اگر میپرسید ورق استیل چیست شاید بهتر باشد کمی به اطرافتان توجه کنید. مثلاً سینک ظرفشویی که زنگ نمیزند یا بدنه خودروها که اینقدر به شرایط جوی مقاوماند، نمونههایی از ورق استیل هستند. ورق استیل یک صفحه فلزی نازک است که از ترکیب آهن (حدود 70-80%) با کروم (حداقل 10.5%) و مقادیر متغیری از نیکل، مولیبدن و سایر عناصر آلیاژی ساخته میشود. مهمترین ویژگیشان، مقاومت بالا به زنگزدگی و خوردگی است. ورق استیل در ضخامتهای گوناگون و در گریدهایی مثل 304، 316 و 430 تولید میشود و با استحکام، انعطافپذیری و ظاهر براقش به کاربردیتری متریال صنایع تبدیل شده است.
اگر بهعنوان دانشجو و مهندس متالورژی برای تهیه نمونه یا سایر امور پروژه خود به کمک نیاز دارید، برای اطلاعات بیشتر یا خرید ورق استیل با شماره تلفن ۰۲۱-۹۱۰۳۰۶۴۵ تماس بگیرید. اینجا با تاریخچه، انواع، خواص، کاربردها و نحوه تولید ورق استیل بیشتر آشنا خواهیم شد.
مهمترین نکات مقاله:
• ورق استیل آلیاژی از فولاد حاوی کروم است که با مقاومت بالا به زنگزدگی در محیطهای مرطوب و خورنده، خیلی کاربرد دارد.
• در سال 1913، هری بریرلی با افزودن کروم به فولاد، اولین ورق استیل ضدزنگ را ساخت که انقلابی در صنعت متالورژی بهپا کرد.
• ورقهای استیل شامل آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی و دوبلکس هستند که هرکدام ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری متفاوتی دارند و مقاومتشان با هم فرق دارد.
• این ورقها با مقاومت بالا، استحکام مکانیکی مناسب، خاصیت ضدخوردگی عالی و قابلیت جوشکاری خوبشان، کاربردهای صنعتی زیادی پیدا کردهاند.
• ورق استیل با استحکام بالا، مقاومت به خوردگی و قابلیت بهداشتی بودن در صنایع غذایی، پزشکی، خودروسازی و ساختمانسازی، بیشترین کاربرد را دارد.
• کاربرد ورق استیل باعث افزایش عمر تجهیزات، کاهش هزینههای نگهداری، امکان بازیافت و حفظ زیبایی ظاهری در محیطهای سخت و مرطوب میشود.
• فرآیند تولید ورق استیل شامل ذوب مواد اولیه، ریختهگری، نورد گرم، اسیدشویی و نورد سرد است که کیفیت سطحی و مکانیکی آن را بهتر میکند.
تاریخچه تولید ورق استیل چیست
بهعنوان یک مهندس یا دانشجوی متالوژی، بد نیست بدانید تاریخچه ورق استیل چیست. نمونه فولادی که در آزمایشگاه بررسی میکنید و حاوی کروم است و در مقابل زنگزدگی مقاومت دارد، در واقع استیل ضدزنگ است که تاریخچه جالبی دارد.
کشف استیل ضدزنگ؛ نقطه عطفی در متالورژی
داستان تولید ورق استیل به اوایل قرن بیستم بازمیگردد. در آن زمان، مهندسان و متالورژیستها به دنبال آلیاژی بودند که در برابر خوردگی مقاوم باشد. اگرچه از قرن نوزدهم دانشمندان متوجه تأثیر کروم بر افزایش مقاومت فولاد شده بودند، اما اولین نمونه تجاری استیل ضدزنگ در سال 1913 توسط هری بریرلی، متالورژیست بریتانیایی، تولید شد. او هنگام آزمایش آلیاژهای فولاد برای ساخت لولههای تفنگ، متوجه شد که اضافه کردن کروم، مقاومت به خوردگی را تا حد زیادی بالا میبرد.
