استیل چیست؟

تاریخچه استنلس استیل:

پیر بارتیه یک  مهندس فرانسوی  بود،در حدود دهه نوزده میلادی متوجه شد، که با افزایش مقدار مشخصی از کروم به آهن، سفتی و مقاومت آن در مقابل خوردگی با اسید بسیار افزایش می یابد.

سالها بعد در سال ۱۹۰۹ میلادی در راستای تحقیقات مهندس بارتیه، لئون گویله و آلبرت پورتوین بطور مستقل در فرانسه ریزساختار آلیاژهای Fe-Cr و Fe-Cr-Ni را بررسی کردند و به نتایج جالبی رسیدند.

اجازه بدید قبل از اینکه وارد بحث اصلی شویم و دستاوردهای با ارزش این دانشمندان را با هم بررسی کنیم،چند مفهوم را با هم مرور کنیم:

استیل چیست؟

به آلیاژی که پایه آن از آهن باشد  و کمتر از ۲% کربن داشته باشد استیل یا فولاد گفته می شود . بسته به نوع و مقدار دیگر عناصر موجود در استیل خواص مکانیکی مثل سختی و شکل پذیری آلیاژه را تعیین می کنند. شکل پذیری از توری استیل تا بدنه کشتی می تواند باشد.

استیل ضد زنگ چیست؟

به استیل ضد زنگ (stainless steel)  ،inox steel یا inox هم گفته می شود.inox  از لغت فرانسوی “inoxydable” به معنی “ضد زنگ” گرفته شده است.

پوسیدگی و یا زنگ زدگی به وسیله آب در استیل معمولی وجود دارد در مقابل استیل ضد زنگ به آسانی زنگ نمی زند،در حقیقت با وجود اینکه اسمش  stainless steel است بطور کامل مقاومت در برابر زنگ زدگی ندارد.این فولاد،بیشترین کاربرد را برای مناطق کم اکسیژن دارد.

CRES آلیاژ دیگری از استیل است،با نام استیل مقاوم در برابر خوردگی.بیشترین کاربرد این نوع استیل متعلق به زمانی است که امکان تعیین نوع و درجه فولاد وجود نداشت و بیشتر در صنایع هواپیمایی مورد استفاده قرار می گرفت.

 امروزه درجه های مختلفی از استیل وجود دارد با نمایی زیبا و مناسب استفاده در محیط اطراف مبتنی بر نیاز مصرف کننده وجود دارد. استیل ضد زنگ یا همان stainless steel در مکانهایی مصرف می شود که ما نیاز به هر مزیت مقاومت بالا و ضد زنگ زدگی را خواستار باشیم.

استیل ضد زنگ Stainless steel با فولاد کربن دار و مقدار متفاوت درصد کروم عرضه می گردد. کربن موجود در استیل اگر محافظت نشود زمانی که در مجاورت اکسیژن و رطوبت قرار بگیرد به آسانی زنگ می زد. زنگ زدگی باعث تسریع در خوردگی و زنگ زدگی می شود و در طولانی مدت باعث پوسته پوسته شدن و پوسیدگی و خورد شدن فلز می شود. استیل زد زنگ دارای مقدار کافی از کرم   است که به شکل یک لایه غیر فعال از کرم  است که مانع از خوردگی سطح  و نفوذ آن به داخل سطح فلز می شود.

راه های شناخت استیل ضد زنگ (استنلس استیل) چیست؟

غالب افراد فکر می کنند که استنلس استیل زنگ نمی زند،اما استنلس استیل بخاطر اینکه ترکیب الکترونی دارد،امکان دارد،زنگ بزند.اجازه بدید استنلس استیل را دقیق تر بررسی کنیم.

آیا فولاد ضد زنگ، زنگ می‌زند؟

در واقع این موضوع که فولاد ضد زنگ، زنگ نمی‌‌زند یک تصور نادرستی است. این برداشت ناصحیح برخی موارد منجر به مشاجرات و حتی تعقیب قانونی بین کارفرمایان و پیمانکاران می‌شود. فولادهای ضد زنگ فقط در شرایطی خاص نظیر محیط‌های غیرآلوده و آب شیرین یا آب دریا (به صورت جاری) بدون زنگ باقی می‌مانند. در هوای مرطوب دریایی یا در داخل آب ساکن (راکد) فولاد ضد زنگ نوع ۳۰۴ زنگ می‌زند، و اغلب به صورت موضعی دچار خوردگی حفره‌ای می‌گردد. به طور کلی ماهیت محیط و ترکیب شیمایی فولاد هر دو در تشکیل زنگ و خوردگی حفره‌ای فولاد ضد زنگ نقش تعیین کننده‌ای دارند.

فولاد ضد زنگ به گروهی از آلیاژها با پایه آهنی گفته می‌شود که حاوی حداقل ۱۱ درصد کروم (Cr) می‌باشد. کروم عنصری اساسی است که با تشکیل یک فیلم اکسید کروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ می‌سازد.هنگامی که فولاد ضد زنگ بریده یا خراش داده می‌شود، کروم موجود در سطح سریعاً اکسید می‌شود و فیلم اکسید ناحیه صدمه دیده را ترمیم می‌کند. به دلیل همین خاصیت خود ترمیمی خودشفاییSelf healing  است که فولاد را بدون زنگ Stainless  می‌نامند.اولین فولاد ضد زنگ به صورت آلیاژ، مارتنزیتی Fe-Cr-C  توسط دانشمند انگلیسی به نام هاری بررلی Harry Brearley در ۱۹۱۲ تهیه گردید. اولین ریخته‌گری تجارتی فولاد ضد زنگ در سال ۱۹۱۳ در شفیلد انگلستان به تولید رسید و حق ثبت آمریکایی جهت این اختراع در سال ۱۹۱۶ به آقای هاری بررلی اهدا گردید.

