وبلاگ تحقیقاتی متالورژی

 

 

 

ایمپلنت وسیله ای است که برای جایگزینی اندام هایی استفاده می شود که به علت ضربه یا اختلالات استخوانی و غضروفی (مانند پوکی استخوان) آسیب دیده اند. در این مقاله به بررسی و بحث درباره ایمپلنت های ساخته از آلیاژهای فلزی و کاربردهایشان خواهیم پرداخت. متداول ترین آلیاژهای مورد استفاده در ساخت ایمپلنت های جراحی عبارتند از: استنلس استیل ها و تیتانیم.

مروری بر تاریخچه بکارگیری استنلس استیل در ساخت تجهیزات پزشکی

از اوایل قرن بیستم تا کنون از استنلس استیل (فولاد زنگ نزن) در مصارف پزشکی استفاده شده است. فولاد ضد زنگ انواع مختلفی دارد که یکی از انواع ، گرید 302 است که از آن در جراحی های ارتوپدی استفاده می­ شود. اما بیشترین کاربرد در بین این فولادها در مصارف پزشکی مربوط به ورق استیل 304 و 316 بوده است. این دو گرید دارای ساختار آستنیتی بوده و فاقد خواص مغناطیسی می باشند. از ورق استیل L     316 در عمل ­های جراحی برای جایگزینی بافت های بیولوژیکی یا کمک به ایجاد ثبات اعضای بیولوژیکی بدن مانند بافت استخوان و برای کمک به روند بهبود، استفاده می شود. از آنجایی که قیمت ورق استیل 316 از گرید های 302 و 304 بالاتر بوده و همین امر نیز منجر به بالاتر رفتن قیمت محصول نهایی می شود. اما در ادامه به بررسی دلایل این انتخاب پرداخته می شود.

ورق استیل 316 در ساخت ایمپلنت

متداول ترین فولاد مورد استفاده در عمل های جراحی، ورق استیل L     316 است زیرا در تماس با مایعات بیولوژیکی بدن بیشترین مقاومت به خوردگی را دارا می باشد. ایمپلنت های جراحی نباید زمانی که در بدن قرار می گیرند در برابر خوردگی آسیب پذیر باشند زیرا در غیر اینصورت باعث ایجاد عفونت می شوند. زمانی که ایمپلنت به عفونت مبتلا می شود، به منظور جلوگیری از آسیب بیشتر به بافت های بیولوژیکی اطراف آن، ایملپنت از بدن خارج می گردد. بیشترین تاثیر ورق استیل L 316 به عنوان ایمپلنت­ جراحی زمانی است که از آن در شرایط کارسرد شده (ورق استیل نورد سرد شده) استفاده شود. محبوبیت این فولاد در ساخت ایمپلنت از این جهت است که فاقد آخال (ترکیب بین فلز و اکسیژن) است. زیرا وجود آخال در ماده یکی از عوامل اصلی تسریع پروسه خوردگی در فلزات و آلیاژهای فلزی است.

 

 

 

ورق استیل L 316  که از آن در ساخت ایمپلنت های جراحی استفاده می شود، بین 16% تا 18% کروم و 10% الی %14 نیکل دارد. همانطور که قبل تر گفته شد، ایمپلنت های فلزی نباید در برابر خوردگی آسیب پذیر باشند. این فولاد زنگ نزن در ترکیب خود حاوی 2 الی 3 درصد مولیبدن است. به همین دلیل قیمت ورق استیل 316 از گرید 304 بیشتر است. مولیبدن یک لایه محافظ بر روی ورق استیل تشکیل می دهد و بدین ترتیب از استیل در تماس با محیط های اسیدی محافظت می کند. عنصر کربن نیز به شرطی که به حالت محلول جامد باشد می تواند باعث مقاومت ورق استیل در برابر خوردگی شود. در جدول زیر ترکیب شیمیایی ورق استیل 316 و L 316 نشان داده شده است.

جدول 1:آنالیز ترکیب شیمیایی ورق استیل 316

 

جدول 2 : خواص مکانیکی ورق استیل 316

 

باید خاطر نشان کرد در فولادهای زنگ نزنی که برای ساخت ایمپلنت استفاده می شوند نباید ساختار فریتی حضور داشته باشد زیرا این ساختار به ورق استیل خاصیت مغناطیسی می دهد. از فولادهای فریتی همچون ورق استیل 430 هرگز به عنوان ایمپلنت استفاده نمی شود زیرا با تجهیزات تصویر برداری، رزونانس مغناطیسی (به اختصار MRI) تداخل ایجاد می کند. یکی از بزرگترین معایب ایمپلنت های مغناطیسی، آسیب پذیری این آلیاژها در برابر حرارت است. حرارت می تواند شکل یا موقعیت ساختار ایمپلنت را تغییر دهد.

 

 

 

قیمت ورق استیل 316

همانطور که پیش تر نیز اشاره شد قیمت ورق استیل 316 در مقایسه با گرید 304 به خاطر داشتن مولیبدن و نیکل بیشتر، بالاتر است. اما از آنجایی این گرید در ابعاد، ضخامت و سطوح مختلفی تولید می شود پارامترهای دیگری نیز دخیل هستند. به عنوان مثال قیمت ورق استیل 316 در حالت نورد سرد شده (ضخامت کمتر از 3 میل) در مقایسه با ورق نورد گرم شده (ضخامت بیشتر از 3 میل ) بیشتر است.

 

 

 

 

 

5 خانواده ورق استیل کدامند؟

در این رابطه پنج خانواده اصلی وجود دارد که قبل از هر چیز از روی ساختار کریستالی شان دسته بندی می شوند و عبارتند از:

·        ورق استیل آستنیتی

·        ورق استیل فریتی

·        ورق استیل مارتنزیتی

·        ورق استیل دوپلکس

·        ورق استیل رسوب سختی

چه تفاوتی میان ورق استیل 304 و 409 وجود دارد؟

ورق استیل 304، آلیاژی است آستنیتی حاوی کروم و نیکل بالا و بسیار مقاوم نسبت به پدیده خوردگی. این آلیاژ، هم به لحاظ تولید و هم از نظر کاربرد و مصرف یکی از رایج ترین گریدهای ورق استیل است. استیل 409 آلیاژیست حاوی کروم پایین و نیکل بسیار جزئی.

