جوش کاری فولاد ضد زنگ از صفر تا 100

همان طور که می دانید بدترین خصیصه فولاد و آهن خام در زنگ زدن آن ها می باشد، اما پس از گذشت سال ها و یافت شدن راه حل هایی، آن ها را به مهم ترین مواد اولیه صنعت امروز تبدیل کردند. فولاد ضد زنگ یکی از زیر مجموعه های فولاد می باشد که تولید و جوشکاری آن اصول و قواعدی دارد که در ادامه بیشتر توضیح خواهیم داد.

معرفی فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ که در بازار با اصطلاح استنلس استیل شناخته می شود، نوعی فولاد است که به دلیل داشتن برخی از عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و ... در رده فولادهای زنگ نزن قرار می گیرد. از ویژگی های فولاد زنگ ضد زنگ می توان به مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی و همچنین استحکام در برابر اکسیداسیون اشاره کرد. این فلز با داشتن حدود 15 درصد کروم در خود سبب مقاوم بودن در برابر زنگ زدگی می شود.

جالب است بدانید فولاد ضد زنگ مانند ورق گالوانیزه انواع مختلفی دارد و اولین نوع آن در سال 193 میلادی به وسیله هری بیرلی شناخته شد. این فولاد در مقایسه با فولاد ساده کربنی، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد. در ادامه با انواع آلیاژهای فولاد ضد زنگ بیشتر آشنا می شویم. قیمت روز ورق گالوانیزه نیز در سایت آهن اینفو به صورت روزانه و لحظه ای بارگذاری می شود.

آلیاژهای فولاد ضد زنگ

همان طور که پیش تر گفتیم، وجود عناصر آلیاژی در فولاد ضد زنگ سبب ایجاد خواص مهمی در آن می شود. این عناصر عبارت اند از:

• نیکل، منگنز و نیتروژن تقویت‌کننده منطقه آستنیت در فولاد
• عناصر کروم، سیلیسیوم، مولیبدن و نیوبیم تقویت‌کننده منطقه فریت

ساختار نهایی فولاد و فلز جوش با توجه به ترکیبات این عناصر مشخص می شود. این فلزات بر اساس زیر ساختار خود طبقه بندی می شوند و پنج دسته می باشند. سه دسته اول فولادهای ضد زنگ شامل فریتی، آستنیتی و مارتنزیتی تک فازی می باشند، دسته چهارم فولادهای ضد زنگ دوپلکس (فریتی-آستنیتی) و دسته پنجک فولادهای رسوب سخت دو فازی هستند؛ در نتیجه دسته بندی فولادهای ضد زنگ به صورت زیر است که در مورد هر کدام توضیحاتی خواهیم داد:

• فولاد‌های ضد زنگ فریتی
• فولاد‌های ضد زنگ آستنیتی
• فولاد‌های ضد زنگ مارتنزیتی
• فولاد‌های ضد زنگ دوپلکسی
• فولادهای رسوب سخت

فولاد‌های ضد زنگ آستنیتی (Austenitic Stainless Steel)

فولادهای آستنیتی بیش از 60 درصد بازار فولاد را در اختیار خود گرفته و دارای عناصر آلیاژی نیکل، منگنز و نیتروژن می باشند. ممکن است این فولاد قابلیت سخت بودن در برابر کار گرم را نداشته باشد، اما از سوی دیگر از طریق کار سرد امکان افزایش فشار بر روی آن و سختی بیشتر وجود دارد. کاربرد این فلزات در وسایل زینتی، مخازن ذخیره مواد غذایی، لوازم و تجهیزات غذایی و آشپزخانه، سینک ظرفشویی، بدنه و کابین آسانسورها است.

فولادهای آستنیتی در دو نوع سری 200 و سری 300 دسته بندی می شوند. استحکام تسلیم فولاد آستنیتی سری 200 از 300 حدود 50 درصد بیشتر است، اما به دلیل وجود مقدار کمی از نیکل، سبب مقاومت آن ها در برابر زنگ زدگی نمی شود. در مقابل فولاد سری 300 پر مصرف ترین فلز در بازار می باشد و حاوی مقدار قابل توجهی از کروم و نیکل است. آن ها در برابر خوردگی مقاوم هستند و ظاهری زیبا و براق دارند.

معروف ترین فولاد ضد زنگ آستنیتی نوع 304 می باشد که از عناصر کروم در حدود 18 درصد و حدود 10 درصد نیکل تشکیل شده است. یکی دیگر از فولاد های سری 300 نیز نوع 316 است که با داشتن حدود 2 درصد مولیبدن در برابر خوردگی با اسید مقاومت دارد.

