استیل چیست

استیل یکی از مهم‌ترین آلیاژهای فلزی است که در بسیاری از صنایع مختلف به کار می‌رود. خواص برجسته‌ای که استیل دارد، آن را به یک ماده بسیار محبوب و گسترده‌ در صنایع ساختمانی، خودروسازی، صنعتی، دریایی و بسیاری از صنایع دیگر تبدیل کرده است. استیل، به عنوان یک آلیاژ آهن-کربن با اضافه کردن عناصر دیگر مانند نیکل، کروم، مولیبدن، و وانادیوم، خواص منحصر به فردی کسب می‌کند. این خواص شامل مقاومت بالا در برابر خمش و تنش، مقاومت در برابر خوردگی، سختی، انعطاف پذیری، و قابلیت جوشکاری است. مصرف استیل در صنایع مختلف از قدیمی‌ترین زمان‌ها آغاز شده است. در سده‌های گذشته، استیل به عنوان یک ماده به شدت محدود و گرانقیمت شناخته می‌شد، اما با پیشرفت تکنولوژی و روش‌های تولید، استیل به صورت گسترده در دسترس قرار گرفته و به یکی از مواد پایه و عمده در صنایع تبدیل شده است. در این مقاله به این سوال مهم که استیل چیست پاسخ می‌دهیم و انواع آن را مورد بررسی قرار می‌دهیم، با ما همراه باشید.

انواع از استیل

• استیل های کربنی (Carbon steels)
• استیل های آلیاژی (Alloy steels)
• استیل های ضد زنگ (Stainless steels)
• استیل های ابزار (Tool steels)

استیل‌های کربنی(Carbon steels)

استیل های کربنی، نوعی از استیل  است که غلظت کربن در آن به طور قابل توجهی بیشتر از سایر انواع استیل ها است و ممکن است تا 2.5٪ کربن داشته باشد. افزودن کربن به استیل های کربنی باعث افزایش استحکام در آن می‌شود. استیل های کربنی به دلیل خصوصیات خود مانند استحکام بالا، سختی قابل تنظیم، قابلیت جوشکاری ، صنعت ساختمان، تولید ابزار، قطعات خودرو و در دیگر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

انواع استیل‌های کربنی

افزودن مقادیر بیشتر کربن به استیل کربنی می‌تواند به تغییر خواص آن منجر شود. فولاد کم کربن دارای غلظت کربن کمتر از 0.3٪ است و معمولاً برای قطعاتی که نیاز به انعطاف‌پذیری و جوشکاری آسان دارند، استفاده می‌شود. استیلی که کربن متوسطی دارد دارای غلظت کربن مابین 0.3٪ تا 0.6٪ است و استحکام و سختی بیشتری نسبت به استیل کم کربن دارد. استیلی که کربن زیادی را  دارا است غلظت کربن بالاتر از 0.6٪ است و به دلیل سختی بیشتر، برای تولید ابزار برشی و قطعاتی که نیاز به سختی بالا دارند، استفاده می‌شود. با توجه توضیحات داده شده استیل های کربنی به 3 دسته اصلی تقصیم می شوند.

• استیل کم کربن
• استیل کربن متوسط
• استیل کربن بالا

استیل کم کربن

استیل کم کربن یا استیل نرم، نسبت کربن به آهن آن کمتر از سایر انواع استیل است، معمولاً در محدوده 0.05% تا 0.32% به وزن قرار دارد. این باعث می‌شود استیل کم کربن دارای مقاومت کمتری باشد و در عین حال قابلیت کارکردن و کشش پذیری بیشتری نسبت به استیل با کربن بالا داشته باشد. فولاد کم کربن به دلیل قیمت مناسب، دسترسی آسان و کاربردهای متنوع، در صنایع مختلف مانند خودروسازی، ساختمان‌سازی، تولید ابزار و تجهیزات صنعتی و آزمایشگاهی استفاده می‌شود. با این حال، برای برخی کاربردها که نیاز به مقاومت بیشتر دارند، نیاز به استفاده از فولاد با کربن بالاتر و خواص مکانیکی بیشتر ممکن است.

