استنلس استیل 201

استنلس استیل (Stainless Steel) یا فولادهای زنگ‌نزن، رده ای از فولادها هستند که به دلیل مقاومت بالا به خوردگی، به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. درصد کروم در این فولادها بالاست (بیش از 10.5%). استنلس استیل 201 یکی از گریدهای فولاد زنگ‌نزن آستنیتی است که در ادامه این مقاله از استیل رخ آن را به طور کامل معرفی می‌کنیم و ویژگی‌های برجسته آن را بازگو خواهیم کرد.

استنلس استیل 201 چیست؟

استنلس استیل 201 شکل پذیری خوب، مقاومت در برابر خوردگی و کارپذیری خوبی دارد. این گرید بسیار شبیه به گرید 301 است، اما قیمت مناسب‌تری دارد.

فولادهای زنگ‌نزن سری 200 دارای مقدار نیکل بسیار کمتری نسبت به سری 300 هستند. از آنجایی که قیمت نیکل در سال‌های اخیر افزایش قابل توجهی داشته است، تمایل صنعتگران به استفاده از این گروه از فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی بیشتر شده است. درصد نیتروژن و منگنز نیز در این گرید بیشتر از فولادهای سری 300 است.

شاید بارزترین مزیت این سری از فولادهای زنگ‌نزن صرفه اقتصادی آنهاست. با این مزیت، بسیاری از تولیدکنندگان به دنبال ارتقای گریدهای سری 200 و تولید گریدهای جدید برای استفاده بیشتر در صنعت هستند.

 

ویژگی های اصلی استنلس استیل 201

1. درصد نیکل کمتر از سری 300 بخاطر افزایش میزان نیتروژن
2. قیمت ارزان‌تر از فولادهای سری 300
3. خواص مکانیکی و فیزیکی مشابه سری 300
4. شکل پذیری مشابه سری 300 و دارا بودن قابلیت کشش عمیق
5. مقاومت در برابر خوردگی مشابه 430 (یعنی مقاومت به خوردگی آن به خوبی سری 300 نیست)
6. وجود درصد کربن بالا ممکن است باعث ترک خوردگی ناشی از تنش یا SCC¹، به خصوص پس از جوشکاری قطعات ضخیم‌تر شود
7. غیر مغناطیسی (نگیر)
8. قابل استفاده در دماهای برودتی

 

گریدهای استنلس استیل 201

استنلس استیل 201L : این گرید نسخه کم کربن 201 است.

استنلس استیل 201LN: این گرید نسخه کم کربن و دارای نیتروژن بیشتر 201 است.

ویژگی های کلیدی استنلس استیل 201

همان گونه که گفته شد، استنلس استیل 201 اقتصادی‌ترین فولاد زنگ‌نزن سری 200 است. دلیل این امر ترکیب شیمیایی و ویژگی های فیزیکی و مکانیکی زیر است. البته ذکر این نکته قابل توجه است که استنلس استیلی که تحت نام 201 در بازار ایران عرضه می‌شود بعضاً مشخصاتی به مراتب پایین‌تر از استانداردهای جهانی این گرید دارد، ولی معیار ما در اینجا استانداردهای جهانی 201 است.

 

ترکیب شیمیایی استنلس استیل 201

در جدول زیر خواص شیمیایی استیل 201 در سه نوع آورده شده است.

گرید فولاد	کربن (C)	منگنز (Mn)	سیلیسیم (Si)	کروم (Cr)	نیکل (Ni)	نیتروژن (N)
201	0.15	5.50 – 7.50	1	16.0 – 18.0	3.50 – 5.50	0.25
201L	0.03	5.50 – 7.50	0.75	16.0 – 18.0	3.50 – 5.50	0.25
201LN	0.03	6.40 – 7.50	0.75	16.0 – 18.0	4.0 – 5.0	0.01-0.25

 

خواص مکانیکی استیل 201

خواص فیزیکی استیل 201 و نوع کم کربن آن را (201 ال )در جدول زیر مشاهد می کنید.

