در این برگه قصد داریم به معرفی فولاد ضدزنگ آستنیتی بپردازیم و فرآیند تولید و انواع آن را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
1- فولاد ضدزنگ آستنیتی
2- مشخصات شیمیایی فولاد ضدزنگ آستنیتی
3- فرآیند تولید فولاد ضدزنگ آستنیتی
4- انواع گرید فولاد ضدزنگ آستنیتی
5- کاربرد فولاد ضد زنگ آستنیتی
6- سوالات پیرامون فولاد ضد زنگ آستینی
1- فولاد ضد زنگ آستنیتی
فولاد ضد زنگ آستنیتی یک نوع فولاد است که به واسطه ترکیبات شیمیایی خاص، پایداری بالایی در برابر خوردگی و زنگ زدگی دارد. فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی حداقل ۱۶ درصد کروم می‌باشد که با اکسیژن هوا و رطوبت با تشکیل پوششی از اکسید کروم بر روی سطح فولاد، از خوردگی پیشگیری می‌کند. همچنین، این نوع فولاد با دیگر عناصر شیمیایی نیز ترکیب شده‌است تا ویژگی‌های مختلفی همچون مقاومت به خوردگی تنشی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر حرارت نیز بهبود بخشیده شود. خانواده فولادهای ضدزنگ آستنیتی تا حد زیادی پرمصرف ترین آلیاژهای ضد زنگ در بازارهای صنعتی است.
بطور خلاصه می توان ویژگی های فولاد ضدزنگ آستنیتی را بصورت زیر بیان کرد:
- مقاومت به خوردگی: یکی از ویژگی‌های مهم فولاد ضدزنگ آستنیتی، مقاومت بالا در برابر خوردگی است. این فولاد با حضور عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن، دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر اثرات شیمیایی و خوردگی می‌باشد.
- مقاومت در برابر حرارت: فولاد ضد زنگ آستنیتی، قابلیت تحمل در برابر دماهای بالا را دارد و در شرایط دمایی بالا به خوبی عمل می‌کند. این ویژگی برای صنایعی که با دماهای بالا سروکار دارند، مثل صنایع نفت و گاز و صنعت فولاد، بسیار حائز اهمیت است.
- سختی: فولاد ضد زنگ آستنیتی دارای سختی و مقاومت بالاست و در برابر خوردگی، سایش و خراش، مقاومت بیشتری نسبت به فولاد های دیگر دارد. این ویژگی به عنوان یکی از عوامل مهم در افزایش عمر مفید محصولات ساختمانی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- قابلیت جوشکاری: به دلیل محتوای آلیاژی بالای خود، فولاد ضد زنگ آستنیتی به خوبی قابلیت جوشکاری دارد و در هنگام جوشکاری ترکیدگی و شکستگی کمتری نسبت به دیگر فولاد ها دارد.
- ظاهر زیبا: فولاد ضد زنگ آستنیتی دارای ظاهری زیبا و جذاب است که در صنعت ساختمانی و تزئینات داخلی و خارجی کاربردهای گسترده ای دارد.
- قابلیت فرآوری: فولاد ضد زنگ آستنیتی، با وجود مقاومت بالایی که دارد، به راحتی قابل فرآوری و تغییر شکل است. به عنوان مثال، آن را می‌توان به شکل لوله، ورق و خمیدگی‌های مختلف دیگر تولید کرد.
2- مشخصات شیمیایی فولاد ضد زنگ آستنیتی
فولاد ضد زنگ آستنیتی یکی از انواع فولادهای ضد زنگ است که شامل حداقل ۱۰.۵ درصد کروم و حداکثر ۱.۲۵ درصد کربن است. ترکیبات دیگری که به عنوان عناصر آلیاژی در فولاد ضد زنگ آستنیتی به کار می‌روند عبارتند از:
- نیکل (Ni): حداکثر ۸۰ درصد، برای افزایش خواص مقاومتی، شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری بیشتر در برابر دمای بالا.
