استنلس استیل و کاربرد آنها
آلیاژ آهنی که دارای کروم بیش از 10/5 درصد و کربن کمتر از 5/1 درصد بوده،
و دارای قابلیت خود ترمیمی سطح و مقاومت در برابر خوردگی مقاوم می باشد.
مزیت های خاص تکنیکی استنلس های گوناگون :
به طور کلی استنلس استیل ، فلز بادوام، کم هزینه جهت نگهداری و صد درصد قابل بازیافت می باشد،
و بیش از 60 درصد استنلس های جدید از ذوب قراضه استنلس استیل تهیه می گردند.
خواص اصلی استنلس استیل ها در موارد ذیل خلاصه می گردند:
* مقاومت در برابر خوردگی
* ظاهر جذاب
* مقاومت در برابر حرارت
* هزینه ناچیز در طول عمر مفید
* بصورت کامل قابل بازیافت
* از نظر قابلیتهای بیولوژیکی خنثی می باشد
* سادگی تولید محصول
گروههای استنلس استیل کدامند؟
1- استنلس های نگیر (غیر مغناطیسی) 2- استنلس های بگیر ( مغناطیسی) 3- استنلس های مارتنزیت 4- استنلس های دوپلکس
1- گروه استنلس های نگیر (غیر مغناطیسی)
آلیاژ آهن، کروم نیکل با کربن کمتر از یک دهم درصد شناخته می شوند مثل:
استنلس های 304 و 304L که معمولا به عنوان 8/18 و 10/18 نیز نامگذاری شده و در حالت کار نشده خاصیت غیر آهن ربایی دارند.
این گروه بیش از 65 درصد مصرف جهانی استنلس را به خود اختصاص می دهند.
2- گروه استنلسهای بگیر( مغناطیسی)
آلیاژ آهن – کروم با کربن کمتر از یک دهم درصد و خاصیت آهن ربایی.
3- گروه استنلس های مارتنزیت:
آلیاژ آهن – کروم با کربن بالاتر از یک دهم درصد و خاصیت آهن ربایی همراه با سختی پذیری.
4- گروه استنلس های دوپلکس :
آلیاژ آهن – کروم و نیکل با ساختمانی از ترکیب استنلس های مغناطیسی و غیر مغناطیسی بوده و دارای خاصیت آهن ربایی در درجه حرارت معمولی می باشند.
خواصّ اصلی استنلس ها:
مقاوم در برابر خوردگی – کارکرد عالی – مقاوم در برابر حرارت – هزینه پایین و طول عمر مفید،
100 درصد قابل بازیافت – خنثی از نظر بیولوژیکی- سهولت در تولید و پاکیزکی و همچنین نسبت بالای مقاومت به وزن
استنلسهای نگیر( غیر مغناطیسی)
در این نوع از استنلس استیل ها آلیاژ 304 با ترکیب نیکل 10-8 درصد و کروم 20-18 درصد و کربن حداکثر 80/0 درصد به عنوان استنلس پایه شناخته می شود.
و با تغییر ترکیب آلیاژی استنلس استیل 304 یا 4301 /1حصول آلیاژ های دیگر استنلس استیل در این گروه امکان پذیر می گردد.
با توجه به اهدف مورد نظر در هنگام استفاده از استنلس استیل ها شرایط زیر متصور می باشند:
حالت اول:
اگر بهبود خواصّ مکانیکی مد نظر باشد، بستگی به روش انتخاب یکی از گروه های زیر می توانند انتخاب گردند:
گروه اول :
با افزایش نیتروژن در ترکیب آلیاژی می توان به افزایش قدرت خصوصاًدر دمای پائین دست یافت و در این گروه می توان به 304N یا (4315/1) و 304LN یا (4311/1)اشاره نمود.
گروه دوم:
با افزایش کربن در ترکیب آلیاژی خواص مکانیکی (شامل عملیات سرد) افزایش می یابد که میتوان به نوع استنلس استیل 301(4310/1) اشاره نمود.
