفتن استحکام این نوع فلز و جلوگیری از شکنندگی آن، دمای که برای فرآوری آن در نظر گرفته می شود نباید پایین تر از 400 درجه سانتیگراد باشد.
گریدهای متداول در بازار : AISI – 409 – 430 – 430F
فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولاد زنگ نزن آستنیتی یکی دیگر از انواع استنلس استیل های زنگ نزن است که در ساخت آنها بین 16 تا 25 درصد کروم و 8 تا 26 درصد نیکل استفاده می شود. استنلس استیل های آستنیتی از متداول ترین انواع فولادهای زنگ نزن هستند که در زیر مجموعه های سری 300 و 200 قرار می گیرند.
تفاوت مجموعه های سری 200 و 300 در این است که AISI ساخته شده بر اساس استاندارد سری 300 میزان آلیاژ نیکل بالاتری است اما در برخی از سری های 200 ممکن است منگنز جایگزین فلز نیکل شود. معمولاً استیل های ساخته شده با ساختار آستنیتی از بهترین فولادهای ضد زنگ هستند و از مقاومت خوبی در برابر فرسایش و خوردگی برخوردار می باشند.
دلیل این امر هم استفاده از آلیاژ نیکل در ساختار آنها است که باعث افزایش پایداری و استحکام این نوع آلیاژ می شود. برای آشنایی بیشتر با تأثیر عناصر آلیاژی در استحکام استیل های ضد زنگ می توان به لینک های موجود در فضای مجازی مراجعه نمود.
به کارگیری عناصری مانند مولیبدون، تیتانیوم یا مس می‌تواند خواص و ویژگی های استیل را تغییر دهد. به شکلی که این تغییرات می‌تواند استیل را برای استفاده در دما یا رطوبت بالا مناسب نماید. اکثر استیل های فولادی ممکن است در دماهای پایین شکننده شوند استفاده از آلیاژ نیکل در ترکیب آن ها می تواند آنها را برای استفاده در دماهای پایین تر مناسب کند.
باید به این نکته توجه داشت که استیل ضد زنگ آستینتی در شرایط DBTT، کاهش دمای قابل ملاحظه‌ای ندارد. بطور کلی استیل آستنیتی غیر مغناطیسی است و در بازار با نام استیل نگیر یا فولاد DBTT شناخته می شود.
همچنین این نوع استیل قابلیت کار با عملیات حرارتی را ندارد و برای نصب و بکارگیری آن باید از فرآیندهای کار سرد و فنی استفاده شود.
گریدهای متداول در بازار : AISI – 301 – 304L- 316L – 321 – 347 – 904L
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی یکی دیگر از انواع استیل زنگ نزن است که میزان کربن استفاده شده در آن کم و شبیه به استیل فریتی و در حد AISI می باشد.
این نوع استیل بر اساس استاندارد متوسط به میزان 1.2 درصد ساخته می شود و در ساختار آن بین 10.5 تا 18 درصد کروم با توجه به شرایط لحاظ می شود. از این نوع استیل زمانی استفاده می گردد که استحکام و مقاومت مکانیکی مهمتر از مقاومت در مقابل خوردگی و فرسایش باشد.
مقاومت استیل مارتنزیتی در مقابل فرسایش و خوردگی از انواع استیل دیگر پایین تر است. استیل فولادی مارتنزیتی از شرایط مغناطیسی برخوردار هستند و شکل پذیری نسبتاً بالایی دارند به شکلی که می توان آن ها را به اشکال مختلفی در آورد.
فولاد زنگ نزن داپلکس ( دوفازی)
فولاد زنگ نزن داپلکس(دوفازی ) نوعی از استیل ضد زنگ است که میزان کروم استفاده شده در آن بالا است اما میزان نیکل استفاده شده در ترکیب آن کم می باشد.
این نوع استیل تقریباً ترکیبی از هر دو عنصر آستنیت و فرویت است. استیل های فولادی داپلکس از مقاومت خوبی در مقابل ترک خوردگی های ناشی از تنش برخوردار هستند.
اما استحکام آنها به اندازه استیل های فولادی ضد زنگ فریتی نیست. همچنین چقرمگی و استحکام این نوع استیل نسبت به انواع استیل فریتی بالاتر است اما نسبت به گریدهای آستنیتی کمتر می باشد.
