ورق استیل، نام عمومیِ استیلی است که به شکل ورقه به بازار عرضه می‌شود. عنصر اصلی در ورق‌های استیل، آهن است ولی برای مقاصد مختلفی نظیر افزایش مقاومت نسبت به خوردگی، استحکام بیشتر و وزن کمتر، آلیاژهای مختلفی را به آن اضافه می‌کنند.
در این مقاله به بررسی تفاوت انواع ورق استیل پرداخته ایم با ما همراه باشید.
استیل ترکیبی از آهن و کربن است. هر چه میزان کربن موجود در ورق استیل بیشتر باشد، استحکام بیشتری پیدا می‌کند ولی از انعطاف‌پذیری آن کم می‌شود. اگر به ورق استیل منگنز اضافه شود، سرعت خنک‌شدگی بحرانی استیل پائین می‌آید که در نتیجه نقطه شکستگی (نقطه تسلیم) و همین‌طور استحکام فلز بالاتر می‌رود.
اگر در آلیاژ استیل، از کروم استفاده شود، یک ورق استیل ضدزنگ یا استنلِس استیل به‌دست می‌آید. در واقع، وقتی که کروم موجود در استیل در مجاورت هوا قرار می‌گیرد، کروم اکسید شده و اکسید کروم تشکیل می‌شود. این ماده که با چشم قابل دیدن نیست، مثل محافظ عمل کرده و مانع از ترکیب شدن فلز با هوا می‌شود و در نتیجه ورق استیل زنگ نمی‌زند.
اگر در استیل آلیاژی از کروم و نیکل استفاده شود، ورق استیل خاصیت ضدآهنربایی پیدا می‌کند که در اصطلاح به آن، استیل نگیر می‌گویند. ضخامت ورق استیل معمولاً از 3.16 اینچ شروع می‌شود. از آنجا که ورق استیل در صنایع مختلف کاربردهای متفاوتی دارد، ضخامت این ورق‌ها بسیار متفاوت است. برای ساخت ورق استیل با ضخامت دلخواه، چندین لایه از استیل روی هم کمپرس می‌شوند تا ضخامت موردنظر به‌دست آید. برای نمونه، در ساخت مخازن تحت فشار، ورق استیل مورداستفاده ضخامتی در حدود 3.4 اینچ دارد اما در ساخت ماشین‌های جنگی زره‌پوش، از ورقی استفاده می‌کنند که بالاترین ضخامت ممکن را داراست.
پ
در صنعت ساختمان سازی، انواع ورق‌های استیل در همه اندازه‌های موجود کاربرد دارند. این ورق‌ها را می‌توان در ساختمان‌ها، پل، تجهیزات و وسایل نقلیه مخصوص این صنعت پیدا کرد. در ساخت استادیوم‌های ورزشی، فرودگاه‌ها، ساختمان‌های پیش‌ساخته مانند کانکس، سوله‌ها، ایستگاه‌های قطار و وسایل نقلیه عمومی هم از ورق استیل استفاده می‌شود.
نزدیک به 3500 گرید مختلف از استیل وجود دارد. گرید یا درجه استیل براساس میزان کربن موجود در آن، عناصر دیگری که در ترکیب آلیاژی آن به‌کار رفته، و روش پردازش آن، تعیین می‌شود.
در کل، چهار دسته عمومی برای ورق استیل تعریف می‌شود:
استیل کربنی: این نوع استیل، حاوی آهن و کربن و مقادیر بسیار کمی از عناصر دیگر است. این دسته از ورق‌های استیل، رایج‌ترین نوع ورق استیل هستند و 90% از تولید استیل متعلق به این گروه است. استیل کربنی، براساس میزان کربن موجود در آن، به سه زیرگروه طبقه‌بندی می‌شود: استیل‌های با کربن پائین (حدود 0.3% کربن)، استیل‌های با میزان کربن متوسط (بین 0.3 تا 0.6 درصد کربن) و استیل‌های با کربن بالا (بیش از 0.6 کربن).