استیل کربن متوسط

استیل های با کربن متوسط معمولاً دارای محتوای کربنی بین 0.3٪ و 0.6٪ هستند. این نوع استیل ها تعادلی بین شکل‌پذیری و شکل‌پذیری استیل کم کربن و استحکام و سختی استیل پرکربن ارائه می‌دهند. آنها قوی‌تر و سخت‌تر از استیل های کم کربن هستند به دلیل افزایش محتوای کربن، اما انعطاف‌پذیری کمتری دارند و فرآیندهای شکل‌گیری و جوشکاری آنها دشوارتر هستند. برای دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب، اغلب نیاز به عملیات حرارتی مانند خاموش کردن و تمپر کردن دارند. محتوای منگنز نیز می‌تواند بین 0.30٪ تا 0.60٪ در این نوع استیل ها وجود داشته باشد.

استیل کربن بالا

فولاد استیل های پرکربن حاوی محتوای کربنی بین 0.60٪ تا 1.5٪ هستند. افزایش محتوای کربن در این استیل ها باعث می‌شود که آن‌ها بسیار مقاوم‌تر در برابر خوردگی باشند. کربن بالا به طور قابل توجهی سختی، استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش را در این استیل ها افزایش می‌دهد. به همین دلیل، استیل های پرکربن برای کاربردهایی که نیاز به استحکام بالا و مقاومت در برابر سایش دارند، مناسب هستند.

با این حال، محتوای کربن بالاتر همچنین باعث می‌شود این استیل ها شکننده‌تر و انعطاف‌پذیری کمتری داشته باشند، که می‌تواند آنها را در شرایط خاصی آسیب‌پذیرتر به ترک خوردن کند. همچنین، جوشکاری استیل پرکربن نسبت به استیل های کم کربن چالش‌ برانگیزتر است، زیرا در نواحی متاثر از حرارت، خطر ترک خوردگی و شکنندگی وجود دارد. در نتیجه، استیل های پرکربن با محتوای کربن بین 0.60٪ تا 1.5٪ به دلیل ویژگی‌های خاص خود، برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی و سایش دارند، مناسب هستند.

استیل های آلیاژی (Alloy steels)

استیل‌های آلیاژی از ترکیب استیل کربنی با یک یا چند عنصر آلیاژی مانند تیتانیوم، مس، کروم، آلومینیوم، منگنز، سیلیکون و نیکل ساخته می‌شوند. این ترکیبات آلیاژی و عناصر دیگر به استیل کربنی ویژگی‌های خاصی می‌بخشند که در استیل کربن استاندارد یافت نمی‌شوند. این عناصر آلیاژی می‌توانند خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت الکتریکی و خواص دیگر استیل را تغییر دهند. به عنوان مثال، استیل آلیاژی با افزودن کروم به استیل کربنی، خواص مقاومت به خوردگی بالاتری را ایجاد می‌کند. استیل آلیاژی با افزودن نیکل، خواص مقاومت در برابر حرارت و مقاومت مکانیکی بالاتری را نسبت به استیل کربنی ارائه می‌دهد. ترکیبات آلیاژی دیگر نیز می‌توانند خواص مختلفی را در استیل آلیاژی به ارمغان بیاورند.

 

استیل‌های آلیاژی به دلیل خواص خاص و تنوعی که دارند، در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. برخی از کاربردهای رایج آنها شامل صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا، ساخت و ساز، صنایع دریایی، تولید ابزار و تجهیزات پزشکی می‌شود. استیل‌های آلیاژی به دلیل ترکیبات مختلف و خواص متنوع، می‌توانند به نیازهای خاص هر صنعت پاسخ دهند.