از ویژگی های استیل فولادی ضد زنگ داپلکس آن است که به راحتی جوش داده می شوند و از مقاومت کششی بالایی برخوردار هستند.
(PH) فولاد زنگ نزن رسوب سخت شونده
حاوی هر دو نوع عناصر کروم و نیکل است که با PH که به اختصار (Precipitation gardening) استیل رسوب سخت اعمال عملیات حرارتی، سختی آنها به مقدار چشمگیری افزایش می‌یابد. با انجام عملیات محلول سازی، استیل‌های رسوب سخت قابلیت ماشین‌کاری پیدا کرده و سپس در دمای پایین می‌توانند رسوب سخت شوند و هیچ‌گونه اعوجاجی در ساختار آنها ایجاد نمی‌شود. این گریدها دارای بیشترین استحکام کششی در بین تمام فولادهای ضد زنگ هستند.
دارا بودن عناصری مانند مس و آلومینیوم که به صورت رسوبات درشت در ساختار قرار می‌گیرند و پس از عملیات حرارتی اجازه به ایجاد رسوبات پراکنده در کل زیر ساختار را خواهند داد.
این دو باعث جلوگیری هرچه بیشتر از حرکت نابجایی ها درون زیر ساختار خواهد شد و در نتیجه تنش تسلیم، استحکام کششی و انرژی پذیری بشدت افزایش خواهد یافت.
کاربردهای استنلس استیل
همانطور که در موارد قبلی عنوان شد فولاد ضد زنگ استنلس استیل در انواع بسیار مختلفی با کاربردهای متفاوت وجود دارد. همچنین فولاد استیل از قابلیت بازیافت پذیری نامحدودی بهره مند است که این عامل نیز به نوعی موجب شده است فعالان صنایع مختلف به شکل خاصی به آن توجه داشته باشند.
از آنجایی که استنلس استیل تطبیق پذیری بالایی دارد، در ابتدا برای تولید کارد و چنگال به کار می‌رفت. اما به مرور زمان و کشف خاصیت ضد خوردگی و ضد زنگی این نوع فولاد در صنایع دیگر نیز مورد توجه قرار گرفت از طرف دیگر هزینه نگهداری و تعمیر استیل در مقایسه با دیگر فولادها بسیار مناسب و مقرون به صرفه است همین عامل سبب شد در صنعت تولید لوله و شیرآلات نیز در مورد استفاده قرار بگیرد. در ادامه برخی از رایج ترین کاربردهای این نوع فولاد مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
- تولید قطعات بزرگ در کشتی سازی
- صنایع سنگین
- صنایع غذایی و آشپزخانه
- تولید برق
- صنایع حمل و نقل
- صنایع ساخت و ساز
- صنایع اتومبیل سازی و ساخت بدنه خودرو
- صنایع پزشکی و داروسازی
- صنایع پتروشیمی
- تولید بدنه هواپیما و کامیون
- تولید لوازم خانگی
- تولید بدنه، پوشش و سقف آسانسور
- فنر و پیچ و مهره
- تیغه های برش
- صنایع قالب بلور و کریستال
مکانیزم مقاومت به خوردگی
مکانیزم مقاومت به اکسیداسیون در این فولاد مربوط به تشکیل لایه بسیار نازک به نام لایه سپید ( یا لایه غیر فعال) می‌باشد. این فیلم نازک حدود 1 تا 3 نانومتر ضخامت داشته که به صورت اتوماتیک پس از خراش در تماس با محیط به صورت اکسید اشباع کرم ( ترکیب غنی از کروم غیر فعال) بوجود می آید.
این فیلم متخلخل نیست و معمولا از اکسیداسیون بیشتر جلوگیری می‌نماید.
ایجاد لایه سپید در حضور بعد از اسیدها مانند اسید نیتریک و سیتریک شتاب بیشتری خواهد گرفت.
خواص
خواص کلیدی استنلس استیل که صنعت را وادار به استفاده از این فولاد می‌نماید به شرح ذیل می‌باشد:
1- مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون در محیط های مختلف
2- بازه وسیع اشکال و کیفیت سطحی های متنوع
3-تمیز کاری راحت و بهداشتی
4- شکل‌پذیری عالی
5- جوش پذیری عالی ( در آستنیتی و دو فازی ها)
6- خواص مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون در دماهای بالا
7- فقط انرژی پذیری ضربه در دماهای بسیار پایین
