فهرست موضوعات
مقدمه
خودرو سازان همواره به دنبال ارائه محصول با کیفیت توام با قیمت مناسب هستند. در بین پارامترهای طراحی خودرو نیز یکی از مهم ترین عوامل موثر بر کیفیت و قیمت محصول نهایی مبحث انتخاب مواد می باشد. انتخاب متریال در تمامی قطعاتی که در ساخت و مونتاژ یک اتومبیل مورد استفاده قرار می گیرند، از جایگاه ویژه ای برخوردار است. یکی از این قسمت ها سیستم تخلیه دود و یا همان اگزوز می باشد. سیستم تخلیه دود مجموعه قطعاتی هستند که دود حاصل از واکنش ها و احتراقات شیمیایی در موتور خودرو از آن خارج می شوند. اگزوز معمولا شامل قسمت هایی اعم از منیفولد خروجی، لوله های رابط، لوله اگزوز، مبدل کاتالیزوری، صدا خفه کن و لوله پخش دود می شود. معمولا از فولادهای کربنی، فولاد زنگ نزن (استنلس استیل)، آلیاژهای تیتانیم و سوپرآلیاژهایی نظیر اینکونل در ساخت این قسمت استفاده شده است. در این بین یکی از موادی که توانسته حد بهینه ای از خواص مورد نظر و در عین حال بهای تمام شده ی مناسبی را برای تولید سیستم اگزوز خودرو تامین کند استنلس استیل ها و یا همان فولادهای زنگ نزن هستند. فولادهای زنگ نزن خود بر حسب عناصر آلیاژی شامل گریدها و خانواده های آلیاژی گسترده و مختلفی می شوند. در این بین ورق استیل 409 و 304 نمونه ای از پرمصرف ترین فولادهای زنگ نزنی هستند که در ساخت اگزوز خودرو مورد استفاده قرار گرفته اند. در این مقاله ابتدا به صورت مختصر گرید 409 معرفی شده سپس به دلایل و چرایی انتخاب این رده آلیاژی در ساخت اگزوز خودرو پرداخته می شود.
مروری کوتاه بر ویژگی های استنلس استیل 409
استیل 409 یک فولاد زنگ نزن فریتی است که همچون دیگر گریدهای این خانواده آلیاژی دارای خواص مغناطیسی است. از این رو گرید نیز در اصطلاح عامیانه بازار، بگیر (دارای خواص مغناطیسی) می باشد. در جدول 1 آنالیز ترکیب شیمیایی ورق استیل 409 ارائه شده است. همانطورکه ملاحظه می شود کروم اصلی ترین عنصر آلیاژی در ترکیب این فولاد بوده و این گرید دارای 10.5 الی 11.75 کروم می باشد. این گرید در ابتدا برای صنعت خودروسازی توسعه یافته ولی با گذشت زمان در دیگر شاخه های صنعتی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. فولاد زنگ نزن 409 با وجود میزان کروم پایینی که دارد توانسته مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون مناسبی مخصوصا در دمای بالا از خود نشان دهد.