بهترین نوع استیل برای ساخت اگزوز کدام است؟

استیل 304 با کیفیت ترین آلیاژی است که در عالم خودروسازی از آن استفاده و اغلب در سر اگزوزها، بست ها، پیچ و مهره ها و اجزای کوچک دیگر در اگزوز، در جایی که استحکام حائز اهمیت است، یافت می شود.

آیا ورق استیل 304، ضد زنگ است؟

هر دوی این آلیاژها (304 و 409)، با دوام اند و مقاومت ممتازی نسبت به خوردگی و زنگ زدگی نشان می‌دهند. ورق استیل 304 به لحاظ مقاومت خوردگی اش، چند کاره ترین و پرکاربردترین ورق استیل آستنیتی در جهان می باشد. اگر مورد مصرف شما به گونه‌ای است که از اسیدهای ملایم تر استفاده می شود، یا در معرض نمک نمی باشد، ورق استیل 304 گزینه ای عالی است.

آیا استیل 409 زنگ میزند؟

استیل 409 به طور سطحی دچار زنگ زدگی می شود. از این رو این امر مایه نگرانی اغلب مردم نیست، زیرا این زنگ زدگی ها در زیر خودرو پنهان است و در معرض دید نیست. زنگ زدگی سطحی با یک برس سیمی پاک می شود. برای استیل 304 باکیفیت‌ترین آلیاژی است که جهت ساخت قطعات مجموعه اگزوز خودرو به کار می رود.

 

 

 

بهترین ماده برای ساخت اگزوز چیست؟

ورق استیل یکی از گرانترین انتخاب ها می باشد. همچنین جوشکاری و خم کاری آن مشکل تر است. گریدهای مختلف استیل برای این کار وجود دارد. ورق استیل های 409 و 304 محبوبترین و رایج ترین گریدهایی هستند که در ساخت قطعات اگزوزها مورد استفاده قرار می گیرند.

کدام گرید استیل دچار زنگ زدگی نخواهد شد؟

ورق استیل 304 به لحاظ مقاومت خوردگی ممتاز و قیمتش، رایج ترین نوع استیل مورد مصرف در سرتاسر جهان است. آلیاژ 304قادر است در برابر خوردگی ناشی از تاثیر اکثر اسیدهای اکسید کننده پایداری و تحمل نماید.

استیل 409 تا چه اندازه مطلوب است؟

استیل گرید 409، فولادی فریتی است که خواص مکانیکی خوبی دارد و از مقاومت خوردگی مناسبی در دماهای بالا برخوردار می باشد. این آلیاژ معمولاً به عنوان استیل کروم دار مطرح است که در سیستم اگزوز اتومبیل ها، همچنین در جاهایی که قابلیت جوشکاری و جوش پذیری مورد تقاضا است، کاربردهای وسیعی دارد.

بهترین گرید ورق استیل کدام است؟

به طور کلی، ورق استیل 304 و 316 معمولاً بهترین گزینه برای ساخت ظروف و مخازن استیل جهت مواد غذایی است. این آلیاژ از نظر مقاومت در برابر مواد شیمیایی پایدارتر و مقاوم تر است و در این حوزه کاربرد های گسترده ای دارد. به ویژه هنگامی که آلیاژ مزبور در معرض نمک و ترکیبات اسیدی قوی همچون آبلیمو و گوجه فرنگی قرار می‌گیرد.

چگونه می توانیم بگوییم ورق استیلمان 304 است یا 316؟

از نظر زیبایی شناسی هیچ گونه فرقی میان این دو گرید نیست و در واقع تنها راه تمایز میان این دو عبارت است از آزمون شیمیایی آنها. تفاوت عمده میان ورق استیل 304 و 316 این است استیل 316 دارای مولیبدن در ترکیب شیمیایی خود است.

مقاوم ترین ورق استیل در برابر زنگ زدگی کدام است؟

یکی از پرمصرف ترین ورق های استیل در میان تمام گریدها، آلیاژ آستنیتی 304 است. این گرید مقاوم به حرارت، مقاوم به خوردگی مطلوبی نیز در مواجهه با بسیاری مواد شیمیایی خورنده، همچنین در شرایط و محیط‌های صنعتی بروز می دهد و با قابلیت شکل پذیری خوبی که دارد، می‌تواند به همه روش های معمول مورد جوشکاری قرار گیرد.

چه چیزی ورق استیل را از زنگ زدگی حفظ می کند؟

زمانی که ورق استیل در معرض اکسیژن قرار می‌گیرد، اکسید کروم روی سطح آن تشکیل می‌شود. زیرا کروم قرابت و وابستگی بسیار زیادی به اکسیژن دارد. مادامی که کروم کافی وجود دارد، لایه اکسید کروم از ورق استیل محافظت نموده و مانع از زنگ زدگی می گردد.

آیا یک آهنربا به استیل 409 می چسبد؟

استیل 409 می‌تواند تا میزان 90 درصد حاوی آهن باشد. بدین معنا که یک آهنربا به آن خواهد چسبید و از این رو متمایل به زنگ زدگی است.

ورق استیل 304 بهتر است یا 430؟

هنگامی که بحث برتری ورق استیل مطرح است، هر چه گرید پایین تر باشد، مطلوب تر و بهتر است. رایج ترین و گرانترین گرید استیل، ورق استیل 304 است که تقریباً 18 درصد کروم و 8 درصد نیکل دارد. به همین علت است که کوره های گازی ساخته شده از ورق استیل نوع 304 بادوام ترند و نسبت به نوع 430 از نظر حرارت مقاوم تر می باشد.

