استنلس استیل مارتنزیتی به عنوان فولادی همه‌کاره شناخته می‌شود و به دلیل ویژگی‌های خاص خود در صنایع مختلفی کاربرد دارد. استحکام و مقاومت بالا در برابر خوردگی از مهم‌ترین ویژگی‌های این فولاد ضدزنگ هستند. با استفاده از این استیل می‌توان به ساخت ابزارهای آشپزخانه، ابزارهای جراحی، تجهیزات هوافضا، تجهیزات حفاری در صنعت نفت و گاز و… پرداخت. استیل ۴۰۳، ۴۱۰، ۴۲۰ و ۴۴۰ تعدادی از گریدهای مختلف این استیل هستند که مقدار کربن متفاوتی دارند و به دنبال آن خاصیت‌های متنوعی را ارائه می‌دهند.
آشنایی با استنلس استیل مارتنزیتی
ریزساختار آلیاژ‌های استیل یکی از عوامل موثر در تعیین خاصیت‌های آن‌ها محسوب می‌شود. باتوجه به نام استیل مارتنزیتی می‌توان فهمید که دارای ریزساختار مارتنزیتی است و باعث افزایش استحکام آن می‌شود. لازم است بدانید فاکتورهای زیادی در تشکیل این ریزساختار موثر هستند. مارتنزیت که ساختار FCT دارد یکی از مقاوم‌ترین ساختارهای استیل محسوب می‌شود. بااین حال مارتنزیت نیز دارای برخی معایب مانند مقاومت کم است. گفته می‌شود مقاومت مارتنزیت نسبت به خوردگی در مقایسه با فاز آستنیت کمتر است.
از دیگر معایب آن می‌توان به قابلیت شکل‌پذیری کمتر اشاره کرد. قدرت شکل‌پذیری مارتنزیت نسبت به فازهای دیگر استیل کمتر است؛ ولی به دلیل استحکام بالا، از این ریزساختار در صنایع مختلفی استفاده می‌شود. نقطه ذوب استیل مارتنزیتی به عواملی مانند ترکیب و عناصر آلیاژی خاص آن بستگی دارد. به صورت کلی می‌توان گفت نقطه ذوب این فولاد ضدزنگ بین ۱۴۰۰ الی ۱۴۵۰ درجه سانتی‌گراد (۲۵۵۲ تا ۲۶۴۲ درجه فارنهایت) است. البته این محدوده می‌تواند باتوجه به عواملی مانند ترکیب دقیق فولاد و… تغییر کند.
تاریخچه استنلس استیل مارتنزیتی
هری برلی، محققی در آزمایشگاهی در شیفلد انگلستان بود و هنگامی که در سال ۱۹۱۲ به دنبال آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی برای لوله تفنگ می‌گشت توانست آلیاژ فولاد ضدزنگ گارتنزیتی را کشف کند. خبر کشف این فولاد ضدزنگ کاربردی و مقاوم که خاصیت‌های ویژه‌‌ای هم داشت را در روزنانه‌ای در ژانویه ۱۹۱۵ در نیویورک تایمز اعلام کردند. پس از درخواست هری برلی برای ثبت اختراع ایالات متحده، عرضه این آلیاژ با نام Stybrite آغاز شد. لازم به ذکر است که دانشمند آلمانی آدولف نارتنز برای نخستین بار ریزساختار مارتنزیت را در سال ۱۸۹۰ مشاهده کرد. این ریزساختار ویژگی‌های برجسته و خاص فولاد صدزنگ مارتنزیتی را تعیین می‌کند.
ساختار ورق استیل مارتنزیتی
باتوجه به نام استنلس استیل مارتنزیتی می‌توان به ساختار زمینه آن که مارتنزیت است، پی برد. ترکیب شیمیایی و عملیات‌های حرارتی اعمال شده روی استیل باعث ایجاد ساختار مارتنزیتی می‌شود. کربن یکی از عناصر آلیاژی است که در افزایش احتمال وجود مارتنزیت در ساختار کمک می‌کند. برای دست یافتن به ساختار مارتنزیتی استیل باید ابتدا به آن حرارت دهند تا به دمای آستنینه برسد و سپس آن را سرد کنند. برای انجام صحیح این فرایند باید به مقدار کافی کربن در ساختار وجود داشته باشد.
