ورق استیل یا در واقع ورق استنلس استیل یکی از مواد پرکاربرد و مورد استفاده در بخش‌های مختلف است. این نوع از انواع ورق استیل به دلیل اینکه از عناصر مختلفی مانند نیکل، کروم، آهن، کربن و تعدادی از عناصر آلیاژی دیگر تشکیل شده‌اند، در مقایسه با دیگر فولادهای موجود، مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند. از این رو به این نوع ورقهای استیلی، فولادهای زنگ نزن نیز می‌گویند. ورق استیل آستنیتی و فریتی از معروف‌ترین و مورد استفاده‌ترین ورقهای استیلی هستند. در واقع ورقهای استیل آستنیتی و فریتی که به ترتیب ورق استیل کلاس 304 و ورق استیل کلاس 430 نیز نامیده می‌شوند در دسته کلاسهای پرطرفدار و پرمصرف قرار دارند. این ورق‌ها به دلیل عناصر سازنده‌ای که دارند در مصارف زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله آنها می‌توان به قطعات خودرو، راکت، راه‌آهن و ساخت پل‌ها اشاره کرد.
ساختار ورقهای استیل آستنیتی و فریتی
معمولا بیشتر فلزات در حالت جامد، دارای ساختار کریستالی هستند؛ به این معنی که ساختارهای اتمی به شکل شبکه شبکه در کنار هم قرار گرفته‌اند. فلزات و از جمله آهن، عنصر اصلی تشکیل‌دهنده ورقهای استیل آستنیتی و فریتی هستند. از این رو، این ورق‌ها نیز ساختار کریستالی را دارا می‌باشند. آهن و آلیاژهای آهن که جزو عناصر تشکیل‌دهنده ورقهای استیل هستند، ساختارهای کریستالی مختلفی در شکل‌های متفاوت دارند که نوع ساخت و تولید ورقهای استیل، موجب ساختار متفاوت آنها می‌شود. تفاوت در ساختار کریستالی فلزات موجب تفاوت در میزان توانایی برای جذب کربن خواهد شد. اغلب گفته می‌شود که جذب کربن بیشتر در ساختار فلزات موجب افزایش سختی و شکنندگی فلز مورد نظر می‌شود و به این ترتیب انواع ورقهای استیل به وجود می‌آیند. ما در مقاله “تفاوت آهن، فولاد و چدن” به بررسی کامل ساختار آهن و دو آلیاژ مهم آن پرداخته ایم.
در این مقاله به معرفی ورقهای استیل آستنیتی و فریتی خواهیم پرداخت. تفاوت موجود در میان این دو ساختار را بیان می‌کنیم و همچنین ویژگی‌ها و خواص هر کدام از ورقهای استیل آستنیتی و فریتی را مطرح کرده و محل کاربرد آنها را بررسی می‌کنیم. در حالت کلی ساختار فولادها با توجه به شرایط مختلف فرآیند ساخت، آنیل کردن، تمپرینگ و … میتواند به صورت بینیت، مارتنزیت، فریت و آستنیت و یا ترکیبی از آن ها باشد که هر کدام خواص خاص خود را به فولاد ما می دهد. بنابرین انواع ورق استیل که مورد استفاده قرار می گیرد مانند ورق استیل 316، ورق استیل 310 و… می تواند دارای ساختار آستینی و یا فریتی باشد که در ادامه به آن پرداخته ایم.
ورق استیل آستنیتی
نام ورق استیل آستنیتی از فاز تشکیل‌دهنده آن به نام آستنیت (Austenite) گرفته شده است. این نام در واقع مربوط به ساختار کریستالی تشکیل‌دهنده این نوع از ورق استیل می‌باشد. ورق استیل نوع آستنیتی در میان انواع فولادهای زنگ‌نزن، بیشترین محبوبیت و کاربرد را دارد، به طوری که سهم بسیار بزرگی از بازار را از آن خود کرده است. همانطور که گفته شد ورقهای استیل آستنیتی و فریتی شامل آلیاژهای مختلفی از فلزات هستند. عناصر عمده تشکیل‌دهنده ورق استیل آستنیتی آهن، کروم و نیکل هستند؛ معمولا میزان مشارکت عنصر نیکل در ساختار ورق استیل آستنیتی بین 16 تا 26 درصد و میزان مشارکت عنصر کروم بین 6 تا 22 درصد می‌باشد.
