دانش اولیه فولاد ضد زنگ

I. مقدمه ای بر فولاد ضد زنگ:

تمام فلزات با اکسیژن موجود در اتمسفر واکنش می دهند و یک لایه اکسیدی روی سطح تشکیل می دهند. متأسفانه اکسید آهن تشکیل شده بر روی فولاد کربن معمولی به اکسید شدن ادامه می دهد و باعث می شود که خوردگی به طور مداوم گسترش یابد و در نهایت سوراخ هایی ایجاد شود. سطح فولاد کربن را می توان با رنگ آمیزی یا آبکاری با فلزات مقاوم در برابر اکسیداسیون (مانند روی، نیکل و کروم) محافظت کرد. با این حال، همانطور که مردم می دانند، این محافظ فقط یک لایه نازک است. اگر لایه محافظ آسیب ببیند، فولاد زیر شروع به زنگ زدگی می کند.
فولادی که در برابر محیط های خورنده ضعیف مانند هوا، بخار و آب و محیط های خورنده شیمیایی مانند اسیدها، قلیاها و نمک ها مقاومت می کند. همچنین به عنوان فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر اسید شناخته می شود. در کاربردهای عملی، فولادی که در برابر محیط های خورنده ضعیف مقاومت می کند، اغلب فولاد زنگ نزن نامیده می شود، در حالی که فولادی که در برابر محیط های شیمیایی مقاومت می کند، فولاد مقاوم به اسید نامیده می شود. با توجه به تفاوت های ترکیب شیمیایی بین این دو، اولی ممکن است لزوما در برابر خوردگی محیط شیمیایی مقاومت نکند، در حالی که دومی به طور کلی دارای خواص ضد زنگ است. مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ به عناصر آلیاژی موجود در فولاد بستگی دارد. کروم عنصر اساسی است که فولاد ضد زنگ را قادر می سازد مقاومت در برابر خوردگی را بدست آورد. هنگامی که محتوای کروم در فولاد به حدود 12% می رسد، کروم با اکسیژن در محیط خورنده واکنش می دهد و یک فیلم اکسیدی بسیار نازک (فیلم غیرفعال) روی سطح فولاد تشکیل می دهد که می تواند از خوردگی بیشتر زمینه فولاد جلوگیری کند. علاوه بر کروم، عناصر آلیاژی معمولاً مورد استفاده نیز شامل نیکل، مولیبدن، تیتانیوم، نیوبیم، مس، نیتروژن و غیره است تا نیازهای ساختار و عملکرد فولاد ضد زنگ را برای کاربردهای مختلف برآورده کند.

II. طبقه بندی فولاد ضد زنگ: فولاد ضد زنگ معمولاً بر اساس ساختار ماتریسی به شرح زیر طبقه بندی می شود:

فولاد ضد زنگ فریتی. حاوی 12٪ - 30٪ کروم است. مقاومت در برابر خوردگی، چقرمگی و جوش پذیری آن با افزایش محتوای کروم افزایش می یابد. نسبت به سایر انواع فولاد ضد زنگ مقاومت بهتری در برابر خوردگی تنش کلرید دارد.
فولاد ضد زنگ آستنیتی. حاوی بیش از 18 درصد کروم و حدود 8 درصد نیکل و مقدار کمی مولیبدن، تیتانیوم، نیتروژن و سایر عناصر است. عملکرد جامع خوبی دارد و می تواند در برابر خوردگی از رسانه های مختلف مقاومت کند.
فولاد ضد زنگ دوبلکس آستنیتی-فریتی. دارای مزایای هر دو فولاد زنگ نزن آستنیتی و فریتی است و فوق پلاستیک است.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی. استحکام بالایی دارد اما انعطاف پذیری و جوش پذیری ضعیفی دارد.

