آشنایی با انواع آلیاژ استیل و خواص آن‌ها

فولادهای مستحکم و ضدزنگ با آلیاژهای متفاوت

استنلس استیل یا همان فولاد ضد زنگ یک ماده یا یک آلیاژ واحد نیست، بلکه نام خانواده‌ای از فولادهای مقاوم در برابر خوردگی است. امروزه انواع ورق استیل، لوله استیل و سایر مقاطع با آلیاژهای بسیار متنوعی از استنلس استیل برای کاربردهای مختلف تولید می‌شوند. مانند بسیاری از اکتشافات علمی، منشأ فولاد ضد زنگ نیز در یک اتفاق تصادفی نهفته است. در سال 1913، در شفیلد انگلستان، هری برلی در حال بررسی توسعه آلیاژهای فولادی جدید برای استفاده در لوله های تفنگ بود که متوجه شد، برخی از نمونه هایش زنگ نمی‌زند و به سختی خراشیده می‌شود. این آلیاژها حاوی حدود 13 درصد کروم بودند. اولین کاربرد این فولادها در کارد و چنگال بود که شفیلد پس از آن به همین علت به شهرت جهانی رسید. در این مطلب می‌خواهیم به بررسی انواع آلیاژ استیل بپردازیم.

آلیاژهای استیل از چه عناصری تشکیل شده اند

فولادها آلیاژهایی از آهن و کربن هستند. فولادهای زنگ‌نزن یا استنلس استیل فولادهایی هستند که حداقل 10.5 درصد کروم، کمتر از 1.2 درصد کربن و سایر عناصر آلیاژی دارند. مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی فولاد ضد زنگ را می توان با افزودن عناصر دیگری مانند نیکل، تیتانیوم، نیوبیم، مولیبدن، منگنز و غیره بهبود بخشید. پس سه عنصر اصلی برای تولید انواع آلیاژهای استنلس استیل عبارتند از کربن، کروم و نیکل. این سه عنصر دارای ویژگی‌های خاصی هستند که هریک خاصیت‌ مشخصی را به استیل می‌دهند. این ویژگی‌ها عبارتند از:

• کربن: آلیاژهایی که با درصد بالاتری کربن تولید می‌شوند، دارای استحکام و دوام بیشتری هستند.
• کروم: افزودن فلز کرومیوم، استیل‌هایی را به وجود می‌آورد که در مقابل خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند.
• نیکل: وجود نیکل در استیل علاوه بر افزودن پایداری، قابلیت جوش‌کاری و فرم‌پذیری بالایی را ایجاد می‌کند ضمن اینکه کمک می‎‌کند تا خواص ضد خوردگی نیز بهبود یابد.

با توجه به اینکه می‌توان از ترکیب این سه عنصر و چند عنصر دیگر انواع آلیاژهای استنلس استیل را تولید کرد، تمامی آلیاژها در سه دسته اصلی قرار می‌گیرند. همچنین آلیاژها با ویژگی‌های منحصر به فرد معرفی می‌شوند که در ادامه بیشتر با آن‌ها آشنا خواهید شد.

دسته بندی آلیاژهای استیل از نظر ساختار متالورژیکی

فولاد ضد زنگ بر اساس ریزساختار متالورژیکی خود به خانواده‌هایی دسته بندی می‌شوند. ریزساختار ممکن است از فازهای پایدار آستنیت یا فریت، ترکیبی از این دو یا دوپلکس، مارتنزیت و یا ساختار رسوب سخت شده تشکیل شده باشد.

با بررسی سه دسته اصلی که انواع زیادی از آلیاژهای استنلس استیل را معرفی می‌کنند ویژگی‌های فلز و دیگر موارد این چنینی را در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهند. به همین دلیل کسانی که قصد خرید ورق یا هرگونه فرآورده تولید شده با استنلس استیل را دارند، باید این دسته‌بندی‌ها را به خوبی بشناسند.

فولاد ضدزنگ آستنیتی

فولادهای ضد زنگ آستنیتی حاوی حداقل 16 درصد کروم و 6 درصد نیکل هستند. استیل‌های آستنیتی از گریدهای پایه مانند 304 تا فوق آستنیتیک مانند گریدهای 904L با 6 درصد مولیبدن متغیر هستند. با افزودن عناصری مانند مولیبدن، تیتانیوم یا مس می‌توان خواص فولاد را اصلاح کرد. این تغییرات می‌تواند فولاد را برای کاربردهای دمای بالا آماده کند یا مقاومت در برابر خوردگی را افزایش دهد. اکثر فولادها در دماهای پایین شکننده می‌شوند اما نیکل موجود در استیل آستنیتی آن را برای کاربردهای دمای پایین یا برودتی مناسب می کند.

فولادهای ضد زنگ آستنیتی به طور کلی غیر مغناطیسی یا نگیر هستند. آنها را نمی‌توان با عملیات حرارتی سخت کرد. فولادهای ضد زنگ آستنیتی به سرعت با کار سرد کارسخت می‌شوند.

استنلس استیل فریتی

فولادهای ضد زنگ فریتی شامل گریدهایی مانند 430 هستند و تنها حاوی کروم به عنوان عنصر آلیاژی اصلی است. مقدار کروم موجود بین 10.5 تا 18 درصد است و به همین دلیل قیمت به طور قابل توجهی کاهش یافته و این آلیاژها برای مصارف ارزان‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این گروه در بین صنعتگران به مقاومت در برابر خوردگی متوسط و مشخصات تولیدی ضعیف شناخته شده است. البته مشخصات تولیدی را می‌توان با اصلاحات آلیاژ بهبود بخشید و در گریدهایی مانند 434 و 444 به کیفیت رضایت بخش رسید. فولادهای ضد زنگ فریتی نمی‌توانند با عملیات حرارتی سخت شوند و همیشه در شرایط آنیل شده استفاده می‌شوند.