- مولیبدن (Mo): حداکثر ۴ درصد، برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی.
- منگنز (Mn): حداکثر ۲ درصد، برای افزایش قابلیت شکل‌پذیری و قابلیت جوشکاری.
- سیلیس (Si): حداکثر ۱ درصد، برای افزایش مقاومت در برابر اکسیداسیون و حرارت.
- نیتروژن (N): حداکثر ۰.۲۵ درصد، برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و پایداری بیشتر در برابر دمای بالا.
- آلومینیوم (Al): حداکثر ۰.۱۲ درصد، برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و بهبود قابلیت جوشکاری.
ترکیبات فوق فقط چند نمونه از اجزای آلیاژی فولاد ضد زنگ آستنیتی هستند و با توجه به کاربردهای مختلف، سایر عناصر آلیاژی مانند مس، تیتانیوم، فسفر، کبالت و… نیز ممکن است به فولاد ضد زنگ آستنیتی اضافه شوند.
3- فرآیند تولید فولاد ضدزنگ آستنیتی
تولید فولاد ضدزنگ آستنیتی به صورت زیر انجام می‌شود:
1- فرآیند ذوب: ابتدا مواد اولیه شامل آهن، کروم، نیکل و مولیبدن در کوره های القایی یا کوره های قوس الکتریکی ذوب می شوند.
2- اضافه کردن آلیاژهایی مانند کروم و نیکل: پس از ذوب، آلیاژهای دیگری مانند کروم و نیکل به آن اضافه می شوند تا ترکیبات آلیاژی مورد نظر را به دست آورد.
3- استفاده از قالب: مایع فولاد به عنوان یکی از مواد اولیه به قالب ریخته می‌شود.
4- آهنربای سرد: پس از ریخته شدن فولاد، قطعات فولادی به طور عمده با استفاده از یک آهنربای سرد شکل داده‌می‌شوند. در این فرآیند، فولاد خنک شده و به شکل نهایی خود در می‌آید.
5- حرارت دادن و ذوب مجدد: پس از اینکه فولاد به شکل نهایی خود رسید، برای جلوگیری از تشکیل ترک و بهبود خواص فولاد، به صورت چند مرحله‌ای حرارت داده‌می‌شود. در این فرآیند فولاد داغ‌شده و به طور مجدد ذوب می‌شود و سپس خنک شده و شکل نهایی خود را به خود می‌گیرد.
6- پردازش سطحی: در این مرحله، سطح فولاد ضد زنگ آستنیتی تمیز شده و روکش‌های مختلفی برای جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی به آن اعمال می‌شود.
7- آزمایش های کیفیت: در نهایت، برروی قطعات فولادی آزمایش‌های کیفیت صورت می گیرد تا اطمینان حاصل شود که خواص مکانیکی و شیمیایی مناسب را دارا هستند.
بطور کلی، تولید فولاد ضدزنگ آستنیتی به دلیل پیچیدگی و انجام مراحل مختلف، هزینه بالایی دارد. اما به دلیل خواص بسیار مطلوب آن در مقابل خوردگی، حرارت و خستگی، مورد استفاده در بسیاری از صنایع و محصولات است.
4- انواع گرید فولاد ضد زنگ آستنیتی
گریدهای فولاد ضد زنگ آستنیتی به دو دسته گرید 200 و گرید 300 تقسیم می‌شوند. در ادامه به توضیح کامل هر یک از این دسته‌بندی‌ها پرداخته خواهد شد:
گرید 200 فولاد ضد زنگ آستنیتی
این گرید شامل فولادهای ضد زنگ با درصد کروم پایین‌تر از گرید 300 است. گرید 200 شامل دو گروه فولاد ضد زنگ آستنیتی 201 و 202 است.
فولاد ضد زنگ آستنیتی 201: این گرید فولاد دارای حداکثر 0.15 درصد کربن، 16 تا 18 درصد کروم، 3.5 تا 5.5 درصد نیکل و 5.5 تا 7.5 درصد منگنز است.