| عنصر آلیاژی (%) | استیل 409 | استیل 409L | |
| کربن (C) | بیشترین مقدار (max) | 0.08 | 0.03 |
| منگنز (Mn) | بیشترین مقدار (max) | 1 | 1 |
| سیلسیم (Si) | بیشترین مقدار (max) | 1 | 1 |
| فسفر (P) | بیشترین مقدار (max) | 0.04 | 0.04 |
| گوگرد (S) | بیشترین مقدار (max) | 0.03 | 0.03 |
| کروم (Cr) | کمترین مقدار (min) | 10.5 | 10.5 |
| بیشترین مقدار (max) | 11.75 | 11.75 | |
| نیکل (Ni)– بیشترین مقدار (max) | 0.5 | 0.5 | |
| تیتانیم (Ti)– بیشترین مقدار (max) | 0.075 | 0.75 | |
| آهن (Fe) | عنصر پایه | عنصر پایه | |
دلایل انتخاب استیل 409 برای ساخت اگزوز خودرو
به طور کلی در انتخاب متریال برای یک کاربرد خاص ابتدا باید بررسی نمود که قطعه مورد نظر تحت چه شرایطی کار می کند. از آنجایی گازهای خروجی از موتور اتومبیل محصول احتراق و واکنش شیمیایی بوده بنابراین مجموعه سیستم تخلیه دود در معرض دمای بالا قرار دارند که هر قسمت از این مجموعه تحت شرایط و دمای خاصی قرار دارد. به طور کلی مجموعه سیستم اگزوز خودرو در محدوده دمایی بین 150 الی C ° 860 کار می کنند. علاوه بر دما، گازهای خروجی از موتور خودرو با سرعت بالا و ارتعاشات زیادی خارج می شوند. اگزوز خودرو وظیفه دارد تا از ارتعاشات، نویز و دمای این گازها بکاهد. همچنین این گازها حاوی گازهای سمی همچون کربن مونواکسید هستند بنابراین باید ابتدا تصفیه شده و سپس وارد محیط شوند. بنابراین موادی که در این قسمت ها بکارگیری می شوند باید دارای ویژگی هایی نظیر مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا، جابجایی آسان، استحکام و انعطاف پذیری، قیمت و وزن مناسبی باشد. همانطورکه در قسمت مقدمه نیز گفته شد استنلس استیل ها یکی از آلیاژهایی هستند که توانسته اند حد بهینه ای از خواص نام برده را تامین نمایند. به طوری که کمپانی های تولید خودرو همچون فورد، فولکس واگن و..... در ساخت سیستم اگزوز تولیدات خود از این فولادها استفاده می کنند. ورق استیل بگیر 409 یکی از فولادهای زنگ نزنی است که در ساخت قسمت های مختلفی از اگزوز مورد استفاده قرار می گیرد. این قسمت ها عبارتند از: مافلر یا صدا خفه، مبدل های کاتالیزوری و....
استیل 409 بنابر ویژگی هایی نظیر مقاومت بالا در برابر حرارت، استحکام و انعطاف پذیری مناسب، جابجایی آسان، قیمت مناسب به وفور در ساخت قسمت های اگزوز خودرو استفاده می شود. ورق استیل بگیر 409، در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ֯ 675 و در سرویس دهی های متناوب تا دمای C ֯ 815 مقاومت به اکسیداسیون خوبی از خود نشان می دهد. همین ویژگی به همراه جوش پذیری مناسب از دیگر عوامل انتخاب استنلس استیل 409 بوده است.
علاوه بر ویژگی های نام برده سازگاری با محیط زیست و قابلیت بازیافت فولادهای زنگ نزن را نیز به این موارد اضافه کنید. با به کار بکارگیری این گرید و خواص مناسبی که دارد قسمت های مختلف اگزوز که از استیل 409 ساخته می شوند، ضخامتشان کاهش می یابد.
تهیه ورق استیل 409
از آنجایی که کروم اصلی ترین عنصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن فریتی است بنابراین به طور کلی قیمت ورق استیل بگیر بر حسب میزان این عنصر تعیین می گردد. استیل 409 نیز حاوی حداقل میزان کروم (10.5 الی 11.75) لازم برای تشکیل لایه پسیو در فولادهای زنگ نزن هست به همین دلیل یکی از ارزانترین فولادهای زنگ نزن محسوب شده و بکارگیری آن سبب کاهش قیمت محصولات نهایی می شود. این گرید و دیگر فولادهای زنگ نزن در کشور تولید نشده و وارداتی هستند. به همین جهت شرکت فلزات رنگین جزء معدود واردکننده های فعال در زمینه ی واردات مقاطع فولادی بوده که توانسته نیاز بازار به استنلس استیل 409 و دیگر فولادهای زنگ نزن را برطرف سازد.