از آنجایی که نیکل، فلز بسیار گران قیمتی است که موجب می‌شود ورق استیل آستنیتی از کیفیت بسیار بالا و خاصی بهره‌مند شود، قیمت خرید این نوع از ورقهای استیل نیز بالا می‌باشد. یکی از تفاوت‌های عمده میان ورقهای استیل آستنیتی و فریتی در میزان جذب کربن در آنها است. استیل آستنیتی را از حرارت دادن استیل فریتی تا 912 درجه سانتی‌گراد به دست می‌آورند که استیل آستنیتی میزان جذب کربن بیشتری نسبت به استیل فریتی دارد. ورقهای استیل آستنیتی در دو گروه سری 200 و سری 300 طبقه‌بندی می‌شوند که در این میان استیل آستنیتی سری 300 بیشتر از سایر ورقهای استیلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به توضیحات داده شده، می توان گفت که ورق استیل 316، ورق استیل 310، 304، 321 و… در زمره فولاد های آستنیتی قرار می گیرند.
ویژگی‌ها و خواص استیل آستنیتی
فرایند استحکام بخشیدن به ورقهای استیل آستنیتی از طریق حرارت و گرما بخشی اتفاق نمی‌افتد؛ بلکه در شرایط هوای سرد و با اعمال کار مکانیکی بر روی آنها می‌توان به سختی و استحکام مورد نظر در استیل آستنیتی رسید. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های قابل توجه ورق استیل آستنیتی، مقاومت این استیل در برابر خوردگی می‌باشد. ساختار استیل آستنیتی دارای مقاوم‌ترین آلیاژها در برابر خوردگی است و از این رو با قرار گرفتن در کنار آب دریا و یا آب تازه و همچنین انواع مواد شیمیایی که موجب خوردگی و سایش در ورق استیل می‌شوند، شکل خود را حفظ کرده و نسبت به فرایند اکسید شدن و یا زنگ‌زدگی از خود مقاومت نشان می‌دهد. از طرف دیگر خاصیت جوش‌پذیر بودن بالای ورق استیل آستنیتی آن را برای کاربردهای متنوعی مناسب ساخته است.
البته باید توجه داشت که در حین فرایند جوشکاری به دلیل حرارت بالایی که به کار می‌رود، استیل دچار شکست نشود. به همین دلیل، روشهای مناسب آماده‌سازی برای قبل از انجام جوشکاری پیشنهاد می‌شود که پس از آن می‌توان با روشهای مختلف، فعالیت جوشکاری را بدون شکست در ورق استیلی به نحو احسن انجام داد. از دیگر ویژگی‌های شاخص ورق استیل آستنیتی، می‌توان به استحکام کششی بالای آن اشاره کرد. در واقع می‌توان گفت چقرمگی این نوع از ورقهای استیل در مقایسه با سایر استیل‌ها بسیار بالا بوده و از این رو ضربه‌های فیزیکی بسیار محکمی را می‌توانند تحمل کنند. یک ویژگی بارز و البته منحصر به فرد ورق استیل آستنیتی، غیر مغناطیسی و یا در اصطلاح، «نگیر» بودن آن است. از آنجایی که اغلب ورقهای استیل خاصیت مغناطیسی دارند، غیر مغناطیسی بودن ورق استیل آستنیتی به طور ویژه آن را از سایر ورقهای استیل متمایز می‌کند. در نهایت می‌توان گفت که ورق استیل آستنیتی فرم‌پذیری قابل قبولی در کاربردهای متنوع آن برای پرس‌کاری و فرم‌دهی دارا می‌باشد.
موارد کاربرد ورق استیل آستنیتی
ورق های استیل آستنیتی مانند ورق استیل 304 در زمینه‌های بسیاری به کار می‌رود؛ از جمله آنها می‌توان به صنایع و کارخانه‌های بسیاری اشاره کرد که از ورق استیل آستنیتی در ساخت و تولید محصولات خود استفاده می‌کنند. برای مثال به کارد و چنگال‌سازی، ساخت سینک‌های آشپزخانه، مخازن انبارش و غیره می‌توان اشاره کرد. همچنین در صنایع شیمیایی برای ساخت انواع لوله‌ها و شیرهای آب و همینطور در صنایع غذایی، ورق استیل آستنیتی کاربرد زیادی دارد. با توجه به کیفیت بالای این نوع ورق استیلی و همچنین تحمل حرارتی بسیار بالایی که دارد، در انواع تاسیسات فولاد سازی یا فرآوری سنگ معدن، تجهیزات ذوب فولاد، تجهیزات و دستگاه‌های ریخته‌گری مداوم، تاسیسات تصفیه و پالایش نفت، تاسیسات و تجهیزات کوره‌ها، پس سوزها، جبرانگرها، کارخانه‌های کاغذ و پالایشگاه‌های نفتی از ورق استیل آستنیتی استفاده می‌کنند.
