نوآوری های صنعت فولاد

با پیشرفت روزافزون علم و تکنولوژی، استفاده از آلیاژهای فولاد به دلیل ویژگی‌های کاربردی‌اشان در صنایع مختلف به طور چشمگیری افزایش یافته است. این امر به توسعه و نوآوری در صنعت فولاد و استیل نیز شتاب داده است. به شکلی که امروزه شاهد گسترش کاربردهای استیل در موارد خاص هستیم. در این مقاله از استیل رخ قصد داریم به بررسی نوآوری‌های صنعت فولاد و استیل و تاثیر آن بر بازار استیل و گسترش کاربردهای آن بپردازیم.

تکامل استیل؛ از فولاد ساده کربنی تا ساخت آلیاژهای هوشمند 

ساده‌ترین آلیاژ ساخته شده از آهن و کربن، فولادی است که به عنوان فولاد ساده کربنی شناخته می‌شود. گفتنی است که این آلیاژ در زمان ظهور و تولید انبوه خود پیشرفت بزرگی در صنعت به شمار می‌آمد. فولاد ساده کربنی دارای استحکام بسیار بالاتری نسبت به آهن خام است و همین ویژگی سبب شد تا صنعتگران به نوآوری در صنعت فولاد ادامه دهند و آلیاژهای جدیدتری را تولید کنند.

سیر تکاملی استیل و ساخت آلیاژهایی با خواص و ویژگی‌های منحصر به فرد، نمونه بسیار خوبی از نوآوری در صنعت فولاد و استیل است که همچنان نیز ادامه دارد. پس از تولید فولاد ساده کربنی، متالورژها با افزودن عناصر مختلفی مانند کروم و نیکل به ساختار استیل، توانستند به ویژگی‌هایی مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و … دست پیدا کنند.

آلیاژهای استیل و فولاد

همانطور که پیش‌تر اشاره شد، توسعه آلیاژها را می‌توان مهم‌ترین نوآوری در صنعت فولاد دانست. آلیاژهایی که کاربرد بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند و هرکدام برای کاربری خاصی طراحی شده‌اند. در ادامه به معرفی این آلیاژها می‌پردازیم:

1. فولاد کم آلیاژ پر استحکام (HSLA):

فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا یا High Strength Low Alloy،دسته‌ای از آلیاژهای فولادی هستند که مقاومت بسیار بالایی دارند. این آلیاژها نسبت به فولادهای ساده کربنی دارای مقاومت به خوردگی و استحکام بسیار بالاتری هستند که علت آن نیز حضورعناصری مانند مس، وانادیوم، تیتانیوم و نیوبیوم به مقدار بسیار کم در ترکیبات شیمیایی آنها است. این دسته از آلیاژها در صنایعی مانند صنعت خودروسازی، پل‌سازی، ساختمان‌سازی و …. مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چقرمگی این آلیاژها نسبت به فولاد ساده کربنی بسیار بهبود یافته است (چقرمگی میزان انرژی جذب شده توسط قطعه قبل از شکستن تحت بار مکانیکی است). همچنین علاوه بر چقرمگی، مقاومت به خوردگی و جوش پذیری این آلیاژها نیز بهبود پیدا کرده است که همه این ویژگی‌ها به دلیل افزودن مقادیر بسیار کم از عناصر آلیاژی مختلف است. گریدهای A656، A573، A283 و A633 از جمله گریدهای آلیاژهای HSLA هستند.

2. استنلس استیل (Stainless Steel):

فولاد ضدزنگ را می‌توان یکی از مهم‌ترین موارد نوآوری در صنعت فولاد دانست که توانسته است مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای فولاد را تا حدود بسیار خوبی افزایش دهد که دلیل کاربرد فراوان آن نیز همین ویژگی می‌باشد. این خصوصیت با افزودن حداقل 10.5% کروم به ساختار آلیاژها فولاد به وجود آمده است. استنلس استیل دارای گریدهای متفاوتی است که بر اساس ریزساختارشان دسته‌بندی می‌شوند. گریدهای آستنیتی، مارتنزیتی، فریتی، رسوب سخت شونده و داپلکس از جمله فولادهای ضدزنگ هستند که در زیر اشاره کوتاهی به آن‌ها خواهیم داشت.

• استیل آستنیتی (Austenitic Stainless Steel):

این گریدها به دلیل مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی، استحکام بالا، شکل‌پذیری عالی و قابلیت جوشکاری خوب، به عنوان رایج‌ترین نوع استیل شناخته می‌شوند. در صنایع دریایی، نفت وگاز، پتروشیمی، لوازم خانگی، صنایع بهداشتی و پزشکی از این گروه استفاده فراوانی می‌شود. استیل 316 و 304 از جمله گریدهای شناخته شده استیل آستنیتی هستند که به احتمال زیاد نام آن‌ها را شنیده‌اید و یا ممکن است استیل 304 را با نام استیل نگیر بشناسید.

• استیل فریتی Ferritic Stainless Steel)):

دسته دیگر از آلیاژهای استیل، گریدهای فریتی هستند که استحکام و مقاومت به خوردگی کمتری نسبت به گریدهای آستنیتی دارند. گریدهای فریتی خواص مکانیکی و مغناطیسی خوبی دارند. از این گروه گرید 430 با نام استیل بگیر در بازار مقاطع استیل معامله می‌‌شود. لازم به ذکر است که خاصیت جوش‌پذیری در این دسته از آلیاژهای استنلس استیل به گونه‌ایست که می‌توان از آنها در ساختمان‌سازی، پل‌سازی و … نیز استفاده نمود.