ورق استیل یا فولاد آلومینه، کدام یک بهتر است؟

مزیت عمده و اصلی فولاد آلومینه در مقابل ورق استیل، وزن کم و سبکی، قیمت ارزان و کار پذیری فوق العاده آن است. از سوی دیگر، آلیاژهای استیل، گریدهایی فولادی هستند که هدفمند ساخته شده‌اند و با استفاده از کروم نیکل و یا منگنز آلیاژ شده اند، به گونه ای که از ابتدا ماده ای کاملاً مقاوم به خوردگی خلق گردد.

 

 

 

آیا ورق استیل 304، گریدی غذایی است؟

به طور کلی ورق استیل 304، گریدی غذایی و مناسب برای غذاهای فرآوری شده ویژه نیست. بدیهی است محصولات استیل مرتبط با مواد خوراکی می بایست 304 و 316 باشد. ورق استیل 316 گران است و در تجهیزات و دستگاه های بسیار پیشرفته نظیر هوافضا و ماشین آلات صنایع غذایی مورد استفاده واقع می شود.

آیا ورق استیل 304 بی خطر و مطمئن است؟

استیل گرید غذایی، استیلی است که تمام معیارها و استانداردهای متصوره جهت ایمنیِ تهیه غذا، نگهداری و انبارش مواد غذایی و سالن‌های غذاخوری را دارا می باشد. رایج‌ترین ورق استیل گرید غذایی، نوع 304 است. این گرید با نام یا کد دیگری نیز همراه است و آن عبارت است از ورق استیل 18-8 یا 10-18.

میان دو گرید 304 و 316، کدام استیل بهتر است؟

اگرچه آلیاژ 304 نقطه ذوب بالاتری دارد، اما گرید 316 نسبت به گرید 304 از مقاومت و دوام بیشتری در برابر مواد شیمیایی و کلریدها برخوردار است. از لحاظ کاربرد در محیط‌هایی که محلول های کلردار یا نمک در آنها وجود دارد، ورق استیل 316 به عنوان آلیاژ برتر و عالی مطرح است.

آیا ارزش دارد اگزوز خودروها از جنس استیل ساخته شوند؟

به طور منطقی اگزوزهای از جنس استیل عملکرد و کارایی خودروی شما را به شدت بالا می برد. سیستم های اگزوز نوعاً مستعد به گرم شدن بیش از حد می باشند که یکی از رایج ترین علل برای تعمیر اگزوز همین موضوع است. خوشبختانه اگزوزهای استیل، گازهای خروجی را سرد و از این روند کلی پیشگیری می کنند.

 

 

 

 

 

ورق های استنلس استیل که از آنها با نام ورق استیل یاد می شود همچون فولادهای معمولی تحت خوردگی و زنگ زدگی قرار نمی گیرند    . این نوع فولاد تفاوت قابل ملاحظه‌ای با فولاد کربنی به دلیل میزان کروم موجود دارد، که بر خلاف فولاد کربنی خوردگی سطح را محدود می سازد. فولاد کربنی در مقابل هوا یا هر نوع رطوبت در هوا زنگ می زند.

 به دلیل ویژگی هایی نظیر مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون استنلس استیل ها یه عنوان یکی از محبوب ترین آلیاژها به شمار می روند. این فولادها از نظر ساختار فازی به گروه های آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوپلکس و رسوب سختی تقسیم می شوند. فولادهای آستنیتی به دو گروه سری 200 و 300 تقسیم می شوند که کاربردهای سری 300 به مراتب بیشتر است. استنلس استیل های سری 200 و 300 بنابر دارا بودن ساختار آستنیتی دارای خواص غیر مغناطیسی هستند. در بین سری 300 از استنلس استیل های آستنیتی ورق استیل 304 بیشترین کاربرد را دارد. پس از این گرید ورق استیل 316 بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

 فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و فریتی که تحت عنوان سری 400 نیز شناخته می شوند دارای خواص مغناطیسی هستند. این فولادها در مقایسه با استنلس استیل های آستنیتی کمر مورد استفاده قرار می گیرند. معروفترین و شناخته شده ترین رده آلیاژی در بین سری 400 از استنلس استیل ها ورق استیل 430 (ورق استیل بگیر) می باشد.

استنلس استیل های دوپلکس حاوی مقادیر برابری از فازهای فریت و آستنیت هستند که با دارابودن نیکل کمتر در مقایسه با فولادهای آستنیتی اما خواصی همچون این فولادها را از خود نشان می دهند.  

 

 

 

کاربرد‌های ورق استیل

در صورت نیاز به نگهداری کم و مقاومت در مقابل خوردگی، انتخاب ورق های فولادی ضد زنگ گزینه‌ای طبیعی بوده و در طیف گسترده‌ای از کاربرد‌ها از معماری جهت بکارگیری در نمای ساختمان تا صنایع غذایی، نفت و گاز، تولید برق، تولید لوازم خانگی و.... را شامل می شود. در ادامه به نمونه ای از این کاربردها شاره می شود.

کاربرد صنعتی ورق استیل

انواع ورق استیل معمولا به صورت کویل و ورق های فابریک تولید می شود که شاخه های مختلفی از صنعت همواره از ورق استیل استفاده می کنند. مثال هایی از صنایع مصرف کننده ورق های فولادی زنگ نزن در ذیل آمده است:

مخازن سوخت و مواد شیمیایی

کارخانه‌های شیمیایی و پترو شیمی‌

صنایع دارو سازی و غذا در صورت نیاز به محیط‌های پاکیزه

ساخت لوازم پزشکی

ساخت لوازم خانگی همچون تجهیزات آشپزخانه

 

 

 

صنایع حرارتی همچون کوره سازی

صنایع برودتی

بکارگیری در صنعت هوایی

ساخت و ساز، معماری نوین

ساخت قطعات و اجزای کابین آسانسور (از ورق استیل طرح دار و دانه گندمی استفاده می شود)

 

 

 

 

 

 

ورق های استنلس استیل که از آنها با نام ورق استیل یاد می شود همچون فولادهای معمولی تحت خوردگی و زنگ زدگی قرار نمی گیرند    .  این نوع فولاد تفاوت قابل ملاحظه‌ای با فولاد کربنی به دلیل میزان کروم موجود دارد، که بر خلاف فولاد کربنی خوردگی سطح را محدود می سازد. فولاد کربنی در مقابل هوا یا هر نوع رطوبت در هوا زنگ می زند.

