اصطلاحات رایج و مرتبط با فولاد و فولاد ضد زنگ طبق ASTM A941

فولاد و استنلس استیل را می‌توان یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مواد در صنعت دانست. در صنعت فولاد ضد زنگ واژه‌ها و لغاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نیاز است تا تعاریفی مشخص برای آن‌ها در نظر گرفته شود. اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد در استاندارد ASATM A941 به طور کامل بررسی شده‌است. در این مقاله از استیل رخ استاندارد واژهایی مرتبط با این صنعت به طور کامل تعریف شدند تا اختلاف نظر بین مهندسین را تا حد ممکن کاهش دهد و فعالان صنایع مرتبط با فولاد را به زبان مشترک برساند.

استاندارد ASTM A941 چیست؟

به طور کلی استانداردهای ASTM استانداردهایی بین المللی هستند که انجمن مواد و آزمون آمریکا (American society for testing and materials) آنها را تدوین کرده است. این استانداردها در صنایع ساخت، تولید، فرآوری، تولید محصولات استنلس استیل و فولاد نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. همانطور که گفتیم در این مطلب قصد داریم تا برخی اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد را طبق ASTM A941 را از میان استاندارد‌های فولاد بررسی کنیم. البته متن این مقاله ترتیب و انطباق یک به یک با این استاندارد ندارد.

فولاد آلیاژی (Alloy Steel): فولاد آلیاژی یکی از اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد است که در صنت و بازار ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد آلیاژی نوعی فولاد (به غیر از استنلس استیل) است که در آن یک یا چند عنصر آلیاژی حداقل به مقادیر زیر وجود داشته باشند:

• 3% وزنی آلومینیم
• 3% وزنی کروم
• 3% وزنی کبالت
• 06% وزنی کلمبیوم
• 4% وزنی مس
• 4% وزنی سرب
• 65% وزنی منگنز
• 08% وزنی مولیبدن
• 3% وزنی نیکل
• 6% وزنی سیلیسیوم
• 05% وزنی تیتانیوم
• 3% وزنی تنگستن
• 1% وزنی وانادیوم
• 1% وزنی برای هر عنصر آلیاژی دیگر به جز گوگرد، فسفر، کربن و نیتروژن

فولاد (Steel): آلیاژهای پایه آهن که میزان آهن در آن‌ها بیشتر از هر عنصر دیگر باشد. همچنین میزان کربن موجود در آن کمتر از 2% باشد را فولاد می‌گویند. گریدهایی با مقادیر بیشتر کربن در دسته چدن‌ها قرار می‌گیرند.

فولاد کربنی (Carbon Steel): فولادی است که محتوای کربن آن حداکثر 2% وزنی و منگنز آن حداکثر 1.65% وزنی باشد. برای عناصر کروم، کبالت، کلمبیوم، مولیبدن، نیکل، تنگستن، وانادیوم یا زیرکونیم محدودیتی تعیین نشده است. به غیر از موارد ذکر شده، در شرایط  خاص محدودیت‌هایی برای فولاد کربنی ذکر شده است. این محدودیت‌ها به صورت زیر هستند:

• برای فولادهای کربنی نورد شده مقادیر زیر نباید از حد اعلام شده تجاوز کنند:
  1% وزنی برای آلومینیم
  0.6% وزنی برای سیلیسیوم
  0.05% وزنی برای تیتانیوم
• برای قطعات ریختگی فولاد کربنی مقادیر زیر نباید از حد اعلام شده تجاوز کنند:
  1% وزنی برای آلومینیم
  1% وزنی برای سیلیسیوم
  0.05 برای تیتانیوم
• برای فولادهای کربنی که نیاز به فسفرزدایی دارند، حداقل مقدار فسفر نباید کمتر از 0.04% وزنی باشد.
• برای فولادهای کربنی که نیاز به گوگردزدایی دارند حداقل مقدار گوگرد نباید کمتر از 0.06% وزنی باشد

فولاد پراستحکام کم آلیاژ (HSLA): فولاد HSLA یکی دیگر از اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد است که میزان عناصر آلیاژی موجود در ترکیب شیمیایی آن‌ها کمتر از حد مجاز تعیین شده در تعریف فولاد آلیاژی باشد. علاوه بر این باید استحکام تسلیم حداقل 250 مگاپاسکال داشته باشد.

