تولید استیل – ترکیب فولاد زنگ نزن – کاربرد استنلس استیل
در این مقاله به بررسی روند تولید استیل و نیز انواع ترکیب فولاد زنگ نزن پرداخته و با انواع کاربرد استنلس استیل در معماری ، صنعت و تولید در حال حاضر و چشم انداز آن ، آشنا می شویم .
تولید استیل
مقدمه
فولاد ضد زنگ ( استنلس استیل ) یک آلیاژی حاوی آهن است ( آلیاژ : یک ماده ترکیب از دو یا چند عنصر شیمیایی ) که در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شود. مقاومت استنلس استیل در مقابل اکسید شدن یا زنگ زدگی به دلیل دارا بودن کروم است . که معمولا از 12 تا 20 درصد این آلیاژ را شامل می شود .
بیش از 57 گرید (نوع ) فولاد ضد زنگ وجود دارد که به عنوان آلیاژهای استاندارد به رسمیت شناخته شده اند . علاوه بر آلیاژهای استاندارد ، بسیاری از آلیاژهای نیز به صورت اختصاصی توسط تولید کنندگان مختلف تولید می گردد .
کاربرد ها
انواع مختلف فولاد زنگ نزن در تعداد تقریبا بی حد و حصری از کاربری ها و صنایع استفاده می شود : از کاربری های معماری ( آرشیتکتی ) فضاهای داخلی و فضا های باز ، تا اجزای خودرو ( اگزوز، تر و تمیز / تزئینی، موتور ، شاسی ، گیره ، لوله برای خطوط سوخت ) ، تولید پالپ و کاغذ ، پالایش نفت ، لوله کشی آب، کاربری های دریایی و کشتی سازی ،کالاهای ورزشی ( اسکی برفی ) فقط بخش کوچکی از کابرد های فولاد ضد زنگ است .
معماری و ساختمان
در دنیای امروز بهره گیری از متریال استنلس استیل به واسطه خواص کم نظیر و نیز نما و ظاهر مدرن و خاص استیل در کاربرد های ساختمانی بسیار افزایش یافته است ، کاربرد های دکوراتیو مانند میزها ، کنسول ها ، صندلی و مبلمان فضای داخلی و فضای باز ، درکنار کاربرد هایی مانند پنجره و درب استیل ، از این دسته از مصارف به شمار می آیند .
صنایع فلزی پاتیران با بیش ازیک دهه تجربه در ضمینه طراحی و تولید مصنوعات استنلس استیل با کاربرد های گوناگون با استفاده از متریال استنلس استیل 304 yc inox تایوان ، یکی از برترین ها در این عرصه محسوب می گردد .
آمار مصرف
طبق آمار منتشر شده : حدود 200،000 تن فولاد ضد زنگ حاوی نیکل هر ساله توسط صنعت مواد غذایی در آمریکای شمالی مورد استفاده قرار می گیرد . از ابتدای فرآیند جمع آوری مواد اولیه تا انتهای چرخه تولید مواد غذایی شامل : نگهداری، پخت و پز و تجهیزات عرضه .
نوشیدنی هایی مانند شیر ، شراب ، آبجو ، نوشابه و آب میوه در ماشین آلات با متریال فولاد ضد زنگ پردازش می شود . فولاد ضد زنگ در اجاق های تجاری ، پاستوریزه ها ، بطری های انتقال و سایر تجهیزات تخصصی نیز کاربرد دارد . مزایا بهره گیری از استنلس استیل : شامل تمیز کردن آسان ، مقاومت در برابر خوردگی بالا ، دوام ، مقرون به صرفه بودن ، حفاظت از طعم غذا ، و مهمتر از همه بهداشت بالا می باشد .
ترکیب فولاد زنگ نزن
فولاد ضد زنگ بسته به نوع ریزساختار ( درصد عناصر ) آنها چندین نوع دارد .
الف ) فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی حداقل 6 درصد نیکل و آستنیت کربن آهن بوده و دارای مقاومت در برابر خوردگی و انعطاف پذیری بالا ( توانایی خمش بدون شکستن ) است .
ب ) فولاد ضد زنگ فریتی ( فریت دارای ساختار مکعبی محور مرکزی ) دارای مقاومت بیشتری در مقابل خوردگی ، نسبت به آستنیتی هستند ، اما در اتصال و جوشپذیری دچار ضعف است .