استیل های ضد زنگ (Stainless steels)

استیل ضد زنگ، نوعی آلیاژ استیل است که حداقل 11 درصد کروم را در ترکیبات خود دارد. این مقدار کروم باعث می‌شود که استیل به مواد و محیط‌های مختلف در برابر خوردگی مقاومت نشان دهد. استیل ضد زنگ به دلیل خواص خاص خود، در کاربردهایی که مقاومت در برابر خوردگی ضروری است، به طور گسترده استفاده می‌شود.  معمولاً استیل ضد زنگ حاوی مقدار مناسبی از کروم است، علاوه بر این ممکن است مقادیر دیگری از عناصر آلیاژی مانند نیکل، مولیبدن، مس و تیتانیوم نیز شامل شود. این ترکیبات آلیاژی به استیل ضد زنگ خواص اضافی می‌بخشند و مقاومت آن را در برابر خوردگی، زنگ زدگی، اکسیداسیون و حتی در برخی موارد در برابر حرارت بیشتر می‌کنند.

 

استیل ضد زنگ در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از کاربردهای رایج آن شامل تولید ظروف آشپزخانه، تجهیزات پزشکی، ابزارهای قنادی، ابزارهای باغبانی، کارد و چنگال، لوازم بهداشتی و صنایع هوافضا می‌باشد. استیل ضد زنگ به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ زدگی، برای محیط‌هایی که با رطوبت، اسیدها، بازها و شرایط آب و هوایی تماس دارند، بسیار مناسب است.

استیل های ابزار (Tool steels)

 استیل‌های پرکربن و آلیاژی، که به عنوان “استیل ابزار” شناخته می‌شوند، به طور گسترده برای ماشینکاری فلزات، پلاستیک و چوب و ایجاد برش، ریمر، بیت و سایر ابزارهای مورد نیاز استفاده می‌شوند. استیل‌های ابزار عموماً شامل عناصری مانند کبالت یا نیکل برای بهبود استحکام و عملکرد در دماهای بالا و کاربید برای افزایش مقاومت در برابر سایش هستند. همچنین، از عناصری مانند کروم، وانادیم، مولیبدن و تنگستن در ترکیبات مختلف استیل ابزار استفاده می‌شود.

 

فرآیند تولید بیشتر فولادهای ابزار در کوره‌های قوس الکتریکی انجام می‌شود. در این فرآیند، مواد اولیه ذوب می‌شوند، خالص می‌شوند و به ترکیب صحیح می‌رسند. سپس، مواد در شمش‌ها ریخته می‌شوند و با سرعت سرد می‌شوند. سپس، فولاد در آنیل می‌شود تا برای پردازش بیشتر آماده شود. برخی از استیل‌های ابزار توسط فرآیندهای تخصصی دیگر مانند متالورژی پودر تولید می‌شوند.

استیل‌های ابزار به دلیل خصوصیات ویژه‌ای که دارند، در صنایع مختلف به عنوان ماده پایه استفاده می‌شوند. این استیل‌ها قادر به انجام وظایف سخت و مقاوم در برابر فشار، سایش و دماهای بالا هستند. کاربردهای استیل‌های ابزار شامل تولید ابزارهای دستی، قطعات ماشین‌آلات، ابزارهای برش و تراش، ابزارهای کشاورزی و صنایع ساختمانی می‌شود. استیل‌های ابزار به دلیل خصوصیات منحصر به فرد خود، در صنایعی که نیاز به ابزارهای مقاوم و پرکاربرد است، بسیار مورد توجه قرار می‌گیرند.

گریدهای استیل  کربنی و استیل آلیاژی

در سیستم درجه بندی استیل های کربنی و آلیاژی، رقم اول نشان دهنده عناصر آلیاژی اصلی است، در حالی که رقم دوم نشان دهنده عناصر آلیاژی درجه بالا است که به آلیاژ اضافه شده‌اند. رقم سوم و چهارم نیز میزان کربن موجود در آلیاژ را نشان می‌دهند. با توجه به رقم اول، می‌توان عیار فولاد تحت این نام را تجزیه کرد.

• سری 1000 فولادهای کربنی هستند.
• سری 2000 فولادهای نیکلی هستند.
• سری 3000 فولادهای نیکل کروم هستند.
• سری 4000 فولادهای مولیبدنی هستند.
• سری 5000 فولادهای کرومی هستند.
• سری 6000 فولادهای کروم وانادیوم هستند.
• سری 7000 فولادهای تنگستنی هستند.
• سری 8000 فولادهای نیکل-کروم-مولیبدن هستند.
• سری 9000 فولادهای سیلیکونی منگنزی هستند.