 به دلیل ویژگی هایی نظیر مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون استنلس استیل ها یه عنوان یکی از محبوب ترین آلیاژها به شمار می روند. این فولادها از نظر ساختار فازی به گروه های آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوپلکس و رسوب سختی تقسیم می شوند. فولادهای آستنیتی به دو گروه سری 200 و 300 تقسیم می شوند که کاربردهای سری 300 به مراتب بیشتر است. استنلس استیل های سری 200 و 300 بنابر دارا بودن ساختار آستنیتی دارای خواص غیر مغناطیسی هستند. در بین سری 300 از استنلس استیل های آستنیتی ورق استیل 304 بیشترین کاربرد را دارد. پس از این گرید ورق استیل 316 بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

 فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و فریتی که تحت عنوان سری 400 نیز شناخته می شوند دارای خواص مغناطیسی هستند. این فولادها در مقایسه با استنلس استیل های آستنیتی کمر مورد استفاده قرار می گیرند. معروفترین و شناخته شده ترین رده آلیاژی در بین سری 400 از استنلس استیل ها ورق استیل 430 (ورق استیل بگیر) می باشد.

استنلس استیل های دوپلکس حاوی مقادیر برابری از فازهای فریت و آستنیت هستند که با دارابودن نیکل کمتر در مقایسه با فولادهای آستنیتی اما خواصی همچون این فولادها را از خود نشان می دهند.  

 

 

کاربرد‌های ورق استیل

در صورت نیاز به نگهداری کم و مقاومت در مقابل خوردگی، انتخاب ورق های فولادی ضد زنگ گزینه‌ای طبیعی بوده و در طیف گسترده‌ای از کاربرد‌ها از معماری جهت بکارگیری در نمای ساختمان تا صنایع غذایی، نفت و گاز، تولید برق، تولید لوازم خانگی و.... را شامل می شود. در ادامه به نمونه ای از این کاربردها شاره می شود.

کاربرد صنعتی ورق استیل

انواع ورق استیل معمولا به صورت کویل و ورق های فابریک تولید می شود که شاخه های مختلفی از صنعت همواره از ورق استیل استفاده می کنند. مثال هایی از صنایع مصرف کننده ورق های فولادی زنگ نزن در ذیل آمده است:

مخازن سوخت و مواد شیمیایی

کارخانه‌های شیمیایی و پترو شیمی‌

صنایع دارو سازی و غذا در صورت نیاز به محیط‌های پاکیزه

ساخت لوازم پزشکی

ساخت لوازم خانگی همچون تجهیزات آشپزخانه

صنایع حرارتی همچون کوره سازی

صنایع برودتی

بکارگیری در صنعت هوایی

ساخت و ساز، معماری نوین

ساخت قطعات و اجزای کابین آسانسور (از ورق استیل طرح دار و دانه گندمی استفاده می شود)

 

 

 

 

 

 

انتخاب مواد مناسب برای استفاده در صنعت تحت هر شرایطی بسیار مهم است زیرا حتی کوچک ترین تغییر در ترکیب شیمیایی آلیاژ ممکن است منجر به تفاوت فاحشی در عملکرد یک قطعه صنعتی شود. اما زمانی که کاربرد مدنظر شما باید در شرایط بسیار شدید دوام بیاورد انتخاب مواد مناسب، با دوام و مقاوم به امری ضروری بدل می شود.

این مسئله به ویژه در محیط های دریایی صادق است. در این محیط ها که بسیاری از عواملی که به فولاد آسیب می رسانند مانند آب، نمک و سایر کانی ها همگی باهم حضور دارند، تنها گریدهای خاصی از فولاد ضدزنگ می توانند در این شرایط دوام بیاورند. در این مقاله به بررسی عواملی خواهیم پرداخت که منجر به خوردگی دریایی می شوند و خواهیم دید که آیا ورق استیل 304 برای کاربردهای دریایی مناسب است یا خیر.

چه عواملی باعث خوردگی دریایی می­شوند؟

اغلب مردم نمی دانند که مشکل خوردگی دریایی تا چه حد جدی است. اخیرا در پژوهشی با عنوان «اقدامات پیشگیرانه بین­المللی، کاربرد و اقتصاد تکنولوژی خوردگی (International Measures of Prevention, Application and Economics of Corrosion Technology     به اختصارMPACT    )» مشخص شد که خوردگی، سالانه 2.5 تریلیون دلار خسارت به بار می آورد. این رقم برابر با 3.5% کل تولید ناخالص داخلی جهان است. یافتن راه حلی مناسب برای غلبه بر این مشکل بسیار هزینه بر، مواد و انرژی تلف شده می تواند باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه می شود.

در واقع چندین نوع خوردگی وجود دارند که می­توان همه آن­ها را خوردگی دریایی به حساب آورد. اغلب اوقات این آسیب به علت تماس با آب شور است. اما انواع دیگر خوردگی نیز وجود دارند مانند خوردگی اتمسفری موادی که در مجاورت ساحل هستند و خوردگی نمک داغ که به ویژه به موتورها و اجزا متحرک سریع در زیر آب آسیب می رساند.