توسعه روشهای تولید برای بهرهوری بیشتر
در دهههای بعد، فرآیندهای تولید استنلس استیل توسعه یافتند. در دهه 1920، آلمان و آمریکا تکنیکهایی برای بهبود کیفیت و کاهش هزینه تولید ورق استیل معرفی کردند. با روشهایی مانند ذوب قوس الکتریکی (EAF) و فرآیند AOD (Argon Oxygen Decarburization) ترکیب شیمیایی ورقهای استیل ،دقیقتر کنترل شد و میزان کربنش کاهش یافت.
تحول در تولید ورق استیل با فناوریهای پیشرفته
با پیشرفت فناوری در دهههای 1950 و 1960، ورقهای استیل نازکتر و مقاومتر شدند که کاربردشان را در صنایع خودروسازی، هوافضا و پزشکی بیشتر کرد. امروزه با روشهای پیشرفتهتری مانند ریختهگری پیوسته و متالورژی پودر، ورقهای استیل با خواص مکانیکی بهینه و ضخامتهای متنوع تولید میکنند.
بنابراین، ورق استیلی که امروز در صنایع مختلف استفاده میشود، نتیجه دههها تحقیق و توسعه در علم متالورژی است و همچنان با پیشرفت فناوری در حال بهبود است.
انواع ورق استیل چیست
پس از اینکه فهمیدیم نقش توسعه فناوریهای ذوب و پالایش در تولید ورق استیل چیست بهتر است این ورقها را بیشتر بشناسیم. چرا که هر ورق استیل ترکیب شیمیایی، ریزساختار و خواص مکانیکی متفاوتی دارد.
ورق استیل آستنیتی (Austenitic Stainless Steel)
این گروه که به استیل نگیر هم معروفند، پرکاربردترین، ورقهای استیل هستند. آنها حداقل 16٪ کروم و 6٪ نیکل دارند و با ساختار FCC (Face-Centered Cubic) خود، شکلپذیر بوده و به خوردگی خیلی مقاوم هستند. معروفترین گریدهای این گروه 304 و 316 هستند که با وجود شباهتهای بسیار، تفاوتهایی هم دارند. تفاوت استیل 304 و 316 در این است که استیل 304 کروم و نیکل دارد و به خوردگی مقاوم است و بیشتر در تجهیزات صنایع غذایی و دکوراسیون بهکار میرود. اما 316 با داشتن مولیبدن در محیطهای خورنده و اسیدی مانند پالایشگاهها و صنایع دریایی مقاومتر است. این ورقها غیرمغناطیسی هستند و ممکن است پس از کار سرد (Cold Working) کمی خاصیت مغناطیسی ضعیفی پیدا کنند.
ورق استیل فریتی (Ferritic Stainless Steel)
مقدار کروم این نوع ورق بالا (10-18٪) بوده و میزان نیکلشان کم یا صفر است. ساختار آن BCC (Body-Centered Cubic) بوده که در دماهای بالا مقاومت بالایی به اکسیداسیون و خوردگی ایجاد میکند. مثلاً گرید 430 از این گروه است که در لوازم خانگی، قطعات خودرو و سیستمهای اگزوز استفاده میشود. این ورقها برخلاف آستنیتیها، خاصیت مغناطیسی دارند و جوشپذیریشان کمتر از گروه آستنیتی است.
ورق استیل مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steel)
افزایش مقدار کربن (0.1 تا 1.2٪) در این گروه، سختی و استحکام مکانیکی را بالا برده، اما در عوض مقاومت به خوردگی را کمتر کرده است. گرید 410 و 420 نمونههای بارز این گروه هستند که در ساخت چاقو، ابزار جراحی و قطعات تحت سایش بالا کاربرد دارند. ساختار کریستالی این نوع، با عملیات حرارتی خاصی از فریتی به مارتنزیتی (BCT - Body-Centered Tetragonal) تبدیل میشود که سختی بالایی ایجاد میکند.