گروه سوم :
با کاهش نسبی کربن و افزایش نیتروژن در ترکیب آلیاژی استنلس استیل 301 می توان جوش پذیری را افزایش و خاصیت غیر شکنندگی و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد به عنوان مثال به نوع 301LN (438/1) میتوان اشاره نمود.
گروه چهارم :
با افزایش نیکل تا حد 12 درصد در ترکیب آلیاژی می توان شکل دهی انبساطی (کشش با مهار) را افزایش داد که نوع 305 (4303/1) یکی از این انواع می باشد.
حالت دوم :
اگر هدف افزایش مقاومت در برابر خوردگی بوده باشد می توان با استفاده از استیل پایه(304) به دو گروه زیر دست یافت:
گروه اول:
چنانچه مقاومت در برابر اکسیداسیون در درجه حرارتهای بالا مورد نظر باشد استنلس استیل هایی که در ترکیب آلیاژی آنها کروم و نیکل افزایش پیدا می نمایند ،
مناسب می باشند از بارزترین آنها می توان به انواع 309 S(4833/1) 310/314 (4841/1) و 310S (4845/1) اشاره نمود.
گروه دوم :
جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی می توان با افزایش مولیبدن در ترکیب آلیاژی استیل پایه مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد.
316(4401/1) با مولیبدن 2 درصد و 316 (4436/1) با مولیبدن 5/2 درصد و 317با مولیبدن 3 درصد از جمله این نوع از استنلسها می باشند.
در حالت سوم :
چنانچه بهبود کیفیت جوش پذیری مد نظر قرار گیرد می توان گروه های زیر را در شرایط گوناگون متصّور نمود:
گروه اول:
با کاهش کربن و افزایش نسبی تیتانیوم ،
می توان جوش پذیری استنلس استیل را بهبود داد و همزمان از خوردگی داخل دانه ای پس از جوش جلوگیری نمود.
انواع این گروه شامل استنل های سری 321 (4541/1) دارای تیتانیوم و یا سری های 304L(4307/1) و (4306/1) با کربن پائین می باشند .
گروه دوم :
با کاهش کربن و افزایش مولیبدن و نیز تیتانیوم می توان علاوه بر بهبود جوش پذیری مقاومت در برابر خوردگی را همزمان افزایش داد.
استنلسهای 316 TI ( 4571/1) و 316 L و 317L از این جمله اند.
گروه سوم:
در این نوع از استنلسها با افزایش کروم ، مولیبدن و نیتروژن در استنلس استیل پایه(304) مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافته و کیفیت جوش پذیری نیز بهبود می یابد .
استنلسهای 4547/1، 4529/1 با مولیبدن 6 درصد از این جمله اند.
انواع استنلس های بگیر(غیر مغناطیسی)
پر مصرف ترین استنلس استیل در این گروه نوع (AISI 430)یا 4016/1می باشد .
این نوع از استنلسها در شرایطی که حفظ ظاهر در اولویت بوده و شرایط سخت محیطی موجود نمی باشد، دارای کاربرد فراوانی می باشند.
افزایش کروم و مولیبدن در این نوع از استنلس ها باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی شده و اضافه نمودن تیتانیوم و نیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می دهند.
تقسیم بندی استنلس استیل های مغناطیسی( بگیر)
گروه اول:
این گروه شامل استنلس استیل های 409- 410- 420- 410L که کروم موجود انها بین 10 تا 14 درصد می باشد و 30 درصد کل مصرف این نوع استنلس استیل را شامل می گردد.
این گروه دارای کمترین میزان کروم و ارزانترین نوع استنلس استیل می باشد .
در محیط های غیره خورنده و یا دارای خورندگی ناچیز و یا جاهایی که مقدار کمی از زنگ زدگی سطحی قابل قبول باشد مصرف می گردد.
بیشتر در فضای بسته ( شرایطی که با آب در تماس مستقیم نبوده و یا به صورت دائم خشک است) و نیز برای صدا خفه کن اگزوزها ی ماشین مصرف عمده دارد.
سری 410 L جهت استفاده در کانتینرها – اتوبوسها و مینی بوسها و اخیراً فریمهای LCD به کار گرفته می شود.