ورق استیل فریتی
نام ورق استیل فریتی نیز براساس ساختار کریستالی آن که حاوی فاز فریت (Ferrite) است، انتخاب شده است. در واقع ورق استیل فریتی از کنار هم قرار گرفتن کریستال‌های فریتی تشکیل شده است. کریستال فریتی نوعی کریستال است که مقدار بسیار کمی کربن میتواند جذب کند و همین مسئله یکی از تفاوت‌های اصلی ورقهای استیل آستنیتی و فریتی می‌باشد. کروم به عنوان یکی از عناصر اصلی تشکیل‌دهنده ورق استیل فریتی، حدود 10.5 تا 27 درصد از این ورق استیل را تشکیل داده است. معمولا ساختار استیل فریتی دارای مقدار بسیار کمی نیکل است و یا حتی ممکن است این مقدار صفر نیز باشد. تفاوت در میزان نیکل نیز، یکی دیگر از تفاوت‌های بارز بین ورقهای استیل آستنیتی و فریتی است.
انواع ورقهای استیل فریتی
ورقهای استیل فریتی را می‌توان با توجه به ساختار و میزان عناصر سازنده آنها و کارکردی که از خود نشان می‌دهند، در پنج دسته مختلف طبقه‌بندی کرد؛
دسته اول که در زمره ارزان‌ترین استیل‌ها قرار می‌گیرند، به دلیل درصد بسیار پایین عنصر کروم در ساختار آنها، با گذشت زمان، شاهد ایجاد لایه‌ای از زنگ‌زدگی بر روی سطح این نوع استیل فریتی خواهیم بود.
دسته دوم را می‌توان یکی از پرمصرف‌ترین استیل‌های فریتی دانست. ساختار این نوع استیل‌ها درصد بالایی از کروم را شامل می‌شوند و به همین دلیل، مقاومت بالایی در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند. از این رو در ساختمان‌سازی و یا ساخت لوازم خانگی کاربرد فراوانی دارند.
دسته سوم از ورقهای استیل فریتی را استیل‌های شکل‌پذیری تشکیل داده‌اند که می‌توان از آنها در فعالیت‌های جوشکاری بهره برد. برای آشنایی با جوشکاری استیل میتوانید مقاله “جوشکاری استنلس استیل ” را مطالعه نمایید.
دسته چهارم به خاطر اینکه میزان مولیبدن بالایی در ساختار خود دارند و مقاومت بهتری در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند، در فعالیت‌هایی با رطوبت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله این کاربردها می‌توان به سیستم‌های اگزوز و تانکرهای آب داغ اشاره کرد.
دسته پنجم به عنوان مقاومت‌ترین نوع استیل فریتی در برابر خوردگی شناخته می‌شوند. این نوع استیل‌ها درصد بسیار بالایی از عنصر کروم را در ساختار خود دارا هستند.
ویژگی‌ها و خواص استیل فریتی
ورقهای استیل فریتی را می‌توان یکی از مقاوم‌ترین استیل‌ها در برابر خوردگی تنشی دانست. از مواردی که کاربرد ورق استیل آستنیتی و فریتی را از یکدیگر متمایز می‌کند، مقاومت در برابر خوردگی تنشی است. ورق استیل آستنیتی به احتمال بسیار زیاد با قرار گرفتن در معرض انواع کلرایدها، دچار خوردگی می‌شود. با این حال ورق استیل آستنیتی در چنین شرایطی، مقاومت بالایی را از خود نشان می‌دهد. از طرف دیگر به دلیل میزان بسیار کم کربن در ساختار این نوع از ورقهای استیل، دارای خاصیت شکل‌پذیری بسیار خوبی هستند. به نحوی که بدون نگرانی از شکست یا ترک خوردن استیل مورد نظر، می‌توان به راحتی فرم مشخصی به آن بخشید.
از دیگر ویژگی‌های مثبت استیل فریتی، ضریب انبساط گرمایی پایین آن است. در واقع این نوع استیل، با قرار گرفتن در معرض حرارت بسیار بالا میتواند تا حدودی ابعاد خود را حفظ کرده و دچار انبساط گرمایی نشود. علاوه بر این‌ها، رسانایی گرمایی بالای استیل فریتی، آن را برای کاربردهایی که به هدایت و انتقال حرارت نیاز دارند مناسب کرده است. اما به عنوان معایب استیل‌های فریتی می‌توان به احتمال ترک خوردگی در هنگام جوشکاری و همچنین عدم امکان سخت کردن استیل با استفاده از عملیات حرارتی اشاره کرد.
در این مقاله با ساختار و ویژگی‌های انواع ورقهای استیل آستنیتی و فریتی آشنا شدیم. از این رو می‌توان در کاربردهای مشخص و با توجه به انتظارات موجود، از استیلی با خواص مناسب استفاده کرد.