بیشتر بخوانید: ورق استیل فریتی چیست؟

• استیل مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steel):

مارتنزیت، یک فاز با استحکام بسیار بالا و شکل‌پذیری کم در ساختار استیل است که در گریدهایی که سختی‌پذیری بالایی دارند پدید می‌آید. در کاربری‌هایی که به سختی سطحی بالا و مقاومت خوب در برابر سایش نیاز است از گریدهایی مانند استیل 420 و 410 استفاده می‌کنند که فاز زمینه آن‌ها مارتنزیتی است. گریدهای استیل مارتنزیتی قابلیت عملیات حرارتی برای سخت‌کاری را دارند. از این گریدها در ساخت چاقو، تیغه‌های جراحی، تیغه‌های توربین و … استفاده می‌شود.

برای آشنایی با استنلس استیل مارتنزیتی مطلب آن را در بلاگ استیل رخ بخوانید.

• استیل داپلکس (Duplex stainless steel):

این دسته از آلیاژهای استیل از دو فاز آستنیتی و فریتی تشکیل شده‌اند که این عامل سبب می‌شود تا ویژگی‌های مقاومت به خوردگی، استحکام بالا، جوش‌پذیری و شکل‌پذیری را همزمان با هم داشته باشند. علاوه بر این ساختار داپلکس این آلیاژها سبب می‌شود تا از مقاومت بسیار خوبی در برابر ترک‌خوردگی تنشی برخوردار بوده و برای استفاده در محیط‌های تحت تنش پر کاربرد باشند. گریدهای 2205 و 2207 از جمله گریدهای پر مصرف فولاد داپلکس در صنعت هستند.

3. فولاد استحکام بالای پیشرفته (AHSS):

عبارت AHSS مخفف Advanced High-Strength Steels است که نسل جدیدی از آلیاژها هستند که در صنایع مختلف به خصوص خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ویژگی‌های کلی فولادهای استحکام بالای پیشرفته می‌توان به چقرمگی بالا، استحکام بالا و شکل‌پذیری بسیار خوب آنها اشاره کرد. گریدهای مختلف این دسته شامل فولادهای دوفازی (DP)، فولاد تریپ(TRIP) و فولاد با فازهای پیچیده(CP) می‌باشند که در ادامه به صورت مختصر فولاد تریپ از این دسته را را معرفی خواهیم نمود.

پیشنهاد می‌کنیم مطلب معنای چقرمگی در فولاد چیست؟ را از ما بخوانید.

• فولاد تریپ (TRIP):

کلمه TRIP مخفف عبارت Transformation Induced Plasticity است. این زیرگروه از فولادهای پیشرفته استحکام بالا، استحکام و چقرمگی بسیار خوبی را ارائه می‌دهند. اثر تریپ تشکیل فاز مارتنزیت در ساختار فولاد است که به وسیله شکل‌دهی به وجود می‌آید. این بدان معنی است که با اعمال تغییرشکل به ماده، پس از عبور از تنش بحرانی، فاز زمینه از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود که داکتلیته بسیار خوبی را همراه با افزایش سختی در اختیار ما قرار خواهد داد. کاربرد گسترده این فولاد در صنعت خودروسازی و ساخت قطعات استراکچر خودرو است که سبب می‌شود تا در هنگام تصادف، نیروی وارده توسط فولاد قطعات ساختاری بدنه جذب شود و با کاهش انتقال نیروی تصادف به سرنشینان، مانع از آسیب فردی گردد. علاوه بر این هنگامی که فولاد در حال تغییرشکل است با افزایش سختی و استحکام، از آسیب بیشتر نیز پیشگیری می‌کند.

4. فولاد ماریجینگ (Maraging Steel):

فولادهای ماریجینگ نمونه دیگری از نوآوری در صنعت فولاد هستند که از چقرمگی و استحکام بسیار بالایی برخورداراند. در ساختار این نوع از فولاد مقدار کربن بسیار کم است و از کبالت، نیکل و مولیبدن در ساختار آن‌ها استفاده می‌شود. کاربرد این فولادها در صنایع هوافضا، ساخت ابزارآلات و … است. ویژگی‌های اصلی فولاد ماریجینگ، استحکام و چقرمگی بالا و همچنین پایداری ابعادی است که سبب می‌شود در طول عملیات حرارتی، کمترین میزان اعوجاج در قطعه را داشته باشد. استحکام بالا در این آلیاژها از طریق فرآیند پیرسازی تشکیل رسوبات فاز ثانویه در ریزساختار به دست می‌آید.

جهت خرید ورق استیل در آلیاژها و ضخامت‌های متنوع، با کارشناسان ما در مجموعه استیل رخ در تماس باشید.

سخن آخر

نوآوری در صنعت فولاد، از تولید فولاد ساده کربنی تا آلیاژهای پیشرفته، همگام با پیشرفت علم و تکنولوژی، همچنان روندی رو به توسعه است. البته این جریان، تنها به فولاد خلاصه نمی‌شود، آلیاژهایی بر پایه نیکل، کبالت و مس نیز ساخته شده‌اند که از ویژگی‌های مهمی چون حافظه‌داری و سوپرآلیاژی برخوردار هستند و توانسته‌اند افق‌های جدیدی برای بشر در این حوزه بگشایند.

تنوع و نوآوری در این مسیر، نویدبخش آینده‌ای روشن برای این صنعت مادر است. آینده‌ای که در آن، فولاد و آلیاژهای آن، نقشی اساسی در ساخت دنیایی بهتر و پایدار ایفا خواهند کرد.

 

مرجع: https://www.steel-technology.com/articles/innovative-steel-alloys-of-modern-engineering