بررسی تفاوت بین فولاد زنگ نزن آستنیتی و داپلکس

توسعه فولادهای زنگ نزن اوایل قرن بیستم در انگلیس و آلمان آغاز شد. همان طور که می­‌دانید امروزه صدها آلیاژ مختلف از فولاد زنگ نزن در بازار موجود است. این آلیاژها در گروه­‌های مختلفی طبقه بندی شده و هر کدام دارای طیف وسیع و متنوعی از خواص هستند. اولین استیل داپلکس در سال 1927 توسط Bain و Griffith اختراع شد و در سال 1932 اولین آلیاژ تجاری داپلکس در فرانسه و سوئد تولید و به بازار عرضه شد. در نمودار زیر گروه­‌های مختلف استنلس استیل آورده شده‌اند:

 

 

فولادهای آستنیتی بزرگترین گروه استنلس استیل‌­های صنعتی هستند. حدودا 70% از فولادهای زنگ نزن مورد استفاده در جهان جزء گروه آستنیتی و کمتر از 1% جزء گروه داپلکس هستند.

فولادهای آستنیتی

فولادهای زنگ نزن آستنیتی به دلیل اینکه مقاومت خوردگی و خواص مکانیکی عالی دارند، متداول‌­ترین گروه فولادهای زنگ نزن مورد استفاده در صنایع مختلف هستند. این گروه به دلیل ریزساختار آستنیتی که دارد کاملا غیر مغناطیسی بوده و جذب آهنربا نمی­‌شود. شکل­‌پذیری آلیاژهای این گروه بسیار خوب است و به راحتی با تمامی روش‌­های استاندارد جوشکاری می­‌شوند. البته به منظور جلوگیری از ترک خوردگی در ناحیه جوش بهتر است برای ساخت قطعاتی که نیاز به جوشکاری دارند از گریدهای کم کربن این گروه استفاده شود.

آلیاژهای آستنیتی به دلیل قیمت رقابتی و خوبی که در مقایسه با ویژگی­‌های منحصر بفردشان دارند در طیف گسترده‌­ای از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می­‌گیرند. از طرفی دیگر دسترسی به مقاطع مختلف این گروه از آلیاژها بسیار بالاست و صنعتگران می‌توانند به راحتی ورق استیل نگیر را از بازار استیل جهانی در گریدها، ضخامت‌­ها و ابعاد مورد نظرشان تهیه کنند.

از ورق استیل نگیر بیشتر در ساخت تجهیزات فرآوری مواد شیمیایی، غذایی و لبنی استفاده می­‌شود.

استیل داپلکس

ریزساختار فولادهای زنگ نزن داپلکس ترکیبی از فاز آستنیت و فریت است به همین دلیل به استیل داپلکس مشهور است. در واقع واژه داپلکس به ریزساختار دو فازی این آلیاژ اشاره می­‌کند. داپلکس تقریبا شامل 50% فاز فریت و 50% فاز آستنیت است و چون فاز زمینه فریت است و دانه­‌های آستنیت در آن رشد کرده‌­اند بنابراین مانند سایر گریدهای فریتی استیل داپلکس نیز مغناطیسی بوده و جذب آهنربا می­‌شود. مقاومت خوردگی بالا و خواص مکانیکی عالی آلیاژ داپلکس متاثر از ترکیب شیمیایی و ریزساختار آن است. استیل داپلکس مجموعه­‌ای از خواص فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فریتی را دارد.

 

 

محدوده دمایی کاری استیل داپلکس بین 50- تا 250+ درجه سانتیگراد است. در دماهای بالا(حدودا 300 تا 500 درجه سانتیگراد) فاز فریت به دو ساختار فازی 1. غنی از کروم و 2. غنی از آهن تجزیه می­‌شود که این استحاله فازی موجب تردی و کاهش چشمگیر استحکام کششی، شکل پذیری، چقرمگی ضربه و شکست آلیاژ داپلکس می­‌شود.