III. ویژگی ها و موارد استفاده از فولاد ضد زنگ:

IV. فرآیندهای تصفیه سطح فولاد ضد زنگ:

V. مشخصات بسته بندی و محصولات اصلی کارخانه های مختلف فولاد:
سایر کارخانه های فولاد داخلی: شاندونگ تایگانگ، جیانگ یین ژائوشون، شینگهوا داینان، شیان هواکسین، جنوب غربی، و فولاد ویژه دانگ فانگ. این کارخانه های کوچک عمدتاً صفحات رول شده را از مواد زائد پردازش می کنند. فرآیندهای تولید آنها عقب مانده است، سطوح صفحه ضعیف هستند، هیچ تضمینی برای خواص مکانیکی وجود ندارد. محتوای عناصر تقریباً مشابه کارخانه های بزرگ است، اما قیمت آن ارزان تر از همان مدل کارخانه های بزرگ است.
کارخانه های فولاد وارداتی خارجی: شانگهای کروپ، آفریقای جنوبی، آمریکای شمالی، ژاپن، بلژیک، فنلاند. صفحات وارداتی دارای فرآیندهای تولید پیشرفته، سطوح بشقاب تمیز و زیبا و لبه های برش خورده هستند. قیمت بالاتر از مدل های داخلی از همان نوع است.

VI. مشخصات، مدل ها و اندازه های فولاد ضد زنگ: ورق های فولادی ضد زنگ شامل کلاف ها و صفحات تخت اصلی می باشد.

کلاف ها به دو دسته کلاف نورد سرد و کلاف نورد گرم، کلاف تریم شده و کلاف بدون تراش تقسیم می شوند.
ضخامت کلاف های نورد سرد معمولاً 0 است.3 - 3 میلی متر. صفحات نورد سرد با ضخامت 4 - 6 میلی متر نیز وجود دارد. عرض ها 1 متر، 1219 متر و 1.5 متر هستند که با 2B نشان داده می شوند.
ضخامت کلاف های نورد گرم معمولاً 3 - 14 میلی متر است. همچنین یک سیم پیچ با ضخامت 16 میلی متر وجود دارد. عرض ها 1250، 1500، 1800 و 2000 هستند که با NO.1 نشان داده می شوند.
کویل‌هایی با عرض 1.5 متر، 1.8 متر و 2.0متر، کویل‌های بریده‌شده هستند.
عرض سیم پیچ های تراش نشده عموماً 1520، 1530، 1550، 2200 و غیره است که از عرض معمولی بیشتر است.
از نظر قیمت، همان مدل کویل‌های بریده‌شده و کویل‌های تراش‌نشده معمولاً حدود 300 - 500 یوان اختلاف قیمت دارند.
کویل ها را می توان با توجه به طول مورد نیاز مشتریان به صورت سفارشی برش داد. پس از صاف شدن توسط دستگاه تسطیح به آنها صفحات پهن می گویند. برای نورد سرد، به طور کلی به 1 متر * 2 متر، 1219 * 2438 مسطح می شود، همچنین به آن 4 * 8 فوت می گویند. برای نورد گرم، به طور کلی به 1.5 متر * 6 متر، 1.8 متر * 6 متر، 2 متر * 6 متر صاف می شود. بشقاب هایی که با توجه به این اندازه ها باز می شوند، صفحات استاندارد یا صفحات با اندازه ثابت نامیده می شوند.
صفحات تخت اصلی را صفحات نورد تک پاسی نیز می نامند:
ضخامت صفحات اصلی معمولا بین 4 تا 80 میلی متر است. ضخامت های 100 و 120 میلی متری نیز وجود دارد و این ضخامت به صورت سفارشی قابل سفارش است.
عرض 1.5 متر، 1.8 متر و 2 متر و طول آن بیش از 6 متر است.
ویژگی ها: بشقاب های مسطح اصلی دارای حجم زیاد، هزینه بالا، ترشی سخت و حمل و نقل نامناسب هستند.

VII. تمایز ضخامت:

با توجه به تغییر شکل جزئی رول های نورد ناشی از حرارت دادن در طول فرآیند نورد در کارخانه فولاد، ضخامت صفحات نورد نشان دهنده انحراف است، به طور کلی در وسط ضخیم تر و از دو طرف نازک تر است. هنگام اندازه گیری ضخامت صفحه، با این حالت شرط می شود که قسمت میانی سر صفحه باید اندازه گیری شود.
دلیل تحمل بر اساس نیاز بازار و مشتری است. به طور کلی به تحمل بزرگ و تحمل کوچک تقسیم می شود.