پیرسازی (Aging): پس از انجام فرآیندهایی مانند کارگرم یا عملیات حرارتی (پیرسازی طبیعی و یا مصنوعی) و یا پس از انجام فرآیندهای کارسرد، ممکن است تغییراتی در ریزساختار فلز فوق اشباع رخ دهد. این تغییرات شامل رسوب ذرات فاز ثانویه در ماتریس زمینه هستند که با نام پیرسازی شناخته می‌شوند.

پیر سختی (Age Hardening): به سخت شدن و افزایش استحکام ناشی از فرآیند رسوب گذاری گفته می‌شود که معمولا بعد از سرمایش سریع یا کارسرد صورت می‌گیرد. این فرآیند به دو صورت طبیعی یا مصنوعی در فلز رخ می‌دهد.

پیرسازی مصنوعی (Artificial Aging): اگر فرآیند پیرسازی در دمایی بالاتر از دمای محیط انجام شود، به آن پیرسازی مصنوعی گفته می‌شود.

پیرسازی طبیعی (Natural Aging): اگر فرآیند پیرسازی در دمای محیط انجام شود به آن پیرسازی طبیعی گفته می‌شود.

آستمپرینگ (Austempering): نوعی عملیات حرارتی است که در آن فولاد را تا بالاتر از دمای آستنیته گرم و پس از آن تا دمایی بالاتر از محدوده تبدیل آستنیت به مارتنزیت خنک و نگهداری می‌کنند. سرعت سرد کردن باید به گونه‌ای باشد که از تشکیل فازهای پایدار در دماهای بالاتر جلوگیری شود.

آستنیته کردن (Austenitizing): این واژه نیز یکی از اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد است که بیشتر در واحدهای عملیات حرارتی استفاده می‌شود که به معنای تشکیل فاز آستنیت در فولاد با گرم کردن آن تا دمایی بالاتر از محدوده تبدیل به آستنیت است.

آنیل کردن یا آنیلینگ (Annealing): یکی از انواع عملیات حرارتی است، که برای اهدافی مانند کاهش سختی، بهبود قابلیت ماشینکاری، بهبود کارپذیری، دستیابی به ریزساختار مشخص یا دستیابی به خواص فیزیکی یا مکانیکی خاص استفاده می‌شود. در مواردی که آنیل با سیکل خاصی انجام شود با نام‌های آنیل ناقص، آنیل کامل، آنیل ایزوترمال، سلوشن آنیل و آنیل روشن (bright annealing) شناخته می‌شود. فرآیندهای آنیل در مقاله آنیلینگ استیل چگونه است به طور کامل بررسی شده است. اگر کلمه آنیل بدون هیچ پسوندی استفاده شود نشان دهنده فرآیند آنیل کامل است

آنیل روشن (Bright Annealing): یکی دیگر از اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد آنیل روشن است. این فرآیند انجام آنیل در اتمسفر محافظت شده جهت جلوگیری از کدر شدن و تغییر رنگ قطعات است. آنیل روشن معمولا برای قطعاتی که نیاز به کیفیت سطح بالایی دارند مانند ورق‌های فولاد نازک و ورق‌های استنلس استیل انجام می‌شود.

کربن-نیتروژن دهی (Carbonitriding): فرآیندی برای سخت کاری سطحی استیل و فولاد که در آن قطعه بالاتر از دمای Ac₁ در یک محیط گازی گرم می شود و به صورت همزمان نیتروژن و کربن به لایه سطحی آن نفوذ پیدا می‌کنند. نفوذ به دلیل وجود گرادیان غلظت در سطح نمونه و اتسمفر کوره صورت می‌گیرد. این فرآیند به منظور بهبود خواص مکانیکی در سطح قطعه انجام می‌شود.

کربن دهی (Carburizing): فرآیندی که طی آن قطعه در دمای آستنیته در اتسمفر حاوی کربن قرار می‌گیرد و به دلیل وجود گرادیان غلظتی در سطح خود، کربن را جذب می‌کند. این فرآیند برای بهبود خواص مکانیکی و سختی در سطح فولاد و استیل انجام می‌شود.