 

گرید های فولاد ضد زنگ

در سیستم درجه بندی فولادهای ضد زنگ SAE، مانند سیستم چهار رقمی، اولین عدد نشان دهنده آلیاژ اصلی است که در فولاد استفاده شده است. گریدهای فولاد ضد زنگ به شرح زیر تقسیم می‌شوند:

 فولادهای ضد زنگ سری200 : این گریدها حاوی نیکل به میزان بالا هستند و برای مقاومت در برابر خوردگی و حرارت مناسب هستند. مثال: گریدهای 201، 202، 205، و غیره.

 فولادهای ضد زنگ سری 300: این گریدها نیکل کمتری دارند اما حاوی کروم به میزان بالا هستند. آنها استحکام و مقاومت در برابر خوردگی مناسبی دارند. مثال: گریدهای 304، 316، 321، و غیره.

 فولادهای ضد زنگ 400 سری: این گریدها حاوی کروم به میزان بالا هستند و برای مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت مکانیکی مناسب هستند. مثال: گریدهای 410، 430، 446، و غیره.

 فولادهای ضد زنگ 500 سری: این گریدها حاوی تیتانیوم یا نیوبیوم هستند که مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهند. مثال: گریدهای 501، 502.

همچنین، بعضی از گریدهای فولاد ضد زنگ ممکن است شامل عناصر آلیاژی اضافی باشند که به عنوان پیشوندهای دیگر به شماره گرید اضافه می‌شوند، مانند گرید 316L که حاوی کمترین مقدار کربن است.

گرید های فولاد ابزار

سری A: فولادهای سرد کار شده هستند که باعث سخت شدن در هوا می‌شوند.

سری D: فولادهای سرد کار شده با کربن بالا و کروم بالا هستند.

سری F: فولادهای ویژه هستند که بر پایه کربن و تنگستن ساخته می‌شوند.

سری H: فولادهای گرم کار شده هستند. H1 تا H19 بر پایه کروم، H20 تا H39 بر پایه تنگستن و H40 تا H59 بر پایه مولیبدن هستند.

سری L: فولادهای خاص هستند که کم آلیاژ هستند.

سری M: فولادهای پرسرعتی هستند که بر پایه مولیبدن ساخته می‌شوند.

سری O: فولادهای سرد کار شده هستند که باعث سخت شدن روغن می‌شوند.

سری P: فولادهایی هستند که برای ساخت قالب‌های پلاستیکی استفاده می‌شوند.

سری S: فولادهای مقاوم در برابر ضربه هستند.

سری T: فولادهای پرسرعتی هستند که بر پایه تنگستن ساخته می‌شوند.

سری W: فولادهای سخت‌کننده آب هستند.

 

انواع استاندارد های استیل

• (ASTM)
• (AISI)
• (JIS)
• (GB)

استاندارد استیل  (ASTM)

فولادها در استانداردهای مختلفی مانند استانداردهای ASTM (American Society for Testing and Materials) دسته‌بندی می‌شوند. استانداردهای ASTM برای مشخص کردن ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی فولادها و روش‌های آزمایش و اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر، به طور خلاصه استانداردهای فولاد ASTM را توضیح می‌دهم:

1. استانداردهای ASTM A: این استانداردها برای فولادهای ساختمانی استفاده می‌شوند. مثال: ASTM A36 برای فولادهای کربنی ساختمانی.

2. استانداردهای ASTM B: این استانداردها برای فولادهای آلیاژی و غیرآهنی استفاده می‌شوند. مثال: ASTM B209 برای صفحات آلومینیوم و آلومینیوم آلیاژی.

3. استانداردهای ASTM E: این استانداردها برای روش‌های آزمایشی و اندازه‌گیری در فولادها استفاده می‌شوند. مثال: ASTM E8 برای آزمون کشش فولاد.

 

4. استانداردهای ASTM F: این استانداردها برای فولادهای استفاده در صنایع مختلف مانند صنایع هوایی، خودروسازی و پزشکی استفاده می‌شوند. مثال: ASTM F138 برای فولادهای استفاده شده در ایمپلنت‌های پزشکی.

