آیا آلیاژهای مشابه در استانداردهای مختلف ترکیب یکسان دارند؟

آلیاژهای فلزی و بخصوص فولادها بخش بسیار مهمی از صنایع مختلف را تشکیل می‌دهند. وقتی از آلیاژ صحبت می‌کنیم، در واقع به ترکیبی از فلزات یا فلز با غیرفلزات اشاره داریم که برای رسیدن به خواص بهینه برای کاربردی خاص طراحی و تولید شده‌اند. به‌عنوان مثال، استنلس استیل (فولاد ضدزنگ) یک سری از آلیاژهای شناخته‌شده و پرکاربرد هستند که در حوزه‌های گوناگون از صنایع غذایی و دارویی گرفته تا نفت و گاز، نقش کلیدی دارد و انواع ورق استیل و دیگر سطوح استیل در این صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این آلیاژها با استانداردهای مختلف در سطح جهانی طبقه‌بندی و نام‌گذاری می‌شوند. استانداردهای آمریکایی (AISI, ASTM)، اروپایی (EN, DIN)، ژاپنی (JIS)، چینی (GB) و روسی (GOST) شناخته‌شده‌ترین استانداردهای هستند که در بازار ایران مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر یک از این استانداردها ممکن است تعاریف خاص خود را از ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و پارامترهای تولید ارائه دهند. از همین رو، پرسش مهمی که برای بسیاری از مهندسان، تأمین‌کنندگان و مصرف‌کنندگان صنعتی مطرح می‌شود این است که آیا آلیاژهای مشابه در استانداردهای مختلف، دقیقاً ترکیب یکسانی دارند؟

در این مطلب از استیل رخ قصد داریم به این پرسش پاسخ دهیم و ضمن معرفی دلایل وجود استانداردهای گوناگون، به بررسی تفاوت‌ها و شباهت‌های موجود در ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی برخی از آلیاژهای رایج بپردازیم.

 چرا استانداردهای مختلف برای آلیاژها وجود دارند؟

تاریخچه استانداردها تا حد زیادی به پیشینه صنعتی هر کشور بازمی‌گردد. در آغاز قرن بیستم، بسیاری از کشورهای صنعتی پیشرو همچون آلمان، آمریکا، انگلیس و ژاپن، تلاش کردند تا برای مواد و فرایندها استانداردهایی تنظیم کنند. این استانداردها کمک می‌کردند که تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان بتوانند با زبان مشترکی درباره کیفیت، ترکیب و خواص محصولات گفت‌وگو کنند.

از آن زمان تاکنون، صنایع مختلفی شکل گرفته‌اند که هر کدام نیازهای خاص خود را دارند. برای مثال، صنعت هوافضا به آلیاژهایی با مقاومت به دمای بالا نیازمند است، در حالی که صنعت غذایی به آلیاژهایی نیاز دارد که کمترین واکنش را با مواد خوراکی داشته باشند. در نتیجه، هر کشور و منطقه صنعتی و حتی هر صنعت بسته به نیازهایش، استانداردهایی را تعریف کرده که ممکن است با استانداردهای دیگر کشورها تفاوت‌های جزئی یا حتی اساسی داشته باشد.

همچنین، در سطح بین‌المللی نهادهایی مانند ISO (سازمان بین‌المللی استاندارد) نیز تلاش می‌کنند تا استانداردهای یکپارچه‌تری ایجاد کنند. اما در عمل، صنایع همچنان ترجیح می‌دهند از استانداردهای ملی، منطقه‌ای و یا صنفی خود پیروی کنند؛ چراکه زیرساخت‌ها وتجهیزات آن‌ها بر پایه همان استانداردها طراحی و ساخته شده است.

 مقایسه استانداردهای رایج در آلیاژها

برخی از استانداردها به دلیل دقت بالایی که در تعریف پارامترهای مختلف دارند، در سرتاسر دنیا مورد تایید هستند و کارخانجات زیادی بر پایه آن‌‌ها فعالیت می‌کنند. استانداردهایی که در ادامه معرفی می‌کنیم، چند نمونه از آن‌ها هستند.

•  استاندارد ASTM و AISI: انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) و همچنین (ASTM) برای نام‌گذاری فولادها و آلیاژهای فولادی سیستم خاص خود را دارند. در این سیستم، اعداد یا حروفی تعیین می‌شوند که نشان‌دهنده گروه آلیاژی و ترکیب شیمیایی آن هستند؛ مانند سری 300 برای استنلس استیل آستنیتی (304، 316 و …).
• استاندارد DIN و EN: آلمان با موسسه DIN و اتحادیه اروپا با استاندارد (EN) سیستم کدگذاری متفاوتی را ارائه می‌دهند. مثلاً برای استنلس استیل 304، معادل DIN آن X5CrNi18-10 و در EN با کد 1.4301 مشابه است.
• استاندارد ژاپنی JIS: استاندارد صنعتی ژاپن برای فولادها و آلیاژها اغلب از پیشوند SUS برای استنلس استیل استفاده می‌کند؛ مانند SUS304 یا SUS316.
• استاندارد روسی GOST: در روسیه نیز استاندارد GOST وجود دارد که آلیاژها را با کدها و نام‌گذاری‌های خاص خود تعریف می‌کند و خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژها را تعریف کرده‌است. در مقاله آشنایی با استاندارد روسی GOST نام برخی از آلیاژهای پرکاربرد استنلس استیل را ذکر کرده‌ایم.