لایه سطحی (Case): در عملیات سختکاری سطحی، لایه‌ای است که به دلیل تغییر ترکیب شیمیایی یا ریزساختار سخت می‌شود. همان لایه‌ای که کربن دهی یا نیتروژن دهی در آن صورت می‌گیرد.

سمنتاسیون (Cementation): وارد کردن یک یا چند عنصر به لایه بیرونی قطعه فولاد با مکانیزم  نفوذ در دمای بالا را می‌گویند.

عملیات حرارتی سرد یا زیر صفر (Cold Treatment or sub-zero Treatment): قرار دادن قطعه فولاد کوئنچ شده در دمای زیر صفر برای حذف آستنیت باقی‌مانده. این فرآیند در جهت بهبود خواص مختلف مانند سختی، استحکام، مقاومت سایشی و پایداری ابعادی انجام می‌شود.

کارسرد (Cold-work): کارسرد نیز یکی از اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد است که به تغییرشکل فولاد در دمایی پایین‌تر از دمای تبلور مجدد اشاره دارد. در این دما مکانیزم تبلور مجدد فعال نمی‌شود.

کارگرم (Hot-work): تغییرشکل مکانیکی فولاد در دمایی بالاتر از تبلور مجدد آن را کارگرم می‌گویند. در این نوع از شکل دهی مکانیزم‌های نرم شدن، مانند بازیابی و تبلور مجدد در قطعات فعال می‌‌شوند که خواص مکانیکی و ریزساختار حاصل با محصولات کارسرد شده بسیار متفاوت هستند.

دکربوره شدن (Decarbonization): عبارت است از، خارج شدن کربن از سطح فولاد در اثر افزایش دما و یا قرار گرفتن در محیطی که با کربن واکنش می‌دهد. این عامل سبب افت خواص مکانیکی در سطح قطعات می‌شود.

پوششش ‌دهی نفوذی (Diffusion coating): فرآیند که طی آن فلز پایه توسط فلزی دیگر با مکانیزم نفوذ پوشش داده می‌شود. در این فرآیند قطعه در محیطی گازی یا مایع قرار می‌گیرد که حاوی فلز پوشش دهنده است. با افزایش دما این فلز به سطح قطعه نفوذ کرده و ترکیب سطح آن را تغییر می‌دهد.

کوئنچ مستقیم (Direct-Quenching): این واژه یکی از اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد است که در واحدهای عملیات حرارتی و شکل دهی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به سرد کردن سریع قطعاتی گفته می‌شود که تحت فرآِیندهای ترموشیمیایی و یا ترمومکانیکی قرار گرفته‌اند. با انجام کوئنچ مستقیم می‌توان ریزساختار حاصل را کنترل کرد.

پیرسازی دوگانه (Double aging): انجام دو فرآیند پیرسازی متوالی روی قطعه است که جهت کنترل نوع رسوبی است که از ساختار فوق اشباع به دست می‌آید. معمولا پیرسازی مرحله اول در دمایی بالاتر از مرحله دوم صورت می‌گیرد.

سخت کاری شعله‌ای (Flame Hardening): یکی از روش‌های عملیات حرارتی که تنها لایه بیرونی قطعه تا دمایی بالاتر از دمای آستنیته گرم می‌شود و سپس کوئنچ می‌شود. طی این فرآیند، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی، می‌توانیم سطح قطعات را سخت کنیم.

همگن سازی (Homogenizing): این فرآیند برای کاهش یا از بین بردن جدایش حاصل فرآیند ریخته گری  در قطعات انجام می‌شود. با بالا بردن دما، نفوذ اتمی سبب از بین رفتن این جدایش می‌شود.

پرداخت گرم (Hot Finish): منظور محصولی است که در آخرین مرحله تولید آن از فرآیندهای گرم مانند نودر گرم، اکستروژن، فورج و … استفاده شود. باید توجه داشت که تلرانس‌های ابعادی و همچنین کیفیت سطحی این محصولات با محصولاتی که کارسرد روی آن‌ها صورت می‌گیرد، متفاوت است.