چه چیز باعث می شود استینلس استیل ضد زنگ باشد ؟

استیل وقتی ضد زنگ است که حداقل ۱۰٫۵ % کروم داشته باشد . کروم پس از ترکیب با اکسیژن هوا اکسید کروم تشکیل میدهد که لایه ای روی استینلس استیل تشکیل می دهد . این لایه دیده نمی شود ولی باعث می شود ارتباط بین هوا و فلز از بین رفته و استیل سالم بماند . مقدار بیشتر کروم و نیز برخی دیگر از عناصر موجود در آلیاژ شبیه نیکل و مولیبدن این لایه را نقویت کرده و خاصیت ضد زنگ بودن را افزایش می دهد .

بررسی  استنلس استیل از نظر علمی؟

در حقیقت نوعی فولاد آلیاژی،که درصد عناصر نیکل و کروم آن نسبت به بقیه عناصر بیشتر باشد.به طور مثال اگر میزان کروم فولاد از ۵/۱۰ درصد بیشتر باشد آن را استنلس استیل می نامند . این مقدار کروم همچنین باعث می شود که هنگام خوردگی لایه نازکی روی فولاد تشکیل شود و همین لایه باعث جلوگیری از خوردگی های بعدی می شود و عملاً باعث ترمیم خوردگــی می شود .

 ضمناً کربن آن کمتر از ۵/۱ درصد می باشد . فولادهای ضد زنگ معمولی حاوی حداقل ۱۱ درصد کروم هستند که عامل اصلی مقاومت به خوردگی آنهاست.

استنلس استیل را با افزایش ۵/۱۰ درصد کروم به فولاد معمولی تولید می کنند،

بنابراین هر استنلس استیلی که کمتر از ۵/۱۰ درصد کروم داشته باشد را نمی توان استنلس استیل شمرد.

دیگر ترکیباتی مثل نیکل در استنلس استیل وجود دارد که خواص آن را افزایش می دهد،برای مثال  عنصر نیکل خواص قابلیت فرم دهی ، شفاف بودن و مقاومت در دمای بالا را به استنلس استیل اضافه می کند.

استنلس استیل همانگونه که ذکر شده با افزودن ۵/۱۰ درصد کروم به فولاد به وجود می آید.اگر استنلس استیل با خواص ذکر شده در مجاورت اکسیژن موجود در هوا  قرار گیرد به اکسید کروم Cr2O3 تبدیل می شود و ضخامت این پوشش ۱۳۰ انگستروم Angstroms می باشد .

  نکته:هر انگستروم معادل یک صد میلیونیم سانتیمتر است وبلا فاصله روی آهن را گرفته و مانع از زنگ زدگی آن می گردد. این پوشش اگر چه مانند سرامیک سخت است ولی آسیب پذیر است و حتی اگر سطح آن خراش پیدا کند،در صورت نبودن اکسیژن امکان تشکیل لایه مجدد را پیدا نمی کند و به تدریج دچار زنگ زدگی می گردد .

به خاطر همین مطلب است که وقتی یک واشر استنلس استیل را همراه با یک واشر لاستیکی به شدت محکم می کنیم به مرور زمان در اثر کمبود اکسیژن دچار زنگ زدگی می شود.

آب دریا،اگر در مجاورت استنلس استیل قرار بگیرد،بخاطر وجود مقادیر زیاد نمک آن را دچار اسیب دیدگی می کند.

 همینطور اگر در مجاورت آب هایی قرار گیرد که سطح کلر آن بالا باشد،اگر در مجاروتدچار آسیب می گردد.دلیل این مسئله این است که کلر بر سطح خارجی استنلس استیل تاثیر می گذارد و در صورتی که خراش  هم بر روی سطح استنلس استیل باشد،نمی تواند خودش را ترمیم کند و از طریق همین خراش ، آب های با نمک بالا یا کلر زیاد استنلس استیل را به مرور تخریب می کنند و این اثر به صورت لک های زنگ زدگی پدیدار می شود و هر روز سطح بیشتری را فرا می گیرد.

نکته مهم اینجاست که  استنلس استیل و مشتقات آن مورد توجه قرار داد اینست که استنلس استیل باید حتما در مجاورت هوا باشد و اگر در اثر کار سرد مثل خمکاری ، برش ، فرم دهی و غیره پوشش سطحی آن دچار آسیب شده باشد و در مجاورت اکسیژن نباشد ، دچار زنگ زدگی خواهد شد.

 استنلس استیل های گروه ۳۰۰ غیر مغناطیسی بوده و دارای ۱۹ درصد کروم و ۱۰ درصد نیکل هستند از معروفترین و کاربردی ترین استنلس استیل های این گروه میتوان نوع L316 ، ۳۰۴ و ۳۰۹S را نام برد . با توجه به کاربرد های مختلف و شناسایی محل کاربرد می توان از گردیدهای مختلفی می توان استفاده کرد.

یکی مشکلات شناسایی المنت استیل به دلیل نامشخص و نا مطمئن منابع تولید و نوع واردات است که اغلب بدون دانش فنی صحیح وارد کشور می شوند و نمی توان به توضیحات فروشنده فروشگاه اعتماد کرد، زیرا تشخیص نوع استنلس استیل اسید مقاوم یا آتش مقاوم برای فروشندگان هم امکان پذیر نمی باشد مگر با ارائه مدارک و اسناد.