استنلس استیل ماتنزیتی سخت شده
قوی‌تر و سخت‌تر شدن فولاد مارتنزیتی بعد از انجام عملیات حرارتی روی آن، مزیت بزرگی به‌شمار می‌آید. گرم شدن و سپس به سرعت سرد شدن این فولاد باعث می‌شود تا اتم‌ها در بخش تحریف شده‌ای به نام چهارضلعی در مرکز گرفتار شوند که همین اتفاق منجر به سخت‌تر شدن فولاد می‌شود. سخت شدن آنیلینگ و خاموش و تلطیف کردن و… از روش‌های دیگری هستند که برای سخت‌تر و قوی‌تر کردن استیل مارتنزیتی استفاده می‌شود.
ویژگی های ورق استیل مارتنزیتی
با اطلاع از ویژگی‌های استنلس استیل مارتنزیتی می‌توان از آن در صنایع مختلف به صورت بهینه استفاده کرد. قابلیت جوشکاری ضعیف، خاصیت مغناطیسی، شکل‌پذیری توسط عملیات حرارتی، استحکام بالا و… تعدادی از ویژگی‌های برجسته این گرید استیل هستند. هرکدام از این ویژگی‌ها در صنعت برای تولید برخی از تجهیزات موثر است و به همین دلیل این استیل کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد.
قابلیت جوشکاری
بیشتر گریدهای استنلس استیل مارتنزیتی از قابلیت جوشکاری ضعیفی برخوردارند. این ویژگی به دلیل زیاد بودن کربن در این گریدها است؛ همچنین ممکن است پس از جوشکاری نیز ترک بردارند. با این حال اگر نیاز به جوشکاری استنلس استیل مارتنزیتی بود باید توسط فرایندهای پیش‌گرم و پس‌گرم آن را انجام داد. لازم به ذکر است که استیل گرید ۴۱۰ را می‌توان نسبت به دیگر گریدها به آسانی جوش داد.
خاصیت مغناطیسی
از دیگر ویژگی‌های استنلس استیل مارتنزیتی می‌توان به خاصیت مغناطیسی‌اش اشاره کرد. خاصیت مغناطیسی استیل مارتنزیت به دلیل وجود شبکه کریستالی مارتنزیت است.
شکل پذیری
قابلیت شکل‌پذیری به امکان تغییر شکل استیل بدون ایجاد ترک و… می‌گویند. میزان شکل‌پذیری فلزات باتوجه به فاکتورهای متعددی مانند استحکام، چگونگی عملیات حرارت‌دهی و… تعیین می‌شود. استنلس استیل مارتنزیتی به دلیل مستحکم و تردتر بودن، قابلیت شکل‌پذیری ضعیفی دارد. برای شکل دادن به این استیل‌ها از عملیات حرارتی آنیلینگ و سپس فرایند سختکاری کمک می‌گیرند.
استحکام
استنلس مارتنزیت در مقایسه با دیگر استیل‌ها از استحکام بالاتری برخوردار است. از این استیل در موقعیت‌هایی که به قطعات تنش زیادی اعمال می‌شود و سختی سطحی بالایی وجود دارد استفاده می‌کنند.
مقاومت در برابر خوردگی
استنلس استیل مارتنزیت در مقایسه با سایر گریدهای آستنیتی، مقاومت ضعیف‌تری در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهد. به دلیل کم بودن مقاومت این استیل، از آن در صنایعی که تحت خوردگی شدید نیستند، استفاده می‌کنند. علاوه‌بر این، از استیل مارتنزیت می‌توان در صنایعی که خوردگی کمی دارند هم استفاده کرد.
قابلیت عملیات حرارتی
از اساسی‌ترین ویژگی‌های استنلس استیل مارتنزیت می‌توان به قابلیت عملیات حرارتی اشاره کرد. با استفاده از این عملیات می‌توان کوئچ و تمپر سختکاری را نیز روی این گرید استیل اعمال کرد. برای انجام این فرایند ابتدا باید استیل را حرارت داد تا به دمای آستنیته برسد و سپس سریع آن را سرد کرد. در مرحله بعد، فرایند تمپر شروع می‌شود تا چقرمگی آن افزایش یابد. دمای این عملیات را هم باتوجه به ترکیب شیمیایی استیل مشخص می‌کنند. دمای عملیات حرارتی استیل ۴۲۰ برای آستنیته شدن بین ۸۴۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد است.
خواص فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
کروم موجود در این آلیاژها تقریبا ۱۱.۵ الی ۱۸ درصد است؛ همچنین کربن و نیکل نیز حدود ۱.۲ درصد این آلیاژها را تشکیل می‌دهند. از دیگر عناصر موجود در چنین گریدهایی می‌توان مولیبدن و منگنز را نام برد.
