بررسی خواص متالورژیکی استنلس استیل و تأثیرات آلیاژهای مختلف
استنلس استیل، که به طور عمومی با نام فولاد زنگ نزن شناخته میشود، یکی از مهم ترین و متداول ترین آلیاژها در صنایع مختلف به شمار میرود. این ماده به دلیل خواص منحصر به فرد خود، از جمله مقاومت در برابر زنگ زدگی، استحکام، و قابلیت فرم پذیری، مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، به بررسی خواص متالورژیکی این آلیاژ و تأثیر آلیاژهای مختلف بر این خواص پرداخته خواهد شد.
1. مقدمه
با توجه به گسترش استفاده از استیل در صنایع مختلف از جمله ساختمان سازی، خودروسازی، و صنایع غذایی، شناخت دقیق خواص متالورژیکی این ماده و تأثیر آلیاژها بر ویژگیهای آن از اهمیت بسزایی برخوردار است. خانواده استیل به دو دسته اصلی تقسیم میشود: استیل آستنیتی و استیل فریتی . هر کدام از این نوع ها خواص متفاتی دارند که به نوع و مقدار آلیاژهای به کار رفته در آنها وابسته است.
البته آلیاژ استنلس استیل دارای انواع دیگری ریز ساختار مانند مارتنزیت ، دوپلکس و ... نیز می باشد ، ولی به طور کلی 2 مورد پرکاربرد و شناخته شده آن استیل با ریز ساختار آستنیتی که به این دسته در اصطلاح عمومی ، ورق استیل نگیر و به نوع فریتی آن ورق استیل بگیر می گویند.
2. خواص متالورژیکی
- مقاومت در برابر خوردگی
فولاد ضد زنگ به دلیل وجود کروم (حداقل 10.5% وزنی) در ترکیب خود، دارای خاصیت مقاومت در برابر زنگ زدگی است. کروم با تشکیل یک لایه نازک اکسیدی بر سطح فولاد، از اکسیداسیون آن جلوگیری میکند. این لایه نازک در اصطلاح لایه رویینگی نیز گفته می شود. تا زمانی که این لایه دارای قطر و چگالی بالا باشد ، از نظر خوردگی استیل در امان است.
زمانی که این لایه رویینگی دچار خراش شود ، یا چگالی کروم در این لایه کاهش یابد ، کروم از لایه های پایین تر خود را به سطح می رساند و لایه رویینگی مجددا ترمیم می شود.
- استحکام و سختی
میزان استحکام و سختی این آلیاژ به نوع آن بستگی دارد. بعنوان مقایسه باید گفت که فولاد ضد زنگ آستنیتی معمولاً دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به نوع فریتی است، به خصوص در دماهای پایین.
- قابلیت جوشکاری
استیل معمولاً قابلیت جوشکاری خوبی دارد. وجود عناصر آلیاژی مانند نیکل و مولیبدن در ترکیب این ماده، این خاصیت را افزایش میدهد. یکی از مخرب ترین عناصر موجود در ساختار استیل ، کربن است ، وجود کربن در فولاد باعث می شود تا در نقطه جوشکاری ، کاربید کربن تشکیل شود ، ته نشین شده کاربید کربن در ناحیه جوش باعث ترد شدن و شکنندگی جوش می شود. لذا بهتر است در مکان هایی که نیاز به جوشکاری ورق استیل دارید ، از نوع کم کربن (مثلا 304L که اختصار کلمه LOW CARBON می باشد. ) برای جوشکاری استفاده کنید.
- قابلیت فرم پذیری
فولاد ضد زنگ به دلیل ساختار کریستالی آستنیتی خود، قابلیت فرم پذیری بالایی دارد. این ویژگی در ساخت قطعات پیچیده و در فرایندهای تولید مختلف اهمیت دارد. البته نوع فریتی نیز دارای فرم پذیری خیلی خوبی است. ولی بعنوان مقایسه باید گفت که نوع آستنیتی قابلیت فرم پذیری بهتری دارد.
3. تأثیر آلیاژهای مختلف بر خواص استنلس استیل
- نقش نیکل
نیکل به عنوان یکی از اعضای کلیدی در استیل آستنیتی عمل میکند. اضافه کردن نیکل باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی و بهبود خواص مکانیکی میگردد. نیکل در اصطلاح متالورژیکی ، آستنیت زا است (پایدار کننده فاز آستنیت) این ویژگی کمک می کند تا با افزودن درصدی از نیکل به این آلیاژ ، فاز آستنیت پایدار شده و در دسته بندی نگیر ها قرار گیرد.
- نقش مولیبدن
مولیبدن بهبود مقاومت در برابر خوردگی در محلولهای کلریدی را فراهم میآورد. معمولاً در آلیاژهایی که در محیطهای خورنده استفاده میشوند، به کار میرود. این آلیاژ دارای مولیبدن ، در محیط های اسیدی پایداری بسیار عالی دارد و دیرتر از سایر انواع استیل دارای خوردگی می شود. معمولا برای محیط های دریایی و ساحلی که غلظت بالایی از کلر وجود دارد از نوع استیل با ریز ساختار مولیبدن استفاده می شود.
- نقش کربن
کربن در افزایش استحکام و سختی فولاد ضد زنگ تاثیر دارد، اما نیز میتواند مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد. بنابراین، دقت در کنترل مقدار آن بسیار مهم است. بعنوان مثال برای کاربردهایی که نیاز است ورق استیل دارای سختی بالا باشد و حساسیت به عواملی که باعث خوردگی می شود کم باشد ، می توان از انواع فولاد ها با درصد بالاتر کربن استفاده کرد.
ولی زمانی که نیاز است با روش های جوشکاری فرم نهایی محصول ساخته شود، و محیط نیز دارای شرایط مساعد خوردگی نیز هست ، باید از انوع کم کربن هر گرید استفاده کرد.
نتیجه گیری
استیل به عنوان یکی از مواد اصلی در صنایع مدرن، ویژگیهای متالورژیکی خاصی دارد که تحت تأثیر نوع و مقدار آلیاژها قرار میگیرد. شناخت و درک بهتر این خواص میتواند در بهینه سازی فرایندهای تولید و کاربرد این ماده موثر باشد.
همچنین توجه به نوع محیط مورد استفاده ، حساسیت به عوامل و شرایط خوردگی ، میزان سختی لازم و سایر عوامل متالورژیکی لازم و ضروری است. لذا برای انتخاب بهترین و مناسب ترین نوع استیل باید با مهندسین متالورژی مشورت های لازم را انجام دهید.