فرض کنید شما نوعی اسید مقاوم را می خرید،در این صورت هرگز نباید به صرف استنلس استیل بودن تصور نمود که پاسخنهایی را داشته باشد و انتظارات ما را بر آورده می نماید.در هنگام خرید، برای مطمئن شدن از مرغوب بودن محصول،از فروشگاه گواهی معتبر آلیاژ مصرفی را درخواست کنید.

اگر قصد دارید بر روی المنت،کار ریخته گری را انجام دهید،این نکته را باید از نظر اقتصادی در نظر داشته باشید که  استفاده از المنت آهنی مقرن به صرفه تر است یا اگر قرار است آب را در یک سیکل بسته گرم کنید باید از المنت های آهنی استفاده شود نه استنلس استیل ( در صورتیکه آب در یک سیکل بسته عمل کند اکسیژن های فعال آب از بین رفته و خاصیت اکسید کنند گی یا زنگ زدگی را از دست می دهند به شرطی که آب تازه وارد سیستم نشود.

ویژگی های مثبت  تکنیکی استنلس های گوناگون چیست؟

استنلس استیل عموما فلزی بادوام و کم هزینه برای  نگهداری  است. همچنان براحتی می توانید آن را بازیافت کنید.تقریبا  ۶۰ درصد از استنلس های جدید را از ذوب قراضه استنلس استیل تهیه می کنند.

چرا استنلس استیل قابل بازیافت است؟

استینلس استیل ۱۰۰% قابل بازیافت است. استیل ضایعاتی ذوب شده و دوباره قالب گیری می شود. بین ۶۸ تا ۸۰ درصد از تولید استینلس استیل به روش بازیافت ضایعات صورت می گیرد.

خواص اصلی استنلس استیل ها عبارتند از:

* مقاومت بالا در برابر فرسایش و خوردگی

*ظاهر مورد قبول

* مقاومت در برابر حرارت

* مقرون به صرفه

* امکان بازیافت

* از نظر بیولوژیکی خنثی هستند.

* سهولت در تولید

انواع گروه های استنل استیل را بیشتر بشناسیم:

استنلس های غیر مغناطیسی(نگیر)

تقسیم بندی استنلس استیل های مغناطیسی( بگیر)

استنلس های مارتنزیت

استنلس های دوپلکس

استنلس های غیر مغناطیسی(نگیر):

این گروه بیش از ۶۵ درصد مصرف جهانی استنلس را به خود اختصاص می دهند.این گروه آلیاژ آهن، کروم نیکل با کربن کمتر از یک دهم دارند.مثل استنلس های ۳۰۴ و ۳۰۴L که معمولا به عنوان ۸/۱۸ و ۱۰/۱۸ نیز نامگذاری شده و در حالت کار نشده خاصیت غیر آهن ربایی دارند.

در این نوع از استنلس استیل ها آلیاژ ۳۰۴ با ترکیب نیکل ۱۰-۸ درصد و کروم ۲۰-۱۸ درصد و کربن حداکثر ۸۰/۰ درصد به عنوان استنلس پایه شناخته می شود. و با تغییر ترکیب آلیاژی استنلس استیل ۳۰۴ یا ۴۳۰۱ /۱حصول آلیاژ های دیگر استنلس استیل در این گروه امکان پذیر می گردد.

با توجه به اهدف مورد نظر در هنگام استفاده از استنلس استیل ها شرایط زیر متصور می باشند:

حالت اول:اگر هدف بهبود خواص مکانیکی باشد،با انتخاب یکی از گروه های زیر می تواند انتخاب شود:

گروه اول : با افزایش نیتروژن در ترکیب آلیاژی می توان به افزایش قدرت خصوصاًدر دمای پائین دست یافت و در این گروه می توان به ۳۰۴N یا (۴۳۱۵/۱) و ۳۰۴LN یا (۴۳۱۱/۱)اشاره نمود.

گروه دوم: با افزایش کربن در ترکیب آلیاژی خواص مکانیکی (شامل عملیات سرد) افزایش می یابد که میتوان به نوع استنلس استیل ۳۰۱(۴۳۱۰/۱) اشاره نمود.

گروه سوم :با کاهش نسبی کربن و افزایش نیتروژن در ترکیب آلیاژی استنلس استیل ۳۰۱ می توان جوش پذیری را افزایش و خاصیت غیر شکنندگی و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد به عنوان مثال به نوع ۳۰۱LN (438/1) میتوان اشاره نمود.

گروه چهارم : با افزایش نیکل تا حد ۱۲ درصد در ترکیب آلیاژی می توان شکل دهی انبساطی (کشش با مهار) را افزایش داد که نوع ۳۰۵ (۴۳۰۳/۱) یکی از این انواع می باشد

حالت دوم :اگر هدف افزایش مقاومت در برابر خوردگی بوده باشد می توان با استفاده از استیل پایه(۳۰۴) به دو گروه زیر دست یافت:

گروه اول: چنانچه مقاومت در برابر اکسیداسیون در درجه حرارتهای بالا مورد نظر باشد استنلس استیل هایی که در ترکیب آلیاژی آنها کروم و نیکل افزایش پیدا می نمایند ، مناسب می باشند از بارزترین آنها می توان به انواع ۳۰۹ S(4833/1) 310/314 (4841/1) و ۳۱۰S (4845/1) اشاره نمود.

گروه دوم : جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی می توان با افزایش مولیبدن در ترکیب آلیاژی استیل پایه مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد.۳۱۶(۴۴۰۱/۱) با مولیبدن ۲ درصد و ۳۱۶ (۴۴۳۶/۱) با مولیبدن ۵/۲ درصد و ۳۱۷با مولیبدن ۳ درصد از جمله این نوع از استنلسها می باشند.