استیل آلیاژی: در این نوع استیل، از عناصری مانند نیکل، مس، کروم و یا آلومینیوم استفاده می‌شود. این عناصر به استیل اضافه می‌شوند تا استحکام، شکل‌پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و تراش‌پذیری آن را بالا ببرند.
استیل ضد زنگ یا استِین‌لِس استیل: این نوع استیل با 10 تا 20 درصد کروم در ترکیب خود، مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی دارد. این مدل استیل‌ها استفاده زیادی در ساخت تجهیزات پزشکی، لوله‌ها، ابزارهای برشی، تجهیزات فرآوری و تهیه غذا دارند.
استیل ابزاری: این نوع استیل‌ها به دلیل وجود تنگستن، مولیبدینیوم، کبالت و وانادیوم که مقاومت نسبت به حرارت و دوام ورق استیل را افزایش می‌دهند، کاربری بسیار بالایی در ساخت تجهیزات برشی و حفاری دارند.
گریدهای مختلف ورق استیل
سیستم‌های گرید یا درجه‌بندی استیل، راه خوبی برای دسته‌بندی استیل برمبنای همه عواملی که می‌توانند بر ویژگی‌ها و کاربردهای آن اثر بگذارند، هستند.
برای نمونه، سرعت خنک شدن استیل می‌تواند بر چگونگی پیوند مولکول‌های آن با هم و همین‌طور زمان باقی ماندن استیل در نقاط دمایی بحرانی در طول پروسه خنک کردن (کولینگ) اثر بگذارد. دو ورق استیل با آلیاژ یکسان که تحت پروسه‌های گرمایی متفاوت قرار گرفته‌اند، گریدهای متفاوتی خواهند داشت.
انواع سیستم‌های گریدینگ (درجه‌بندی)
- سیستم درجه‌بندی ASTM: به هر فلز براساس دسته‌بندی کلی آن، یک حرف اختصاص داده می‌شود (مثلاً حرف A برای آهن و عناصر به کار رفته در استیل اختصاص یافته است). در کنار این حرف، یک سلسله اعداد قرار می‌گیرند که با ویژگی‌های اختصاصی فلز مطابقت دارند.
- سیستم گریدینگ SAE: در این سیستم برای طبقه‌بندی استیل، از چهار عدد یا شماره استفاده می‌شود. دو عدد اول، مربوط به نوع استیل و غلظت عنصر آلیاژی آن هستند و دو عدد آخر، غلظت کربن در فلز را نشان می‌دهند.
برخی از انواع استیل برحسب گریدینگ ASTM تفاوت آنها با هم:
ورق‌های استیل با گرید A 36: این نوع ورق استیل که از نوع کم کربن به‌شمار می‌رود، خواص مکانیکی بسیار خوبی دارد و قابلیت جوشکاری و تراشکاری آن بالاست که به همین دلیل، کاربرد آن در صنایع مختلف به‌ویژه ساخت و ساز بسیار رایج است. حرف A، یعنی این نوع ورق در طبقه‌بندی آهن و متریال استیل قرار می‌گیرد و عدد 36، حداقل مقاومت کششی این نوع ورق را نشان می‌دهد.
A 283: ورق‌های استیل با قدرت کششی پائین تا متوسط هستند که برای مصارف ساخت و ساز و ساختمان‌سازی به‌کار می‌روند. استفاده از این نوع ورق، برای تولید اقتصادی وسایل و تجهیزاتی که نیاز به شکل‌دهی زیادی دارند، بسیار مناسب است.
ورق استیل با A 286: مناسب استفاده برای کاربری‌های تحت فشار، مثل مخازن نفت و گار تحت فشار است. قدرت کششی این نوع ورق بسیار بالاست.
A 242: استحکام بالایی دارد و معمولاً در جاهایی استفاده می‌شود که وزن سبک و دوام بالا اهمیت زیادی دارند.
A 515: مناسب استفاده در کاربری‌های تحت فشاری است که در دماهای متوسط تا بالا انجام می‌شوند.