خورندگی آب شور یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به علت تماس با آب دریا توسط پتانسیل الکتریکی آلیاژ رخ می دهد و به میزان اسیدی یا قلیایی بودن آب دریا بستگی دارد. آب دریا به علت مقدار بالای کلراید، یک الکترولیت قوی نیز به حساب می آید. تحرکات مدام آب و حضور اکسیژن باعث می شوند فلزات در معرض محلول های اسیدی و آندی گوناگونی قرار بگیرند. این محلول ها وارد ترک ها و شکاف های فلز شده و فرآیند خوردگی آغاز می شود.

برخی عوامل این مشکل­ را حادتر می سازند. میکروارگانیسم­های آلی که به وفور در اقیانوس­ها یافت می شوند، pH آب را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. سازه ها باید در برابر مشکل انباشتگی ماسه و گل و لای مقاوم باشند. هرچند این مواد می­توانند مانع از تماس اکسیژن با فلز شوند اما منجر به ایجاد شرایط محلی برای خوردگی آلیاژ می شوند. همچنین حضور باکتری­های کاهنده سولفات (به اختصار SRB) باعث افزایش غلظت سولفید هیدروژن می­شود که برای فولاد و آلیاژهای مسی بسیار خطرناک است. البته می­توان با استفاده از طلا، پلاتین یا تانتال به طور کلی مانع از خوردگی شد اما به علت هزینه بالای این مواد مقاوم در برابر خوردگی، از آن­ها فقط در موارد خاص و آزمایشگاهی استفاده می شود. این یعنی تولیدکنندگان باید همیشه قیمت را نیز در انتخاب خود در نظر بگیرند.

 

 

 

چگونه فولادهایی مانند ورق استیل در برابر خوردگی مقاومت می کنند؟

در اکثر آلیاژهایی که مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند، یک لایه اکسید بر روی سطح آن­ها وجود دارد. مقاوم­ترین گریدهای ورق استیل نه تنها پایدار هستند و بلکه دارای خاصیت خود ترمیمی نیز هستند که به آنها این امکان را می دهد تا خود را ترمیم کنند و دوام آن­ها را افزایش می دهد.

اخیرا وبسایت Scientific American در یکی از مطالب خود درباره نحوه عملکرد فولاد ضدزنگ توضیح خوبی ارائه می­دهد. مقاومت ورق استیل (ورق استنلس استیل) در برابر زنگ­زدگی و خوردگی به علت توانایی آن در ارتباط با محیط اطرافش است. فولاد با افزودن مقادیر مشخصی کروم، منگنز، سیلیکون، کربن، نیکل و/یا مولیبدن به آهن ساخته می شود. این مواد موجود در آلیاژ می­توانند با اکسیژن موجود در هوا یا آب در محیط های دریایی واکنش دهند. لایه اکسیدی که از فولاد ضدزنگ محافظت می کند از این واکنش بدست می آید.

این لایه اکسیدی با جلوگیری از تماس مستقیم اکسیژن و آب با ورق استیل از آن در برابر خوردگی محافظت کرده و به طور مداوم با محیط اطراف خود واکنش می دهد. در بهترین آلیاژها این واکنش می­تواند هر آسیبی به لایه اکسید را ترمیم کند، به این معنی که فولاد قابلیت خودترمیمی دارد و به طور موثر مانع از خوردگی می شود.

این لایه نازک، که آنقدر نازک است که با چشم غیرمسلح دیده نمی­شود، در واقع خود یک لایه خوردگی است. این یعنی در فولاد ضدزنگ خوردگی به نحوی رخ می­دهد که از خوردگی بیشتر جلوگیری می­کند. در فولاد معمولی سطح فلز با اکسیژن موجود در آب دریا واکنش می­دهد و منجر به تولید فیلم اکسید/هیدروکسید آهن ناپایدار می شود. این لایه محافظت شده نیست و تا زمانی که در معرض آب دریا باشد گسترش می یابد.

آیا ورق استیل 304 برای استفاده در محیط های دریایی مناسب است؟

ورق استیل 304 محبوب ترین گرید فولاد ضدزنگ موجود در بازار است. این فولاد بنابر ساختار آستنیتی فاقد خواص مغناطیسی است. فرث براوندر حدود یک قرن پیش، اولین فردی بود که این فولاد را ساخت. این محصول در ابتدا به علت حضور کروم (تقریبا 18%) و نیکل (تقریبا 8%) با نام تجاری استیل  18/8 فروخته می شد.

نقطه یوتکتوئید ورق استیل 304 تقریبا برابر (F? 1341) C? 727 است. این فولاد برای کاربردهایی که به رسانایی الکتریکی یا حرارتی نیاز دارند مناسب نیست ولی قابلیت فرم­پذیری آن فوق العاده است. حداکثر مقدار کربن این فولاد 0.03% و برای جوشکاری در دمای کمتر از F? 800 مناسب است. انجام عملیات­ حرارتی روی این فولاد غیرممکن است اما می­توان با سردکاری، سختی و استحکام آن را افزایش داد.

مقاومت ورق استیل 304 در برابر خوردگی عالیست. ترکیب مولکولی این فولاد از آن در برابر تمام آسیب های زیست محیطی مانند خوردگی بین دانه­ای (این نوع خوردگی به علت جوشکاری یا رهاسازی تنش رخ می­دهد) محافظت می کند. کروم موجود در ورق استیل 304 مقاومت آن در برابر خوردگی در محیط های اکسنده را بهبود می دهد و نیکل موجود در این فولاد از آن در برابر اسیدهای ارگانیک محافظت می کند.

 

 

 

اما ورق استیل 304 یک نقطه ضعف دارد و آن این است که در محیط های کلرایدی، به خصوص آب دریا عملکرد ضعیفی دارد. این فولاد در این شرایط در برابر خوردگی آسیب­پذیر است. ورق استیل 316 که دارای 2% مولیبدن است، در مواردی که خوردگی دریایی مسئله مهمی باشد گزینه بهتری به حساب می آید. همین تفاوت است که باعث می شود این فولاد در کاربردهای دریایی بسیار بهتر عمل کند.

