به زبان ساده، استیل آلیاژی است که از عناصر مختلف تشکیل شده است و معمولاً دارای بیش از 10.5 درصد کروم است. ویژگی‌های این آلیاژ نسبت به آهن یا فلزات، مشخصاً این است که با استفاده از دیگر عناصر، تقویت شده است؛ بطوریکه سایر ترکیبات استیل عبارت است از:
- نیکل
- مولیبدن
- تیتانیوم
- آهن
- منگنز و …
انواع استیل در چگونگی مقاومت، دوام و ماندگاری نسبت به آهن و فلز خالص، متفاوت هستند. در حقیقت مقاومت یکی از مهمترین معیارها برای سنجش ویژگی‌های هر ماده اولیه در جهان بشمار می‌رود. به همین جهت برای افزایش مقاومت، از عناصر فوق در ترکیب اولیه STEEL استفاده میشود. ضد زنگ بودن، یکی دیگر از ویژگی‌های این آلیاژ خاص است؛ مسئله‌ای که در کنار ظاهر زیبا، مقاومت بالای ضربه‌ای و البته مقاومت در برابر سیالات اسیدی، موجب شده تا قیمت steel در قیاس با بسیاری دیگر از متریالهای صنعتی بیشتر باشد.
خواص استیل
هیچ فکر کرده‌اید که چقدر ممکن است در زندگی روزمره با این ماده در تماس باشید؟!. تا حدی که نمی‌تواندی در بسیاری از موارد آن را نادیده بگیرید؟. بطور مثال، بسیاری از لوازم آشپزخانه از جنس استیل هستند. همچنین در صنعت ساختمان سازی می‌توانید از پایپ‌ها، تیوب‌ها و ابزارآلات طراحی‌شده از STEEL استفاده نمایید. مقاومت، زیبایی و درخشندگی، ضد زنگ بودن و…، همه و همه از خواص منحصر به فرد این آلیاژ محسوب میشود. خاصیت‌هایی که موجب بهره‌گیری گسترده از steel در تولیدات صنعتی شده است.
همانگونه که پیشتر نیز عنوان شد، علت وجود این حجم از ویژگی‌های جذاب، عناصری با مشخصات متمایز و عالی است. چنانکه این عناصر هنگامی که با یکدیگر ترکیب می‌شوند، آلیاژ ترکیبی استیل را خلق می‌نمایند که بر متریالهای سنتی نظیر:
- آهن و فلز،
- چوب،
- متریالهای حمال و ساختمانی
و سایر مصالح قدیمی، برتری و تمایز قابل توجهی دارد.
تقسیم بندی ورقه‌های فولادی
بطور کلی ورق‌های فولادی به دو نوع تقسیم می‌شوند:
- فولاد کربنی: فولاد ساده کربنی تشکیل شده از کربن و عناصر معمولی مثل سیلیسیم، منگنز، گوگرد، فسفر و…
- فولاد آلیاژی: این نوع فولاد از آهن و برخی عناصر دیگر مانند کروم و نیکل تشکیل میشود که در نتیجه این ترکیب استیل ضد زنگ یا استنلس استیل بدست می‌آید که بسیار مقاوم بوده و خاصیت ضد خوردگی بالایی دارد.
ویژگی‌های استیل
متریال استیل دارای ویژگی‌های متعدد و جذابیست. همین ویژگی‌های گسترده موجب شده تا در طول دهه‌های اخیر، این آلیاژ به پای ثابت تولیدات صنعتی تبدیل شود. اصلی‌ترین مزایای steel عبارتند از:
- مقاومت ویژه در هنگام تغییرات ناگهانی دما و انبساط و انقباض. (بدلیل درونمایه‌ی تشکیل یافته از کربن، مولبیدن و کروم و نیکل و…)
- ماده‌ای ایده‌آل برای سیستم‌های لوله کشی و انتقال مایعات است. ( لوله استیل یکی از محصولات شرکت معتبر پایپ ایران محسوب میشود)
- قابلیت تولید در گریدهای مختلف و با خواص متفاوت. (استیلها دارای انواع گوناگونی از جمله گرید 304، 316 و… هستند)
- بهره‌مندی از آنها در تجهیزات آشپزخانه خانگی و صنعتی، موجب حفظ طعم و کیفیت طعام می‌گردد.