فولادهای ضد زنگ فریتی مغناطیسی یا بگیر هستند. آنها همچنین به ترک ناشی از خوردگی تنشی(Stress Corrosion Cracking) حساس نیستند. جوش‌پذیری مطلوبی دارند ولی با کاهش ضخامت این خاصیت افت می‌کند.

دسته فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی

کربن بالا و محتوای کروم کمتر از ویژگی های متمایز فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی در مقایسه با فریتی است ودر صنایع خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. از نمونه فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی گریدهای 410 و 416 می‌باشند. فولادهای مارتنزیتی سخت شده را نمی توان به شکل مناسبی نورد سرد کرد. این دسته نیز مغناطیسی یا بگیر هستند، مقاومت در برابر خوردگی متوسط و جوش پذیری ضعیفی دارند و در مقابل ضربه استحکام شگفت‌انگیزی از خود نشان می‌دهند.

خانواده آلیاژهای استنلس استیل

طبق استانداردها برای اینکه تشخیص آلیاژهای استنلس استیل ساده‌تر شود، هر یک از آلیاژها با کُدی که معرف گرید آن آلیاژ است تعریف می‌شوند و در جداول انواع استیل معرفی می‌گردند. سیستم کُد گذاری سه رقمی فولاد ضد زنگ طبق استاندارد قدیمی AISI (به عنوان مثال 304 و 316) از سایر استانداردها رایج‌تر است. کُدهای جدیدتر طبق سیستم SAE و ASTM نیز تعریف شده‌اند که از یک کُد شامل 1 حرف و 5 رقم تشکیل شده است. به عنوان نمونه برای 304 از کُد S30400 استفاده می‌شود. نام‌گذاری‌های دیگری مثل کُد‌های قدیمی‌تر BS و EN هستند که برای مثال 304 را با 304S31  و58E  معرفی می‌کنند.

در ادامه به معرفی مختصری از چند گرید و آلیاژ رایج می‌پردازیم.

آلیاژ 201

آلیاژ 201 را می‌توان یکی از ارزان‌ترین آلیاژهای استنلس استیل دانست که در دسته آستنیتی قرار می‌گیرد. در این آلیاژ میزان نیکل به حد قابل توجهی کاهش پیدا کرده و میزان منگنز و نیتروژن افزایش پیدا کرده است. همچنین به خاطر درصد کم کربن در این آلیاژ، ورق‌های استنلس استیل آلیاژ 201 خاصیت مغناطیسی ندارند. در نهایت به خاطر قیمت مناسب و ویژگی‌های ضد خورندگی کافی، این آلیاژ در صنایعی مانند  مبلمان‌سازی، نرده، درب و پنجره و… به عنوان استیلی ارزان کاربرد دارد.

آلیاژ 304

بدون شک 304 در بین انواع فولاد استنلس استیل بیشترین محبوبیت را دارد؛ زیرا این آلیاژ بیشتر از نیمی از کل صنعت فولاد ضد زنگ را تشکیل می‌دهد. در این آلیاژ کروم و نیکل به کار گرفته شده که خاصیت ضد خوردگی قابل توجهی را به همراه دارند. همچنین آلیاژ 304 در برابر رطوبت مستقیم آسیب چندان زیادی نمی‌بیند. به همین دلیل در صنایع و کالاهایی مانند سینک آشپزخانه‌، کانترهای رستورانی، سرویس‌های قاشق و چنگال، شیرالات و… کاربرد دارد.

آلیاژ 316

در آلیاژ 316 یک افزودنی به نام مولیبدن استفاده شده که باعث افزایش مقاومت فلز در مقابل اکسایش می‌شود. همچنین این عنصر نقطه ذوب فلز را به حدود  1375 تا 1400 درجه سانتیگراد می‌رساند که میزان قابل توجهی است. ناگفته نماند که مولیبدن ویژگی‌های منحصر به فردی مانند مقاومت در برابر مواد دارای کلر را به همراه می‌آورد.

آلیاژ 410

به طور کلی می‌توان گفت که آلیاژ 410 یکی از پرطرفدارترین گریدها در دسته انواع آلیاژهای استنلس استیل مارتنزیتی است. این آلیاژ با توجه به مقاومت بسیار زیادی که دارد، با هزینه نسبتا مقرون به صرفه‌ای تولید می‌شود. همچنین به خاطر نقطه ذوب بالای 1480 درجه سانتیگراد می‌توان از این آلیاژ در صنایع گوناگون استفاده کرد.

آلیاژ 430

آلیاژ 430 در دسته آلیاژهای فریتی قرار می‌گیرد و میزان مقاومت در برابر خوردگی معمولی را با قیمت پایینی که دارد در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهد. همچنین از این آلیاژ بیشتر در صنایع تولید کالاهای خانگی و تزئینی مانند مبلمان و لوازم دکوراتیو استفاده می‌شود.

خرید آگاهانه استیل با شناخت آلیاژها

بدون شک افرادی که اطلاعات کافی در مورد انواع آلیاژهای استنلس استیل دارند، در خرید خود هوشمندانه‌تر گام برمی‌دارند. البته که در هنگام خرید باید به ویژگی‌های دیگری مانند ضخامت ورق یا لوله دقت کرد تا به بهترین گزینه ممکن رسید. مجموعه استیل رخ با سال‌ها تجربه آمادگی دارد تا در زمینه تامین ورق و دیگر مقاطع استنلس استیل به شما یاری دهد.