سخت کاری القایی (Induction Hardening): این فرآیند یکی از روش‌های عملیات حرارتی حجمی و سطحی قطعات فولاد و استیل است. در این روش، گرما از طریق القای الکتریکی به قطعه منتقل می‌شود. با توجه به نوع انجام آن، می‌توان دما را تنها در سطح و یا کل قطعه افزایش داد. پس از نگهداری در دمای مورد نظر قطعه کوئنچ می‌شود تا به سختی مورد نیاز دست پیدا کند.

فولاد کشته (Killed Steel): یکی از اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد که در صنعت فولاد ضد زنگ از آن استفاده می‌شود فولاد کشته است. مطابف تعریف ارائه شده در استاندارد ASTM A941، در فرآیند تولید این نوع فولاد، عملیات اکسیژن زدایی روی آن صورت گرفته‌است. این عامل سبب جلوگیری از واکنش اکسیژن با کربن در مذاب هنگام انجماد می‌شود.

فولاد نیمه کشته (Semi-killed Steel): فولادی که به صورت کامل اکسیژن‌زدایی نمی‌شود و همچنان مقداری اکسیژن در ساختار خود دارد. این عامل سبب می‌شود که در حین انجماد مقداری مونوکسید کربن برای جبران انقباض ناشی از انجماد تولید کند.

جوش لیزر (Laser beam welding): اگر منبع تولید گرما در فرآیند جوشکاری، پرتو لیزر باشد به آن جوش لیزر می‌گویند.

مارتمپرینگ (Martempering): فرآیندی است که در آن فولاد در دمای آستنیته نگهداری می‌شود و در دمایی بالاتر از دمای تشکیل مارتنزیت سرد می‌شود و سپس در این دما نگهداری می‌شود. پس از انجام این مراحل در هوا خنک می‌شود.

نرماله کردن (Normalizing): یکی از فرآیندهای عملیات حرارتی است که در آن قطعه تا بالاتر از دمای آستنیته گرم می‌شود و سپس در هوا خنک می‌شود. این فرآیند جهت کاهش اندازه دانه و همچنین همگن سازی در ریزساختار فولاد انجام می‌شود.

عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWH): یکی از فرآیندها و اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد، این فرآیند است که پس از انجام جوشکاری روی قطعات انجام می‌شود. فرآیندهایی مانند آنیل و تمپر که سبب از بین رفتن تردی، بهبود شکل‌پذیری و حذف تنش‌های باقی‌مانده در ساختار جوشکاری شده می‌شوند از این نوع عملیات هستند.

تبلور مجدد (Recrystallization): جوانه زنی و رشد دانه‌های عاری از کرنش با بالا رفتن دما در ریزساختار فولاد را تبلور مجدد می‌گویند. این فرآیند معمولا برای قطعاتی رخ می‌دهد که تحت کرنش قرار گرفته‌اند.

استنلس استیل (Stainless Steel): استنلس استیل یا فولاد ضدزنگ زیرمجموعه‌ای از آلیاژهای فولاد است. به بیان دیگر فولاد که محتوای کربن آن کمتر از 1.2% وزنی باشد و بیشتر از 10.5% کروم داشته باشد در دسته آلیاژهای فولاد ضد زنگ قرار می‌گیرد.

کرنش سختی (Strain hardening): افزایش سختی به دلیل انجام فرآیندهای شکل دهی و تغییرشکل پلاستیک که در دماهای کمتر از دمای تبلور مجدد صورت گیرد، کرنش سختی نام دارد.

سخن آخر

اصطلاحات مورد استفاده در صنعت فولاد، ممکن است با توجه به نظرات شخصی به معانی مختلفی تعبیر شود. به همین جهت اصطلاحات تخصصی صنعت فولاد، در استانداردی با کد A941 تدوین شده‌ است تا به تعریف مشخص این واژه‌ها بپردازد. شناخت دقیق معنای این عبارات در صنعت فولاد و فولاد ضد زنگ از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر این هرکدام از این اصطلاحات در بخش‌های مختلفی از صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.