گروه دوم:
استنلس استیل 430 شاخص این گروه نوع می باشدکه کروم آن بین 14-18 درصد می باشد،
و پر مصرف ترین استنلس استیل از نوع مغناطیسی( بگیر) می باشد
( حدوداً 48 درصد مصرف جهانی این نوع از استنلس استیل به خاطر بالا بودن میزان کروم (14-18 درصد)
دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی بوده و شباهت زیادی به استنلس استیل پایه گروه غیر مغناطیسی یعنی 304 دارد.
مصارف دیگر این استنلس استیل در ساخت دیگهای ماشین لباس شویی وپانلهای داخلی است،
استنلس استیل 430 معمولا جایگزین خوبی برای استیل غیر مغناطیسی 304 بوده،
و در اقلام وسایل خانگی مانند ماشینهای ظرفشویی، ظروف آشپزخانه (قابلمه و تابه) مورد استفاده گسترده دارد.
گروه سوم :
استیل های این گروه نیز شامل (14-18 درصد کروم ) بوده هر چند عناصر تثبیت کننده مانند تیتانیوم ،
نیوبیوم نیز به صورت فعال در ترکیب وجود دارند از جمله این استیلها به انواع 430TI-439-441) می توان اشاره نمود.
در مقایسه با گروه 2 این سری از استنلسهای بگیر قابلیت بهتری در جوش پذیری و فرم گیری از خود نشان می دهند و در اکثر موارد از سری های غیر مغناطیسی 304 رفتار بهتری از خود بروز می دهند.
مصارف عمده این گروه ساخت سینک ها ، لوله های تبادل حرارتی (صنایع شکر و انرژی و غیره) سیستم های اگزوز
با عمر طولانی تر( از نوع 409) و نیز قسمتهای جوش شده در ماشینهای لباسشویی می باشد.
در موارد مصرفی که استفاده از استنلس های 304 به نظر بالاتر از حد مورد نیاز و غیر اقتصادی بنظر می آیند این نوع از استنلسهای بگیر جایگزین مناسبی می باشند.
گروه چهارم:
شامل استنلسهای 434،436، 444 (مولیبدن در ترکیب) که 7 درصد از مصرف را به خود اختصاص می دهند.
این گروه شامل مقداری مولیبدن اضافه شده جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی می باشد .
مصارف معمول این گروه در ساخت تانک های آب گرم ، آبگرمکن های خورشیدی ، قسمتهای بیرونی سیستم اگزوز ، کتری برقی، قطعات اجاق های مایکروویو، پنل های خارجی و غیره می باشد.
سری 444 از نظر مقاومت در برابر خوردگی می تواند مشابه سری 316 عمل نماید.
گروه پنجم :
شامل استنلسهای با30 -18 درصد کروم می باشند که در گروههای دیگر قابل دسته بندی نباشند.
از انواع آن می توان به نوع های 445، 446،447، و غیره اشاره نمود. ( این گروه 2 درصد از مصرف کل را به خود اختصاص می دهند.)
این سری دارای کروم اضافه و نیز مولیبدن جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون می باشد
(مانند نوع 316 و مصرف عمده این سری در محیطهای ساحلی و در شرایط سخت خوردگی است).
شایان ذکر است مقاومت خوردگی سری JIS 447 معادل فلز تیتانیوم می باشد .
مزیت آهن ربا بودن استنلسهای مغناطیسی(بگیر)
اینگونه متصور است که چون استنلس بگیر دارای خاصیت آهن ربایی است،
بنابراین به صورت واقعی ضد زنگ نبوده و مانند فولادهای کربنی زنگ می زند.
این تصور کاملا اشتباه است .
لازم به ذکر است:
تنها به علت تفاوت ساختمان اتمی است که بعضی از استنلسها مغناطیسی( بگیر) و شماری از آنها غیر مغناطیسی (نگیر) می گردند .
خواص ضد خوردگی استنلسهای مغناطیسی(بگیر)
فلز استنلس استیل بعلت داشتن کروم در برابر خوردگی مقاوم گردیده است.
