رفتار استنلس استیل در دماهای بالا و نزدیک ذوب

فولادهای ضد زنگ یا استنلس‌ استیل از جمله اقلامی هستند که اغلب در صنعت به دلیل مقاومت در برابر خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این در حالی است که این محصولات به دلیل خواص خود در دماهای بالا و نزدیک به ذوب نیز می‌توانند کاربردهای زیادی داشته باشند.

 

 

مشخص ‌کردن محدوده دمایی برای استیل

فلز استیل یکی از مقاوم‌ترین فلزات موجود در صنعت از لحاظ مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون است. این امر به دلیل وجود عنصر کروم در استیل رخ می‌دهد. همچنین کروم می‌تواند بر مقاومت استیل در برابر آتش نیز تأثیرگذار باشد.

به همین دلیل، استنلس ‌استیلی که از حداقل 18 درصد کروم تشکیل شده باشد، می‌تواند در گریدهای 304، 316 و 330 و تا دماهای 870 درجه سانتی‌گراد و حتی بالاتر نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

در این بین، ذکر این نکته الزامی است که فاکتورهای مختلفی نیز می‌توانند بر ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش تأثیرگذار باشند.

 

فاکتورهای زیر می‌توانند به ‌صورت مستقیم بر میزان تحمل و مقاومت استیل در برابر آتش تأثیر بگذارند:

1- نوع آلیاژ فولاد ضدزنگ
2- مدت زمانی که قطعه استیل در معرض آتش و دمای بالا قرار می‌گیرد
3- نوع مواد شیمیایی موجود در محیط
4- شکل هندسی و ضخامت قطعه
5- میزان تحمل استیل در آتش تغییر رفتار استیل در دماهای نزدیک به ذوب

 

رفتار استنلس ‌استیل در دماهای بالا

 

 

زمانی که استیل در دماهای بالا و نزدیک به ذوب قرار می‌گیرد، رفتار آن تغییر می‌کند و همین رفتار می‌تواند به‌ صورت مستقیم بر کاربرد استیل تأثیرگذار باشد.

باید اشاره کرد که میزان تحمل استیل در آتش به میزان عناصر الیاژی موجود در آن بستگی دارد. زمانی که به دمای ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش نزدیک می‌شویم، انبساط حرارتی در فلز رخ می‌دهد. این انبساط حرارتی می‌تواند باعث شود تا استنلس ‌استیل شکل خود را از دست دهد و با خمش یا کمانش مواجه شود.

از سوی دیگر، داغ شدن استنلس ‌استیل می‌تواند استحکام کششی آن را نیز به خطر بیندازد. به بیان دیگر، زمان که دمای استیل افزایش پیدا می‌کند، مقاومت آن در برابر خوردگی کم می‌شود و به ‌نوعی خزش در آن پدید می‌آید.

همچنین باید اشاره کرد که دماهای بالا می‌توانند مقاومت استیل را در برابر اکسیداسیون به خطر بیندازد. از این ‌رو، فلز مستعد زنگ‌زدگی بیشتر، پوسته پوسته شدن و تضعیف یکپارچگی ساختاری می‌شود.

 

محدوده دمایی آلیاژهای 304، 316 و 330

استنلس ‌استیل دارای گریدهای بسیار مختلفی است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به گریدهای 304، 316 و 330 اشاره کرد. تفاوت این گریدها به تفاوت میزان عناصری که در آن‌ها به ‌کار رفته است، بستگی دارد. 

 

تحمل دمایی گرید 304

هنگامی که استنلس ‌استیل 304 به عنوان پُر کاربردترین گرید استیل، در دماهایی بین 870 تا 925 درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد، همچنان مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون از خود نشان می‌دهد. ب

ا این ‌وجود، اگر مقاومت در برابر رطوبت مد نظر باشد، بهتر است که از استفاده مداوم این فلز در محدوده دمایی 425 تا 860 درجه سانتی‌گراد خودداری شود.