ج ) فولاد ضد زنگ مارنزیتی که حاوی آهن با ساختار سوزنی است .
د ) فولاد ضد زنگ دوبلکس ، که عموما حاوی مقادیر مساوی فریت و آستنیت بوده و مقاومت بیشتری در برابر خوردگی و اکسید شدن ، در اغلب محیط ها فراهم می کند . همچنین استنلس استیل دوبلکس دارای مقاومت بالایی در برابر ترک خوردگی در مواجه با کلر است . بنابراین ؛ فولاد ضد زنگ دوبلکس به طور گسترده ای در صنایع شیمیایی در پالایشگاه ها ، کارخانه های کاغذ سازی و تاسیسات لوله کشی دریایی استفاده می شود .
مواد اولیه
فولاد ضدزنگ از ترکیب برخی از عناصر اساسی موجود در زمین ، مانند : سنگ آهن ، کروم ، سیلیکون ، نیکل ، کربن ، نیتروژن و منگنز تولید می شود . خواص آلیاژ نهایی با تغییر مقدار این عناصر طراحی می گردد . برای مثل نیتروژن ، خواص کششی مانند انعطاف پذیری را بهبود می بخشد . همچنین مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد که برای استفاده در فولاد ضد زنگ دوبلکس ارزشمند است .
تولید استیل
تولید فولاد ضد زنگ شامل یک سری فرآیندها می شود . در گام اول ، فولاد ذوب می شود و سپس به اشکال مختلف تبدیل می گردد . پس از گام های گوناگون حرارت فولاد کاهش یافته و پس از آن پاک سازی شده و جلا داده می شود تا سطح پایانی مورد نظر بدست آید . سپس محصول تولیدی جهت تولید مصنوعات گوناگون وارد بازار می گردد .
در ادامه ، به صورت تفصیلی ، مراحل مختلف تولید استنلس استیل را مورد بررسی قرار خواهیم داد :
ا ) ذوب و ریخته گری
برای شروع مواد خام در کوره الکتریکی ذوب می شوند . این مرحله معمولا نیاز به 8 تا 12 ساعت گرمای شدید دارد . هنگامی که مرحله ذوب به پایان رسید ، فولاد مذاب به شکل نیمه آماده قالب ریزی می شود . که شامل شمش (اشکال مستطیلی)، بلتس (گرد یا مربع شکل 1.5 اینچ یا 3.8 سانتیمتر ضخامت ) ، صفحات ( شیت ) ، میله ها و لوله ها می باشد .
2 ) تشکیل
در مرحله دوم ، فولاد نیمه آماده ، فرم دهی می شود . این کار با استفاده از نورد گرم ؛ فولاد گرم شده و از طریق رول های بزرگ عبور داده می شود تا بلوم و بلتس به نوار و سیم تبدیل گردد . در حالی که اسلب ها به ورق ، نوار و ورق رول تبدیل می شوند . میله ها در همه رده ها و در اشکالی مانند دایره ، مربع ، هشت ضلعی یا شش ضلعی به اندازه 0.25 اینچ (63 میلیمتر) در دسترس هستند. سیم معمولا تا قطر 0.5 اینچ (1.27 سانتی متر) در دسترس است . ورق دارای ضخامت بیش از 0.1875 اینچ (47 میلیمتر) و بیش از 10 اینچ (254 میلی متر) عرض است . نوار کمتر از 0.185 اینچ (47 میلیمتر) ضخامت و کمتر از 24 اینچ (610 میلیمتر) عرض دارد .
3 ) سخت کاری با حرارت
در مرحله سوم پس از فرم دهی فولاد ضدزنگ ، اکثر گرید ها باید از مرحله ی انجماد عبور کنند . ” آنیلینگ ” یک عملیات حرارتی است که در آن فولادها تحت شرایط کنترل شده گرم و سرد می شوند تا فشارهای داخلی را کاهش داده و فلز را نرم کنند . برای افزایش قدرت بعضی از فولادها نیز از گرما استفاده می شود .