ورق استیل دو فازی (Duplex Stainless Steel)
در کل گروههای فریتی، مارتنزیتی و دو فازی از نوع استیل بگیر هستند، یعنی خاصیت مغناطیسی دارند. گروه دو فازی، ترکیبی از ساختار آستنیتی و فریتی است و معمولاً 22-25٪ کروم و 5٪ نیکل دارد. نتیجه این ترکیب، استحکام بالا، مقاومت عالی به ترکخوردگی ناشی از تنش (SCC) و خوردگی شیاری است. گرید 2205 پرکاربردترین نوع این دسته بوده و در صنایع نفت و گاز و محیطهای کلریدی مانند تأسیسات دریایی استفاده میشود.
ورق استیل رسوب سختی (Precipitation-Hardening Stainless Steel - PH)
این نوع استنلس استیل با افزودن عناصر آلیاژی مانند آلومینیوم، تیتانیوم و مس، قابلیت سختکاری و استحکامبخشی از طریق عملیات پیرسختی را دارد. گرید 17-4 PH از این دسته در صنایع هوافضا و نظامی برای تولید قطعات با استحکام بالا استفاده میشود.
وقتی بدانید انواع ورق استیل چیست و چه تفاوتی دارند، در مهندسی متالورژی مشکلی در انتخاب درست متریال ندارید. هر ورق بسته به میزان کروم، نیکل و سایر عناصر آلیاژی، کاربرد منحصربهفردی دارد که خواص مکانیکی، جوشپذیری و مقاومت به خوردگیاش را تعیین میکند.
خواص و ویژگیهای ورق استیل چیست
بسته به این که ترکیب شیمیایی و ساختار متالورژیکی ورق استیل چیست، ویژگیهای منحصربهفردی پیدا میکند که برای کاربردهای مختلف ایدهآلاند. درک این خواص برای دانشجویان متالورژی حیاتی است، زیرا هر تغییری در ترکیب آلیاژی یا فرآیند تولید، ویژگیهای مکانیکی و فیزیکی آن را تغییر میدهد.
مقاومت استنلس استیل به خوردگی بالا
کروم، عنصر کلیدی در استنلس استیل است که با اکسیژن واکنش داده و لایه نازکی از اکسید کروم روی سطح تشکیل میدهد. این لایه نامرئی از فلز در برابر زنگزدگی و خوردگی محافظت میکند. هرچه مقدار کروم بیشتر باشد، این خاصیت قویتر میشود. به همین علت، ورق 316 که حاوی مولیبدن است به محیطهای اسیدی و کلریدی مقاومتتر است.
استحکام و چقرمگی بالا فولاد ضد زنگ
ورقهای آستنیتی مانند 304 و 316 دارای ساختار FCC هستند که موجب چقرمگی بالا، مقاومت در برابر ضربه و قابلیت تغییر شکل بدون ترکخوردگی میشود. در مقابل، ورقهای مارتنزیتی با عملیات حرارتی سختکاری شده و استحکام بالایی دارند، اما تردتر هستند.
جوشپذیری و شکلپذیری مناسب استنلس استیل
ورقهای آستنیتی بهراحتی جوشکاری میشوند و شکلپذیریشان بهتر است. این ویژگی آنها را برای ساخت مخازن، لولهها و قطعات پیچیده مناسب میکند. در مقابل، ورقهای فریتی و مارتنزیتی جوشپذیری کمتری دارند و به کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری نیاز دارند.
مقاومت فولاد ضد زنگ به حرارت و اکسیداسیون
ورقهای فریتی و آستنیتی در دماهای بالا اکسید نمیشوند و خواص مکانیکیشان را حفظ میکنند. به همین خاطر، ورق استیل در خودروسازی، پتروشیمی و تولید تجهیزات دمای بالا استفاده میشود.
در صنایع مختلف کاربردهای ورق استیل چیست
ورق استیل برای تجهیزات صنعتی همیشه کاربرد داشته طوری که هیچ جایگزینی ویژگیهای منحصربهفردش را ارائه نمیدهد. دانشجویان متالورژی که قصد ورود به صنعت را دارند، باید درک دقیقی از این کاربردها داشته باشند، زیرا هر ترکیب آلیاژی برای محیط خاصی مناسب است. در ادامه میبینیم که مهمترین کاربردهای ورق استیل در صنایع مختلف چیست.