خواص فیزیکی فولاد 201 شامل موارد زیر است:
- مقاومت کششی: 515 مگاپاسکال
- مقاومت تسلیم: 275 مگاپاسکال
- الونگاسیون: 40 درصد
- چقرمگی: 50 درصد
به دلیل مقاومت بالای این فولاد در برابر خوردگی، استفاده از آن در صنایع خودروسازی، ساخت قطعات الکترونیکی و همچنین در ساخت لوازم خانگی و کارگاه‌های آشپزخانه بسیار رایج است.
فولاد ضد زنگ آستنیتی 202: این گرید فولاد دارای حداکثر 0.15 درصد کربن، 17 تا 19 درصد کروم، 4 تا 6 درصد نیکل و 0.08 تا 0.25 درصد مولیبدن است.
خواص فیزیکی فولاد 202 شامل موارد زیر است:
- مقاومت کششی: 620 مگاپاسکال
- مقاومت تسلیم: 260 مگاپاسکال
- الونگاسیون: 40 درصد
- چقرمگی: 50 درصد
فولاد ضد زنگ آستنیتی 202، به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی و شکنندگی، به صورت گسترده در صنعت لوازم خانگی، ساخت قطعات الکترونیکی و همچنین در صنایع خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گرید 300 فولاد ضد زنگ آستنیتی
این گرید شامل فولادهای ضد زنگ با درصد کروم بالاتر از گرید 200 است. گرید 300 شامل سه گروه فولاد ضد زنگ آستنیتی 304، 316 و 317 است.
فولاد ضد زنگ آستنیتی 304: این گرید فولاد دارای حداکثر 0.08 درصد کربن، 18 تا 20 درصد کروم، 8 تا 10.5 درصد نیکل و 2 تا 3 درصد مولیبدن است.
خواص فیزیکی فولاد 304 شامل موارد زیر است:
- مقاومت کششی: 515 مگاپاسکال
- مقاومت تسلیم: 205 مگاپاسکال
- الونگاسیون: 40 درصد
- چقرمگی: 50 درصد
فولاد 304 به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی، حرارت و خوردگی شكننده، قابلیت جوشکاری و تشكيل‌پذيری مناسب، در صنایع مختلف مانند صنعت خودروسازی، لوازم خانگی، صنایع غذایی، صنایع نفت، پتروشیمی و در انواع ساختمان‌ها به کار می‌رود. همچنین، در ساخت لوازم خانگی و تجهیزات پزشکی نیز استفاده می‌شود.
فولاد ضد زنگ آستنیتی 316: این گرید فولاد دارای حداکثر 0.08 درصد کربن، 16 تا 18 درصد کروم، 10 تا 14 درصد نیکل و 2 تا 3 درصد مولیبدن است.
خواص فیزیکی فولاد 316 شامل موارد زیر است:
- مقاومت کششی: 515 مگاپاسکال
- مقاومت تسلیم: 205 مگاپاسکال
- الونگاسیون: 35 درصد
- چقرمگی: 50 درصد
این فولاد نیز همانند فولاد 304 به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی، شکنندگی و خوردگی در صنایع مختلف مانند صنعت خودروسازی، لوازم خانگی، صنایع نفت، پتروشیمی، صنایع غذایی و داروسازی، ساخت سفینه‌ها، ابزارهای جراحی و دندان‌پزشکی، در ساخت تجهیزات شیمیایی و فرآوری گاز، استفاده می‌شود.
فولاد ضد زنگ آستنیتی 317: این گرید فولاد دارای حداکثر 0.03 درصد کربن، 18 تا 20 درصد کروم، 11 تا 15 درصد نیکل و 3 تا 4 درصد مولیبدن است. این فولاد برای استفاده در شرایط با اسیدیته بالا و دماهای بالا به عنوان مثال در تجهیزات پالایشگاهی و فرآیندهای شیمیایی مناسب است.