- تمیز کردن و نگهداری آسان
- مقاومت در برابر زنگ زدگی یا خوردگی.
- ایستادگی عالی در برابر اکسایش طبیعی محیطی
- براق و درخشان و زیبا
- استحکام کم نظیر در برابر ضربات وارده
- دوام فوق العاده عالی
- امکان ساخت مخازن نگهداری سیالات شیمیایی از انواع استیلها. (بدلیل مقاومت ویژه این آلیاژ در برابر انواع سیالات شیمیایی و اسیدی با غلظت بالا)
ویژگی‌های عنوان شده در فوق، بیش از پیش نشان داد که چرا از این متریال، اکثراً در صنایع غذایی، خودرو سازی و صنعت هوا و فضا استفاده میشود. ضمن اینکه:
- پالایشگاه‌های پتروشیمی
- پالایشگاه‌های نفت و گاز
- و نیروگاه‌ها
نیز از مشتریان پر و پا قرص تجهیزات استیلی بشمار می‌روند. صنایعی که به دنبال اهدافی چون مقاومت، دوام، طول عمر بالا و… هستند. چنانکه که تمامی این ویژگی‌ها در ماده قوی و قدرتمند استنلس استیل وجود دارد.
انواع استیل بلحاظ ساختار
مهمترین مدل‌های آلیاژ استیل که بر اساس تفاوت در ساختار شیمیایی شناخته می‌شوند، عبارتند از:
- فولاد ضد زنگ فریتی (Ferritic stainless steel)
- استنلس استیل‌های دوبلکس (Duplex stainless steel)
- فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steel)
- فولادهای ضد زنگ آستنیتی (Austenitic stainless steel)
فولاد ضد زنگ فریتی چیست؟
ساختار آنها مشابه فولاد های کربنی است. چرا که تشکیل شده از مقدار کمی کربن و کروم می باشند. همچنین حاوی عناصری از جمله:
- مولیبدن
- یا آلومینیوم
هستند تا استحکام و دوام آنها بهبود یابد. گرید فریتی از انعطاف پذیری کم و البته خواص مغناطیسی برخوردار است. ضمن اینکه در مقایسه با سایر انواع استیل به ویژه نوع آستنیتی، دارای خواص مهندسی و فیزیکی برتری است. توجه داشته باشید که:
این استیلها (Ferritic stainless stee)، به گیج‌های نازک تر محدود می‌شوند. زیرا برخی از گریدهای فریتی، مستعد حساس شدن و متاثر از حرارت جوش و ترک خوردگی هستند.
با این وجود، آنها به علت چقرمگی عالی در انواع کاربردهایی همچون:
- خطوط سوخت،
- صنعت خودرو سازی،
- محیط های گوگردی،
- عناصر دکوراتیو و تزئینات معماری
و… مورد استفاده قرار می‌گیرند.