هشتم. وزن مخصوص مواد مختلف فولاد ضد زنگ:

وزن مخصوص 304، 304L، 304J1، 321، 201 و 202 7.93 است.
وزن مخصوص 316، 316L، 309S و 310S 7.98 است.
وزن مخصوص سری 400 7.75 است.

IX فرمول های محاسبه فولاد ضد زنگ:
فرمول های محاسبه:
لوله فولادی ضد زنگ: (قطر بیرونی - ضخامت دیواره) × ضخامت دیواره × 0.02491=کیلوگرم بر متر
ورق فولادی ضد زنگ؛ ضخامت * (عرض × طول) × وزن مخصوص=کیلوگرم/سانتی متر مربع
فولاد گرد: (قطر × قطر) × 0.00623=کیلوگرم بر متر
قیمت کویل: قیمت صفحه تخت * ضخامت نظری / ضخامت واقعی - هزینه تسطیح
قیمت صفحه تخت: قیمت کویل * ضخامت واقعی / ضخامت نظری + هزینه تسطیح
فرمول محاسبه نظری:
صفحه سیم پیچ: وزن وزن شده ÷ ضخامت مرجع (ضخامت واقعی) × ضخامت نظری=وزن نظری
صفحه مسطح صفحه سیم پیچ: طول × عرض × ضخامت × چگالی=وزن نظری
صفحه متوسط: طول × عرض × ضخامت نظری × چگالی=وزن نظری
طول سیم پیچ: وزن واقعی ÷ عرض ÷ ضخامت (ضخامت مرجع) ÷ چگالی=طول سیم پیچ
ضخامت واقعی سیم پیچ: سیم پیچ کوتاه شده=وزن سیم پیچ ÷ عرض ÷ طول سیم پیچ ÷ چگالی
سیم پیچ بدون تراش=(وزن سیم پیچ - وزن سیم لبه) ÷ عرض ÷ طول سیم پیچ ÷ چگالی
قیمت صفحه تخت: قیمت صفحه تخت=(وزن کلاف * قیمت پایه بازار - مقدار سیم لبه + هزینه تراز) / وزن کل صفحه مسطح
توضیح برخی اصطلاحات در صنعت فولاد ضد زنگ:

بشقاب اضافه وزن:
دلیل: به دلایل فنی در کارخانه فولاد، هنگام نورد صفحات ضخیم، ضخامت واقعی بیشتر از ضخامت استاندارد و یا طول و عرض بیشتر از حد استاندارد است و در نتیجه وزنی سنگین تر از وزن تئوری ایجاد می شود.
روش قیمت‌گذاری: 200 - 400 یوان/تن را به مظنه روزانه اضافه کنید، یا با توجه به قیمت وزن شده، برای جبران قسمت اضافه وزن، به مشتری پیشنهاد دهید.
بشقاب رول شده:
صفحات رول شده معمولا توسط کارخانه های کوچک از مواد زائد و بیلت ساخته می شوند. فن آوری پردازش عقب مانده است، سطح صفحه ضعیف است، هیچ تضمینی برای کیفیت و خواص مکانیکی وجود ندارد، و محتوای نیکل الزامات رسمی را برآورده نمی کند. در پردازش، سوراخ کردن و خم کردن سیم ها دشوار است. مزیت آن این است که قیمت آن حدود 1500 - 2000 یوان ارزان تر از کارخانه های بزرگ است. صفحات رول شده عموماً در داینان تولید می شوند.
بشقاب نورد سرد:
دلیل تولید ورق های نورد سرد: از آنجایی که بین کلاف های نورد گرم و نورد سرد اختلاف قیمت زیادی وجود دارد و کلاف های نورد سرد ارزان تر از ورق های نورد سرد هستند، ورق های نورد سرد دارای مزیت های قیمتی و حاشیه سود زیادی هستند. بسیاری از تولید کنندگان صفحات نورد سرد تولید می کنند.
فرآیند تولید: تولیدکنندگانی که صفحات نورد سرد را تولید می کنند، توانایی تولید صفحات نورد سرد را ندارند. فرآیندهای تولید آنها الزامات تولید صفحات سرد را برآورده نمی کند. بنابراین آنها کلاف های نورد گرم را از کارخانه های فولادسازی بزرگ می خرند، آنیل سطحی و عملیات حرارتی را انجام می دهند و سپس آنها را دوباره به صورت کلاف های نورد سرد با ضخامت های مختلف می چرخانند.
مشخصات: مواد درجه یک بدون هیچ عیب تولید می شوند. مواد درجه دو ممکن است باعث ایجاد خط و خش و تفاوت رنگ در هنگام تولید شوند، اما خیلی جدی نیستند. هیچ تفاوت قابل توجهی در خواص مکانیکی و محتوای عنصر در مقایسه با مواد درجه یک وجود ندارد. قیمت نسبتا ارزان تر از مواد درجه یک است. این می تواند توسط مشتریان با الزامات سخت گیرانه کمتر استفاده شود!
تفاوت بین L1 و LH در 201:
L1 به این معنی است که میزان نیکل در 201 صفحه به 0.8% می‌رسد. LH به این معنی است که میزان نیکل در صفحه 201 به 0.6٪ می رسد. قیمت LH نسبتا ارزان تر از L1 است.