A 516: قدرت کششی میانی دارد و مناسب استفاده برای کاربری‌های تحت فشاری است که در دمای اتمسفری یا دماهای پائین انجام می‌شوند.
گریدهای فراوان موجود برای کاربری‌های تحت فشار، به طراحان این امکان را می‌دهند که در طراحی مثلاً مخازن گاز یا نفت تحت فشار، انعطاف‌پذیری بالایی داشته باشند و مطابق با نوع مصرف و بودجه اختصاص داده شده، ورق استیل مناسب خود را انتخاب کنند.
سیستم گریدینگ SAE
گفتیم که نحوه درجه‌بندی در سیستم SAE چگونه است. تنها مورد باقی‌مانده در مورد درجه‌بندی در این سیستم گریدینگ، مربوط به ورق‌های استیل ضد زنگ می‌شود. در سیستم گریدینگ SAE، انواع ورق‌های استیل استینلس یا ضد زنگ، با توجه به ویژگی‌هایی که دارند در زیرگروه‌های زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
- سری 1xx: این سری از استیل‌های ضد زنگ، استیل‌های ضد زنگ آستنیتیک با کاربری عمومی هستند.
- سری 200: در این زیرگروه، استیل‌های ضد زنگ آستینتیک با آلیاژ کروم‌ـ نیکل‌ـ منگنز قرار دارند.
- سری 300: استیل‌های ضد زنگ آستینتیک با آلیاژ کروم‌ـ نیکل قرار دارند.
- سری 400: در این زیرگروه استیل‌های ضد زنگ ترکیب فریتیک و مارتنیزتیک حاوی آلیاژ کروم قرار دارند.
- سری 500: آلیاژهای کرومی استیل ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت در این دسته قرار می‌گیرند.
- سری 600: در اصل برای آلیاژهای با فرمول اختصاصی در نظر گرفته شده بود که اکنون دیگر اعداد گرید SAE به آنها داده نمی‌شود.
- سری 900: در این زیرگروه، آلیاژهای آستینتیک کروم‌ـ مولیبیدنیوم قرار دارند.
پرکاربردترین ورق‌های استیل ضد زنگ، ورق‌های 304 و 316 متعلق به سری 300 هستند که از نظر محتوای کرومی با هم فرق می‌کنند. ورق استیل 304، 18% و ورق استیل 316، 16% کروم دارد. ضمن این‌که در ترکیب ورق استیل 316، از 10% نیکل و 2% مولیبیدنیوم نیز استفاده شده است. با توجه به نوع عنصر و میزان عنصر به‌کار رفته در آلیاژها می‌توانیم بگوییم که خاصیت مقاومت در برابر خوردگی ورق 304 از ورق 316 بالاتر است، ولی وجود عنصر مولیبیدینوم در ورق 316، باعث می‌شود که این ورق در برابر خوردگی‌های ناشی از آب شور مقاوم‌تر باشد. استیل 316، استیل ضد زنگ گرید دریایی هم نامیده می‌شود و پرکاربردترین ورق استیل ضد زنگ در ساخت کشتی و زیردریایی است.
استیل ضد زنگ
امروزه انواع مختلفی از استیل ضد زنگ در بازار موجود است. استیل ضد زنگ باید دست‌کم از 10.5% کروم ساخته شده باشد. هر نوع مختلف از استیل ضدزنگ، مزایا و معایب مربوط به خود را دارد. معمولاً همه انواع استیل ضد زنگ، در چهار دسته عمومی جای می‌گیرند:
- استیل‌های آستنیتیک: پرکاربردترین استیل‌های ضد زنگ، استیل‌های آستنیتیک هستند. در مقایسه با انواع دیگر استیل ضد زنگ، ورق استیل آستنیتیک محتوای نیکل بسیار بالایی دارند. در حالت کلی، میزان کروم، نیتروژن و مولیبدینیوم آنها نیز بسیار بالاست. قدرت شکل‌پذیری این نوع ورق بسیار بالا بوده و معمولاً در ساخت وسایل آشپزی و آشپزخانه به کار برده می‌شوند. استحکام آنها نیز بسیار بالا است.