با این حال در چنین عملی که به سخت کاری معروف است – نیاز به کنترل دقیق ، برای حتی تغییرات کوچک دمای ضروری می باشد . زمان و یا میزان خنک کننده می تواند به طور جدی بر خواص استنلس استیل تاثیر گذارد . دماهای پایین تر باعث افزایش مقاومت شدید با شدت شکست بیشتر می شوند ، در حالی که دمای بالاتر باعث کاهش قدرت شده و مواد سخت تر می شوند .
نوع عملیات حرارتی بستگی به نوع فولاد ( آستیگماتیسم، فریت یا مارتنزیت ) دارد . برای مثال فولاد آستنیتی با توجه به ضخامت به مدت زمان بیش از 1900 درجه فارنهایت (1037 درجه سانتیگراد) گرم می شود . خنک کننده آب برای بخش های ضخیم استفاده می شود ، در حالیکه از هوای خنک کننده یا انفجار هوا برای بخش های نازک استفاده می شود .
4 ) برش دادن
عملیات برش معمولا برای بدست آوردن شکل یا اندازه مطلوب انجام می گردد ، پس لازم است تا قطعات در اندازه نهایی برش داده شوند . برش های مکانیکی با استفاده از روش های مختلف، از جمله برش مستقیم با استفاده از قیچی گیوتین ، برش دایره ای با استفاده از چاقو دایره ای به صورت افقی و عمودی ، با استفاده از تیغه های فولادی با سرعت بالا، انجام می شود .
برش جت پلاسما
فولاد ضد زنگ را می توان با استفاده از شعله برش داد که شامل یک مشعل شعله با استفاده از اکسیژن و پروپان در ترکیب با پودر آهن است . این روش پاک و سریع است . یکی دیگر از روش برش که به عنوان برش جت پلاسما شناخته شده است ، که در آن یک ستون گاز یونیزه در ارتباط با قوس الکتریکی از طریق یک سوراخ کوچک باعث برش می شود . این گاز دمای بسیار بالا را برای ذوب کردن فلز تولید می کند .
5 ) مرحله پایانی
ایجاد سطوح نهایی از مهمترین مراحل تولید فولادی ضد زنگ است زیرا سطح نهایی و ظاهری برای کاربری نهایی بسیار پر اهمیت است . فرایند ایجاد سطوح نهایی باعث تمیز شدن فولاد ضد زنگ می شود که برای استفاده های بهداشتی بسیار مهم است . سطح صاف به دست آمده با پرداخت باعث افزایش مقاومت برابر خوردگی نیز می گردد .
روش های مختلفی برای ایجاد سطح نهایی وجود دارد . پایان آهسته توسط نورد گرم و خنک کننده باعث کپک زدگی سطح می شود . با پایان سریع که ابتدا با نورد گرم و سپس نورد سرد بر روی رول ها سطحی صیقلی بدست می آید . سطوح با بازتاب بیشتر توسط نورد سرد در ترکیب با خنک شدن در یک کوره فضایی کنترل شده ، همراه با سنگ زنی با مواد ساینده یا بوسیله یک سطح (صفحه ) با ترکیبات معدنی تولید می شود .
سطح آینه ای
سطح آینه ای نیز توسط پرداخت با ساینده های متراکم تر، تولید می شود . به طور معمول برای سنگ زنی و یا پرداخت ، از غلطک سنگزنی و یا تسمه های ساینده استفاده می شود . پولیش با استفاده از سنباده های پارچه ای با ترکیبات حاوی ذرات ساینده بسیار مناسب است .
دیگر روشهای پرداخت نهایی ، شامل استفاده از ویبراتور به همراه ماده پولیش بر روی سطوح ، بهره گیری از سندبلاست ، پرداخت مرطوب با استفاده از محلولهای اسیدی، می باشد .
تولید محصول نهایی برای کاربر
فرآیندهای دیگری مانند برش ، خم ، اتصال و جوشکاری و همچنین سنگ زنی ، پس از تولید و بسته بندی فولاد ضد زنگ در اشکال مختلف ، توسط تولید کننده جهت تولید محصول نهایی ، مورد نیاز است .