موارد استفاده و خواص انواع فولاد ضد زنگ:
فولاد ضد زنگ سخت شدن بارش. شکل پذیری و جوش پذیری خوبی دارد و می تواند به عنوان ماده ای با مقاومت فوق العاده بالا در صنایع هسته ای، صنایع هوافضا استفاده شود. با توجه به ترکیب، می توان آن را به سری Cr (SUS400)، سری Cr-Ni (SUS300)، Cr-Mn-Ni (SUS200) و سری های سخت شدن بارش (SUS600) تقسیم کرد. سری 200 - فولاد زنگ نزن آستنیتی کروم نیکل منگنز سری 300.
فولاد ضد زنگ سخت شدن بارش. شکل پذیری و جوش پذیری خوبی دارد و می تواند به عنوان ماده ای با مقاومت فوق العاده بالا در صنایع هسته ای، صنایع هوافضا استفاده شود.
با توجه به ترکیب، می توان آن را به سری Cr (SUS400)، سری Cr-Ni (SUS300)، Cr-Mn-Ni (SUS200) و سری های سخت شدن بارش (SUS600) تقسیم کرد.
سری 200 - فولاد ضد زنگ آستنیتی کروم نیکل منگنز
سری 300 - فولاد ضد زنگ آستنیتی کروم نیکل
301 - شکل‌پذیری خوب، برای محصولات قالب‌گیری استفاده می‌شود. همچنین می تواند با سرعت مکانیکی سخت شود. جوش پذیری خوب مقاومت در برابر سایش و استحکام خستگی بهتر از فولاد ضد زنگ 304.
302 - همان مقاومت در برابر خوردگی 304. به دلیل محتوای کربن نسبتاً بالاتر، استحکام بهتری دارد.
303 - با افزودن مقدار کمی گوگرد و فسفر، ماشین‌کاری آسان‌تر می‌شود.
{{0}} یعنی فولاد ضد زنگ 18/8. درجه گیگابایت 0Cr18Ni9 است.
309 - مقاومت دمایی بهتری نسبت به 304 دارد.
316 - بعد از 304، دومین نوع فولاد پرمصرف است. عمدتا در صنایع غذایی و ابزار جراحی استفاده می شود. افزودن عناصر مولیبدن به آن ساختار ضد خوردگی خاصی می دهد. به دلیل مقاومت بهتر در برابر خوردگی کلرید نسبت به 304 به عنوان "فولاد کشتی سازی" نیز استفاده می شود. SS316 معمولا در دستگاه های بازیابی سوخت هسته ای استفاده می شود. فولاد ضد زنگ درجه 18/10 نیز معمولاً این سطح کاربرد را برآورده می کند. [1]
مدل 321 - به جز افزودن عناصر تیتانیوم برای کاهش خطر خوردگی جوش مواد، سایر خواص مشابه 304 است.
سری 400 - فولاد ضد زنگ فریت و مارتنزیتی
408 - مقاومت حرارتی خوب، مقاومت در برابر خوردگی ضعیف، 11% کروم، 8% نیکل.
409 - ارزانترین مدل (در بریتانیا و ایالات متحده) که معمولاً به عنوان لوله اگزوز اتومبیل استفاده می شود، متعلق به فولاد ضد زنگ فریت (فولاد کروم) است.
410 - مارتنزیتی (فولاد کروم با استحکام بالا)، مقاومت در برابر سایش خوب، مقاومت در برابر خوردگی ضعیف.
416 - افزودن گوگرد عملکرد پردازش مواد را بهبود می‌بخشد.
420 - فولاد مارتنزیتی "گرید ابزار"، شبیه به اولین فولاد ضد زنگ مانند فولاد کروم بالا Buehler. همچنین برای چاقوهای جراحی استفاده می شود و می توان آن را بسیار براق کرد.
430 - فولاد ضد زنگ فریت، برای اهداف تزئینی، مانند لوازم جانبی خودرو. شکل پذیری خوب، اما مقاومت در برابر دمای ضعیف و مقاومت در برابر خوردگی.
440 - فولاد ابزار با مقاومت بالا با محتوای کربن کمی بیشتر. پس از عملیات حرارتی مناسب، می تواند قدرت تسلیم بالاتری به دست آورد. سختی می تواند به 58HRC برسد و متعلق به سخت ترین فولاد ضد زنگ است. رایج ترین مثال کاربردی "تیغ تیغ" است. سه مدل متداول وجود دارد: 440A، 440B، 440C. علاوه بر این، 440F (نوع آسان برای پردازش) وجود دارد.
سری 500 - فولاد آلیاژی کروم مقاوم در برابر حرارت.
سری 600 - فولاد ضد زنگ سخت شدن بارش مارتنزیتی.
630 - متداول‌ترین مدل فولاد ضد زنگ سخت‌کننده بارشی که معمولاً 17-4 نیز نامیده می‌شود. 17٪ کروم، 4٪ N.