مقایسه داپلکس و استیل نگیر آستنیتی

استحکام و مقاومت به ترک خوردگی ناشی از تنش(SCC) استیل داپلکس بالاست و شکل پذیری(گرم یا سرد) و چقرمگی کمتری نسبت به استیل نگیر دارند.

 

داپلکس در مقایسه با استیل نگیر مقاومت خوبی در برابر خوردگی شکافی دارد. به دلیل افزایش استحکام و مقاومت خوردگی گروه داپلکس در مقایسه با استنلس استیل­‌های آستنیتی از آن‌­ها بیشتر در محیط­‌های تهاجمی­‌تر مانند صنعت نفت و گاز، صنایع شیمیایی و محیط‌­های دریایی استفاده می‌­شود.

نباید دمای کاری قطعات ساخته شده از استیل داپلکس بیشتر از 280 درجه سانتیگراد شود. همچنین اگر استیل آستنیتی به مدت طولانی در دمایی بالاتر از 550 درجه سانتیگراد قرار گیرد به دلیل رسوب کاربید خواص مکانیکی اش به مقدار قابل توجهی کاهش میابد.

آلیاژهای استیل داپلکس سختی پذیر بوده و مانند گروه آستنیتی با انجام کار سرد روی آن سختی بالا می­‌رود. در بیشتر موارد آلیاژهای گروه داپلکس سخت­تر از فولادهای زنگ نزن فریتی بوده و در مواردی استحکامشان می‌­تواند دو برابر فولادهای زنگ نزن آستنیتی باشد. چون استحکام ورق استیل داپلکس بیشتر از استیل­‌های آستنیتی است بنابراین می‌­توان از ضخامت‌های کمتر آن برای ساخت قطعات استفاده کرد که این امر موجب می­‌شود مقدار ماده اولیه مصرف شده برای ساخت قطعه پایین آمده و وزن آن کمتر شود.

داپلکس در ترکیب شیمیایی خود حاوی مقادیر نسبتا بالایی از کروم(بین 18 تا 28%) و مقادیر کم تا متوسطی نیکل(بین 1.5 تا 8%) هستند که با توجه به میزان نیکل در استیل نگیر بسیار کمتر است. میزان نیکل موجود در استیل داپلکس به قدری نیست که بتواند ریزساختار را آستنیتی کند. مقدار کروم و مولیبدن داپلکس نسبت به استیل آستنیتی بالاتر و میزان نیکل آن کمتر است. با توجه به اینکه نیکل عنصری گران‌قیمت است هر چه میزان آن بالاتر باشد هزینه مواد اولیه بیشتر می­‌شود. در شکل زیر تغییر ریزساختار با اضافه شدن نیکل به آلیاژهای استنلس استیل به صورت شماتیک نشان داده شده است:

 

 

مقاومت خستگی استیل داپلکس خوب است و چقرمگی و شکل­‌پذیری آن بالاتر از استیل نگیر است. در نمودار زیر رابطه بین چقرمگی ضربه و دما برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی، داپلکس و فولاد ساده کربنی نشان داده شده است:

 

 

با مقایسه قیمت­‌ها به این نتیجه می­رسیم که قیمت ورق استیل داپلکس گران‌تر از استیل‌­های رایج آستنیتی مانند استیل 304 و 316 است. اما در مقابل به دلیل پایین بودن میزان نیکل در استیل داپلکس، نوسانات قیمت نیکل تاثیر کمتری بر قیمت استیل داپلکس می­‌گذارد و موجب می­‌شود قیمت آن در مقایسه با استیل‌­های نگیر ثبات بیشتری داشته باشد.

فینیش سطح یا پرداخت نهایی سطح نیز بر قیمت ورق استیل داپلکس و آستنیتی تاثیر می‌گذارد. هر چه فرآیند پرداخت پیچیده‌­تر باشد قیمت ورق بیشتر می‌­شود. مثلا فینیش 2B پایه ساخت ورق­‌های براق و خشدار است از این رو قیمت ورق با فینیش سطح 2B کمتر از فینیش براق یا خشدار است.