 

 

 

 

 

 

آلیاژهای 310، آلیاژهایی هستند استنلس استیل آستنیتی و اغلب کاربردهای مقاوم به خوردگی و مقاوم به حرارت زیاد دارند. ورق استیل 310 به لطف وجود محتوای کروم و نیکل در آن، ویژگی‌ها و خواص مورد نظر و مطلوب ما را دارا می باشد. این آلیاژ اغلب در مواردی به کار می‌رود که نفوذپذیری مغناطیسی پایین و سختی کم در کاربردهای برودتی مورد نظر باشد.

این آلیاژ از عهده آزمون خوردگی در حال کار در دمای زیاد بر می‌آید. ورق استیل 310 مجموعه‌ای از این خواص را دارا می باشد: تحمل استثنایی دماهای بالا، داکتیلیتی (شکل پذیری) خوب، قابلیت جوشکاری و جوش پذیری مطلوب.

ورق های استیل     310    ، 310S و 310H، انواعی از استنلس استیل های آستنیتی بوده و در دمای زیاد مورد استفاده قرار می گیرد. این آلیاژ برای کار مداوم در دماهای بالا تا 2100 درجه فارنهایت استفاده می‌شود. در این گرید 25 درصد کروم و 20 درصد نیکل وجود دارد که آن را در برابر خوردگی و اکسید شدن فوق العاده مقاوم می سازد. نوع کم کربن ورق استیل 310-که تمایل کمتری به تردی و حساس شدن دارد- همان استیل گرید 310 است.

 

 

 

نوع پرکربن این گروه عبارت است از ورق استیل 310H. از آنجا که این گرید در محیط های پتروشیمیایی یافت می‌شود، لذا به طور گسترده در محیط‌های کربوریزه متوسط نیز بکار می‌رود. چنین گرید‌هایی برای کوئنچ های متعدد در مایع توصیه نمی شود زیرا در برابر شوک های حرارتی ضعیف اند. این گرید به لحاظ چقرمگی و نفوذپذیری مغناطیسی پایینش اغلب در موقعیت های برودتی کاربرد دارد.

مزایای ورق استیل 310

ورق و صفحات استنلس استیل امتیازات زیادی دارند که مشخصات و خواص کاربردی را برآورده و عملی و آنها را متمایز و شاخص می‌سازد. امتیاز اولیه این ورق های استنلس استیل، مقاومت بالایی است که آنها را قادر می سازد در محیط های سخت و شدید کاربرد داشته باشند. سطح روشن و براق و نگهداری آسان ورق ها و صفحات استنلس استیل، آنها را آلیاژهایی جذاب و زیبا و چالش برانگیز می سازد.

کاربردهای ورق استیل 310

ورق استیل 310 در ساخت اجزا و لوازم برودتی به کار می‌رود. همینطور استفاده از تجهیزات و قطعات برودتی در کوره ها خصوصاً در ساخت مشعل ها، احیا کننده ها، درب ها، هواکش ها و لوله ها. به لحاظ اینکه این گریدهای استنلس استیل می توانند دمای خیلی داغ را تحمل نمایند لذا به طور گسترده در صنایع شیمیایی و دارویی همچنین در صنایع فرآوری مواد غذایی به کار می روند. همینطور در محفظه های احتراق زغال سنگ، شبکه‌ها، لوله‌کشی و جعبه‌های هوا (در بستر مایع در کوره ها) کاربرد دارند.

خواص و ویژگی های متمایز این نوع ورق استنلس استیل در زمینه ذوب فولاد، همچنین در تجهیزات و دستگاه های ریخته گری مداوم و تجهیزات فرآوری و پردازش فولاد و سنگ آهن نیز به کار می‌رود. این گرید‌ها در صنایع پالایش نفت، خصوصاً در سیستم‌های بهبود کاتالیتیک، مشعل ها، گیره ها، بست های لوله و تقویت کننده ها کاربرد وسیعی دارند. از این گرید در تولید برق استفاده می‌شود: از جمله گاز دهنده های زغال سنگی داخلی، نگهدارنده یا بست های لوله جهت مشعل های زغال سنگی. این استنلس استیل همچنین در کارخانه ها و تاسیسات سیمان و پخت در زمینه مشعل ها و محافظ های مشعل ها، در قسمت تغذیه در کارخانه، در سیستم های تخلیه کارخانه و در جعبه های هوا به کار می رود.

 

 

 

حوزه دیگری که این گریدهای استنلس استیل به طور گسترده در آن کاربرد دارد، عبارت است از: صنعت فرآوری و عملیات گرمایی. این آلیاژها را در پوشش (روکش) و جعبه‌های (مخازن) آنیلینگ، توری یا شبکه‌های مشعل ها، درب ها، فن ها، صداگیر ها، تقطیر کننده ها و میله هایی برای راه رفتن- می توانید بیابید. این گرید های استیل می‌توانند دماهای بسیار زیاد را تحمل نمایند و همین امر موجب شده که برای طیف وسیعی از صنایع مفید واقع شوند.

 

 

 

 

 

استنلس استیل سوپرآستنیتی نوعی فولاد ضدزنگ می باشد که عدد معادل خوردگی حفره ای (PREN    ) در آن بزرگتر از 40 در نظر گرفته می شود. این عدد معمولاً به آلیاژهای با مقادیر زیاد مولیبدن (6 درصد یا بیشتر) نسبت داده می شود.

استنلس استیل آستنیتی متداول ترین خانواده فولادهای زنگ نزن در کاربردهای عمومی مهندسی هستند. عملیات ساخت و جوشکاری این سری نسبتاً ساده است و در طیف گسترده ای از دماها از چقرمگی عالی و مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده برخوردار می باشد. اگر میزان کروم و مولیبدن در ترکیب شیمیایی آلیاژ افزایش یابد، می توان مقاومت در برابر خوردگی حفره ای را به مقدار قابل توجهی افزایش داد. با این حال، به منظور حفظ خواص مطلوب مکانیکی و فیزیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی، محتوای نیکل نیز باید افزایش یابد. این موضوع باعث افزایش قیمت این آلیاژ شده و باعث می شود گریدهای جایگزین که عملکردی تقریباً مشابه و قیمت به مراتب پایین تری دارند، مورد توجه بیشتری قرار گیرند.