کاربردهای ورق استیل مارتنزیتی
استنلس استیل مارتنزیتی به دلیل استحکام و سختی سطحی بالا و قابلیت سختکاری با عملیات حرارتی در صنایعی مانند ساخت تیغه و ابزارهای مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ همچنین از استنلس مارتنزیتی می‌توان در ساخت قطعات توربین‌ها و لوازم پزشکی نیز استفاده کرد. استحکام بالای این استیل باعث شده تا بتوان از آن در صنایعی که دوام و طول عمر زیاد مدنظر است، بهره برد.
به عنوان مثال در ساخت تیغه‌ها استفاده از ماده اولیه‌ای با استحکام و مقاومت بالا بسیار مهم است. از استیل مارتنزیتی در ساخت ابزار آشپزخانه، ابزارهای صنعتی، اجزا خودرو و… استفاده می‌شود. ساختار شیمیایی و اجزا متفاوت فولاد ضدزنگ، کاربرد آن‌ها را تعیین می‌کند. تعدادی از کاربردهای این استیل به صورت دقیق به شرح زیر است:
- کارد و چنگال و ابزار آشپزخانه: ازآنجاییکه استنلس استیل مارتنزیتی سختی بسیاری دارد از آن برای ساخت چاقو، قیچی و… استفاده می‌کنند.
- ابزارهای صنعتی: از این استیل برای ساخت ابزارهای برس صنعتی مانند تیغه‌های اره، مته‌ها و چرخ‌دنده‌ها استفاده می‌شود. این استیل سختی و مقاومت بالایی در برابر سایش دارد.
- اجزای خودرو: استیل مارتنزیتی استحکام، چقرمگی و مقاومت بالایی در برابر سایش دارد که باعث شده از آن در ساخت شفت و چرخ‌دنده‌ها استفاده شود.
- وسایل پزشکی: استیل مارتنزیتی مقاومت بالایی در برابر خوردگی داشته و قابلیت استرید شدن دارد. از این استیل در ساخت ابزارهای جراحی استفاده می‌شود.
- اجزای هوافضا: آن دسته از اجزا هوافضا که باید استحکام و مقاومت بالایی داشته باشند از استنلس استیل مارتنزیتی ساخته می‌شوند.
- صنعت نفت و گاز: از این استیل برای ساخت تجهیزات حفاری، شیرها، پمپ‌ها و دیگر قطعات در معرض محیط‌های خشن در صنعت نفت و گاز بهره می‌برند.
گریدهای استنلس استیل مارتنزیتی
یکی از مهم‌ترین عوامل موثر در ساختار همه گریدهای استیل، کربن است. تعدادی از گریدهای استنلس استیل مارتنزیتی کربن زیادی دارند درحالیکه برخی از آن‌ها از کربن کمی برخوردار هستند. گریدهایی که مقدار کربن‌شان بین ۰.۰۵ الی ۰.۲۵ درصد است در دسته استیل‌های کم‌کربن قرار می‌گیرند. گریدهای پرکربن نیز کربنی حدود ۰.۶۱ الی ۱.۵ درصد دارند. هرچه کربن استیل بیشتر باشد، میزان سختی‌پذیری آن هم افزایش می‌یابد. لازم به ذکر است که با افزایش کربن از قابلیت شکل‌پذیری و جوشکاری کاسته می‌شود.
استیل ۴۰۳
استیل ۴۰۳ یکی از گریدهای استنلس استیل مارتنزیتی است که مقاومت مناسبی در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که این استیل برای استفاده در محیط‌های به شدت خورنده مناسب نیست. از کاربردهای استیل ۴۰۳ می‌توان به استفاده از آن در ساخت پره توربین، اجزای پمپ و کمپرسور، شیرهای صنعتی و شفت‌ها اشاره کرد.
استیل ۴۱۰
استیل ۴۱۰ به عنوان آلیاژ فولاد ضدزنگ مارتنزیتی چندمنظوره شناخته می‌شود. از این آلیاژ برای تولید سوپاپ‌ها، شیرها، یاتاقان‌ها، وسایل برنده آشپزخانه، تجهیزات صنعتی برنده، قطعات میکرومتر و… استفاده می‌شود. استیل ۴۱۰ را توسط عملیات حرارتی سختکاری به درجات مختلفی از سختی می‌رسانند. از دیگر کاربردهای این گرید استیل می‌توان به استفاده از آن برای ساخت پره‌های توربین، تیغه‌های پمپ، اتصالات، یاتاقان‌های توپی، پره‌ها و توری غربال زغال‌سنگ و… اشاره کرد.