این ورق‌ها، مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی دارند و در هرجایی که امکان زنگ‌زدگی بسیار بالاست، به‌کار می‌آیند. دو آلیاژ 304 و 904 L (برحسب سیستم گریدینگ SAE) پرکاربردترین نوع ورق در این دسته هستند.
- ورق استیل فریتیک: ورق‌های استیل ضد زنگی هستند که مقدار بسیار کمی کربن در حدود 0.10% دارند. از چندین ماده معدنی می‌توان برای ساخت این نوع ورق بهره برد، اما رایج‌ترین عنصر افزوده شده، مولیبدینیوم است.
استیل‌های فریتیک، از نوع استیل بگیر هستند، یعنی جذب آهنربا می‌شوند و معمولاً به‌واسطه مقاومتی که در برابر ترک ناشی از خوردگی استرسی دارند، به‌کار برده می‌شوند. به همین دلیل، از این ورق‌ها معمولاً در تولید محصولاتی که در تماس با مواد خورنده هستند استفاده می‌شود. اجزاء ماشین‌ها، لوازم خوراک‌پزی، و سازه‌های صنعتی از جمله این محصولات هستند.
- ورق استیل ضد زنگ دوپلکس: این نوع فرق، ترکیبی از استیل‌های ضد زنگ فرِتیک و آستنتیک هستند و چون نیکل کمتری در مقایسه به استیل آستنتیک دارند، از نظر استحکام از هر دوی استیل‌های فریتیک و آستنتیک بالاتر هستند و باز هم به دلیل داشتن نیکل کمتر از استیل‌های آستنتیک ارزان‌تر هستند. استیل ضدزنگ دوپلکس، استفاده بسیار زیادی در میادین نفتی زیر آبی دارد که علت آن، بالا بودن مقاومت این نوع ورق در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی است. این نوع ورق، می‌تواند به مدت بسیار طولانی در برابر ماهیت خورنده آب شور مقاومت کند.
- ورق استیل ضد زنگ مارتِزیتیک: این نوع ساختاری مشابه با ورق فریتیک دارد و فقط از لحاظ محتوای کربنی با آن فرق می‌کند. معمولاً درصد کربن در استیل ضد زنگ فریتیک زیر 0.1% است اما محتوای کربنی ورق‌های مارتنزیتیک حدود 1% است.
این میزان تفاوت در محتوای کربنی از این جهت مهم است که مانع از شکل‌پذیری بیش از اندازه استیل‌های ضد زنگ مارتنزیتیک می‌شود. معمولاً این ورق‌ها مواقعی که استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی متوسطی نیاز است، به‌کار برده می‌شوند. شیر فلکه و اجزاء پمپ با این نوع استیل ضد زنگ ساخته می‌شود.
جمع‌بندی
ورق‌های استیل کاربرد بسیار زیاد و گوناگونی در بیشتر صنایع امروزی دارند. به همین دلیل، نزدیک به 3500 نوع ورق استیل در دنیای صنعتی امروزی به‌کار برده می‌شوند که هر کدام، براساس نیازهای کاری، با آلیاژهای متفاوت ساخته شده و در نتیجه ویژگی‌های متفاوتی هم دارند. در ساخت ورق‌های استیل از عناصر مختلفی استفاده می‌شود که کروم، منگنز، نیکل و مولیبیدینیوم بیشترین استفاده را دارند ولی فلزهای دیگری مانند آلومینیوم و تنگستن هم هستند که برای ساخت برخی از انواع ورق استیل کاربرد دارند. پرکاربردترین گریدهای ورق استیل، ورق‌های استیل ضد زنگ 304 و 316 هستند. ورق استیل فریتیک 409، ارزان‌ترین نوع ورق استیل است که در ساخت اگزوز اتومبیل‌ها کاربرد دارد.