فولاد‌های زنگ نزن فریتی (Ferritic Stainless Steel)

این فولاد دارای مقدار بالای کروم در حدود 10 تا 30 درصد است و عنصر نیکل در آن بسیار ناچیز وجود دارد. این فلز در برابر سختی کار گرم و سرد مقاومتی نداشته و مغناطیسی است. وجود مقدار بالای کروم در این فولادها سبب مقاومت بالای آن ها در برابر خوردگی می شود. همچنین آن ها در برابر آب شور نیز مقاوم هستند. فولادهای فریتی به 4 دسته تقسیم بندی می شوند که تفاوت در مقدار وجود عناصر در آن ها دارند و در نتیجه کاربردهای آن ها متفاوت است. آن ها نیز مانند ورق های روغنی آلیاژهای مختلفی دارند که قیمت ورق روغنی نیز در سایت آهن اینفو قابل مشاهده است.

فولاد زنگ نزن فریتی یا به انگلیسی ، دارای مقدار بالای کروم بین ۱۰ تا ۳۰ درصد می‌باشد که عنصر نیکل در آن در صورت موجود بودن، بسیار ناچیز است. این فولاد با قابلیت سخت کاری با عملیات حرارتی و کار سرد را ندارد و همچنین مغناطیسی می‌باشد.
وجود مقدار بالای کروم در این گروه از فولاد‌ها مقاومت به خوردگی بالایی به آن‌ها می‌دهد و این نوع فولاد‌ها در برابر خوردگی با آب شور مقاوم هستند.

ورق روغنی چیست ؟ کاربردو انواع آن

فولاد‌های زنگ نزن مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steels)

این نوع از فولاد ضد زنگ دارای حدود 10 تا 15 درصد کروم می باشد و مقدار نیکل در آن ناچیز است. این فولاد قابلیت مقاومت در برابر سختی کار گرم و کار سرد را دارد. همچنین مقاومت آن در برابر خوردگی متوسط است، اما از طرفی مقاومت حرارتی و مکانیکی بالایی دارد. جوشکاری فولاد مارتنزیتی دشوار است و به طور معمول به پیشگرم نیاز دارند. همچنین پس از جوشکاری باید تحت کار گرم قرار بگیرند. کاربرد این نوع فولاد در قطعات توربین‌های بخار قطعات توربین‌های گاز، تجهیزات پالایش نفت و فرآیند‌های پتروشیمی ساخت تجهیزات آشپزخانه و لوازم جراحی می باشد.

فولاد‌های رسوب سخت (PH Stainless Steels)

ترکیب شیمیایی این دسته نیز حاوی مقداری از کروم و مس می باشد و در مکان هایی که به استحکام و مقاومت در برابر خوردگی بالا احتیاج باشد، به کار می رود. این فولادها همان طور که از نام آن ها پیدا است، بیشترین سختی را در بین سایر دسته بندی های فولاد ضد زنگ دارند.

فولاد‌های دوفازی یا دوپلکس (Duplex stainless steels)

فولادهای دو فازی ترکیبی از دسته بندی اول و دوم فولاد ضد زنگ یعنی آستنیتی و فریتی می باشند. آن ها مقاومت بالایی در برابر خوردگی به خصوص کلراید و حفره ای دارند. همچنین افزودن مس به آلیاژ این فولاد سبب بهتر شدن مقاومت آن در برابر اسید سولفوریک می شود. استحکام تسلیم آن ها نیز دو برابر فولاد آستنیتی می باشد. همچنین آن ها نیز در برابر ترک خوردگی تنشی مقاوم تر می باشند.

نکات لازم برای جوشکاری فولاد زنگ نزن

در جوشکاری فولاد ضد زنگ باید به دو نکته مهم توجه کرد:

• ابتدا باید دقت بیشتری به انرژی جوش و نحوه سرد و گرم شدن قطعه داشت.
• باید برای انتخاب فیلر (پر کننده) دقت کرد تا ترکیب شیمیایی فلز جوش خواص لازم را به دست بیاورد.

آماده سازی فولاد ضد زنگ

یکی از کارهای لازم قبل از جوشکاری فلز، تمیز کردن سطح آن است. در این مرحله اگر از برس سیمی استفاده کنند، باید آن را تنها برای تمیز کردن فولاد ضد زنگ به کار ببرند؛ زیرا اگر آن را برای تمیز کردن فولاد ساده کربنی استفاده کنید، ذرات فولادی که به برس چسبیده اند، سبب خراشیدن سطح فولاد و در نتیجه زنگ زدن آن می شوند. در تمیز کردن ورق سیاه نیز این قانون وجود دارد. همچنین قیمت ورق سیاه در وب سایت آهن اینفو قابل مشاهده است.

در انتخاب فیلر نیز باید به دستورالعمل جوشکاری WPS توجه کنید و اگر به آن دسترسی ندارید از قانون سر انگشتی استفاده کنید. در این قانون شماره فیلر باید با شماره فولاد زنگ نزن برابر باشد.