خواص فیزیکی فولاد 317 شامل موارد زیر است:
- مقاومت کششی: حدود 515 مگاپاسکال
- مقاومت تسلیم: حدود 205 مگاپاسکال
- الونگاسیون: 50 درصد
- چقرمگی: 40 درصد
بطورکلی، گریدهای 200 و 300 فولاد ضد زنگ آستنیتی در محتوای کروم و نیکل خود متفاوت هستند که در نتیجه خواص متفاوتی دارند و برای کاربردهای مختلف در صنایع مختلف استفاده‌می‌شوند.
5- کاربرد فولاد ضد زنگ آستنیتی
فولاد ضدزنگ آستنیتی بدلیل ویژگی هایی نظیر مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی در بسیاری از صنایع مانند صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا، پزشکی، صنایع غذایی و … کاربرد دارد.
در صنایع خودروسازی، فولاد ضدزنگ آستنیتی به عنوان یکی از مواد اصلی در ساخت قطعات مهم مانند سیلندرهای موتور و اجزای دیگر استفاده می‌شود. این فولاد به دلیل مقاومت بالای خود در مقابل خوردگی، اسیدها و بازها، قابلیت عایق کردن سطح‌های داخلی و خارجی خودرو را داراست.
در صنایع هوافضا، فولاد ضدزنگ آستنیتی به دلیل قابلیت مقاومت در برابر شرایط جوی سخت و مقاومت در برابر خوردگی در معرض اکسیداسیون، به عنوان یکی از مواد اصلی در ساخت اجزای فضایی استفاده می‌شود.
در صنایع پزشکی، فولاد ضدزنگ آستنیتی به عنوان ماده‌ای برای ساخت ابزارهای پزشکی مانند سوزن‌های تزریق، ابزارهای جراحی و … استفاده می‌شود. این فولاد به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و بازها، عدم حساسیت به بدن و قابلیت عدم تحریک برای بافت‌های بدنی، به عنوان یکی از مواد مناسب برای استفاده در صنایع پزشکی شناخته شده‌است.
در صنایع غذایی، فولاد ضدزنگ آستنیتی به دلیل عدم وجود هرگونه تاثیر بر روی طعم و بوی مواد غذایی و قابلیت شستشو و تمیز کردن آسان به عنوان یکی از مواد مناسب برای ساخت تجهیزات و دستگاه‌های صنایع غذایی استفاده می‌شود. به طور کلی، فولاد ضدزنگ آستنیتی با توجه به مزایایی که دارد، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد.
6- سوالات پیرامون فولاد ضد زنگ آستینی
آیا فولاد ضد زنگ آستنیتی در برابر اسیدها و بازها مقاوم است؟
فولاد ضد زنگ آستنیتی به طور کلی دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی ترکیبی است، اما مقاومت آن در برابر اسیدها و بازها به عواملی مانند نوع اسید یا باز، غلظت آن، دما، زمان تماس با ماده، شکل و اندازه قطعات و… بستگی دارد. فولاد ضد زنگ آستنیتی در برابر بسیاری از اسیدها مانند اسید سولفوریک، اسید نیتریک، اسید هیدروکلریک و اسید فسفری مقاومت خوبی دارد. با این حال، در برابر اسیدهای قوی مانند اسید هیدروفلوئوریک و اسید سولفوریک غلیظ، مقاومت آن کاهش می‌یابد.
در مورد بازها، فولاد ضد زنگ آستنیتی در برابر بازهای شدید مانند سدیم هیدروکسید و پتاسیم هیدروکسید، مقاومت کمتری دارد اما در برابر بازهای ضعیف‌تر مانند آمونیاک و کربنات سدیم، مقاومت بیشتری دارد. بنابراین، برای استفاده از فولاد ضد زنگ آستنیتی در شرایطی که ممکن است با اسیدها و بازها در تماس باشد، باید به شرایط محیطی و شرایط مورد استفاده دقت شود و در صورت نیاز از نوعی فولاد ضد زنگ دیگری با خصوصیات مقاومت بیشتر در برابر این مواد استفاده کرد.