استیل ۴۲۰
مقدار کربن موجود در استیل گرید ۴۲۰ حدود ۰.۱۵ الی ۰.۴۵ درصد آن را تشکیل می‌دهد. با استفاده از چرخه‌های عملیات حرارتی می‌توان به درجات سختی مختلفی از استیل ۴۲۰ رسید. همین ویژگی باعث شده تا صنعتگران به این استیل توجه خاصی داشته باشند. تعدادی از کاربردهای استیل ۴۲۰ عبارتند از: ساخت تیغه‌های جراحی، قطعات صنعتی، قطعات اسلحه، اجزای مبدل‌ها و شیرهای صنعتی.
استیل ۴۴۰
استیل ۴۴۰ به سه دسته با گریدهای A ,B و C تقسیم می‌شود که هرکدام کربن‌های متفاوتی دارند. استیل ۴۴۰ در حالت آنیل شده شکل‌پذیری ضعیف‌تری در مقایسه با استیل ۴۲۰ و ۴۱۰ دارد اما سختی‌پذیری بیشتری ارائه می‌دهد. به دلیل سختی‌پذیری بالای استیل ۴۴۰ می‌توان از آن برای ساخت کاردوچنگال، چاقو، لوازم جراحی و یاتاقان‌ها استفاده کرد.
استیل ۴۱۶
استیل ۴۱۶ از قابلیت ماشین‌کاری بالایی برخوردار است. با استفاده از عملیات حرارتی می‌توان از این گرید استیل برای ساخت قطعات صنعتی مختلفی استفاده کرد.
استیل ۴۳۱
استیل ۴۳۱ به دلیل داشتن مقدار زیادی کروم مقاومت بیشتری نسبت به سایر فولادهای ضدزنگ مارتنزیتی دارد. از دیگر ویژگی‌های این استیل که باعث کاربرد گسترده آن شده می‌توان به مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت سختی‌پذیری بالا با عملیات حرارتی اشاره کرد.
دیگر گریدهای مارتنزیتی
گریدهای ۴۱۰، ۴۲۰، ۴۴۰، ۴۱۶ و ۴۳۱ از پرکاربردترین گریدهای استیل هستند. دیگر گریدهای استنلس استیل مارتنزیتی هم باتوجه به ترکیب شیمیایی خاص یا خواص مکانیکی عرضه می‌شود. لازم به ذکر است که گریدهای ۴۱۰، ۴۲۰ و ۴۴۰ از مهم‌ترین گریدهای استنلس استیل مارتنزیتی به‌شمار می‌آیند.
قیمت استنلس استیل مارتنزیتی
قیمت استنلس استیل مارتنزیتی به عوامل مختلفی مانند ترکیب آن، در دسترس بودن مواد خام، فرایند تولید و تقاضای بازار بستگی دارد. از آنجاییکه استنلس استیل مارتنزیتی ترکیبی ساده‌تر و نیکل کم‌تری نسبت به استیل آستنیتی یا دوبلکس دارد، با قیمت پایین‌تری عرضه می‌شود. لازم به ذکر است که همچنان عواملی مانند عناصر آلیاژی خاص مانند کروم، کربن و... می‌تواند هزینه استیل مارتنزیتی را تحت تاثیر قرار دهند. استانداردهای کیفیت، الزامات صدور گواهینامه و هزینه حمل‌ونقل هم می‌تواند هزینه نهایی را افزایش یا کاهش دهد. علاوه‌بر اقتصادی بودن استیل مارتنزیتی عوامل دیگری مانند استحکام، سختی و مقاومت بالا در برابر خوردگی هم باعث شده‌اند تا کاربرد گسترده‌ای داشته باشد.
سخن پایانی
استنلس استیل مارتنزیتی به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی موردتوجه بسیاری از صنعتگران قرار گرفته است. از ویژگی‌های این استیل می‌توان به خاصیت مغناطیسی استحکام بالا و قابلیت انجام عملیات حرارتی اشاره کرد. تعدادی از ترکیبات تشکیل دهنده این استیل عبارتند از: کرم، مولیبدن، کربن و نیکل. قیمت استیل مارتنزیتی به میزان ترکیب این عناصر، فرایند تولید، هزینه حمل و نقل و.. بستگی دارد.