ورق سیاه چیست؟ انواع، ابعاد و نحوه تولید

جوشکاری فولاد ضد زنگ آستنیتی

جوشکاری این فولاد با روش های تیگ، الکترود دستی و جوشکاری با گاز محافظ میگ امکان پذیر است. بهترین فولاد این دسته بندی برای جوشکاری فولاد ضد زنگ 304 می باشد که حاوی 18 درصد کروم و 10 درصد نیکل است. لازم به ذکر است این فولاد پس از به وجود آمدن ساختار نهایی، خطر عیب ترک گرم دارد و برای جلوگیری از آن متخصص جوش باید دستورالعمل جوشکاری WPS را به گونه ای طراحی کند که ساختار نهایی حاوی حداقل 5 درصد فریت باشد. در صورت وجود مقدار زیادی کربن، امکان ترک خوردگی بین دانه ای نیز وجود دارد.

جوشکاری فولاد فریتی

یکی از ایرادات جوشکاری فولاد ضد زنگ فریتی تک فاز بودن آن است و قابلیت سختی کار گرم را ندارد. لازم به ذکر است در صورت جوشکاری فولادهایی با ورق نازک و کمتر از 6 میلی متر، امکان ترک خوردگی در آن ها به شدت بالا می باشد. یکی از مواردی که خطر ترک خوردگی در جوشکاری این فولاد را افزایش می دهد، استفاده از فیلرهای آستنیتی در جوشکاری است.

جوشکاری فولاد مارتنزیتی

یکی از پرکاربرد ترین انواع فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی، نوع 410 می باشد که دارای کروم بین 12 تا 18 درصد می باشد. این فولاد در مقایسه با دیگر مدل ها، مقدار بالاتری از کربن دارد و در نتیجه خاصیت سختی را در خود دارد، اما از سوی دیگر خطر ایجاد ترک هیدروژنی زیاد است؛ به همین دلیل پیشنهاد می شود جوشکاری با گاز محافظ میگ و جوشکاری تیگ استفاده شود. نکات دیگر در جوشکاری این فولاد به دو صورت زیر تعریف می شوند:

• پیشگرم کردن قطعه قبل از جوشکاری تا دمای ۲۰۰ الی ۳۰۰ درجه سانتی گراد بسیار مفید و مؤثر است.
• پسگرم کردن قطعه جوشکاری شده تا دمای ۶۵۰ الی ۷۵۰ درجه سانتی گراد نیز مفید است.

جوشکاری فولاد دوفازی یا دوپلکس

جوشکاری این نوع فولاد به سختی امکان پذیر است و به دستور العمل جوشکاری WPS تخصصی نیاز دارد. نکات قابل توجه در جوشکاری فولادهای دوپلکس به صورت زیر می باشند:

استفاده از انرژی جوش کم و کنترل دمای بین پاسی در آن ها امکان پذیر است، اما جوشکاری آن‌ها بدون در نظر گرفتن کلیه پارامتر‌ها ممکن است خطرناک باشد. نرخ تمامی محصولات فولادی از جمله قیمت ورق شیروانی 6 متری و فولاد ضد زنگ نیز در سایت آهن اینفو به صورت روزانه بارگذاری می شود.

جمع بندی

در پایان می توان گفت در بین تمامی محصولات فولادی آلیاژی، فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و انواع مختلفی دارد. ویژگی منحصر به فرد این نوع فولادها مقاومت بسیار در برابر زنگ زدگی و خوردگی به سبب وجود یک سری عناصر آلیاژی به خصوص کروم در ترکیبات آن ها است.

با این حال مقادیر این عناصر و سایر عنصرها در ترکیبات هر کدام از انواع فولاد ضد زنگ متفاوت بوده که سبب تمایز در امکان پذیر بودن درصد جوشکاری آن ها شده است. به طور مثال در فولاد های ضد زنگ آستنتیتی تنها استفاده از روش های تیگ، الکترود دستی و جوشکاری با گاز محافظ، آن هم برای استیل های 304 امکان پذیر است.

جوشکاری بر روی فولاد فریتی به علت استفاده از فیلر های آستنتیتی و تک فاز بودن آن نیز وجود ندارد. همچنین فولادهای نازک قابلیت جوشکاری را ندارند. در این میان یکی از پرکاربردترین انواع فولاد مارتنزیتی، نوع 410 با کروم بین 12 تا 18 درصد است که البته باید به وسیله گاز محافظ میگ انجام شود؛ زیرا خطر ترک هیدروژنی در آن زیاد می باشد و البته قطعه باید پیش از جوشکاری گرم شده و پس از آن نیز به درستی سرد شود.

در نهایت نیز جوشکاری فولاد دوفازی با وجود رعایت نکات مشخص در این فرآیند و نکات WPS امکان پذیر می باشد. با این وجود پیشنهاد می شود این عملیات توسط افراد متخصص در این زمینه انجام گرفته و تمامی نکات پیش گرم کردن فولاد ضد زنگ قبل از جوشکاری و سپس سرد کردن قطعات در دمای مشخص صورت گیرد؛ زیرا مقادیر عناصر آلیاژی که در هر کدام از محصولات فولادی به کار می روند، با یک دیگر متفاوت می باشد و جوشکاری آن ها خطرات زیادی را در صورت رعایت نکردن استانداردها به همراه دارد.