در صنعت ساختوساز و معماری کاربرد ورق استیل چیست؟
ورقهای استیل 304 و 316 با مقاومت به خوردگی و ظاهر براقشان در نمای ساختمانها، نردههای استیل و پوششهای سقف به کار میروند. همچنین، پلهای فلزی، ستونهای مقاوم به زلزله و سازههای دریایی از ورقهای استیل ضدزنگ دوبلکس ساخته میشوند که در محیطهای مرطوب، استحکام بالا و مقاومتی عالی دارند.
در صنایع غذایی و دارویی کاربرد ورق استیل چیست؟
ورق استیل 304 و 316L به خاطر عدم واکنش شیمیایی و قابلیت تمیزکاری بالا در تولید تجهیزات صنایع غذایی مانند مخازن نگهداری شیر، میزهای کار در آشپزخانههای صنعتی و لولههای فرآوری مواد غذایی استفاده میشود. در صنایع دارویی نیز از این آلیاژها برای ساخت تجهیزات استریل و بدون آلودگی بهره میبرند.
پرکاربردترین ورق استیل، گرید 304 در آشپزخانه صنعتی
در صنعت خودروسازی و حملونقل کاربرد ورق استیل چیست؟
در خودروهای مدرن، ورق استنلس استیل فریتی و آستنیتی برای ساخت بدنه، سیستمهای اگزوز، شاسی مقاوم و قطعات تحت فشار استفاده میشود. همچنین، ورقهای استیل نازک با مقاومت به خوردگی و وزن کمشان در بدنه قطارها و هواپیماها کاربرد دارند.
در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد ورق استیل چیست؟
در این صنعت از ورقهای استیل خیلی مقاومت به دما و خوردگی در ساخت مبدلهای حرارتی، مخازن تحت فشار، لولههای انتقال مواد خورنده و تجهیزات حفاری استفاده میکنند. آلیاژهای 316 و 321 با استحکام و پایداریشان در برابر سولفیدها و کلریدها، بهترین انتخاب در این صنعت هستند.
در تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی کاربرد ورق استیل چیست؟
کاربرد ورق استیل در تجهیزات پزشکی با قابلیت ضدعفونی شدن و خاصیت زنگزدگی، خیلی مرسوم است. با ورقهای استیل مخصوصاً گرید 304 و 316L تجهیزات پزشکی مانند ابزارهای جراحی، پروتزهای مصنوعی و سینکهای آزمایشگاهی میسازند.
این کاربردها نشان میدهند که اهمیت توجه به شرایط کاری و محیطی متغیر در انتخاب ورق استیل چیست. بنابراین دانشجویان متالورژی باید این نکات را هنگام طراحی و انتخاب مواد در نظر بگیرند. طبق کاربردهایی که مرور کردیم و همچنین مقاله ایزام:
«گرید 304 پرکاربردترین فولاد ضد زنگ موجود است و ویژگیهای شکلدهی و جوشکاری بسیار عالی دارد. ساختار آستنیتی متعادل آن را قادر میسازد تا بدون بازپخت میانی بهشدت کشیده شود. گرید 304 در محیطهای اتمسفری مختلف و بسیاری از محیطهای خورنده عملکرد خیلی خوبی دارد.»
مزایای استفاده از ورق استیل چیست
بعد از اینکه درک کردیم نقش ترکیب شیمیایی و ساختار متالورژیکی در کاربردهای مختلف ورق استیل چیست، میخواهیم با مزایای این ورقها آشنا شویم. بهراستی چرا ورق استیل انتخاب اول بسیاری از مهندسان و طراحان صنعتی است؟ این موضوع را میتوان با مزایای زیر توجیه کرد:
مقاومت فوقالعاده در برابر خوردگی
یکی از مهمترین مزایای ورق استنلس استیل، مقاومت بالایش به خوردگی است. مثلاً در محیطهای دریایی، لولههای فولادی معمولی خیلی زود زنگ میزنند، اما ورق استیل 316 حاوی مولیبدن به آب شور، مقاوم باقی میماند. دقیقاً همین ویژگی، استیل را در ساخت سازههای دریایی و تجهیزات شیمیایی، جایگزین آلیاژهای دیگر میکند.
