تقسیم بندی استیل یا گروه بندی استنلس استیل

در بخش قبل با عنوان استیل چیست به دانش مایهت استیل و تفاوت های بین استیل و دیگر فولاد ها رسیدیم . در این بخش با عنوان دسته بندی استیل میخواهیم انواع استیل را تقسیم بندی کرده و به کاربرد های هر گروه بپردازیم. یاد آوری : در مقاله ای با عنوان استیل چیست ؟ ؛ جهت ایجاد خاصیت مقاومت در برابر خوردگی و افزایش مقاوت های مکانیکی فولاد ، حد اقل 11% کروم به فولاد اضافه میشود. این اثر مقاوم سازی 6 گروه استیل را به وجود می آورد.

1. استنلس استیل فریتی (Ferritic): با محدوده ترکیبی C<0.1%، Ni=0-4%، Cr=11-30%
2. استنلس استیل مارتنزیتی (Martensitic): با محدوده ترکیبی 0.1، Ni=0-6%، Cr=11-18%
3. استنلس استیل آستنیتی (Austenitic): با محدوده ترکیبی C<0.15%، Ni=8-20%، Cr=15-27%. همچنین آلیاژهایی با نیکل بیشتر نیز جزء آلیاژ های سوپر آستنیتی و نیکل بوده و معمولاً در این دسته قرار می گیرند.
4. -گروه استنلس استیل دوفازی (Duplex): با محدوده ترکیبی C<0.08%، Ni=4-7%، Cr=18-27% و مقداری عناصر کمک افزودنی مانند N و Cu
5. گروه استنلس استیل رسوب سختی (Precipitation Hardening): با محدوده ترکیبیC<0.15%، Ni=3-27%، Cr=12-28% و مقداری عناصر کمک افزودنی مانندN، Cu، B، Ti، Al
6. گروه استنلس استیل ریختگی (Cast)

چهار دسته اول استنلس استیل براساس ساختار میکروسکوپی و گروه پنجم براساس نوع عملیات حرارتی مشخص شده اند. گروه ششم نیز شامل مجموعه آلیاژهایی از پنج گروه اصلی بوده که به روش ریخته گری تولید شده اند. دز تولید استیل در مورد کلیه دسته های استیل نامبرده شده عناصر دیگری نظیر فسفر، سیلیسیم، گوگرد، منگنز، نئوبیم، تیتانیم و مولیبدن نیز ممکن است به عنوان ناخالصی در ترکیب موجود بوده و یا به عنوان افزودنی جهت بهبود خواص معینی به آلیاژ ها اضافه گردند که حدود آنها را استانداردها مشخص نموده‌اند.

ویژگی‌ها و خواص استنلس استیل

•  استنلس استیل فریتی

  فریت، فاز اصلی آلیاژ‌های آهن و دارای شبکه BCC می باشد. برای بدست آوردن ساختار فریتی بایستی عناصر فریت‌زا مانند کروم، آلومینیم، تیتانیم، نئوبیم و مولیبدن در حد بالا و عناصر آستنیت‌زا مانند نیکل، کربن و نیتروژن را در حد پایین نگاه داشت که در این بین کروم نقش مهمی دارد. با افزایش کروم دمای محیط منطقه آستنیت (گاما) به‌شدت محدود شده و ساختار غالب فریت (آلفا) می‌گردد. از آنجایی که کروم دارای ساختمان بلوری مشابه با ساختمان بلوری فریت است لذا این فلز ناحیه فازی فریت را گسترش می‌دهد و منطقه فازی آستنیت را محدود می‌کند.
  ‌
  آلیاژ‌های استنلس استیل فریتی حاوی ١١ الی ٣٠% کروم و تقریبا بدون عنصر گران‌قیمت نیکل بوده و بنابراین در بین گروه‌های دیگر معمولا کمترین قیمت را دارا می‌باشند. تیتانیم و نئوبیم علاوه بر فریت‌زایی، با بلوکه کردن کربن و نیتروژن و تولید کربونیترید‌ها اثر مضاعفی در فریت‌زایی دارند زیراکه کربن و نیتروژن در آلیاژ‌های فریتی پیشرفته نسل سوم باز هم محدود‌تر گردیده است. با توجه به مطالب فوق آلیاژ‌های این گروه به ترتیب در سه نسل مختلف توسعه‌یافته و بهینه گردیده‌اند.
  ‌
  استحکام مکانیکی استنلس استیل فریتی در مقایسه با فولاد‌های کربنی ساده کم‌کربن بالا‌تر بوده اما چکش‌خواری و فرم‌پذیری آنها کمتر ولی در حد مناسب می‌باشد. همچنین استحکام مکانیکی آنها در دما‌های بالا و چقرمگی در دما‌های پایین، مخصوصا در مقاطع ضخیم، در مقایسه با گروه استنلس استیل آستنیتی بسیار کمتر می‌باشد.
  ‌
  در استنلس استیل فریتی (همانند استنلس استیل مارتنزیتی و استنلس استیل دوفازی) امکان به وجود آمدن تردی بازگشت وجود دارد. این پدیده بر اثر عملیات حرارتی بازگشت در محدوده دمای ٤٠٠ تا ۵۵٠ درجه سانتی‌گراد به وجود می‌آید. بنابراین موقعی که چقرمگی بالایی مورد نیاز باشد، بایستی از کاربرد و یا برگشت آنها در محدوده دمای فوق اجتناب شود. همچنین دانه‌بندی فولاد‌های فریتی بعد از جوشکاری درشت گردیده و خواص مکانیکی آن‌ها کم‌ می‌گردد.
  ‌
  به‌طور‌کلی از نظر مقاومت به خوردگی عمومی،  استنلس استیل فریتی بعد از گروه‌های استنلس استیل آستنیتی و استنلس استیل مارتنزیتی قرار داشته و بسته به درصد کروم از کم‌تا عالی متغیر می‌باشد. اما برخلاف گروه آستنیتی مقاومت آنها در مقابل خوردگی تحت تنش بالا می‌باشند. از طرف دیگر کاهش میزان کربن و نیتروژن اثر نسبتا زیادی در افزایش مقاومت خوردگی آنها دارد. آلیاژ‌های فریتی با کروم کم‌( حدود ١١%) مانند ٤٠٩ و ٤٠۵ دارای مقاومت خوردگی و اکسیداسیون حداقل بوده اما به دلیل قیمت پایین و سهولت تولید، کاربرد زیادی در مواردی که نیازمند مقاومت خوردگی کم‌باشند، دارند. آلیاژ‌های استنلس استیل فریتی با کروم متوسط (١٦ تا ١٨%) مانند ٤٣٠ در مقابل اسید‌های اکسید کننده ضعیف و آلی مقاوم بوده و در ساخت قطعات خودرو و ظروف آشپزخانه کاربرد دارند. ولی محدودیت آنها در مشکلات جوشکاری است.
  ‌
  آلیاژ استنلس استیل ٤٣٠ سرگروه این خانواده است که با ١٧% کروم مقاومت نسبتا خوبی به اتمسفر، بعضی از مواد شیمیایی (مخصوصا اسید‌های اکسید کننده) دارد. این آلیاژ در مواردی جانشین بسیار مناسبی برای آلیاژ‌های گران‌قیمت آستنیتی می‌باشد. شکل‌پذیری این آلیاژ خوب است. کاربرد آن در تانک‌های اسید نیتریک، سبد‌های بازپخت حرارتی و قطعات تزیینی است.
  ‌
  آلیاژ‌های استنلس استیل ٤٣٠F  و ٤٣٠FSe  برای بهبود ماشینکاری آلیاژ استنلس استیل ٤٣٠ با افزودن گوگرد یا سلنیم به وجود آمده‌اند. کاربرد آن در قطعاتی مانند پیچ می‌باشد که در فرآیند آنها کله زنی سرد به همراه ماشینکاری لازم است.