فلزات کلا در مقابل خوردگی به نسبتهای مختلف دارای ضعف می باشند هرچند استنلس استیل بصورت چشمگیری نسبت به فولادهای کربنی در مقابل خوردگی مقاوم می باشد.
فلز کروم در استنلس استیل ( نه نیکل که بعضی اوقات تصور می گردد) عامل اصلی مقاومت این فلز در برابر خوردگی است.
به همین دلیل استنلسهای مغناطیسی( بگیر ) به نسبت کروم موجود در آنها مقاومت خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهند.
مقاومت موضعی در برابر خوردگی در استنلسهای مغناطیسی
مقاومت استنلس استیل در برابر خوردگی ناشی از ترکیب شیمیایی آن بوده و بستگی به ساختمان اتمی نوع بگیر یا نگیر آن ندارد.
در استنلس استیل های 436 و 444 به علت داشتن مولیبدن مقاومت در برابر خوردگی،
در سطح بالاتری از 304 قرار دارد هرچند استنلس نگیر 304 مقاومتش بیشتر ازاستنلسهای بگیر سری 441، 439، 430 می باشد .
خواص فیزیکی و مکانیکی استنلسهای مغناطیسی(بگیر)
استنلس های بگیر برای تولیدات مختلف بسیار مناسب بوده و دارای کاربردهای وسیعی می باشد.
استنلس های بگیر مشخصات مکانیکی مناسب داشته و در مقایسه با استنلس های نگیر موقعیت میانی قابل قبولی دارند.
تنش تسلیم استنلس های بگیر از نگیر بالاتر بوده در حالیکه مشخصات تغییر طول و شکل پذیری آن مشابه فولاد های کربنی می باشد.
دو مشخصه برتر اینگونه استنلس استیل ها نسبت به استنلس های نگیر انبساط حرارتی و هدایت حرارتی آنها می باشد.
مشخصات فیزیکی استنلسهای مغناطیسی(بگیر)
به طور کلی مشخصات فیزیکی یک فلز آلیاژی منعکس کننده توانائی فلز جهت انتقال حرارت، انتقال الکتریسیته ،
انبساط و انقباض و غیره می باشد.
استنلس های بگیر دارای خاصیت مغناطیسی بوده و در عین حال دارای مزیت های متعددی نسبت به
استنلس های نگیر می باشند به عنوان مثال انتقال حرارت به میزان قابل توجهی درآنها بوده،
و در مصارفی چون اطوهای برقی ، یا مبدل های حرارتی لوله یا ورق ایده ال می باشند.
ضریب انبساط حرارتی استنلس های بگیر مشابه فولاد های کربنی بوده و به مراتب از استنلس های نگیر پایین تر است در نتیجه استنلس های بگیر در مقابل حرارت کمتر تغییر شکل می دهند.
گازهای محافظ جهت جوشکاری استنلسهای مغناطیسی
استنلس استیل در حالت ذوب به علت داشتن کروم بالا دارای قابلیت اکسید شدن بالا می باشد،چنانچه در هنگام ذوب این فلز از هوا مصون نگردد کروم موجود در فلز به اکسید تبدیل شده و مقاومت در برابر خورندگی در محل جوش کاهش می یابد.برای جلوگیری از وقوع این امر از گاز محافظ استفاده می گردد گازهای محافظ می توانند آرگون و یا هلیوم و ترکیبی از آنها باشند.
جهت استنلس های بگیر گازهای محافظ می بایست آرگون خالص و یا ترکیب آرگون و هلیوم باشند.
گاز آرگون معمول ترین گاز حفاظتی در پشت کار می باشد و گاز نیتروژن نمی بایست در استنلس های بگیر مورد استفاده قرار گیرد.
اسید شویی ، خنثی سازی و گند زدایی:
تغییر رنگ جزئی ناشی از جوشکاری باید با روشهای مکانیکی و یا شیمیایی ( به نام اسید شویی) از بین برده شود .
اسید شویی به وسیله ترکیبی از اسید های فلوئیدریک و نیتریک و یا خمیر های مخصوص می باشد.