استنلس استیل آستنیتی
بر خلاف نوع قبلی، گریدهای آستنیتی تشکیل‌شده از: کربن و مقادیر بالایی کروم و نیکل، هستند. این در حالیست که استنلس استیل نوع فریتی، فقط دارای کربن و کروم (و فاقد نیکل) بود. همچنین بر خلاف فولاد ضد زنگ فریتی، غیر مغناطیسی هستند. همواره یکی از پر کاربرد ترین نوع استیلها، همین گرید آستنیتی معرفی میشود. ضمناً در جهت افزودن مزایا و ویژگی های خاص استنلس استیل آستنیتی، از عناصری همچون:
- مولبیدن،
- مس و
- تیتانیوم (ارتقاء یافتن مقاومت این محصولات در برابر خوردگی)،
در آنها استفاده میشود. استیل‌های پرفروش، مقاوم و مشهور گرید 316 و 304، در گروه فولاد های ضد زنگ آستنیتی جای دارند. مهمترین کاربرد ایندست از گریدها، شامل:
- ساخت قطعات خودرو،
- مخزن اسید استنلس steel اسید،
- تانکرهای ذخیره سازی مواد و سیالات شیمیایی،
- لوله های steel،
- تجهیزات آشپزخانه صنعتی،
- بدنه و جداره‌های داخلی تجهیزات صنعتی،
- قطعات مکانیکی،
ماشین لباسشویی و ظرفشویی و… است.
فولاد ضد زنگ دوبلکس
نام اینگونه مدل‌ها برگرفته از ساختار و نحوه تولید آنها است. اساساً، فولاد ضد زنگ دوبلکس ترکیبی از:
- گریدهای فریتی
- و گرید آستنیتی
است و در شکل گیری آنها با استفاده از 50 درصد از هر کدام، یک استیل خاص و بسیار مفید ایجاد شده است. پر واضح است که به سبب ادغام این دو گرید، استیلی با خواص فوق العاده تولید می‌گردد. متریالی ترکیبی که در پوشاندن ضعف‌ها و معایب هریک از مدل‌های فریتی و آستنیتی، موفق بوده است. بدینگونه که شاهد سه ویژگی متمایزتر از این متریالها هستیم:
- در مقایسه با فولادهای ضد زنگ آستنیتی یا فریتی، دارای استحکام بسیار بیشتری هستند؛
- در برابر تنش، ترک و خوردگی، زنگ زدگی و…، بسیار با دوام‌تر هستند؛
- و ضمناً در مقایسه با نوع فریتی، از چقرمگی و شکل پذیری مناسب‌تری برخوردارند.
لازم به ذکر است از مدل‌های فولاد ضدزنگ دوبلکس در مکان های سخت و پر تهاجم استفاده میشود. زیرا قدرت تطابق پذیری و سازگاری چشمگیری را ارائه می کنند. کاربریهایی نظیر: پالایشگاه‌ها، صنایع خمیر کاغذ، سازه‌ها و عناصر دکوراتیو معماری، زیر ساخت‌ها و عناصر سیستم‌های حمل و نقل و… از اصلی‌ترین استفاده کنندگان مدل‌های ضداکسایش دوبلکس محسوب می‌شوند.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
همانند سایر گریدها، آنها نیز دارای عنصر کروم هستند. البته بطورکلی ساختار استنلس استیل ماتنزیتی نزدیک به ساختار گرید فریتی است. اقدامات تقویت شونده از سوی سازندگان، برای این مدل‌ها نیز انجام میشود. بطوریکه اضافه شدن عناصری چون:
- نیتروژن،
- مولبیدن و…،
سبب تقویت ساختار، مزایا و مقاومت فولاد ضد زنگ مارتنزیتی در برابر خوردگی میشود. بخصوص این ماده‌های افزوده شده، هنگام استفاده از این استیلها در محیط‌های تهاجمی، به حفظ این متربال و محصولات تولید شده از آن کمک می‌نمایند. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی، در مقایسه با سایر انواع فولاد ضد زنگ، مشخصات نسبتاً کمی دارد. ولی استحکام خوب و مقاومت در برابر خوردگی و حرارت، آن را برای کاربردهای متفاوت و خاصی از جمله:
- تجهیزات جراحی،
- تجهیزات دندانپزشکی،
- ساخت پره های توربین و
- لوله های تفنگ،
ایده آل نموده است. لوله‌های از جنس steel بلحاظ عدم زنگ زدن و مقاومت ضربه ای بالا، شباهت عملکردی جالبی با انواع لوله کاروگیت دارند.
