مقایسه گریدهای فریتی و مارتنزیتی استنلس استیل سری ۴۰۰

استنلس استیل سری 400 شامل گریدهای پرکاربردی است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دسته دارای گریدهایی است که برخی از آن‌ها دارای ریزساختار مارتنزیتی و برخی دیگر دارای ریزساختار فریتی هستند. این گریدها دارای تفاوت‌های زیادی در کاربرد، خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی، مقاومت به سایش و … هستند. با شناخت درست تفاوت‌ها و ویژگی این دو دسته می‌توان انتخاب دقیق‌تری داشت. در این مقاله از استیل رخ به بررسی و مقایسه استنلس استیل مارتنزیتی و فریتی در استیل سری 400 می‌پردازیم.

استیل فریتی و استیل مارتنزیتی

استنلس استیل بر اساس ریزساختار به دسته‌های مختلفی طبقه‌بندی می‌شود. در سری 400 دو فاز مارتنزیت و فریتی در گریدهای مختلف تشکیل دهنده فاز زمینه هستند. فریت ساختاری نرم‌تر و داکتیل‌تر نسبت به مارتنزیت دارد. اغلب مقاومت به خوردگی استیل فریتی نیز از استیل مارتنزیتی بیشتر است. از سوی دیگر مارتنزیت فازی با استحکام و سختی بالاست که قابلیت شکل‌پذیری ضعیفی دارد. در ادامه به‌طور مفصل ویژگی‌ها و خواص این دو دسته را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.

آلیاژهای فریتی استنلس استیل سری 400

حدود 20 درصد از بازار فولاد ضد زنگ را این دسته از آلیاژها تشکیل می‌دهند. عنصر اصلی آلیاژی این دسته کروم است که در گریدهای مختلف بین 10.5 تا حدود 27 درصد وزنی است. این میزان از کروم می‌تواند مقاومت به خوردگی خوبی را ایجاد کند. گریدهای فریتی استنلس استیل سری 400 فاقد نیکل هستند و یا میزان نیکل موجود در آنها  کم است. به دلیل مغناطیسی بودن فاز فریت، این دسته آلیاژها خاصیت مغناطیسی دارند و به آهن‌ربا جذب می‌شوند. فاز فریت نسبت به فاز مارتنزیت از قابلیت شکل‌پذیری و جوشکاری بهتری برخوردار است.

با توجه به ساختار فریتی، این گریدها انبساط حرارتی کمتر و هدایت حرارتی بالاتری نسبت به گریدهای آستنیتی دارند و در شرایط تنش حرارتی چرخه‌ای عملکرد مناسبی از خود نشان می‌دهند. گریدهای فریتی سری 400 مقاومت بهتری نیز در برابر ترک خوردگی تنشی دارند و می‌توانند در این کاربری‌ها به خوبی ایفای نقش کنند. مقاومت به خوردگی آن‌ها در برابر اسید نیتریک، گازهای حاوی گوگرد، و اسیدهای آلی بسیار خوب است. یکی از ویژگی‌های حائز اهمیت در این گریدها، عدم سخت شدن آن‌ها با انجام عملیات حرارتی است.

گریدهای استیل 430، 405، 409، 434، 436، 442 و 446 از جمله گریدهای فریتی استنلس استیل سری 400 به حساب می‌آیند. به‌طور کلی می‌توان گفت کاربرد این گریدها در محیط‌هایی با دمای بالا مانند اگزوزهای وسایل نقلیه، تجهیزات پتروشیمی، ساخت کوره‌ها، ساخت مبدل‌های حرارتی و …است.

آلیاژهای مارتنزیتی استنلس استیل سری 400

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی، گریدهای پرکاربردی هستند که مهم‌ترین ویژگی‌شان استحکام و سختی بالاست که علت آن وجود مقادیر نسبتاً زیاد کربن در ترکیب شیمیایی آن‌هاست. این دسته با محتوایی حدود 12 تا 18 درصد کروم از مقاومت به خوردگی خوبی بهره‌مند هستند. مهم‌ترین ویژگی گریدهای مارتنزیتی سری 400 قابلیت انجام عملیات حرارتی برای استحکام بخشی است، که با افزایش استحکام می‌توان خواص سایشی خوبی را در آن‌ها مشاهده کرد.

مقاومت این گروه از آلیاژهای استیل، نسبت به خوردگی خوب است اما مقاومتشان در برابر ترک خوردگی تنشی نسبت به سایر گریدهای آستنیتی و فریتی کمتر است. گریدهای 410، 410S، 431، 420، 416 و 440 از جمله گریدهایی هستند که ریزساختاری مارتنزیتی دارند. استیل 420 و استیل 410 از جمله پرکاربردترین گریدهای این سری هستند که در ساخت تیغه‌های جراحی، کارد و چنگال، قیچی‌ها، فنرها و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مقایسه خواص مکانیکی استنلس استیل فریتی و مارتنزیتی

پس از توضیحات کلی درباره گریدهای مارتنزیتی و فریتی سری 400 حال به‌صورت جزئی‌تر خواص مکانیکی آن‌ها را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. درباره خواص مکانیکی آلیاژهای استیل بیشتر بخوانید.