روش های مختلفی برای اتصال فولاد ضد زنگ وجود دارد که جوشکاری شایع ترین آنها است . جوشکاری فیوژن و مقاومتی دو روش اساسی است که معمولا دستگاه های متفاوتی برای هر دو روش وجود داد . در جوشکاری فیوژن ، گرما از طریق یک قوس الکتریکی بین الکترود و فلز و یا بین دو فلز ایجاد شده و در نتیجه عملیات جوش انجام می شود . در جوشکاری مقاومتی ، اتصال به علت گرما و فشار است . حرارت به دلیل مقاومت در برابر جریان الکتریکی قطعات ایجاد شده و باعث جوش و اتصال می شود و فشار توسط الکترودها اعمال می شود . بعد از اینکه قطعات با هم جوش می شوند ، باید سطح جوش شده پرداخت گردد .
کنترل کیفیت
فولاد ضدزنگ علاوه برکنترل در طول فرایند ساخت و ساز باید با مشخصاتی که توسط انجمن صنایع تست و مواد آمریکایی (ASTM) با توجه به خواص مکانیکی مانند چقرمگی و مقاومت خوردگی نظارت می کند ، مطابقت داشته باشد . متالوگرافی نیز از روش هایی می باشد که در تست خوردگی ، از آن بهره برده می شود .
چشم انداز
هر روز استفاده از فولاد ضد زنگ و در بازارهای مختلف گسترش می یابد . برای برآورده شدن الزامات قوانین جدید هوای پاک در نیروگاه های شارژ زغال سنگ ، میبایست ؛ اتصالات فولاد ضدزنگ را نصب کنند . از دیگر برنامه های صنعتی جدید که استنلس استیل در آنها کارایی دارد می توان به ، لوله های سرویس آب در نیروگاه های هسته ای ، مخازن بالست و سیستم های آتش سوزی برای تاسیسات حفاری دریایی ، لوله های انعطاف پذیر برای سیستم های توزیع نفت و گاز ، اشاره نمود .
قوانین محیط زیست
قانون محيط زيست نيز صنايع پتروشيمي و پالايشگاه را ملزم مي کند تا آب خنک کننده ثانوي را در سيستم هاي بسته تعيين کند ، استفاده مجدد از آب خنک کننده با افزایش سطح کلرید باعث ایجاد مشکلات خوردگی می شود . لوله های فولادی ضد زنگ دوبلکس نقش مهمی در حل این مشکلات صنعتی بازی می کنند ، زیرا هزینه ها استنلس استیل کمتر از سایر گزینه ها است . تولیدکنندگان برای پاسخگویی به این تقاضا در حال توسعه فولاد مقاوم در برابر خوردگی هستند .
خودرو سازی
در صنعت خودروسازی ، برآورد ها نشان می دهد که مصرف فولاد ضد زنگ در هر وسیله نقلیه از اواسط قرن، از 55 تا 66 پوند (25 تا 30 کیلوگرم) به بیش از 100 پوند (45 کیلوگرم) افزایش خواهد یافت .کاربردهای جدید شامل بستر های فلزی برای مبدل های کاتالیزوری ، اجزای کیسه هوا ، ضربه گیرکامپوزیت ، خط سوخت و سایر قطعات سیستم سوخت سیستم سازگار با سوخت های جایگزین ، خطوط ترمز و سیستم های اگزوز هستند .
ترکیبات و انواع جدید
با پیشرفت در تکنولوژی های تولید ، فولادهای ضدزنگ سوپرئواستنیتی (با محتوای نیتروژن تا 0.5 درصد) در حال توسعه هستند . این فولادها در آب دریا و سیستم های مدیریت فسفری اسید ، اسکرابر ، سیستم های دریایی و دیگر کاربردهای بسیار خورنده استفاده می شود . از دیگر ترکیبات جدید که در حال توسعه هستند می توان به : آلیاژهای پایه آهن فریتیک حاوی 8 و 12 درصد کروم برای برنامه های کاربردی مغناطیسی و آستنیتی ضدزنگ با مقدار بسیار کم گوگرد برای قطعات مورد استفاده در تولیدات نیمه هادی ها و بخش تولید دارو و سلامت اشاره نمود .
تحقیقات برای افزایش کارایی استنلس استیل و نیز تولید مشتقات فولاد ضد زنگ همچنان ادامه دارد .
تولید استیل – کاربرد استنلس استیل – فولاد زنگ نزن – تولید استیل – کاربرد استنلس استیل – فولاد زنگ نزن – تولید استیل – کاربرد استنلس استیل – تولید استیل- فولاد زنگ نزن