عملیات خنثی سازی و گند زدایی جهت بازآوری لایه سطحی و آزاد شدن رسوبات متالیک از طریق غوطه ور کردن قطعه در آب سرد حاوی 20 تا 25 درصد اسید نیتریک بدست می آید.
به طور اختصار دسته بندی استنلسهای مغناطیسی (بگیر) به صورت زیر خواهد بود :
گروه اول :
کروم14-10 درصد( 409-410-420)
گروه دوم :
کروم: 18-14 درصد (430)
گروه سوم:
کروم 18-14 درصد و فلزات تثبیت کننده مانند نیوبیوم و تیتانیوم مانند انواع 430TI، 439، 441
گروه چهارم :
حاوی 5 درصد مولیبدن اضافه مانند انواع 434، 436 و444
گروه پنجم :
حاوی 30-18 درصد کروم که در گروه های دیگر نباشد مانند انواع 445،446،447
دوپلکس چیست؟
استنلس استیل های دوپلکس بطور کلی از نظر مقاومت در سطح بالاتری
نسبت به انواع معمول استنلس های بگیر و نگیر قرار دارندو پر مصرف ترین آنها نوع 4462/1 EN می باشد
انواع استنلس های دوپلکس
ASTM EN
32101S 4162/1
32304S 4362/1
32205S 4462/1
31803S
32760S 4501/1
32750S 4410/1
مشخصات اختصاصی:
1-قدرت بالا
2- مقاومت بالادر برابر نفوذ حفره ای و خوردگی موئی
3- مقاومت بالا در برابر تنش های منجر به ترک خوردگی و خستگی هر دو ناشی از خوردگی
4- مقاومت بالا در برابر خوردگی های یکپارچه
5- مقاومت خوب در برابر خستگی
6- قدرت جذب انرژی بالا
7- انبساط حرارتی پائین
8- جوش پذیری خوب
کاربردها:
1- مبدل های حرارتی
2- آبگرمکن ها
3- محفظه های تحت فشار
4- تانکرها
5- شفت ها و جلو برندها قطعات گردشی دیوارهای موج شکن حائل در سکوهای دریایی
6- تانکرهای حمل مواد و نیز سیستم های لوله کشی جهت تانکرهای شیمیایی
7- هضم کنندها و سایر دستگاها در صنایع کاغذ و خمیر کاغذ
8- داکتهای تصفیه گاز
9- سیستم آب دریا
10- کارخانجات آب شیرین کن
مختصات عمومی:
استنلسهای دوپلکس به عنوان استنلس های بگیر- نگیر ( مغناطیسی- غیر مغناطیسی) نیز شناخته شده،
که تعداد زیادی از خواص مفید هر دو نوع استنلس استیل بگیر و نگیر را دارا می باشد
به علت درصد بالای کروم و نیتروژن و همچنین در اکثر موارد مولیبدن دارای مقاومت بالا در برابر خوردگیهای نقطه ای و یکنواخت می باشند.
ساختمان میکروسکوپی استنلسهای دوپلکس موجب افزایش توانایی(قدرت) و مقاومت آن ،
در برابر ترک خوردگی های ناشی از تنشهای خوردگی می گردد. استنلسهای دوپلکس درای خصوصیت جوش پذیری خوبی نیز می باشند.
مقاومت در برابر خوردگی:
استنلس های دوپلکس به علت برخورداری از درصد بالای کروم مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی در بسیاری از محیط ها را دارند.
خوردگی یکنواخت(uniform corrosion):
این نوع خوردگی در هنگامی اتفاق می افتد که کل سطح استیل در مجاورت محیط خورنده قرار گرفته
و بصورت یکنواخت در معرض خوردگی قرار می گیرد .
بطور کلی هنگامی که سرعت خوردگی در استیل کمتر از 0/1 میلیمتر در سال باشد ،
استیل با مقاومت خوب در برابر خوردگی تلقی می گردد.
استیلهای دوپلکس به علت برخورداری از درصد بالای کروم مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی در بسیاری از محیطها را دارند.