5. استانداردهای ASTM A5: این استانداردها برای فولادهای جوشکاری استفاده می‌شوند. مثال: ASTM A5.18 برای الکترودهای جوشکاری فولاد کربنی.

6. استانداردهای ASTM A6: این استانداردها برای فولادهای ساختمانی با شکل‌دهی و فرآیندهای حرارتی استفاده می‌شوند. مثال: ASTM A6/A6M برای مشخصات عمومی محصولات فولادی ساختمانی.

7. استانداردهای ASTM A36: این استاندارد برای فولاد کربنی ساختمانی استفاده می‌شود و یکی از استانداردهای معروف و رایج است.

استاندارد استیل (AISI)

استاندارد AISI (American Iron and Steel Institute) یک مجموعه استانداردهایی است که توسط این انجمن برای تعیین ویژگی‌ها و ترکیب شیمیایی استیل تعریف شده است. در زیر به برخی از استانداردهای مهم AISI برای استیل اشاره می‌کنم:

 AISI 300 Series

این سری از استانداردها برای استیل‌های ضد زنگ با ترکیبات شیمیایی مختلف مانند AISI 304، AISI 316 و AISI 321 استفاده می‌شود. این استیل‌ها معمولاً در برنامه‌های صنعتی و خانگی استفاده می‌شوند و دارای خواص مقاومت در برابر زنگ زدگی و اکسیداسیون هستند.

 AISI 400 Series

این سری شامل استیل‌های ضد زنگ و غیر ضد زنگ است که از ترکیبات شیمیایی مختلفی تشکیل شده‌اند. مثال‌هایی از این استیل‌ها شامل AISI 410، AISI 420 و AISI 440 است که در برنامه‌هایی مانند ابزارهای برش، چاقوها و قطعات مکانیکی استفاده می‌شوند.

 AISI 1000 Series

این سری از استانداردها برای استیل‌های کربنی با درصدهای کم گوگرد و فسفر استفاده می‌شود. این استیل‌ها معمولاً برای برنامه‌هایی که نیاز به مقاومت مکانیکی بالا دارند، مانند قطعات خودرو، سازه‌های فلزی و ابزارهای مکانیکی استفاده می‌شوند.

 AISI 200 Series

این سری استانداردها شامل استیل‌های ضد زنگ کم نیکل است که برای برنامه‌های صنعتی و خانگی استفاده می‌شوند. مثال‌هایی از این استیل‌ها شامل AISI 201 و AISI 202 است.

 

استاندارد استیل (JIS)

استاندارد JIS (Japanese Industrial Standards) یک مجموعه استانداردهایی است که توسط انجمن صنعتی ژاپن تعریف شده است و در صنایع مختلف از جمله صنایع فولاد و فلزات استفاده می‌شود. در زیر به برخی از استانداردهای مهم JIS برای استیل اشاره می‌کنم:

JIS G4304

این استاندارد برای استیل‌های ضد زنگ تعریف شده است. آن شامل مشخصات فنی و خواص مکانیکی برای استیل‌های ضد زنگ در قالب صفحات، نوارها و ورق‌ها می‌شود. مثال‌هایی از استیل‌هایی که در این استاندارد ذکر می‌شوند، شامل SUS304 (استیل ضد زنگ با ترکیب شیمیایی استاندارد) و SUS316 (استیل ضد زنگ با مقاومت در برابر خوردگی بالا) است.

 JIS G3131

این استاندارد مربوط به استیل‌های کربنی گرمکاری شده است. این استیل‌ها معمولاً برای تولید ورق‌ها و نوارهای فولادی با کاربردهای صنعتی مانند صفحات خودرو و لوله‌های گاز استفاده می‌شوند.

 JIS G3113

 این استاندارد برای صفحات فولادی با روکش گالوانیزه و گالوانیزه عمل می‌کند. استیل‌های تعریف شده در این استاندارد مانند استیل‌های SAPH400 و SAPH440 از طریق فرآیند گالوانیزه ساخته شده‌اند و برای استفاده در صنایع ساخت و ساز و خودروسازی مناسب هستند.