•  استنلس استیل مارتنزیتی

  عناصر آلیاژی این گروه کروم و کربن هستند. مارتنزیت یکی دیگر از فاز های آهن است. این فاز به دلیل وجود کربن بین نشینی در شبکه اتمی خود از سختی زیادی برخوردار است. آلیاژ های مارتنزیتی فرومغناطیس و قابل عملیات حرارتی بوده و اهمیت و کاربرد آنها بیشتر جهت زیاد بودن استحکام مکانیکی، سختی، خستگی و خزش است. ولی دمای کاربرد آنها تا 650 درجه سانتی گراد محدود است. همچنین انواع پرکربن آن برای جوشکاری توصیه نمی گردد.

  درصد کروم آلیاژ های استنلس استیل مارتنزیتی معمولاً حدود 11 تا 18% است. حد پایین کروم را مقاومت به خوردگی و حد بالای آن را امکان تبدیل کل ساختار به آستنیت در حین گرم کردن در عملیات حرارتی تعیین نموده است. زیرا که کروم فریت زا بوده و منطقه پایداری و تشکیل آستنیت را محدود تر می نماید.

  درصد کربن آلیاژ های استنلس استیل مارتنزیتی ممکن است تا 1.2% نیز برسد. افزایش کربن البته تا حدود 0.6% سختی آنها را افزایش داده ولی افزایش بالاتر از این حد، سختی آلیاژ را بالاتر نبرده و فقط مقاومت به سایش را افزایش می دهد که علت تبدیل آن تبدیل کربن اضافی به کاربید کروم می باشد.

  عناصر آلیاژی دیگری مانند نئوبیم، سیلیسیم، وانادیم و غیره برای اصلاح ریز ساختار بعد از آب دادن و درصد کمی نیکل برای افزایش چقرمگی و مقاومت به خوردگی نیز استفاده می شوند. همچنین در موقعی که درصد کروم بالا بکار برده شود (برای افزایش مقاومت به خوردگی)، نیکل با کم نمودن فریت آزاد، ساختار را اصلاح می نماید.

  مقاومت به خوردگی آلیاژ های مارتنزیتی غالباً از بسیاری از آلیاژ های آستنیتی و فریتی کمتر بوده ولی کلاً در حد متوسط می باشد.

   آلیاژ استنلس استیل 410 سردسته این گروه و دارای بیشترین کاربرد در گروه مارتنزیتی می باشد. در آمریکا این آلیاژ دارای کاربرد گسترده ای در توربین های بخار، موتور های جت، توربین گازی، کاربرد عمومی، قطعات ماشین آلات، شفت پمپ ها و … است.

•  استنلس استیل آستنیتی

 آستنیت یکی از فاز های آهن با شبکه FCC است که در آهن بدون عناصر آلیاژی در محدوده دمای 910 تا 1400 درجه سانتی گراد پایدار است. با افزودن عناصر آستنیت زا (مانند Ni) می توان آن را در دمای محیط نیز پایدار نمود. وجود 8 تا 10% نیکل به ازای 18% کروم، ساختار فولاد را به صورت آستنیتی پایدار می نماید. این تغییر فاز باعث تغییر عمده خواص مکانیکی از جمله افزایش شکل پذیری آلیاژ می گردد. این آلیاژها در حالت بازپخت به دلیل وجود فاز آستنیت غیرمغناطیسی بوده اما به دلیل تغییر فاز در حالت کار سرد ممکن است کمی خاصیت مغناطیسی در آنها به وجود آید.