آیا ترکیب شیمیایی در استانداردهای مختلف دقیقاً یکسان است؟

در بسیاری از موارد، وقتی می‌گوییم آلیاژی مانند 304 یا 316 (تفاوت استنلس استیل 304 و 316) در استانداردهای مختلف وجود دارد، منظورمان این است که این آلیاژها تا حد زیادی از نظر ترکیب شیمیایی شبیه به هم هستند. با این حال، شباهت لزوماً به معنای یکسان بودن صددرصدی نیست.

برای مثال، فولاد ضدزنگ 304 در استاندارد AISI به عنوان آلیاژی با 18 تا 20 درصد کروم و 8 تا 10.5 درصد نیکل معرفی می‌شود. اما در استاندارد DIN، همان آلیاژ (X5CrNi18-10) ممکن است محدوده کمی متفاوتی برای برخی عناصر آلیاژی مانند کربن، منگنز، فسفر یا گوگرد در نظر بگیرد. این تفاوت‌های جزئی ممکن است در برخی کاربردهای حساس تأثیرگذار باشند؛ به‌ویژه جایی که کنترل دقیق عناصر آلیاژی اهمیت دارد، مثل کاربردهای پزشکی یا صنایع شیمیایی با شرایط خورندگی بالا.

از سوی دیگر، برای اکثر کاربردهای عمومی، این تفاوت‌های جزئی ممکن است تأثیر چندانی نداشته باشند. چراکه عملکرد مکانیکی و مقاومت به خوردگی در محدوده‌ای قرار می‌گیرد که استانداردها برای آن آلیاژ خاص تعریف کرده‌اند. به بیان دیگر، اگرچه ممکن است دامنه مجاز عناصر آلیاژی در استانداردهای مختلف اندکی متفاوت باشد، اما محصول نهایی همچنان در گروه مشابهی از آلیاژ قرار می‌گیرد و برای کاربردهای معادل قابل استفاده است.

برای درک بهتر این موضوع، به بررسی آلیاژ استنلس استیل 309 می‌پردازیم. این آلیاژ با کد 1.4828 در کتاب کلید فولاد معرفی شده‌است. اما آیا استیل 309 و استیل 1.4828 با یکدیگر یکسان هستند؟

با بررسی این جدول می‌توان مشاهده کرد که برخی از آلیاژها دارای تفاوت های اندکی در ترکیب شیمیایی هستند. این تفاوت‌ها قطعا دچار تغییراتی در خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژ می‌شوند. اما این تغییرات بسیار جزئی هستند و همانطور که گفته شد تنها در کاربردهای خاص در صنایع حساس اهمیت پیدا می‌کنند. اما به طور کلی می‌توان آن‌ها را معادل یکدیگر در نظر گرفت. با تغییرات اندک در ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی نیز دست‌خوش تغییراتی می‌شود. همانطور که در جدول نیز قابل مشاهده است، تغییرات بسیار جزئی هستند و در بسیاری از صنایع می‌توان از این اختلاف نیز چشم پوشی کرد.

سخن آخر

استانداردهای متنوع برای آلیاژها نه‌تنها نتیجه تاریخچه صنعتی و الزامات ویژه هر منطقه‌اند، بلکه نشان‌دهنده تلاش مستمر برای بهبود خواص و کاربردهای فلزات در زمینه‌های مختلف هستند. اگرچه آلیاژهای مشابه در استانداردهای گوناگون ممکن است از لحاظ ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی تفاوت‌های اندکی داشته باشند، اما در بسیاری از کاربردهای عمومی، این تفاوت‌ها آن‌قدر چشمگیر نیست که مانع استفاده جایگزین شود. درعین‌حال، برای کاربردهای حساس و دقیق، توجه به همین جزئیات می‌تواند ضامن ایمنی و عملکرد بهینه باشد. ازاین‌رو، آشنایی عمیق با استانداردهای ملی و بین‌المللی، مقایسه دقیق آلیاژهای معادل و درک درست از نیازهای پروژه، اصلی‌ترین ابزار برای انتخاب بهترین گزینه ممکن به‌شمار می‌رود.