استحکام و دوام بالا فولاد ضد زنگ
ورق استیل برخلاف خیلی از فلزات، تحت فشار و ضربه، دچار ترکخوردگی یا شکستگی نمیشود. این خاصیت کاربردش را در صنایع خودروسازی برای ساخت بدنه خودروهای مقاوم به تصادف رواج داده است. برای مثال در خودروهای برقی از ورق استیل برای افزایش ایمنی بدنه بهره گرفته میشود.
قابلیت بازیافت و پایداری زیستمحیطی
ورق استنلس استیل 100٪ قابل بازیافت است. این یعنی پس از پایان عمر مفید یک محصول، میتوان آن را ذوب و دوباره استفاده کرد. همین ویژگی، استفاده از استیل را بهعنوان یک ماده سازگار با محیطزیست در پروژههای ساختمانی مدرن، مرسوم کرده است.
بهداشت و سهولت در تمیزکاری
ورق استیل با سطح صاف و غیر متخلخلش اهمیت زیادی در صنایع غذایی و پزشکی پیدا کرده است. برای مثال، میزهای استیل در آشپزخانههای صنعتی و اتاقهای عمل بهراحتی تمیز شده و ضدعفونی میشوند.
زیبایی و کاربرد در طراحی مدرن
علاوه بر ویژگیهای فنی، جلوه براق و مدرن ورق استیل، آن را در معماری و دکوراسیون داخلی هم خیلی محبوب کرده است. به همین دلیل ورق استیل در نمای ساختمان، طراحی آسانسورها و حتی لوازم خانگی مانند یخچالهای مدرن استفاده میشود. حتی در طراحی داخلی، ورق استیل برای کابینت یا المانهایی از این دست، جایگاه مهمی پیدا کرده است.
با این مزایا، مشخص میشود که اهمیت ورق استیل چیست. این ماده مهندسی پرکاربرد و مقرونبهصرفه در صنایع مختلف به متریالی تبدیل شده که چیزی نمیتواند جایگزینش شود.
نحوه تولید ورق استنلس استیل
اما میدانید مهمترین عامل تضمینکننده مزایای فوقالعاده ورق استیل چیست؟ در واقع فرآیند تولید دقت و استاندارد آن است که ویژگیهای مطلوبی مانند مقاومت به خوردگی، استحکام مکانیکی و کیفیت سطحی را در ورق تثبیت میکند. تولید ورق استیل شامل چندین مرحله مهم است که هر کدام به نوعی در حفظ ویژگیهای نهایی محصول، نقش دارند.
ذوب و تصفیه فولاد ضدزنگ
فرآیند تولید ورق استنلس استیل از ذوب مواد اولیه شامل آهن، کروم، نیکل و سایر عناصر آلیاژی در کوره قوس الکتریکی (EAF) آغاز میشود. این مرحله معمولاً بین ۸ تا ۱۲ ساعت طول میکشد و طی آن ناخالصیها از بین رفته و ترکیب شیمیایی خیلی دقیق تنظیم میشود. سپس، فولاد مذاب وارد فرآیند AOD (Argon Oxygen Decarburization) میشود که در آن میزان کربن کاهش یافته و کنترل دقیقتری روی ترکیب شیمیایی انجام میشود.
ریختهگری و نورد اولیه
پس از تصفیه، فولاد مذاب در قالبهای ریختهگری پیوسته (Continuous Casting) ریخته شده و به شمش یا اسلب (Slab) استیل تبدیل میشود. این اسلبها معمولاً خیلی ضخیماند و برای تبدیل شدن به ورق، باید وارد مرحله نورد گرم (Hot Rolling) شوند. در دمای حدود 1200 درجه سانتیگراد، این اسلبها بین غلتکهای بزرگ عبور داده میشود تا ضخامتشان کاهش یابد.