انواع گریدهای steel
مهمترین و پر کاربردترین گریدهای استیل شامل نمره‌های: 304، 316، 302، 303 و… است. در این میان بدون شک، عمده‌ی استفاده‌های صنعتی از استیلها، مربوط به گریدهای 304 و 316 است. درادامه به بررسی خلاصه وار مهمترین گریدهای مذکور خواهیم پرداخت.
استیل گرید 300: این نوع از استیل در اصطلاح به استیل نگیر یا غیر مغناطیسی معروف هست که از آلیاژهای آهن، کروم، نیکل و دارای کربن کمتر از 0/1 درصد است.
این گرید شامل استیل 304 که در واقع رایجترین نوع استیل است و استیل 316 که در صنایع مختلف از جمله صنایع پزشکی و غذایی بسیار پرکاربرد هست میشود. همچنین در تولید مخزن استیل از گرید استیل استفاده میشود.
استیل گرید 400: این گرید از استیل به نام استیل بگیر یا مغناطیسی نیز شناخته میشود که ترکیبی از آلیاژهای آهن و کروم است و دارای کربن کمتر از 0/1 درصد است.
این گرید استیل شامل استیل410، استیل 420 و استیل 430 است که معمولاً از این گرید استیل جهت دکوراسیون داخلی، تزئینات، تولید لوازم آشپزخانه و تولید قاشق چنگال استفاده میشود.
لازم است بدانید که گاهی حرف L که مخفف Low carbon است را مشاهده می‌کنید این حرف نشان دهنده این امر است که مقدار کربن آلیاژ به کمنر از 0.03 درصد کاهش پیدا کرده است و همین امر موجب میشود که بعد از جوشکاری بر روی استیل همچنان لایه محافظتی که روی سطح وجود داشته به قوت خود باقی بماند.
ویژگی‌های استیل 304
با محتوای کروم، نیکل، کربن و…، استیل 304 به عنوان یکی از پرکاربردترین متریالهای صنعتی شناخته میشود. این گرید با مزایای عالی خود، در زیرمجموعه گروه فولاد های ضد زنگ آستنیتی دسته بندی میشود. علاوه بر کربن که عنصر اصلی تشکیل دهنده استیلهاست، گریدهای 304 از:
- 18٪ کروم و
- 8٪ نیکل
نیز بهره می‌برند که مقاومت آنها را شدیداً افزایش داده است. درواقع با تکیه بر همین مقاومت، در برابر عوامل مخرب، سیالات اسیدیته و خورنده و…، استقامتی عالی از خود نشان میدهند. استیل 304، ماده ای غیر مغناطیسی، مقاوم در برابر خوردگی و با دوام است و برای جلوگیری از ترک و سایش بدنه محصولات از آن استفاده میشود. میزان سازگاری و تطابق پذیری این تجهیزات با محیط‌های مختلف نیز بسیار قابل توجه است. آنها نسبت به گرید 302 دارای مقاومت بیشتری بوده و در تماس با بسیاری از مواد خورنده، قادر به مقاومت بالایی هستند. بطوری که سوراخ یا ترک خوردگی و زنگ زدگی در آنها رخ نخواهد داد.
مهمترین کاربرد های استیل 304 عبارتست از:
- تجهیزات پردازش مواد غذایی
- صنایع دارو سازی
- مبدل های حرارتی
- مخزن های ذخیره سازی
- لوله های انتقال مایعات و اتصالات
- تابلو های معماری، نرده و تزئینات.
نکته: این نوع از آلیاژها (grade 304) با آلیاژ 316، در ترکیبات و عناصر اساسی تفاوتهایی دارند؛ که در ادامه اشاره خواهد شد.