در حالت سوم :اگر هدف بهبود کیفیت جوش پذیری باشد،می توان گروه های زیر را تعیین کرد:

گروه اول:

اگر کربن کاهش یاد و تیتانیوم را به صورت نسبی بالا ببریم،می توان جوش پذیری را می توانیم بهینه کنیم و از خوردگی داخل دانه ای پس از جوش جلوگیری کنیم.

انواع این گروه شامل استنل های سری ۳۲۱ (۴۵۴۱/۱) دارای تیتانیوم و یا سری های ۳۰۴L(4307/1) و (۴۳۰۶/۱) با کربن پائین می باشند .

گروه دوم : با کاهش کربن و افزایش مولیبدن و نیز تیتانیوم می توان علاوه بر بهبود جوش پذیری مقاومت در برابر خوردگی را همزمان افزایش داد. استنلسهای ۳۱۶ TI ( 4571/1) و ۳۱۶ L و ۳۱۷L از این جمله اند.

گروه سوم: در این نوع از استنلسها با افزایش کروم ، مولیبدن و نیتروژن در استنلس استیل پایه(۳۰۴) مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافته و کیفیت جوش پذیری نیز بهبود می یابد . استنلسهای ۴۵۴۷/۱، ۴۵۲۹/۱ با مولیبدن ۶ درصد از این جمله اند.

استنلس های مغناطیسی (بگیر):

این گروه دارای آلیاژ آهن – کروم با کربن کمتر از یک دهم درصد و خاصیت آهن ربایی هستند.تقریبا پر مصرف ترین استنلس استیل در این گروه نوع (AISI 430)یا ۴۰۱۶/۱می باشد . این نوع از استنلسها در شرایطی که حفظ ظاهر در اولویت بوده و شرایط سخت محیطی موجود نمی باشد،کاربرد بیشتری دارند.

افزایش کروم و مولیبدن در این نوع از استنلس ها باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شودو اضافه نمودن تیتانیوم و نیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می دهند.

تقسیم بندی استنلس استیل های مغناطیسی( بگیر)

گروه اول:

این گروه دارای کمترین میزان کروم و ارزانترین نوع استنلس استیل می باشد . در محیط های غیره خورنده و یا دارای خورندگی ناچیز و یا جاهایی که مقدار کمی از زنگ زدگی سطحی وجود داشته باشد مصرف می گردد. بیشتر در فضای بسته،که تماس مستقیم با جریان آب وجود ندارد و خشک است و نیز برای صدا خفه کن اگزوزها ی ماشین مصرف عمده دارد.

این گروه شامل استنلس استیل های ۴۰۹- ۴۱۰- ۴۲۰- ۴۱۰L که کروم موجود انها بین ۱۰ تا ۱۴ درصد می باشد و ۳۰ درصد کل مصرف این نوع استنلس استیل را شامل می گردد. سری ۴۱۰ L جهت استفاده در کانتینرها – اتوبوسها و مینی بوسها و اخیراً فریمهای LCD به کار گرفته می شود.

گروه دوم:

 پر مصرف ترین استنلس استیل از نوع مغناطیسی( بگیر) هستند که در ساخت ماشین های لباسشویی و پانلهای داخلی کابرد دارند.استنلس استیل ۴۳۰ شاخص این گروه نوع می باشدکه کروم آن بین ۱۴-۱۸ درصد می باشد. تقریبا ۴۸ درصد مصرف جهانی این نوع از استنلس استیل به خاطر بالا بودن میزان کروم (۱۴-۱۸ درصد) هستند.همچنین  دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی هستند و شباهت زیادی به استنلس استیل پایه گروه غیر مغناطیسی یعنی ۳۰۴ دارند.

استنلس استیل ۴۳۰ معمولا جایگزین خوبی برای استیل غیر مغناطیسی ۳۰۴ بوده و در اقلام وسایل خانگی مانند ماشینهای ظرفشویی، ظروف آشپزخانه مانند قابلمه و تابه مورد استفاده قرار می گیرند.

گروه سوم : استیل های این گروه نیز شامل بین ۱۴ تا ۱۸ درصد کروم دارند.

هر چند عناصر تثبیت کننده مانند تیتانیوم ، نیوبیوم نیز به صورت فعال در این ترکیب وجود دارد که از جمله این استیلها به انواع ۴۳۰TI-439-441 می توان اشاره نمود.

 در مقایسه با گروه ۲ این سری از استنلسهای بگیر قابلیت بهتری در جوش پذیری و فرم گیری از خود نشان می دهند و در اکثر موارد از سری های غیر مغناطیسی ۳۰۴ رفتار بهتری از خود بروز می دهند.

مصارف عمده این گروه ساخت سینک ها ، لوله های تبادل حرارتی (صنایع شکر و انرژی و غیره) سیستم های اگزوز با عمر طولانی تر( از نوع ۴۰۹) و نیز قسمتهای جوش شده در ماشینهای لباسشویی می باشد. در موارد مصرفی که استفاده از استنلس های ۳۰۴ به نظر بالاتر از حد مورد نیاز و غیر اقتصادی بنظر می آیند این نوع از استنلسهای بگیر جایگزین مناسبی می باشند.

گروه چهارم: شامل استنلسهای ۴۳۴،۴۳۶، ۴۴۴ (مولیبدن در ترکیب) که ۷ درصد از مصرف را به خود اختصاص می دهند. این گروه شامل مقداری مولیبدن اضافه شده جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی می باشد . مصارف معمول این گروه در ساخت تانک های آب گرم ، آبگرمکن های خورشیدی ، قسمتهای بیرونی سیستم اگزوز ، کتری برقی، قطعات اجاق های مایکروویو، پنل های خارجی و غیره می باشد.

سری ۴۴۴ از نظر مقاومت در برابر خوردگی می تواند مشابه سری ۳۱۶ عمل نماید.