گرید فولاد	استحکام کششی (MPa)	استحکام تسلیم (MPa)	درصد ازیاد طول	سختی (راکول بی HRB)
201	696	301	56	85
201L	705	356	56	93

 

خواص فیزیکی استنلس استیل 201

خواص فیزیکی استیل 201 شامل موارد زیر است:

گرید فولاد	چگالی (Kg/m3)	مدول الاستیک (GPa)	مقاومت الکتریکی (nΩ.m)	ضریب انبساط حرارتی	هدایت حرارتی (W/m.K)	گرمای ویژه (J/kg.K)
201	7800	197	740	16.6	16.3	500

 

خواص مغناطیسی استنلس استیل 201

استیل 201 از دسته استنلس استیل سری 200 است که جزو فولادهای ضد زنگ آستنیتی محسوب می شود. بنابراین این استیل در حالت عادی خاصیت معناطیسی ندارد و اصطلاحاً نگیر است. البته در صورت قرار گرفتن استیل 201 در شزایط کارسرد، ساختار درونی آن دچار دگرگونی می شود که باعث بروز خصوصیات مغناطیسی در این فلز می گردد.

 

استانداردهای استنلس استیل 201

استنلس استیل 201 در استانداردهای گوناگون با نام های مختلفی شناخته می شود که در جدول زیر آمده است.

گرید فولاد	شماره UNS	استاندارد اروپایی (Euronorm)	استاندارد ژاپنی (JIS)
201	20100	1.4372	SUS 201
201L	20103	1.4371	SUS 201L
201LN	S20153

 

 

جایگزین های استنلس استیل 201

در شرایط کاری گوناگون با فاکتورهای محیطی مختلف می‌توان از جایگزین‌های 201 نیز استفاده کرد.

گرید فولاد	دلیل جایگزینی با 201
304	مقاومت به خوردگی و ترک خوردگی تنشی بالاتری مورد نیاز باشد. اما شکل پذیری و استحکام مشابه باشد.
301L	درجه کار سختی بالاتری برای قطعات نورد شده یا کشیده شده مورد نیاز باشد. مقاومت به خوردگی بالاتری مورد نیاز باشد.
302HQ	درجه کار سختی کمتری برای فورجینگ سرد پیچ‌ها و پرچ‌ها مورد نیاز باشد. مقاومت به خوردگی بالاتری مورد نیاز باشد.
303	ماشینکاری بیشتری مورد نیاز باشد. شکل پذیری و قابلیت جوشکاری تقریبا مشابه باشد. مقاومت به خوردگی بالاتری مورد نیاز باشد.
316	مقاومت بالاتری در برابر خوردگی حفره‌ای و خوردگی شکافی در محیط‌های خورنده و کلریدی مورد نیاز باشد.
321	مقاومت بهتری در دماهای بالا، حدود 900-600 درجه سانتی‌گراد مورد نیاز باشد. گرید 321 مقاومت گرمایی بالاتری دارد. همچنین مقاومت به خوردگی بالاتری مورد نیاز باشد.
430	مقاومت به ترک خوردگی تنشی بالاتری مورد نیاز باشد. اما شکل پذیری و استحکام مشابه باشد.

 

مقایسه استیل 201 و 304

استیل 201 و 304 هردو از دسته فولادهای زنگ نزن آستنیتی هستند که خواص غیر مغناطیسی دارند یا اصطلاحاً نگیر هستند. اما مهمترین تمایز این دو در میزان نیکل در آلیاژ است. استیل 201 حدود 5% نیکل دارد در حالیکه استنلس استیل 304 بالای 8% نیکل در آلیاژ خود داراست که باعث برتری استیل 304 در مقاومت در برابر خوردگی می گردد. از آنجا که نیکل عنصر گران قیمتی می باشد این تفاوت در میزان نیکل، تأثیر معنادارای در اختلاف قیمت این دو باعث می شود و از استیل 201 گزینه به صرفه تری می سازد. باید توجه داشت که در محیط هایی با رطوبت بالا یا امکان تماس مواد خورنده، نمی توان از استیل 201 انتظار مقاومت بالایی داشت و باید از استیل 304 استفاده نمود.

استیل 201 از میزان بالایی منگنز و نیتروژن در ترکیب خود برخوردار است، استحکام و مقاومت بالایی در برابر نیرو از خود نشان می دهد. اما در عوض نسبت به استیل 304 خاصیت فرم پذیری و جوشکاری کمتری دارد.