فن آوری های معمول تصفیه سطح فولاد ضد زنگ دارای روش های تصفیه زیر هستند:
① درمان سفید کننده طبیعی سطح؛ ② سطح آینه درمان روشن. ③ درمان رنگ آمیزی سطح.
1.3.1 عملیات سفید کردن طبیعی سطح: در طول پردازش فولاد ضد زنگ، از طریق فرآیندهایی مانند سیم پیچی، لبه زنی، جوشکاری، یا عملیات حرارتی سطح مصنوعی، مقیاس اکسید سیاه تولید می شود. این مقیاس اکسید خاکستری-سیاه سخت عمدتاً از دو جزء EO4 NiCr2O4 و NiF تشکیل شده است. در گذشته معمولاً از روش های خورنده قوی مانند اسید هیدروفلوئوریک و اسید نیتریک برای حذف آن استفاده می شد. اما این روش هزینه بالایی دارد، محیط زیست را آلوده می کند، برای بدن انسان مضر است و خورندگی قوی دارد. به تدریج حذف شده است. در حال حاضر، عمدتاً دو روش برای تصفیه فلس اکسید وجود دارد:
(1) روش سندبلاست (شات بلاست): عمدتاً از روش اسپری دانه های میکرو شیشه ای برای حذف مقیاس اکسید سیاه روی سطح استفاده کنید.
(2) روش شیمیایی: برای شستشوی غوطه وری از خمیر ترشی و غیرفعال شدن بدون آلودگی و محلول تمیزکننده با افزودنی های معدنی که در دمای اتاق غیر سمی است استفاده کنید. بنابراین، هدف از سفید کردن رنگ طبیعی فولاد ضد زنگ محقق می شود. پس از درمان، اساساً مانند یک رنگ مات به نظر می رسد. این روش بیشتر برای محصولات بزرگ و پیچیده مناسب است.
1.3.2 روش های درمان روشن آینه سطح فولاد ضد زنگ: با توجه به پیچیدگی محصولات فولادی ضد زنگ و نیازهای کاربر، روش های پرداخت مکانیکی، پرداخت شیمیایی و پرداخت الکتروشیمیایی می تواند برای دستیابی به براقیت آینه استفاده شود. مزایا و معایب این سه روش به شرح زیر است:
1.3.3 رنگ آمیزی سطح: رنگ آمیزی استنلس استیل نه تنها رنگ های متنوعی به محصولات فولاد ضد زنگ می دهد، تنوع محصولات را افزایش می دهد، بلکه مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی محصولات را نیز بهبود می بخشد.
روش های رنگ آمیزی زیر برای فولاد ضد زنگ وجود دارد:
(1) روش رنگ آمیزی اکسیداسیون شیمیایی؛
(2) روش رنگ آمیزی اکسیداسیون الکتروشیمیایی.
(3) روش رنگ آمیزی اکسید رسوب یونی.
(4) روش رنگ آمیزی اکسیداسیون در دمای بالا.
(5) روش رنگ آمیزی ترک خوردگی فاز گاز.
مروری کوتاه بر روش های مختلف به شرح زیر است:
(1) روش رنگ آمیزی اکسیداسیون شیمیایی: در یک محلول خاص، رنگ فیلم با اکسیداسیون شیمیایی تشکیل می شود. روش دی کرومات، روش نمک سدیم مخلوط، روش سولفیداسیون، روش اکسیداسیون اسیدی و روش اکسیداسیون قلیایی وجود دارد. عموماً از «روش INCO» بیشتر استفاده می شود. با این حال، اگر می خواهید رنگ ثابت دسته ای از محصولات را تضمین کنید، باید از الکترود مرجع برای کنترل استفاده شود.
(2) روش رنگ آمیزی الکتروشیمیایی: در یک محلول خاص، رنگ فیلم با اکسیداسیون الکتروشیمیایی تشکیل می شود.
(3) روش شیمیایی رنگ آمیزی اکسید رسوب یونی: قطعه کار فولاد ضد زنگ را در دستگاه پوشش خلاء برای آبکاری تبخیر خلاء قرار دهید. به عنوان مثال، قاب‌های ساعت و بند‌های ساعت روکش شده با طلای تیتانیوم معمولاً زرد طلایی هستند. این روش برای پردازش مقادیر زیادی از محصولات مناسب است. از آنجایی که سرمایه گذاری زیاد و هزینه آن بالا است، برای محصولات دسته ای کوچک مقرون به صرفه نیست.
(4) روش رنگ آمیزی اکسیداسیون در دمای بالا: در یک نمک مذاب خاص، قطعه کار را غوطه ور کنید و آن را در پارامترهای فرآیند خاصی نگه دارید تا قطعه کار یک فیلم اکسید با ضخامت معین را تشکیل دهد و رنگ های مختلفی را ارائه دهد.
(5) روش رنگ آمیزی ترک فاز گاز: نسبتاً پیچیده است و کمتر در صنعت استفاده می شود.
1.3 انتخاب روش های درمانی
برای درمان سطح فولاد ضد زنگ، روش مناسب باید با توجه به ساختار محصول، مواد و نیازهای سطح مختلف انتخاب شود.