گروه پنجم : شامل استنلسهای با۳۰ -۱۸ درصد کروم می باشند که در گروههای دیگر قابل دسته بندی نباشند. از انواع آن می توان به نوع های ۴۴۵، ۴۴۶،۴۴۷، و غیره اشاره نمود. ( این گروه ۲ درصد از مصرف کل را به خود اختصاص می دهند.)

این سری دارای کروم اضافه و نیز مولیبدن جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون می باشد (مانند نوع ۳۱۶٫( و مصرف عمده این سری در محیطهای ساحلی و در شرایط سخت خوردگی است. شایان ذکر است مقاومت خوردگی سری JIS 447 معادل فلز تیتانیوم می باشد .

مزیت آهن ربا بودن استنلسهای مغناطیسی(بگیر)

بیشتر افراد فکر می کنند  که چون استنلس بگیر دارای خاصیت آهن ربایی اس، بنابراین به صورت واقعی ضد زنگ نبوده و مانند فولادهای کربنی زنگ می زند،اما این تصور کاملا اشتباه است و باید این نکته را در نظر داشت که تنها به علت تفاوت ساختمان اتمی است که بعضی از استنلسها مغناطیسی( بگیر) و شماری از آنها غیر مغناطیسی (نگیر) می گردند .

خواص ضد خوردگی استنلسهای مغناطیسی(بگیر)

فلز استنلس استیل بعلت داشتن کروم در برابر خوردگی مقاوم گردیده است.به طور کلی فلزات در مقابل خوردگی به نسبتهای مختلف دارای ضعف می باشند هرچند استنلس استیل بصورت چشمگیری نسبت به فولادهای کربنی در مقابل خوردگی مقاوم می باشد.

 غالب افراد تصور می کنند که فلز نیکل عامل اصلی مقاومت این فلز در برابر خوردگی است،در حالی که فلز کروم عامل اصلی است.به همین دلیل است که استنلسهای مغناطیسی( بگیر ) به نسبت کروم موجود در آنها مقاومت خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهند.

مقاومت موضعی استنلسهای مغناطیسی مغناطیسی یا بگیر در برابر خوردگی چگونه است؟

مقاومت استنلس استیل در برابر خوردگی ناشی از ترکیب شیمیایی آن بوده و بستگی به ساختمان اتمی نوع بگیر یا نگیر آن ندارد. در استنلس استیل های ۴۳۶ و ۴۴۴ به علت داشتن مولیبدن مقاومت در برابر خوردگی در سطح بالاتری از ۳۰۴ قرار دارد هرچند استنلس نگیر ۳۰۴ مقاومتش بیشتر ازاستنلسهای بگیر سری ۴۴۱، ۴۳۹، ۴۳۰ می باشد .

خواص فیزیکی و مکانیکی استنلسهای مغناطیسی(بگیر) چیست؟

استنلس های بگیر برای تولیدات مختلف بسیار مناسب بوده و دارای کاربردهای وسیعی می باشد.

استنلس های بگیر مشخصات مکانیکی مناسب داشته و در مقایسه با استنلس های نگیر موقعیت میانی قابل قبولی دارند. تنش تسلیم استنلس های بگیر از نگیر بالاتر بوده در حالیکه مشخصات تغییر طول و شکل پذیری آن مشابه فولاد های کربنی می باشد. دو مشخصه برتر اینگونه استنلس استیل ها نسبت به استنلس های نگیر انبساط حرارتی و هدایت حرارتی آنها می باشد.

مشخصات فیزیکی استنلسهای مغناطیسی(بگیر)

 پمشخصات فیزیکی یک فلز آلیاژی بیان کننده توانائی فلز جهت انتقال حرارت، انتقال الکتریسیته ،انبساط و انقباض و …. است.

استنلس های بگیر خاصیت مغناطیسی دارند در عین حال دارای مزیت های متعددی نسبت به استنلس های نگیر می باشند به عنوان مثال انتقال حرارت به میزان قابل توجهی درآنها بوده و در مصارفی چون اطوهای برقی ، یا مبدل های حرارتی لوله یا ورق ایده ال می باشند.

ضریب انبساط حرارتی استنلس های بگیر مشابه فولاد های کربنی بوده و به مراتب از استنلس های نگیر پایین تر است در نتیجه استنلس های بگیر در مقابل حرارت کمتر تغییر شکل می دهند.

گازهای محافظ جهت جوشکاری استنلسهای مغناطیسی

استنلس استیل در حالت ذوب به علت داشتن کروم بالا دارای قابلیت اکسید شدن بالا می باشد چنانچه در هنگام ذوب این فلز از هوا مصون نگردد کروم موجود در فلز به اکسید تبدیل شده و مقاومت در برابر خورندگی در محل جوش کاهش می یابد.

برای جلوگیری از وقوع این امر از گاز محافظ استفاده می گردد گازهای محافظ می توانند آرگون و یا هلیوم و ترکیبی از آنها باشند.

جهت استنلس های بگیر گازهای محافظ می بایست آرگون خالص و یا ترکیب آرگون و هلیوم باشند.

گاز آرگون معمول ترین گاز حفاظتی در پشت کار می باشد و گاز نیتروژن نمی بایست در استنلس های بگیر مورد استفاده قرار گیرد

اسید شویی ، خنثی سازی و گند زدایی استنلسهای مغناطیسی (بگیر):

تغییر رنگ جزئی ناشی از جوشکاری باید با روشهای مکانیکی و یا شیمیایی ( به نام اسید شویی) از بین برده شود . اسید شویی به وسیله ترکیبی از اسید های فلوئیدریک و نیتریک و یا خمیر های مخصوص می باشد.