به‌ عبارت‌ دیگر، این استیل می‌تواند با حفظ خواص خود برای مدت کوتاهی در دماهای 870 تا 925 درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار بگیرد.

در صورتی که این محدوده دمایی همچنان برقرار باشد، باعث می‌شود که مقاومت فلز در برابر رطوبت کاهش پیدا کند و گرید 304 در معرض آسیب‌های خوردگی و زنگ‌زدگی قرار بگیرد.

دمای ذوب استنلس‌ ورق استیل 304 بین 1399 تا 1454 درجه سانتی‌گراد است. طبیعی است که هر چه به این دما نزدیک‌تر شویم، استحکام کششی آن کاهش پیدا می‌کند.

 

تحمل دمایی گرید 316

از استنلس ‌استیل با گرید 316 می‌توان در محیط‌هایی استفاده کرد که احتمال خوردگی و بخصوص خوردگی کلریدی بسیار زیاد است. دلیل این امر این است که مقاومت در برابر خوردگی این گرید در مقایسه با گرید 304 بیشتر است.

محدوده ذوب این فلز 1371 تا 1399 درجه سانتی‌گراد است. از این ‌رو، دمای ذوب آن تقریباً بین 10 تا 40 درجه سانتی‌گراد کمتر از استیل با گرید 304 است.

به همین دلیل، آلیاژ گرید 316 نسبت به آلیاژ گرید 304 برای استفاده در دماهای بالاتر کمی نامطلوب‌تر خواهد بود. در دماهای بالا مقاومت این فلز نیز در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی کاهش پیدا می‎کند و گرید 316 مستعد خزش و شکست می‌شود.

 

تحمل دمایی گرید 330

بدون شک، در میان سه گرید اشاره شده، گرید 330 به عنوان مقاوم ‌ترین استیل در برابر آتش شناخته می‌شود. از این ‌رو می‌توان از آن به ‌عنوان یک آلیاژ مقاوم در برابر حرارت‌های بالا نام برد.

استیل 330 به دلیل مشخصات مقاوم به حرارت در کوره‌ها و سبدهای عملیات حرارتی بسیار کاربرد دارد و از جمله آلیاژهای پُر نیکل و گران قیمت استیل است.

از آنجایی که دو عنصر کروم و نیکل در این گرید حضور دارند، استنلس ‌استیل 330 می‌تواند دماهای نزدیک به 1094 درجه سانتی‌گراد را تحمل کند. این دما نزدیک به دمای ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش است.

به‌ طور معمول، این آلیاژ بین 18 تا 22 درصد کروم و 34 تا 37 درصد نیکل دارد.

با این که استنلس ‌استیل با گرید 330 می‌تواند در برابر پوسته‌ پوسته شدن و اکسیداسیون در دماهای نزدیک به 1094 درجه مقاومت کند، اما بهتر است تا از آن در دماهای بالاتر از 940 درجه سانتی‌گراد استفاده نشود. این کار می‌تواند شکل فلز را تغییر دهد و مقاومت آن در برابر خزش و شکست را کم کند.

 

.

ورق استیل فنری

کاربردها و مشخصات فنی ورق استیل فنری

انتخاب مواد مناسب برای ساخت قطعاتی با خاصیت فنری یکی از اصلی‌ترین نکات فنی و کاربردی در این خصوص هستند. حال اگر قرار است قطعه مورد نظر علاوه بر خاصیت فنری در مقابل انواع عوامل مخرب محیطی مانند خوردگی‌ مقاومت بالایی داشته باشد برخی از انواع فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل بهترین گزینه هستند.

در این حال، ممکن است این سؤال برایتان مطرح شود که استیل فنری چیست و چه مزایایی را با خود به همراه دارد.

 

 

 

فولادها و سایر فلزات با خاصیت فنری

فولادهای فنری با کربن بالا که برای سیم آلات موسیقی و مفتول فنر روغنی استفاده می‌شود، رایج ترین متریال فنری هستند. دلیل اصلی آن تا حدودی به ارزان بودن، راحتی استفاده و ساخت و در دسترس بودن فولادهای کربنی باز می‌گردد.