• استحکام: گریدهای مارتنزیتی دارای استحکام بالاتری هستند. در نمودار زیر استحکام گریدهای فریتی و مارتنزیتی استنلس استیل سری 400 با یکدیگر مقایسه شده است.

• کشش‌پذیری و ازدیاد طول: همان‌طور که در جدول زیر مشاهده می‌کنید گریدهای مارتنزیتی قابلیت کشش‌پذیری کمتری دارند. در مقابل گریدهای فریتی درصد ازدیاد طول نسبتاً بیشتری دارند و برای عملیات کشش مناسب‌تر هستند.
• سختی: گریدهای مارتنزیتی نسبت به گریدهای فریتی، سختی بیشتری دارند و از همه مهم‌تر اینکه، گریدهای مارتنزیتی قابلیت عملیات حرارتی برای سخت‌کاری دارند و می‌توان آن‌ها را سخت کرد.

 ویژگی‌های گریدهای فریتی و مارتنزیتی استنلس استیل سری 400

گریدهای فریتی

• مقاومت در برابر خوردگی بهتر
• مقاومت در برابر پوسته‌ای شدن در دمای بالا
• استحکام بالاتر نسبت به فولادهای ساده کربنی
• مغناطیسی بودن
• شکل‌پذیری و جوش‌پذیری عالی
• غیرقابل سخت شدن با عملیات حرارتی

گریدهای مارتنزیتی

• دستیابی به استحکام بالا با انجام عملیات حرارتی
• مقاومت به خوردگی خوب
• قابلیت ماشینکاری خوب
• شکل‌پذیری محدود
• سختی سطحی بالا نسبت به سایر گریدهای استیل
• قابلیت عملیات حرارتی
• مقدار کربن بیشتر در ترکیب شیمیایی

مقایسه ویژگی‌های گریدهای فریتی و مارتنزیتی

همان‌طور که در طول متن گفته شد، هر دوی این دسته از آلیاژها دارای ویژگی‌های نزدیک به هم هستند. البته میزان آن‌ها متفاوت است. در این بخش به مقایسه کوتاهی از این ویژگی‌ها می‌پردازیم:

مقاومت به خوردگی: گریدهای فریتی نسبت به مارتنزیتی مقاومت به خوردگی بالاتری دارند.

استحکام و سختی سطحی: گریدهای مارتنزیتی نسبت به فریتی مستحکم‌تر هستند.

شکل‌پذیری و جوش‌پذیری: گریدهای فریتی به دلیل ویژگی‌های ذاتی فاز فریت در این بخش عملکرد بهتری دارند.

کاربردهای گریدهای فریتی و مارتنزیتی

گریدهای فریتی اغلب دارای استحکام کمتری هستند و مقاومت خوبی در برابر محیط‌های خورنده و ترک خوردگی تنشی دارند. به‌طور کلی می‌توان کاربردهای گریدهای فریتی را به‌صورت زیر خلاصه کرد:

• صنعت خودروسازی
• صنعت ساخت و ساز
• صنایع شیمیایی
• لوازم خانگی

گریدهای مارتنزیتی نیز به دلیل استحکام بالایی که دارند اغلب در محیط‌های تحت تنش و یا مواردی که نیاز به سختی بالایی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای این دسته نیز به‌صورت زیر خلاصه می‌شود:

• ساخت کارد و چنگال
• تیغه‌های جراحی در صنایع پزشکی و بهداشتی
• تیغه‌های برش
• بلبرینگ‌ها
• اجزای خودرو مانند فنرها
• صنعت هوافضا

در عمل، بخش زیادی از گریدهای سری 400 به‌صورت ورق استیل و کلاف تولید و مصرف می‌شود. برای مثال ورق 430 به دلیل قیمت مناسب، مغناطیسی بودن و ظاهر مناسب، در لوازم خانگی، پنل‌های تزئینی و سینک‌ها کاربرد دارد و ورق 409 در سامانه‌های اگزوز خودرو استفاده می‌شود.

هنگام انتخاب ورق از این سری باید به تفاوت رفتار دو دسته توجه کرد؛ ورق‌های فریتی معمولاً در حالت آنیل تحویل داده می‌شوند و شکل‌پذیری خوبی دارند، اما ورق‌های مارتنزیتی مانند 410 و 420 معمولاً پس از شکل‌دهی و ماشین‌کاری تحت عملیات حرارتی سخت‌کاری قرار می‌گیرند. همچنین در سفارش ورق باید ضخامت، وضعیت سطح و شرایط تحویل (آنیل یا سخت‌شده) دقیقاً مشخص شود.

سخن آخر

همان‌طور که در این مطلب در خصوص سری 400 و مقایسه گریدهای مارتنزیتی و فریتی خواندیم، هر یک از این گریدها، ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای خاصی مناسب می‌سازد. گریدهای فریتی به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی و شکل‌پذیری بالا، در صنایع مختلفی از جمله ساختمان‌سازی، لوازم منزل و خودرو کاربرد گسترده‌ای دارند. در مقابل، گریدهای مارتنزیتی به دلیل استحکام بالا و سختی، بیشتر در کاربردهایی مانند ابزارآلات برش و ساخت تیغه‌ها استفاده می‌شوند.