 

راه شناسایی استیل 201 از 304

راه های متعددی برای تشخیص استیل 201 از 304 وجود دارد. مثلا هرچند که هر دو این آلیاژها غیر مغناطیسی هستند، اما استیل 201 در مقابل آهنربای خیلی قوی تا حدی خاصیت مغناطیسی از خود نشان می دهد. همچنین مقاومت استیل 304 نسبت به خراش مقاومت بالاتری نسبت به استیل 201 دارد و این امر را می توان با ایجاد خراش روی این دو مقایسه کرد و مشاهده نمود که آسیب پذیری استیل 201 بیشتر است. اگر تجربه زیادی در تشخیص گریدهای استیل داشته باشید، حتی شکل ظاهری آنها هم تا حدی قابل تمایز است. استیل 201 به علت منگنز بیشتر نسبت استیل 304 کدر تر است.

از تست های محلولی نیز می توان برای تشخیص این دو آلیاژ استفاده نمود . اما مطمئن ترین راه تشخیص آلیاژها آنالیزهای انجام شده توسط آزمایشگاه های معتبر است.

خواص استنلس استیل 201

برای درک دقیق تر خواص استنلس استیل 201 ، از حوانب مختلف عملکرد این آلیاژ را در فرآیندهای صنعتی بررسی می کنیم.

مقاومت در برابر خوردگی استنلس استیل 201

گریدهای سری 200 در مواردی مشابه با گریدهای 304 و 301 در شرایط خوردگی کم، عمدتاً در کاربردهای داخلی در دمای اتاق استفاده می‌شوند.

استفاده از آنها در محیط‌های کلرید و خورنده توصیه نمی‌شود.

مقاومت در برابر حرارت و اکسیداسیون

مقاومت در برابر اکسیداسیون مشابه گرید 1.4310 (301) تا 840 درجه سانتی‌گراد است.

حرارت دهی در بازه دمایی 450 تا 850 درجه سانتی‌گراد باعث رسوب کاربید و نیترید در مرز دانه‌‌ها می‌شود.

شکل دهی استنلس استیل 201

فولاد زنگ‌نزن گرید 201 را می‌توان با استفاده از تمام روش های شکل دهی رایج و فورجینگ مشابه فولادهای ضد زنگ سری 300 تشکیل داد.

قابلیت جوشکاری استنلس استیل 201

فولاد زنگ‌نزن گرید 201 قابلیت جوشکاری با تمامی تکنیک‌‌های رایج را دارد.

این گرید به خوردگی بین دانه‌ در ناحیه تحت تأثیر گرما (HAZ)² که ضخامت آن بیش از 6 میلی‌متر است، حساس است.

معمولا از فیلر و الکترود 308L برای گرید 201 استفاده می‌شود.

توصیه می‌شود از گاز محافظ حاوی نیتروژن در جوشکاری استفاده شود.

تمیزکاری، اسید شویی و پسیو کردن (passivation)³ پس از جوشکاری بسیار مهم است.

کار گرم فولاد زنگ‌نزن 201

این گرید از فولاد در بازه دمایی 1230- 1150 درجه سانتی‌گراد قابلیت کار گرم دارد.

دمای نهایی کار گرم نباید زیر 900 درجه سانتی‌گراد باشد.

پس از کار گرم می‌توان قطعه را در هوا سرد کرد.

عملیات نهایی پس از کار گرم شامل آنیل کردن، اسید شویی و پسیو کردن است، تا خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی بازیابی شود.

کار سرد فولاد زنگ‌نزن 201

استنلس استیل 201 چقرمگی و انعطاف پذیری مناسبی دارد که به آن قابلیت کشش و پخ زنی را می‌دهد.

این گرید نسبت به سایر فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی (مانند 304 و 301) زودتر کارسخت می‌شود. بنابراین پس از کار سرد نیاز به آنیل کردن دارد.

عملیات حرارتی استنلس استیل 201

فولاد زنگ‌نرن گرید 201 در بازه دمایی 1093-1010 درجه سانتی‌گراد آنیل می‌شود.