با این حال، این فولادها دارای محدوده دمای عملیاتی محدودی هستند و مانند فولادهای فنر آلیاژی برای ضربه یا بارگذاری ضربه‌ای مناسب نیستند. فولادهای فنری آلیاژی برای تنش‌های بالا و ضربه ساخته شده‌اند و می توانند در حرارت و برودت بالا عمل کنند.

همچنین آلیاژهای فنری مبتنی بر مس نیز در صنعت مورد توجه هستند. اگرچه آلیاژهای فنری گران‌تری هستند، ولی خواص الکتریکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارند و در دماهای زیر صفر کار می‌کنند.

آلیاژهای فنری مبتنی بر نیکل نیز در کاربردهای دمای زیر صفر و همچنین دماهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. همراه با مقاومت در برابر خوردگی و خواص غیر مغناطیسی مواد، آلیاژهای فنر مبتنی بر نیکل اغلب برای کاربردهایی مانند ابزارهای نشانگر و ژیروسکوپ استفاده می‌شوند.

 

ورق فنری استنلس استیل چیست؟

یکی از اولین و مهم‌ترین پارامترهایی که در طراحی و تولید هر محصولی باید به آن توجه کرد، استفاده از مواد اولیه مناسبی است که بتواند همه نیازهای محصول را پاسخگو باشد.

ورق‌های استیل فنری که یکی از انواع فولادهای ضد زنگ هستند، به عنوان یکی از مواد اولیه در بسیاری از صنایع مطرح می‎شوند و می‎‌توانند بهترین گزینه‌ای باشند که به دلیل مقاومت در برابر انواع خوردگی در شرایط مختلفی مورد استفاده قرار ‎گیرند.

 

اکنون می‌خواهیم بپردازیم به مزایا و اینکه خصوصیات بارز استیل فنری چیست؟

فولاد ضد زنگ دارای ویژگی‌های مطلوب بسیاری است که آن را برای بسیاری از کاربردها که نیاز به خاصیت فنری نیز دارند ایده‌آل می‌سازد. استیل به عنوان یک آلیاژ بر پایه آهن، دارای ویژگی‌های متمایز نسبت به سایر انواع فولاد است. مقاومت بالای آن در برابر خوردگی بارزترین ویژگی استیل است.

فولاد ضد زنگ دارای حداقل 10.5٪ کروم در عناصر آلیاژی متشکله خود است که این عنصر یک لایه اکسید کروم نامرئی و مقاوم در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی روی سطح فولاد تشکیل می‌دهد و تقریباً 200 برابر بیشتر از فولادهای بدون کروم در برابر خوردگی مقاومت ایجاد می‌کند.

سایر عناصر آلیاژهای استیل مانند نیکل، منیزیم، مولیبدن و نیتروژن اغلب برای بهبود و ایجاد خواص دیگر اضافه می‌شوند.

 

فولادهای ضدزنگ علاوه بر مقاومت در برابر خوردگی ویژگی‌های دیگری مثل استحکام بالا، دوام و ماندگاری طولانی، سازگاری با محیط زیست و قابلیت بازیافت، عدم نیاز به پوشش یا رنگ آمیزی و نگهداری آسان آن‌ها مشهور هستند.

نکات مورد توجه دیگر در مورد این آلیاژها حفظ خواص و مقاومت‌شان در دمای عملیاتی بالا و پایین است. همچنین قابلیت شکل پذیری و سازگاری با انواع روش‌های ساخت نیز به کاربردی شدن آن‌ها کمک کرده است.

 

رایج‌ترین گریدهای استیل فنری کدام‌ هستند؟

فولادهای ضد زنگ با تنوع بسیار و بیش از 100 گرید یا آلیاژ مختلف تولید می‌شوند. به عنوان مثال استیل‌های سری 300 یا 400 که در چندین نوع از نظر ساختار متالورژیکی مانند، آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی و دوبلکس تقسیم می‌شوند.