عملیات خنثی سازی و گند زدایی جهت بازآوری لایه سطحی و آزاد شدن رسوبات متالیک از طریق غوطه ور کردن قطعه در آب سرد حاوی ۲۰ تا ۲۵ درصد اسید نیتریک بدست می آید.

به طور اختصار دسته بندی استنلسهای مغناطیسی (بگیر) به صورت زیر خواهد بود :

گروه اول :

کروم۱۴-۱۰ درصد( ۴۰۹-۴۱۰-۴۲۰)

گروه دوم :

کروم: ۱۸-۱۴ درصد (۴۳۰)

گروه سوم

کروم ۱۸-۱۴ درصد و فلزات تثبیت کننده مانند نیوبیوم و تیتانیوم مانند انواع ۴۳۰TI، ۴۳۹، ۴۴۱

گروه چهارم :

حاوی ۵ درصد مولیبدن اضافه مانند انواع ۴۳۴، ۴۳۶ و۴۴۴

گروه ۵ :

حاوی ۳۰-۱۸ درصد کروم که در گروه های دیگر نباشد مانند انواع ۴۴۵،۴۴۶،۴۴۷

تفاوت استیل های بگیر و نگیر چیست؟

به فولاد زنگ نزنی که خاصیت جذب توسط آهن ربا را داشته باشد بگیر و به فولاد زنگ نزنی که توسط آهن ربا جذب نشود نگیر می گویند. فولاد های زنگ نزن سری ۳۰۰  (مانند ۳۰۴ و ۳۱۶ ) دارای کروم هستند که منجر به نگیر بودن استیل می شوند. و این درحالی است که استیل های سری ۴۰۰ تنها دارای کروم است که خاصیت مغناطیسی فولاد زنگ نزن را حفظ می کند.

یکی از روش های تشخیص استینلس استیل از کربن استیل نیز این می باشد که در صورتی که آهن ربا به آن نچسبید این قطعی است که فولاد زنگ نزن است ولی اگر آهن ربا به آن بچسبید هنوز دلیل بر تشخیص فولاد زنگ نزن از فولاد کربن دار نیست.

پس برای انتخاب یک استینلس استیل مناسب کاربری باید به موارد زیادی از جمله گرید استیل ، سطح استیل ، کاربری آن و خاصیت مغناطیسی استیل توجه کرد.

استنلس های مارتنزیت:

این گروه استنلس های مارتنزیت داری آلیاژ آهن – کروم با کربن بالاتر از یک دهم درصد و خاصیت آهن ربایی همراه با سختی پذیری است.

استنلسهای دوپلکس:

این گروه دارای آلیاژ آهن – کروم و نیکل با ساختمانی از ترکیب استنلس های مغناطیسی و غیر مغناطیسی بوده و دارای خاصیت آهن ربایی در درجه حرارت معمولی می باشند.

استنلسهای دوپلکس به عنوان استنلس های بگیر- نگیر ( مغناطیسی- غیر مغناطیسی) نیز شناخته شده که تعداد زیادی از خواص مفید هر دو نوع استنلس استیل بگیر و نگیر را دارا می باشد

به علت درصد بالای کروم و نیتروژن و همچنین در اکثر موارد مولیبدن دارای مقاومت بالا در برابر خوردگیهای نقطه ای و یکنواخت می باشند. ساختمان میکروسکوپی استنلسهای دوپلکس موجب افزایش توانایی(قدرت) و مقاومت آن در برابر ترک خوردگی های ناشی از تنشهای خوردگی می گردد. استنلسهای دوپلکس درای خصوصیت جوش پذیری خوبی نیز می باشند.

استنلس استیل های دوپلکس بطور کلی از نظر مقاومت در سطح بالاتری نسبت به انواع معمول استنلس های بگیر و نگیر قرار دارندو پر مصرف ترین آنها نوع ۴۴۶۲/۱ EN می باشد

انواع استنلس های دوپلکس:

ASTM EN

۳۲۱۰۱S 4162/1

۳۲۳۰۴S 4362/1

۳۲۲۰۵S 4462/1

۳۱۸۰۳S

۳۲۷۶۰S 4501/1

۳۲۷۵۰S 4410/1

کاربردها استنلس های دوپلکس:

۱- مبدل های حرارتی

۲- آبگرمکن ها

 ۳- محفظه های تحت فشار

 ۴- تانکرها

 ۵- شفت ها و جلو برندها قطعات گردشی دیوارهای موج شکن حائل در سکوهای دریایی

 ۶- تانکرهای حمل مواد و نیز سیستم های لوله کشی جهت تانکرهای شیمیایی

 ۷- هضم کنندها و سایر دستگاها در صنایع کاغذ و خمیر کاغذ

 ۸- داکتهای تصفیه گاز

 ۹- سیستم آب دریا

 ۱۰- کارخانجات آب شیرین کن

مشخصات استنلس های دوپلکس:

۱-قدرت بالا

 ۲- مقاومت بالادر برابر نفوذ حفره ای و خوردگی موئی

 ۳- مقاومت بالا در برابر تنش های منجر به ترک خوردگی و خستگی هر دو ناشی از خوردگی

 ۴- مقاومت بالا در برابر خوردگی های یکپارچه

 ۵- مقاومت خوب در برابر خستگی

 ۶- قدرت جذب انرژی بالا

 ۷- انبساط حرارتی پائین

 ۸- جوش پذیری خوب

مقاومت در برابر خوردگی:

استنلس های دوپلکس به علت برخورداری از درصد بالای کروم مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی در بسیاری از محیط ها را دارند.