معنی SUS: SUS کد فولاد ضد زنگ در استاندارد JIS ژاپن است.
زمانی که استانداردهای ژاپنی صادر می شود، همه آنها با توضیحات مربوط به پیش نویس ارائه می شوند. در جداول پیوست توضیحات، روند تکامل تنظیمات اعداد فولادی و ویژگی ها و موارد استفاده از شماره های فولادی مندرج در استانداردها تشریح شده است. اگر شماره فولاد در ژاپن یک برند وارداتی از ایالات متحده باشد، پیشوند "SUS" (مصرف فولاد ضد زنگ) قبل از عدد سه رقمی اضافه می شود. اما تفاوت با ASTM (انجمن تست و مواد آمریکا) این است که اگر یک عدد فولادی باشد که توسط خود ژاپن ساخته شده است، پسوند "J" نشان دهنده ژاپن است. به عنوان مثال، "SUS 316J1" با "SUS 316" متفاوت است.

سختی فولاد ضد زنگ SUS316 چقدر است؟
304 از نظر مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر حرارت نسبتا ضعیف است. تفاوت کمی در مغناطیس وجود دارد. یک پدیده مغناطیسی ضعیف پس از پردازش وجود خواهد داشت، اما می توان آن را بعداً توسط فناوری از بین برد. سختی 316 برای صفحات متوسط، صفحات نازک و نوارها پس از درمان (HRB)<>.
دو فولاد ضد زنگ که در حال حاضر رایج ترین مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از 304 و 316 (یا مطابق با 1.4308 و 1.4408 در آلمانی