استیل 316
تفاوت اصلی گریدهای 304 و 316 در بکارگیری مولیبدن است. زیرا براساس افزودن مولیبدن به ساختار استیل 316، مقاومت بالاتری در مقابل خوردگی و اکسیداسیون ایجاد شده است. جالب است بدانید که:
ویژگی‌های عالی استیل 316، سبب شده است تا دومین نوع آلیاژ پر مصرف بعد از 304 در جهان باشد.
علاوه بر تفاوت‌های به وجود آمده، با توجه به ساختار و عنصرهای گرید 316، این آلیاژها در دماهای بالا بسیار قویتر و ماندگارتر از نوع قبلی عمل می‌کنند. برخی از مکان‌ها همواره مملو از عوامل فراوان برای ایجاد و تشدید خوردگی هستند. یعنی تجهیزات درون آن مکان‌ها، همواره مستعد آسیب، خوردگی و استهلاک محیطی هستند!!.
گریدهای نوع 316 برای بکارگیری در چنین مکان‌هایی، بسیار مفید عمل می‌کنند. بطوریکه همانند استیل 304 برای تولید و ساخت لوله ها و اتصالات حساس و تطابق پذیر، قابلیت استفاده داشته و به ویژه در موقعیت های خورنده، دارای مقاومت و ماندگاری عالی هستند. سایر خصوصیات آلیاژ استیل 316 شامل:
- جوش پذیری عالی
- مقاومت در برابر خوردگی
- ایستادگی عالی در برابر سوراخ و ترک
- مقاوم در برابر مواد شیمیایی
- ایستادگی برتر در برابر کلرید
- و ماندگاری و سازگاری بالا
می شود. همچنین دارای کاربرد هایی نظیر: استفاده برای ساخت تجهیزات شیمیایی و پتروشیمی، صفحه های استخراج، فنر، مهره، پیچ و مهره، کارد و چنگال و تجهیزات آشپزی صنعتی، لوله کشی و… می باشند.
استیل 310
مدل‌های استیل 310 نیز همانند دو نوع اشاره شده در فوق، در دسته بندی فولاد های ضد زنگ آستنیتی جای دارند. ترکیبات مختلفی همچون:
- منگنز،
- سیلیکون،
- فسفر و گوگرد،
- به همراه 25 درصد کروم
- و 20 درصد نیکل،
سبب تشکیل ماده ای با خواص مقاوم در برابر دماهای بالا شده است که در زمینه های مختلفی کاربرد دارند. از مهمترین کاربردهای فولاد ضد زنگ گرید 310 میتوان به نمونه هایی از جمله:
- تولید بدنه و قطعات داخلی تجهیزات برودتی،
- ساخت فن ها و کلیه تجهیزات قابل قرار گیری در محیط هایی با دمای کاری بالا،
- طیف گسترده ای از پروژه های لوله کشی و…
اشاره داشت. در مقایسه با نوع 304، آنها از کربن بیش تری برخوردار هستند. همچین بر اساس میزان نیکل و کروم با گرید 316 تفاوتهایی دارند. چنانکه مقادیر نیکل و کروم در استیل 310 بیشتر است. اما به علت وجود مولیبدن در ساختار آلیاژ 316، این گریدها برای محیط های تهاجمی و خورنده مناسب تر می باشند.