2304SAF در بسیاری از مواقع معادل 4404 بوده و انواع دیگر استیلهای دوپلکس
با آلیاژهای بالاتر مقاومتهای بیشتری در برابر خوردگی از خود نشان می دهند.
در اسید سولفوریک که یا یونهای کلر همراه گردیده ،
دوپلکس 2205 از استنلس نوع 4404 مقاومت خیلی بهتری در برابر خوردگی از خود نشان داده و مقاومت آن معادل استنلس نوع 904 L می باشد
خوردگی حفره ای و موئی(PITTING):
با افزایش کروم ، مولیبدن و نیتروژن در استیل مقاومت آن در برابر خوردگی حفره ای افزایش می یابد.
ترک ناشی از تنش خوردگی:
در محیط های کلریدی با درجه حرارت بالا، استنلس استیلهای نگیر در معرض بروز ترک بر اثر تنش خوردگی قرار می گیرند.
استنلس استیلهای از نوع دوپلکس به علت تداوم فاز مغناطیسی شان به میزان بسیار کمتری در مقابل اینگونه خوردگی حساس می باشند.
تنش خوردگی سولفاید منجر به ترک:
در شرایط حضور محلول های هیدرو سولفاید و هیدروکلراید، امکان بروز تنش خوردگی منجر به ترک در درجه حرارت های پائین تر بیشتر می گردد.
چنین شرایطی در بدنه چاههای نفت و گاز به شدت امکان وقوع پیدا می کند.
در حالیکه انواع استیلهای 2205و 2507SAF مقاومت خوبی در اینگونه شرایط از خود نشان می دهند،
در حالیکه استنلسهای با 13 درصد کروم تمایل بیشتری به تنش خوردگی منجر به ترک دارند.
خستگی خوردگی(CORROSION FATIGUE)
استیلهای دوپلکس به علت قدرت مکانیکی بالا و مقاومت زیاد در برابر خوردگی دارای توانائی بالا در برابر خستگی خوردگی می باشند مقاومت استیل 2205 در آب دریا (مصنوعی) بیشتر از انواع دیگر آن می باشد
خوردگی داخل کریستالی
به علت ساختمان میکروسکوبی خاص و درصد پائین کربن این نوع استنلسها دارای مقاومت بسیار خوب،
در برابر خوردگی داخل کریستالی می باشند و به گونه ای هستند که پدید آمدن حالت غیر مغناطیسی
در منطقه حرارت دیده جوش را تضمین می نمایند و پدید آمدن کاربیدها و نیتریدهای ناخواسته در مرزهای دانه ای در اینگونه استیل ها به حداقل کاهش می یابد.
جوش:
جوش پذیری استیل های دوپلکس خوب بوده و روشهای معمول جوشکاری در استنلس استیل ها در مورد آنها نیز صادق می باشد.
روشهای معمول جوش استنلس استیل
جوش قوسی فلز با حفاظت
جوش قوسی تنگستن با گاز
جوش قوسی فلز با گاز
جوش قوسی با الکترود
جوش قوسی با پلاسما
جوش قوسی زیر پودری
دستور العمل کلی زیر درهنگام جوشکاری می تواند عموما مورد استفاده قرار بگیرد:
1- جوش ماده می بایست بدون پیشگرم انجام پذیرد.
2- ماده باید فرصت سرد شدن تا حد پایین تر از 150 در جه سانتیگراد در بین مراحل مختلف جوش را داشته باشد .
3- جهت حصول مشخصات خوب برای فلز جو ش شده ، مواد پر کننده مورد استفاده قرار گیرد .
4- جهت حصول شرایط مناسب تعادلی بین حالت مغناطیسی و غیر مغناطیسی در جوش ، قدرت قوس جوش می بایست در محدود های توصیه شده باقی بماند.
5- برای اطمینان از عدم وقوع خوردگی حفر ه ای در جوشکار های GTIMوPAW ، اضافه نمودن نیتروژن در گاز محافظ توصیه می گردد.
دیدگاهتان را بنویسید