خوردگی یکنواخت(uniform corrosion):

این نوع خوردگی در هنگامی اتفاق می افتد که کل سطح استیل در مجاورت محیط خورنده قرار گرفته و بصورت یکنواخت در معرض خوردگی قرار می گیرد . بطور کلی هنگامی که سرعت خوردگی در استیل کمتر از ۰/۱ میلیمتر در سال باشد ، استیل با مقاومت خوب در برابر خوردگی تلقی می گردد.

استیلهای دوپلکس به علت برخورداری از درصد بالای کروم مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی در بسیاری از محیطها را دارند.

۲۳۰۴SAF در بسیاری از مواقع معادل ۴۴۰۴ بوده و انواع دیگر استیلهای دوپلکس با آلیاژهای بالاتر مقاومتهای بیشتری در برابر خوردگی از خود نشان می دهند. در اسید سولفوریک که یا یونهای کلر همراه گردیده ، دوپلکس ۲۲۰۵ از استنلس نوع ۴۴۰۴ مقاومت خیلی بهتری در برابر خوردگی از خود نشان داده و مقاومت آن معادل استنلس نوع ۹۰۴ L می باشد

خوردگی حفره ای و موئی(PITTING):

با افزایش کروم ، مولیبدن و نیتروژن در استیل مقاومت آن در برابر خوردگی حفره ای افزایش می یابد.

ترک ناشی از تنش خوردگی:

در محیط های کلریدی با درجه حرارت بالا، استنلس استیلهای نگیر در معرض بروز ترک بر اثر تنش خوردگی قرار می گیرند. استنلس استیلهای از نوع دوپلکس به علت تداوم فاز مغناطیسی شان به میزان بسیار کمتری در مقابل اینگونه خوردگی حساس می باشند.

تنش خوردگی سولفاید منجر به ترک:

در شرایط حضور محلول های هیدرو سولفاید و هیدروکلراید، امکان بروز تنش خوردگی منجر به ترک در درجه حرارت های پائین تر بیشتر می گردد. چنین شرایطی در بدنه چاههای نفت و گاز به شدت امکان وقوع پیدا می کند. در حالیکه انواع استیلهای ۲۲۰۵و ۲۵۰۷SAF مقاومت خوبی در اینگونه شرایط از خود نشان می دهند در حالیکه استنلسهای با ۱۳ درصد کروم تمایل بیشتری به تنش خوردگی منجر به ترک دارند.

خستگی خوردگی(CORROSION FATIGUE)

خستگی به انهدام فلز در نتیجه ی اعمال تنش های دوره ای (متناوب) در محدوده ای کمتر از تنش تسلیم طراحی شده، اطلاق می گردد. شکست فلز در اثر تنش های دوره ای (متناوب) در مجاورت محیط خورنده را خوردگی خستگی می نامند.

بنابراین خوردگی خستگی، به عبارتی کاهش مقاومت خستگی، در اثر وجود محیط خورنده است. لذا خوردگی خستگی بر مبنای ظاهر شکست، تعیین نمی شود، بلکه بر حسب خواص مکانیکی تعریف می شود. معمولا سطح بزرگی از مقطع شکست توسط محصولات خوردگی پوشیده شده و قسمت کوچکی که در اثر شکست ترد به وجود آمده است، زبر و خشن است. باید توجه داشت که وجود محصولات خوردگی در محل شکست، لزوما بر خوردگی خستگی دلالت ندارد. تاثیر خوردگی بر عمر خستگی را تنها می توان با آزمایش های خوردگی خستگی تعیین کرد.

استیل های دوپلکس به علت قدرت مکانیکی بالا و مقاومت زیاد در برابر خوردگی دارای توانائی بالا در برابر خستگی خوردگی می باشند مقاومت استیل ۲۲۰۵ در آب دریا (مصنوعی) بیشتر از انواع دیگر آن می باشد

خوردگی داخل کریستالی

به علت ساختمان میکروسکوبی خاص و درصد پائین کربن این نوع استنلسها دارای مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی داخل کریستالی می باشند و به گونه ای هستند که پدید آمدن حالت غیر مغناطیسی در منطقه حرارت دیده جوش را تضمین می نمایند و پدید آمدن کاربیدها و نیتریدهای ناخواسته در مرزهای دانه ای در اینگونه استیل ها به حداقل کاهش می یابد.

جوش پذیری استیل های دوپلکس:

جوش پذیری استیل های دوپلکس خوب بوده و روشهای معمول جوشکاری در استنلس استیل ها در مورد آنها نیز صادق می باشد.

روشهای معمول جوش استنلس استیل

جوش قوسی فلز با حفاظت

جوش قوسی تنگستن با گاز

جوش قوسی فلز با گاز

جوش قوسی با الکترود

جوش قوسی با پلاسما

جوش قوسی زیر پودری

نکات زیر را در هنگام جوشکاری استنلس استیل در نظر داشته باشید:

۱- جوش ماده باید بدون پیشگرم انجام شود.

۲- ماده باید فرصت سرد شدن تا حد پایین تر از ۱۵۰ در جه سانتیگراد در بین مراحل مختلف جوش را داشته باشد .

۳- برای اطمینان از مشخصات خوب برای فلز جو ش شده از مواد پر کننده باید استفاده شود.

۴- جهت حصول شرایط مناسب تعادلی بین حالت مغناطیسی و غیر مغناطیسی در جوش ، قدرت قوس جوش می بایست در محدود های توصیه شده باقی بماند.

۵- برای اطمینان از عدم وقوع خوردگی حفر ه ای در جوشکار های GTIMوPAW اضافه نمودن نیتروژن در گاز محافظ توصیه می گردد.