آلیاژ 254 (معادل Mo   6، 31254 SUNS، 44 F، 1.4547، SMO 254) متداول ترین استنلس استیل به اصطلاح سوپرآستنیتی می باشد. محتوای بالای مولیبدن در این آلیاژ به آن کمک می کند تا عدد معادل خوردگی حفره ای (PREN) برابر 43 باشد، این در حالی است که این عدد برای ورق استیل L 316 تنها 25 است. آلیاژ سوپرآستنیتی 654 (معادل 32654 SUNS، SMO 654، 1.4652) حاوی تقریباً 8 درصد مولیبدن است که همین کافی است تا عدد معادل خوردگی آن به مقدار 54 برسد. برخی آلیاژ L 904را نیز یک فولاد سوپرآستنیتی می دانند.

 

 

این در حالی است که اگر به ترکیب شیمیایی آن دقت کنیم (25 درصد نیکل و 20 درصد کروم)، آن را در جایی بین آلیاژ پایه نیکل و استنلس استیل خواهیم یافت. محتوای عناصر آلیاژی در گریدهای سوپرآستنیتی به حدی زیاد است که در بسیاری از کاربردها، آنها را با استفاده از استنلس استیل دوپلکس و سوپردوپلکس جایگزین کرده اند (به علت نداشتن صرفه اقتصادی).

 

 

 

 

 

فرآیند جوشکاری ورق استیل بسته به ضخامت و همچنین کاربرد محصول نهایی، متفاوت است. روش‌های متنوعی برای جوشکاری فولاد زنگ نزن وجود دارد. سه شیوه رایج برای جوشکاری استنلس استیل در ایالات متحده عبارت‌ ند از جوشکاری TIG  ، جوشکاری مقاومتی و جوشکاری MIG. در ادامه مقاله به توضیح هر یک پرداخته شده است.

جوشکاری TIG یا جوشکاری تنگستن گاز خنثی

جوشکاری TIG پرکاربردترین جوشکاری فولاد زنگ نزن است که کیفیت، قابلیت انعطاف‌پذیری و طول عمر بالا را تضمین می‌کند. این فرآیند جوشکاری حرارت ورودی کمی ایجاد می‌کند و ازاین‌رو برای مواد با ضخامت نازک مناسب خواهد بود. بسته به پروژه‌ خاص موردنظر، گاز آرگون اغلب با گازهای دیگر از قبیل هلیوم، هیدروژن و نیتروژن مخلوط می‌شود. به‌منظور جلوگیری از اکسیداسیون و افزایش مقاومت به خوردگی، از یک فرآیند جوشکاری یکطرفه می‌توان برای ایجاد محافظت در برابر گاز پشتی میان جوش‌های ورودی و خروجی استفاده کرد.

جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای

از جوشکاری مقاومتی یا نقطه ای، به‌عنوان یکی از اقتصادی ترین انواع جوشکاری یاد می شود. تجهیزات جوشکاری مقاومتی (RW) بسیار متنوع هستند و می توان از آن‌ها در پروژه های کوچک و بزرگ استفاده کرد.

RW از یک جریان الکتریکی برای گرم‌کردن لبه های فلزی از بین رفته استفاده می‌کند و آنها را به یکدیگر جوش می‌دهد. این نوع جوشکاری به طور ویژه در فلزات با نقطه ذوب کارامد است، زیرا از ایجاد اعوجاج در فلز جلوگیری می‌کند.

جوشکاری MIG یا جوشکاری قوسی با گاز محافظ

جوشکاری MIG یک فرآیند نیمه خودکار است که در صورتی که به درستی انجام شود باعث اتصال قوی دو قطعه فولاد ضدزنگ می‌شود. در این فرآیند از گاز محافظ غنی از آرگون و الکترود سیم جامد استفاده می‌شود.

میگ MIG نوعی جوشکاری پر طرفدار است، زیرا جوشکار را قادر می ‍سازد از یک جریان پالسی استفاده کند که این امر جوشکاری نقاط دور از دسترس فولاد ضدزنگ را آسانتر می سازد. مخلوط گازهای دیگر شامل هلیوم، اکسیژن و دی اکسید کربن، اغلب جهت تثبیت قوس و بهبود کیفیت جوش استفاده می شود.

بهترین روش جوشکاری ورق استیل کدام است؟

انتخاب روش مناسب برای جوشکاری فولاد ضدزنگ بستگی به کیفیت‌ کار مورد نظرتان دارد. اگر به دنبال عملیات جوشکاری با قیمت مناسب و مقرون به صرفه هستید، احتمالا جوشکاری نقطه ای بهترین گزینه خواهد بود؛ اما اگر ورقه فلزی موردنظر نازک باشد، جوشکاری TIG می‌تواند انتخاب بهتری باشد.

 

آلیاژ     VDM® 718 یک آلیاژ تحت درمان با حرارت نیکل - کروم - آهن - مولیبدن است. طبق گفته سازنده ، قابلیت عملیات حرارتی با افزودن نیوبیوم ، تیتانیوم و آلومینیوم حاصل می شود. این آلیاژ با مقاومت در برابر حرارت بالا تا 700 درجه سانتیگراد ، مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی عالی و همچنین قابلیت کارکرد خوب مشخص می شود. در ابتدا ، این ماده برای صنایع هوافضا تهیه و مورد استفاده قرار گرفت ، جایی که نیازهای زیادی در مورد مقاومت در برابر خزش و رفتار خستگی ، به ویژه برای برنامه های چرخشی وجود دارد. 