نورد سرد و بهبود خواص مکانیکی
برای رسیدن به دقت ابعادی و بهترین ضخامت استیل، ورقهای تولید شده پس از نورد گرم، اسیدشویی شده و سپس وارد فرآیند نورد سرد (Cold Rolling) میشوند. در این مرحله، ضخامت ورق به 0.3 تا 3 میلیمتر کاهش مییابد و ساختار میکروسکوپی آن اصلاح میشود.
عملیات حرارتی و پرداخت نهایی
برای افزایش چقرمگی و حذف تنشهای پسماند، ورق استنلس استیل را تحت عملیات بازپخت (Annealing) قرار میدهند. سپس با فرآیندهایی مانند پولیش مکانیکی، برسکاری یا الکتروپولیش، سطح ورق بهبود داده شده و بسته به کاربرد، درخشش مورد نظر به آن داده میشود. مثلاً با برسکاری ورق استیل خشدار که سطح مات و با خطوط یکنواخت دارد، تولید میکنند.
در آخر هم ورقهای تولید شده برش داده شده، بستهبندی شده و برای استفاده در صنایع مختلف ارسال میشوند.
سخن پایانی
هر مهندس متالورژی باید بداند منظور از انتخاب گرید مناسب ورق استیل چیست و فرآیندهای تولید این آلیاژ کدامند. اگر برای پروژههای دانشگاهی، آزمایشگاه متالورژی یا تحقیقات شخصیتان به ورق استیل نیاز دارید و میپرسید ورق استیل از کجا بخرم، امرداد استیل را به شما معرفی میکنیم. ما با سالها تجربه در تأمین ورقهای استیل باکیفیت، همراه خوبی برایتان خواهیم بود. اگر به دنبال ابعاد خاص، ترکیب شیمیایی مشخص یا کیفیت استاندارد و تهیه نمونههای موردنظرتان هستید، برای مشاوره یا سفارش با شماره ۰۲۱-۹۱۰۳۰۶۴۵ تماس بگیرید.
سوالات متداول
1. ورق استیل چگونه تولید میشود؟
ورق استنلس استیل با ذوب آهن، کروم و نیکل در کوره قوس الکتریکی ساخته میشود. سپس فلز مذاب را در قالبهای بزرگی میریزند تا ورق اولیه تشکیل شود. این ورق با نورد گرم نازکتر شده در اسید شسته میشود و با نورد سرد به ضخامت نهایی میرسد تا سطحی صاف و یکنواخت داشته باشد.
2. چه تفاوتی بین انواع ورق استیل وجود دارد؟
ورق استیل 304 رایجترین نوع استیل و مقاوم به زنگزدگی است، 316 در برابر مواد شیمیایی و آبدریا مقاومتر است، 430 خاصیت مغناطیسی دارد و ارزانتر است، و دوبلکس همزمان سختی و مقاومت بالایی دارد.
3. بهترین نوع ورق استیل برای کاربردهای صنعتی چیست؟
برای تجهیزات غذایی و پزشکی، 316 بهترین نوع استنلس استیل است. در ساخت بدنه خودرو و لوازمخانگی، 304 به علت استحکام بالایش استفاده میشود. برای محیطهای خورنده، دوبلکس مناسبترین انتخاب است.
منابع
1- https://www.tritonplates.com/blog/what-is-stainless-steel-sheet-properties-uses-and-composition/
2- https://www.bsstainless.com/the-history-of-stainless-steel
3- https://www.rgscontractors.com/the-history-of-stainless-steel/
4- https://atlanticstainless.com/news/consumers-guide-purchasing-stainless-steel-sheets/
5- https://metalscut4u.com/blog/post/types-of-stainless-steel.html
6- https://www.pragatimetal.com/blog/common-applications-of-304-stainless-steel-sheet/
7- https://www.klscladmetal.com/news/what-is-stainless-steel-sheet-properties-uses-and-composition.html
8- https://www.bystronic.com/zaf/en/news/5-benefits-stainless-steel-sheet-metal-fabrication