بهترین مقاومت به خوردگی، پس از آنیل در دمایی بالای 1065 درجه سانتی‌گراد حاصل می‌شود.

زمان آنیل به ازای هر 25 میلی‌متر ضخامت قطعه، 90 دقیقه است.

برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن، دما نباید از 1093 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند.

برای جلوگیری از تبلور کاربیدها بایستی پس از آنیل به سرعت در آب یا هوا ( با اتمسفر کنترل شده) سرد شود.

گرید 201LN را می توان در بازه دمایی 400 تا 500 درجه سانتی‌گراد تنش‌گیری کرد.

اگر گرید 201 که دارای درصد کربن بالاتری است در این بازه دمایی تنش‌گیری شود، خطر رسوب کاربید در مرز دانه و کاهش مقاومت خوردگی وجود دارد.

کاربرد استنلس استیل 201

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی سری 200 معمولا جایگزینی برای انواع گریدهای 304 و 301 و همچنین فولادهای كربنی (كروم – منگنز) هستند. این گریدها عمدتا برای مصارف داخلی در مکان‌هایی که امکان خوردگی کمی وجود دارد و در دمای اتاق استفاده می‌شوند.

برخی از کاربردهای استنلس استیل 201 عبارتند از:

مبلمان

انواع سطل

فواصل بین قاب پنجره

در کفش‌های ایمنی (محافظ وسط زیره کفش)

تجهیزات با کشش عمیق آشپزخانه مانند انواع ظروف آشپزی و سینک

گیره‌های شلنگ

چارچوب تریلر

تسمه‌های صنعتی

ریل‌های نورد شده راه آهن

همچنین گرید 201LN نیز در سازه‌های جوشکاری استفاده می‌شود. از این گرید در کاربردهای دمای پایین مانند سقف قطارها، مخازن ذخیره‌سازی گاز مایع، کامیون‌ها، تریلرها و تجهیزات جابجایی زغال سنگ استفاده می‌شود.

سخن آخر

مجموعه استیل رخ با چندین دهه حضور تاثیر گذار در صنایع فولاد کشور، تامین کننده انواع ورق استیل، لوله، پروفیل و سایر مقاطع و اتصالات استیل است. اگر قصد مشاوره یا خرید انواع مقاطع فولادی را دارید با ما تماس بگیرید. مهندسان و کارشناسان مجموعه آماده پاسخگویی به کلیه سوالات و ارائه مشاوره رایگان به شما مشتریان عزیز هستند.

برگرفته از: azom و integritystainless

توضیح اصطلاحات

1. ترک خوردگی تنشی یا SCC (Stress Corrosion Cracking): ترک خوردگی تنشی یک پدیده ناشی از تأثیر ترکیبی تنش کششی و یک محیط خورنده است. تأثیر SCC بر روی یک قطعه معمولاً بین ترک خوردگی خشک و آستانه خستگی آن قطعه قرار می گیرد. 

 

2. HAZ: منطقه تحت تاثیر از حرارت یا HAZ مخفف Heat Affected Zone است. HAZ به محدوده اطراف نقطه جوشکاری یا برشکاری شده گفته می‌شود. در این محدوده به دلیل بالا رفتن دما، تغییرات متالورژیکی ایجاد شده که موجب تغییر ساختار در آن منطقه شده است. محدوده HAZ با تغییر رنگ روی قطعه فلزی مشخص است.

 

3. پسیو کردن یا پسیواسیون (passivation): عملیاتی است که موجب غیر فعال شدن سطح و عدم واکنش پذیری آن می‌شود. معمولا پس از تمیزکاری فولاد استنلس استیل قطعات وارد وان پسیواسیون می‌شوند که شامل یکی از محلول های زیر است:
   
   • محلول اسید نیتریک
   • محلول اسید نیتریک + سدیم دی کرومات
   • محلول اسید سیتریک

   هر یک از این محلول‌ها شرایط دمایی و زمانی خاصی دارند. برای تست پسیواسیون سطح کافی است بر اساس استاندارد ASTM A380، قطعه را به مدت 6 دقیقه در محلول سولفات مس / اسید سولفوریک قرار دهید. اگر رسوب مس روی سطح مشاهده شد، به این معنی است که پسیواسیون انجام نشده است.