 

سپس نمونه های آزمایشی تحت عملیات حرارتی چند مرحله ای قرار گرفتند. این نشان داد که مواد VDM® Alloy 718 در حالت بازپخت محلول به راحتی قابل پردازش هستند. آزمایش غیر مخرب منطقه اتصال با استفاده از بینایی ، نفوذ رنگ و بررسی رادیوگرافی قابلیت جوشکاری خوب را تأیید کرد.

 

 

 

برای سالهای زیادی ، BUTTING  یک رابطه همکاری با VDM Metals داشته است. نکته برجسته همکاری آنها توسعه BUTTING HeRo®  بود ، که یک غلتک کوره مقاوم در برابر حرارت است و برای تولید محصولات بلند و مسطح در کوره های کوره غلتکی استفاده می شود.

برای مطالعه مقالات بیشتر در رابطه با ورق استیل می توانید از وبسایت توان فلز بازدید کنید. همچنین برای استعلام از آخرین قیمت ورق استیل در ایران نیز از طریق راه های ارتباطی با کارشناسان این تیم صحبت کرده و ورق مورد نیاز خودتون را سفارش بدهید.

 

 

 

 

 

یکی از عمده ترین تفاوت های ورق استیل 304 و 316 مربوط به ترکیب شیمیایی این دو فولاد است. گرید 304 حاوی  18 الی 20% کروم و 8 % نیکل می باشد، در حالی‌ که ورق استیل 316 حاوی 16 الی 18% کروم، 10 درصد نیکل و 2 درصد مولیبدن است. یکی از عمده ترین تفاوت های این دو رده آلیاژی از فولادهای ضد زنگ مربوط به حضور عنصر مولیبدن در ساختار ورق استیل 316 می باشد. حضور مولیبدن منجر به افزایش مقاومت در مقابل خوردگی در محیط های حاوی کلر ( همچون آب دریا و نمک های یخ زدا) می شود. در مناطق ساحلی امکان قرار گیری وسایل برقی در معرض رطوبت وجود داشته و منجر به خرابی این وسایل و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود. به عنوان مثال تجهیزات واقع بر روی دکل های نفتی به شدت در معرض خوردگی هستند. یکی از راه حل های مقرون به صرفه در وسایل برقی که از ورق استیل 304 ساخته شده اند بکارگیری و جایگزینی با ورق استیل 316  در ساخت این وسایل است. با استفاده از استنلس استیل 316 به جای فولاد 304 در یک وسیله برقی ( بازده خروجی)، نه تنها عمر آن افزوده شده بلکه برای محیط اطراف نیز ایمن تر می باشد.

تشخیص ورق استیل 304 با فولاد 316

تشخیص این امر با دیدن امکان پذیر نیست. تفاوت چشمگیری بین گریدهای 304 و 316 از نظر ظاهری وجود ندارد. به همین دلیل از یکسری آزمایشات همچون کوانتومتری (تعیین و تشخیص آنالیز ترکیب شیمایی مواد) برای تشخیص این دو نوع فولاد استفاده می شود.

معرفی ورق استیل 304 و کاربردهای آن

ورق استیل 304 در گروه فولادهای آستنیتی قرار دارد. نسخه کم کرین این آلیاژ (L    304) پرکاربردترین رده آلیاژی در بین انواع استنلس استیل ها بوده و بخش اعظمی از کل فروش فولادهای زنگ نزن به این گرید اختصاص دارد. نسخه های اصلاح شده این گرید معمولا دارای 18% کروم و 8% نیکل هستند. ورق استیل 304 در مقابل خوردگی و اکسیداسیون مقاوم بوده و دوام بالایی دارد. بکارگیری استیل 304 منجر به سهولت و تمیزی در محصول نهایی ساخته شده می شود و تجهیزات ساخته شده از این گرید به شکلی‌ تولید می گردند که ضد آلودگی‌ می باشند زیرا یکی از ویژگی های استنلس استیل ها بهداشتی بودن آن هاست. از جمله کاربردهای ورق استیل 304 می توان به بکارگیری در ساخت تجهیزاتی از قبیل دستگاه‌های الکترونیکی مقاوم در مقابل خوردگی، دستگاه قالب گیری و شکل دهی خودکار‌، قالپاق چرخ های اتومبیل، تجهیزات و لوازم مورد استفاده در آشپز خانه، گیره های شیر آب، منیفولد‌های اگزوز، تجهیزات سخت افزاری ضد زنگ، مخازن ذخیره و نگهداری، دستگاه های فشار و لوله کشی‌ اشاره کرد.

 

 

 

معرفی ورق استیل 316 و کاربردهای آن

ورق استیل 316نیز همچون استیل 304 در گروه فولادهای آستنیتی قرار دارد که در مقابل حرارت مقاوم بوده و دارای کروم و نیکل است. در مقایسه با سایر فولاد‌های حاوی کروم و نیکل مقاومت بالا تری در مقابل خوردگی، هنگامی که در معرض محیط هایی چون آب دریا قرار می گیرد، دارد. از آنجایی که ورق استیل 316حاوی عنصر مولیبدن می باشد، مقاومت بیشتری در مقابل حمله شیمیایی نسبت به گرید استیل 304 دارا می باشد. ورق استیل 316 دوام بالایی دارد، ساخت آن ساده بوده، به راحتی‌ تحت تمیز و جوشکاری قرار می گردد. این نوع فولاد به شکل قابل ملاحظه‌ای در مقابل محلول های اسید سولفوریک، کلریدها، یود‌ها و اسید‌های چرب در درجه حرارت بالا مقاوم می باشد. فولاد‌های ضد زنگ حاوی مولیبدن در ساخت تجهیزات مرتبط با صنعت دارو سازی و به منظور جلوگیری از آلودگی‌ فلزی به کار می روند. نکته آخر این که ورق استیل 316 اندکی‌ گران تر می باشد، ولی‌ در مقابل مقاومت به خوردگی بالاتری مخصوصا در محیط های حاوی کلر دارد.