آیا گرید 200 و 300 فولاد ضد زنگ آستنیتی در برابر خوردگی مقاومت مشابهی دارند؟
گریدهای 200 و 300 فولاد ضد زنگ آستنیتی در برابر خوردگی مقاومت مشابهی ندارند. در واقع، گرید 300 فولاد ضد زنگ آستنیتی دارای مقاومت بهتری در برابر خوردگی نسبت به گرید 200 است. دلیل این تفاوت، ترکیبات شیمیایی مختلف در این دو گرید است. گرید 300 دارای درصد بالاتری کروم و نیکل است که باعث افزایش مقاومت آن در برابر خوردگی می‌شود. همچنین، گرید 300 شامل مقدار کمی مولیبدن است که می‌تواند مقاومت آن را در برابر خوردگی افزایش دهد.
بنابراین، در صنایعی که نیاز به مقاومت بالا در برابر خوردگی دارند، مانند صنایع شیمیایی و پالایشگاهی، استفاده از گرید 300 فولاد ضد زنگ آستنیتی توصیه می‌شود. اما در کاربردهای دیگری مانند تجهیزات پزشکی یا لوازم آشپزخانه، احتمالاً گرید 200 نیز مناسب خواهد بود.
برخی از تکنیک های جوشکاری رایج که برای فولاد ضدزنگ آستنیتی استفاده می شود، چیست؟
تکنیک های جوشکاری متعددی برای فولاد ضد زنگ آستنیتی وجود دارد، از جمله:
- جوشکاری قوس تنگستن گازی (GTAW یا TIG): GTAW یک تکنیک جوشکاری دقیق است که از الکترود تنگستن برای گرم کردن ماده پایه و ماده پرکننده جداگانه برای اتصال دو قطعه استفاده می‌کند. GTAW معمولاً برای جوشکاری قطعات نازک استفاده می‌شود و برای جوشکاری فولاد ضد زنگ آستنیتی در شکل و لوله مناسب است.
- جوشکاری قوس فلز گازی (GMAW یا MIG): GMAW یک تکنیک جوشکاری سریع و کارآمد است که از الکترود سیم قابل استهلاک و گاز پوششی برای ایجاد جوش استفاده می‌کند. GMAW معمولاً برای جوشکاری قطعات ضخیم از فولاد ضد زنگ آستنیتی استفاده می‌شود.
- جوشکاری قوس پلاسما (PAW): PAW یک تکنیک جوشکاری با انرژی بالا است که از قوس پلاسما برای ذوب ماده و ماده پرکننده جداگانه برای اتصال دو قطعه استفاده می‌کند. PAW معمولاً برای جوشکاری قطعات نازک استفاده می‌شود.
- جوشکاری قوس فلز پوشیده (SMAW یا Stick): SMAW یک تکنیک جوشکاری است که از الکترود قابل استهلاک پوشش دار برای ایجاد جوش استفاده می‌کند. SMAW برای جوشکاری فولاد ضد زنگ آستنیتی در قطعات ضخیم مناسب است و معمولاً برای جوشکاری در محیط‌های فیلد استفاده می‌شود.
- جوشکاری قوس فلز پوشش دار (FCAW): FCAW یک تکنیک جوشکاری است که از الکترود سیم آزاد برای ایجاد جوش و مواد پرکننده پر شده با فلوکس برای حفاظت استفاده می‌کند. FCAW برای جوشکاری قطعات ضخیم از فولاد ضد زنگ آستنیتی مناسب است.
انتخاب تکنیک جوشکاری به کاربرد خاص و ضخامت ماده پایه بستگی دارد. به طور کلی، GTAW و GMAW به دلیل دقت و کارآمدی بالایشان بیشترین تکنیک های استفاده شده برای جوشکاری فولاد ضد زنگ آستنیتی هستند.
برای مطالعه مطالب مرتبط، به لینک های زیر مراجعه نمایید.