 JIS G4051

 این استاندارد برای استیل‌های آلیاژی کربنی تعریف شده است. استیل‌هایی که در این استاندارد ذکر می‌شوند مثل S45C و SCM440 برای تولید قطعات مکانیکی مانند مهره‌ها، شفت‌ها و ابزارهای برش استفاده می‌شوند.

این تنها چند نمونه از استانداردهای JIS برای استیل هستند. در هر استاندارد JIS، مشخصات فنی، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و نحوه استفاده از هر نوع استیل به طور دقیق تشریح می‌شود. برای اطلاعات دقیق‌تر، به منابع مرجع و استانداردهای JIS مراجعه کنید.

استاندارد استیل (GB)

استاندارد GB (Guóbiāo) یا استاندارد ملی چین، یک مجموعه استانداردهای فنی است که توسط سازمان استاندارد‌های ملی چین (Standardization Administration of China) تعریف شده است. این استانداردها برای صنایع مختلف از جمله صنایع فولاد و فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرند. استاندارد GB برای استیل‌ها نیز مجموعه‌ای از استانداردهای مشخصی را تعریف می‌کند. در زیر به برخی از استانداردهای مهم GB برای استیل اشاره می‌کنم:

GB/T 1220

این استاندارد برای استیل‌های ضد زنگ تعریف شده است. آن شامل مشخصات فنی و خواص مکانیکی برای استیل‌های ضد زنگ در قالب نوارها، صفحات و ورق‌ها می‌شود. مثال‌هایی از استیل‌هایی که در این استاندارد ذکر می‌شوند، شامل 1Cr18Ni9 (استیل ضد زنگ با ترکیب شیمیایی استاندارد) و 1Cr18Ni9Ti (استیل ضد زنگ با مقاومت در برابر خوردگی بالا) است.

GB/T 700

این استاندارد برای استیل‌های کربنی تعریف شده است. استیل‌های تعریف شده در این استاندارد معمولاً برای استفاده در صنایع ساختمانی، صنایع خودروسازی و ماشین‌سازی مناسب هستند. مثال‌هایی از استیل‌های مشتمل بر GB/T 700 عبارتند از Q235 (استیل کربنی ساختاری) و Q345 (استیل کربنی با استحکام بالا).

GB/T 3077

این استاندارد برای استیل‌های آلیاژی تعریف شده است. استیل‌های تشکیل‌دهنده GB/T 3077 معمولاً شامل عناصر آلیاژی مانند کروم، مس، نیکل و مولیبدن هستند. این استیل‌ها برای استفاده در تولید قطعات مکانیکی با استحکام بالا و تحمل حرارت مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثال‌هایی از استیل‌های تعریف شده در این استاندارد شامل 42CrMo (استیل آلیاژی با استحکام بالا) و 20CrNiMo (استیل آلیاژی برای تولید قطعات مکانیکی) است.

این تنها چند نمونه از استانداردهای GB برای استیل هستند. هر استاندارد GB شامل جزئیات و مشخصات دقیق‌تری است که درباره ترکیب شیمیایی، خواص مکانیاین تنها چند نمونه از استانداردهای GB برای استیل هستند. هر استاندارد GB شامل جزئیات و مشخصات دقیق‌تری است که درباره ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، نحوه استفاده و سایر ویژگی‌های استیل تعریف شده در آن قرار می‌گیرد. برای اطلاعات دقیق‌تر، به منابع مرجع و استانداردهای GB مراجعه کنید.

نتیجه گیری

استیل یک آلیاژ آهنی است که با افزودن عناصر دیگری مانند کروم، نیکل و مس تقویت می‌شود. استانداردهای JIS و GB دو استاندارد معروف برای استیل هستند. استاندارد JIS برای استیل‌های ضد زنگ، استیل‌های کربنی و استیل‌های آلیاژی تعریف شده است. استاندارد GB نیز برای استیل‌های ضد زنگ، استیل‌های کربنی و استیل‌های آلیاژی تعریف شده است. هر استاندارد شامل مشخصات فنی و خواص استیل‌های مختلف است و به تولید قطعات صنعتی در صنایع مختلف کمک می‌کند.