دلیل پاک شدن لایه کروم در عملیات حرارتی چیست؟

در عملیات حرارتی و یا جوش‌کاری، دمای فولاد ضد زنگ به حدود ۸۵۰-۵۵۰ درجه سانتیگراد می‌رسد. کروم و کربن با یکدیگر واکنش می دهند و کاربایدکروم یا  Chromium Carbide می شود.تولید می‌گردد که در امتداد مرز دانه‌ها رسوب می‌کند. به همین دلیل کروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحیه مرزی) تخلیه می‌شود. ناحیه مرزی که کروم آن تخلیه شده باشد یا مقدار کمتری کروم در آن قسمت وجود داشته باشد نسبت به سایر مناطق سالم سطح فلز که کروم آن مناطق تخلیه نشده‌اند در برابر خوردگی مقاومت کمتری دارد.

اگر در ساختار بلوری فولاد ضد زنگ،کروم به وجود آمده باشد،آن را فولاد  حساس شده یا Sensitized” می‌نامند.امکان خوردگی مرزدانه‌ای یا فساد جوش در فولاد های حساس شده بیشتر وجود دارد.

بررسی گرید های انواع استنلس استیل:

سری ۳۰۰ و موارد کاربرد آن:

سری ۳۰۰ یا استیل نگیر (غیر مغناطیسی):از آلیاژ آهن، کروم و  نیکل با کربن کمتر از ۱/۰ درصد ساخته شده اند.

سری ۴۰۳ رایجترین گرید استنلس استیل است که همان ۸/۱۸ کلاسیک می باشد.سری ۳۱۶ بعد از ۳۰۴ رایجترین گرید است و در صنایع غذایی و جراحی کاربرد دارد ، به علاوه آلیاژ مولیبدن موجود در آن از فرسایش جلوگیری می کند. همچنین بخاطر مقاومت زیاد در بربر کلر در مقایسه با گرید ۳۰۴ در صنایع دریایی هم بکار می رود.

فرق استیل ۳۰۴ و ۳۱۶ چیست ؟

استیل ۳۰۴ حاوی ۱۸% کروم و ۸% نیکل است در صورتیکه استیل ۳۱۶ دارای ۱۶% کروم ، ۱۰% نیکل و ۲% مولیبدن است . مولیبدن برای کمک به مقاومت در برابر خوردگی ناشی ا ز کلراید به آن اضافه می شود.کلراید در آب دریا وجود دارد.

سری ۴۰۰ و موارد کاربرد آن:

سری ۴۰۰ یا استیل بگیر (مغناطیسی) از آلیاژ آهن و کروم با کربن کمتر از ۱/۰ درصد ساخته شده اند.

سری ۴۱۰ از این گروه دارای مقاومت بالایی در برابر سایش است اما در برابر خوردگی مقاومت کمی دارد.همچنین سری ۴۲۰ گرید مخصوص کارد و چنگال ، قابلیت پولیش خوبی دارد. سری۴۳۰ گرید مخصوص دکوراسیون است به عناون مثال در تزئینات داخلی اتومبیل کاربرد دارد . قابلیت شکل پذیری خوبی در درجه حرارت کم دارد و مقاوم در برابر خوردگی است .

سری۴۱۰ مقاوم در برابر سایش است اما مقاومت آن در برابر خوردگی پایین است.

سری ۴۲۰گرید مخصوص تولیدات کارد و چنگال است و همچنین  قابلیت و امکان پولیش دارد.سری ۴۳۰ گرید مخصوص دکوراسیون است،یکی از کاربرد های آن در تزئینات داخلی اتومبیل است. قابلیت شکل پذیری خوبی در درجه حرارت کم دارد و مقاوم در برابر خوردگی است.

استیل ها( ۳۰۴ ، ۳۱۶ ، …) چگونه و بر چه اساسی نام گذاری شده اند؟

اولین بار انجمن آهن و فولاد آمریکا AISI   دسته بندی و نامگذاری استینلس استیل ها را انجام داد و مشخصات فیزیکی و شیمیائی و نیز دستورالعمل تولید آنها را عرضه نمود .

آیا استینلس استیل ها جذب آهنربا می شوند ؟

اسینلس استیل های سری ۳۰۰ جذب آهن نمی شوند چون دارای مقادیر بالایی نیکل هستند  در مقابل سری ۴۰۰ که دارای نیکل ندارند و فقط کروم دارند جذب آهنربا می شوند.

حرف L بعد از نام استینلس استیل برای مثال، ۳۱۶ L  نشانه چیست ؟

حرف L مخفف عبارت Low carbon  است و نشان می دهد که مقدار کربن آلیاژ به کمتر از ۰٫۰۳% کاهش پیدا کرده است. این مقدار کم کربن باعث می شود  بعد از عملیات جوشکاری، همچنان لایه اکسید محافظتی روی سطح حضور داشته باشد.

تکنولوژی آبکاری یون تیتانیوم یا TITANIUM  ION  PLATING)) چیست؟

دربها و نرده های طلایی , رنگ نشده و با استفاده از این روش پیشرفته یونهای تیتانیوم بر روی استیل قرار گرفته و رنگ آن را تغییر می دهند . قابل توجه است که بر خلاف نمونه های مشابه دیگر  مادام العمر تغییر رنگ نداده و زنگ نمی زنند و دلیل آن هم استفاده از همین تکنولوژی جدید می باشد.

تیتانیوم و آلیاژهای آن نسبت به وزن خود، استحکام بالایی دارند. این نوع از آلیاژها همچنین در مقابل خوردگی بسیار مقاوم‌ هستند چراکه لایه‌ای بسیار نازک اما مقاوم از اکسید در سطح خود تشکیل می‌دهند. از این عنصر و آلیاژهای آن به دلیل وزن کم، استحکام و همچنین مقاومت در برابر خوردگی، استفاده‌ می‌شود.