تعیین گرید یا نوع فولاد ضد زنگ برای ساخت فولاد فنری به خواص و کاربرد مورد نظر بستگی دارد. رایج ترین گریدهای مفتول و ورق استیل فنری فولادهای ضد زنگ 302، 304، 316 و 17-7PH هستند که همگی درجات مختلفی از مقاومت در برابر خوردگی، استحکام کششی و مقاومت در برابر حرارت را دارند.

در هنگام خرید ورق استیل فنری شاید به نظر برسد که این فولادها کمی گران‌تر هستند؛ ولی ویژگی‌های فنی و دوام آن‌ها را به انتخابی مقرون به صرفه تبدیل کند. پس اگر قیمت ورق استیل فنری را در کنار سایر ویژگی‌ها بررسی کنید متوجه خواهید شد که چرا این محصولات طرفداران زیادی پیدا کرده‌اند.

 

فولاد ضد زنگ، مناسب چگونه فنری می‌شود؟

از آنجایی که فولاد ضد زنگ مانند ورق فنری استیل 304 که از رایج‌ترین آلیاژهای استیل است، مقاومت به خوردگی بسیار بالایی دارند، می‌تواند مناسب‌ترین گزینه برای تولید قطعات با خاصیت فنری نیز باشد.

 

حال ببینیم که چه نوع استیلی برای فولاد فنری مناسب است و چگونه استیل فنری می‌شود؟

ابتدا به فولادی نیاز داریم که برای عملیات حرارتی با حرارت دادن تا حدی که خاصیت فرومغناطیسی خود را از دست بدهد و سپس در مایع سرد (quench) شود، مناسب باشد. معمولاً این به معنای فولادی است که حاوی 0.5٪ تا 1.0٪ کربن است.

اکثر فولادهای مورد استفاده برای ساخت فنرها حاوی عناصر دیگری مانند منگنز در مقادیر کم نیز هستند. فرآیند عملیات حرارتی به خودی خود می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد، به خصوص در گارگاه‌های مخصوص عملیات حرارتی.

در ساده‌ترین حالت، فلز را (در حالت عادی یا آنیل شده) به شکل فنر مورد نظر در می‌آورند. سپس آن را با حرارت تا حدی که گداخته شود گرم می‌کنند تا خاصیت آهنربایی را از دست بدهد.

سپس آن را به سرعت در یک مایع مناسب که اغلب آب، آب نمک، ضدیخ 50/50 یا روغن است، سرد می‌کنند. در این مرحله فلز بسیار سخت می‌شود. ولی برای استفاده به عنوان فنر بسیار شکننده است.

یک عملیات حرارتی دوم مورد نیاز است تا به نتیجه نهایی برسیم. این مرحله معمولاً شامل گرم کردن قطعه تا حدود 290 درجه سانتیگراد است. اگر بخشی از سطح روی قطعه سخت شده به رنگ سفید روشن صیقل داده شود، می‌توان از آن سطح به عنوان نشانگر تمپر استفاده کرد.

هنگامی که قطعه به آرامی و با احتیاط و به طور یکنواخت گرم می‌شود، زمانی که سطح آن به دمای مناسب برسد، زرد، سپس قهوه ای و سپس آبی می‌شود. پس از آن به آرامی سرد می‌شود.

روش دیگری که برای تولید ورق استیل فنری استفاده می‌شود، استفاده از روش‌های کار سرد است. در این روش استحکام تسلیم بالای استیل فنری از طریق کار سرد و عملیات نورد مضاعف به دست می‌آید.

با نورد سرو ورق استیل و کاهش ضخامت آن میکرو ساختارهای فولاد تغییر شکل داده و فشرده‌تر می‌شوند. به این ترتیب استحکام کششی افزایش یافته و فولاد خاصیت فنری پیدا می‌کند. این روش بیشتر در تولید ورق استیل فنری، تسمه استیل فنری و مفتول استیل فنری به‌کار گرفته می‌شود.