فولاد ضد زنگ گرید 302
استیل‌های 302 از مواد مشابه با استیل 304 تولید شده اند. اما حاوی مقادیر متفاوتی از این مواد و عناصر هستند. بعنوان مثال، هر دوی آنها برخوردار از حداکثر:
- 15 درصد کربن،
- 2 درصد منگنز،
- 8 تا 10 درصد نیکل،
- 03 درصد گوگرد
- و 0.4 درصد فسفر
می باشند و نوع 302 نسبت به مدل‌های steel 304، دارای میزان کم‌تری از کروم هستند. همچنین آنها برای ارائه‌ی مقاومت و دوام بیشتر نسبت به آلیاژ های 301 طراحی شده‌اند. به‌همین دلیل علاوه بر ماندگاری بیشتر، غالباَ در عملیات های صنعتی با دمای بالا، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
استنلس استیل 303
استیل‌های 303 نیز همانند سایر نمونه های فوق، جزء ماده های اولیه محبوب هستند. مهمترین دلیل محبوبیت این آلیاژها را میتوان به:
- استحکام فوق العاده
- و عدم خوردگی آنها،
مربوط دانست و به همین علت بسیار پر تقاضا می باشند. همانطور که مشخص است، اکثر فولاد ها دارای خصوصیات و مشخصات یکسانی نمی باشند. دررابطه با تفاوت های آلیاژ 303 نیز بایستی اشاره داشت که:
مقاومت استیل 303 در قیاس با گرید steel 304 به مراتب کمتر است. درحقیقت کاهش این ویژگی به سبب حضور گوگرد در ترکیبات آلیاژ 303 است. البته وجود همین عنصر سبب شده است تا این گرید برای فرآیندهای ماشینکاری، مناسب و ایده آل باشد.
نکته: آلیاژ 303، برای ساخت تجهیزات پزشکی، ادوات صنایع شیمیایی و… نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قیمت آلیاژ فولاد ضدزنگ
قیمت استیل در مقایسه با بسیاری دیگر از متریالهای صنعتی گرانتر است. شاید دلیل این امر را بتوان به مواردی نظیر:
- ویژگی های قدرتمند
- گرانی جهانی فلزات
- وزن سنگین
- ظاهر درخشان و بسیار زیبا
- و اضافه شدن عناصر مختلف شیمیایی برای تبدیل به آلیاژهای مختلف و قدرتمند،
نسبت داد. بطورکلی گرانی این متریالها، گاهاَ باعث بروز دو مسئله میشود. 1) برخی از صنعتگران به همین دلیل به سراغ متریالهای پلیمری که قیمت به مراتب ارزانتری دارند، می روند. 2) در میان مدل‌های موجود در بازارها، پیمانکاران همواره به دنبال متریالهای ارزانتر از استیلها هستند (البته در صورتی که متریال موردنظر بتواند تمامی نیازهای پروژه را برآورده سازد).
البته تعیین قیمت استیل نیز تابع عوامل مختلفی است. عواملی نظیر ضخامت، مدل بر اساس ترکیبات شیمیایی، نوع گرید، عدم اضافه سازی ترکیبات غیرمجاز و غیره. پیشتر نیز گفته شد که افزایش یا کاهش مقاومت آلیاژهای steel، متاثر از بکارگیری عنصر های متنوع و افزودن یا حذف آنهاست. عاملی که سبب تشکیل یک شکل و نوع متفاوت منحصر به فرد از استیل میشود. گروه صنعتی پایپ ایران سالهاست که با استفاده از انواع متریال steel، به ساخت ادوات صنعتی باکیفیتی مختلفی نظیر: مخزن استیل اسید، پایپ های فولاد ضدزنگ، تجهیزات جانبی صنعتی و… اهتمام ورزیده است.
علت ضد زنگ بودن استنلس استیل چیست؟
وقتی که استیل حداقل 10.5 درصد کروم داشته باشد قابلیت ضد زنگ پیدا می کند، کروم بعد از اینکه با اکسیژن هوا ترکیب میشود اکسید کروم تشکیل میشود بعد از این ترکیب لایه ای بر روی استنلس استیل ایجاد میشود که بطور طبیعی قابل دیدن نیست اما همین لایه ایجاد شده بر روی استنلس استیل مانع ارتباط بین هوا و فلز میشود و همین امر باعث سالم ماندن استیل میشود. البته با افزایش درصد کروم و اضافه شدن عناصری دیگر همچون مولیبدن و نیکل لایه محافظ بر روی استنلس استیل تقویت شد و مانع زنگ زدن آن میشود.