 

کاربردهایی در همه صنایع

حال که تا حدودی دانستید، استیل فنری چیست، باید بدانید که از این نوع فولاد ضدزنگ در چه صنایعی استفاده می‌شود. طراحان در صنایع مختلف با استفاده از استیل فنری می‌توانند چندین هدف را با هم دنبال کنند.

 

برخی از این اهداف عبارت‌اند از:

1- دوام و عمر مفید تجهیزات را بالا ببرند.
2- نگرانی بابت خوردگی و زنگ‌زدگی قطعات نداشته نباشند.
3- بتوانند با کمترین هزینه و با سهولت از آن‌ها نگهداری کنند
 

تجهیزات پزشکی

ورق استیل به دلیل ویژگی‌های بهداشتی و قابلیت استیریل شدن از بهترین گزینه‌ها در صنعت تجهیزات پزشکی محسوب می‌شود. فولادهای آستنیتی ۳۰۴ و ۳۱۶ در ساخت تجهیزات جراحی‌ها کاربرد دارند و تجهیزات پزشکی زیادی از این آلیاژها ساخته می‌شوند‌. خیلی از این تجهیزات لازم است استحکام بالا و خاصیت فنری داشته باشند.

 

صنایع مواد غذایی

آنچه باعث رونق فروش ورق استیل فنری می‌شود، این است که می‌توانید این آلیاژ را به ‌سهولت تمیز و ضدعفونی کنید. به این ترتیب، این آلیاژ در صنایع غذایی از کاربرد زیادی برخوردار است. این ورق‌های استیل فنری و از جمله گرید 316 هم در برابر رطوبت و هم مواد اسیدی بسیار مقاوم هستند و به این ترتیب، برای تجهیزاتی به کار می‌روند که در تولید یا جابه‌جایی مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

صنایع تولید نیرو و انرژی

در صنایع وابسته به انرژی خوردگی در برابر مواد شیمیایی و حرارت یکی از اصلی‌ترین مواردی است که باید در نظر گرفته شود. قطعات ساخته شده از ورق‌های استیل فنری در سکوهای نفت و گاز، خط لوله‌ها و توربین‌های بادی استفاده می‌شوند. در فناوری‌های جدیدی مانند انرژی خورشیدی و زمین گرمایی نیز می‌توان روی این محصولات حساب باز کرد.

 

صنعت حمل ‌و نقل

این صنعت جزء اصلی‌ترین حوزه‌ها برای استفاده از فولاد ضد زنگ فنری است. صنایع خودروسازی، هوافضا، ریلی و دریایی نیازمند قطعاتی با ویژگی‌های این مواد هستند. سیستم تعلیق همه وسایل نقلیه متشکل از فولادهای فنری هستند؛ ولی این دلیل نمی‌شود که در قطعات کوچکی مانند گیره شلنگ یا فنر کمربند ایمنی از استیل فنری استفاده نشود.

با توجه ‌به این که دیگر می‌دانید استیل فنری چیست، حتماً متوجه شده‌اید که این آلیاژ در برابر رطوبت مقاومت بالایی دارد و همین امر باعث می‌شود تا کاربردهای دریایی بسیار زیادی داشته باشد.

 

کالاهای بادوام و در معرض خستگی

یکی از ضروریات برای اجزای کالاهایی که در معرض تنش‌ها و نیروهای متناوب در طولانی مدت هستند، دوام خستگی است. برخی قطعات لوازمی مانند وسایل آشپزخانه‌های منازل یا آشپزخانه‌های صنعتی و خشک‌شویی‌ها، یخچال، گاز، فریزر یا هر وسیله این‌ چنینی با استفاده از استیل فنری ساخته می‌شوند.

کاربردهای استنلس استیل فنری به همین جا ختم نمی‌شود و علاوه بر این موارد، حوزه‌های بسیار زیاد دیگری را نیز شامل می‌شوند.

.