1. مقدمه
فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ با هم بیش از 90 % تولید جهانی فولاد, زیربنای صنایع از ساخت و ساز تا مراقبت های بهداشتی.
فولاد- آلیاژ آهن و کربن با محتوای کربن به طور معمول بین 0.05 % وت 2.0 %- آسمان خراشهای مجهز به, پل, و قاب های خودرو برای بیش از یک قرن.
در مقابل, فولاد ضد زنگ, حداقل توسط حداقل 10.5 % کروم به همراه نیکل, مولیبدن, یا عناصر دیگر, در اوایل قرن بیستم برای پاسخگویی به تقاضای خوردگی - مقتول, سطوح بهداشتی.
با گذشت زمان, هر دو خانواده از طریق فن آوری های پیشرفته متالورژی و پردازش تکامل یافته اند.
این مقاله به بررسی آنها می پردازد آرایش شیمیایی, ساختارهای ریز ساختار, رفتار مکانیکی, عملکرد خوردگی, ساختگی,
عوامل اقتصادی, برنامه, نگهدار, وت روندهای آینده, مهندسان را قادر به انتخاب مواد آگاهانه می کنند.
2. ترکیب شیمیایی & متالورژی
ترکیب فولاد کربن
فولادویژگی تعریف کننده محتوای کربن آن است, که به طور مستقیم بر خصوصیات مکانیکی آن تأثیر می گذارد. بر اساس درصد کربن به سه نوع اصلی طبقه بندی می شود:
- فولاد کم کربن: با کمتر از 0.25% کربن, انعطاف پذیری و شکل گیری خوبی را ارائه می دهد.
معمولاً در برنامه هایی که در آن خم می شود استفاده می شود, شکل دادن, و جوشکاری لازم است,
مانند تولید ورق برای اجسام خودرو و اجزای ساختاری با هدف عمومی. - استیل متوسط کربن: حاوی 0.25 - 0.6% کربن, این تعادل بین قدرت و انعطاف پذیری ایجاد می کند.
عملیات حرارتی می تواند خصوصیات مکانیکی آن را به میزان قابل توجهی افزایش دهد, مناسب کردن آن برای قطعاتی مانند محورها, چرخ دنده, و شفت در ماشین آلات. - فولاد کربن بالا: داشتن بیش از 0.6% کربن, بسیار سخت و قوی است اما کمتر انعطاف پذیر است.
اغلب برای ابزارها استفاده می شود, چشمه, و تیغه هایی که در آن مقاومت بالا و مقاومت در برابر سایش ضروری است.
علاوه بر کربن, فولاد کربن ممکن است حاوی مقادیر کمی از عناصر دیگر مانند منگنز باشد, سیلیکون, گوگرد, فسفر, که می تواند بر قدرت آن تأثیر بگذارد, سختی, و قابلیت ماشینکاری.
ترکیب فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ خاصیت مقاوم در برابر خوردگی خود را به طور عمده به وجود کروم مدیون است, که نازک است, لایه اکسید چسبنده روی سطح.
حداقل محتوای کروم در فولاد ضد زنگ به طور معمول است 10.5%.
هر چند, فولاد ضد زنگ خانواده متنوعی از آلیاژها است, بر اساس ریزساختار و عناصر آلیاژ آنها به انواع مختلفی طبقه بندی می شوند:
- فولاد ضد زنگ آستنیتی: رایج ترین نوع, از جمله نمرات مانند 304 وت 316.
حاوی نیکل است, که مقاومت در برابر خوردگی آن را تقویت می کند, انعطاف پذیری, و شکل پذیری.
فولادهای ضد زنگ آستنیتی به طور گسترده در فرآوری مواد غذایی استفاده می شود, معماری, و صنایع شیمیایی. - فولاد ضد زنگ فریتیک: با محتوای کروم پایین تر در مقایسه با انواع آستنیتی, در محیط های خفیف مقاومت به خوردگی خوبی دارد.
این ماده اغلب در برنامه هایی مانند سیستم های اگزوز خودرو و لوازم خانگی استفاده می شود. - فولاد ضد زنگ مارتنزیتی: قابل درمان با گرما, این مقاومت و سختی بالایی اما مقاومت در برابر خوردگی پایین در مقایسه با انواع آستنیتی و فری را ارائه می دهد.
برای کارد و چنگال استفاده می شود, سازهای جراحی, و دریچه ها. - فولاد ضد زنگ دوبلکس: ترکیبی از ریزساختارهای آستنیتی و فریتیک, قدرت بالایی را فراهم می کند, مقاومت در برابر خوردگی عالی, و مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس خوب.
معمولاً در صنایع نفت و گاز و شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.
سایر عناصر آلیاژ مانند مولیبدن, منگنز, و نیتروژن می تواند خواص فولاد ضد زنگ را بیشتر اصلاح کند, بهبود مقاومت آن در برابر انواع خاص خوردگی یا تقویت قدرت مکانیکی آن.
مقایسه عناصر آلیاژ
| عنصر | فولاد کربن (وزنی ٪) | فولاد ضد زنگ (وزنی ٪) | عملکرد اصلی |
| کربن (جف) | 0.05 - 2.00 | رده 0.08 (300eries)رده 0.15 (400eries) | از طریق تشکیل کاربید ، سختی و مقاومت کششی را افزایش می دهد; بیش از حد انعطاف پذیری و جوشکاری را کاهش می دهد. |
| کروم (کلوچه) | رده 1.00 | 10.5 - 30.0 | در ضد زنگ: برای مقاومت در برابر خوردگی ، فیلم Cr₂o₃ منفعل را تشکیل می دهد; در فولاد کربن (ردیابی) سخت بودن را بهبود می بخشد. |
| منگنز (منگنه) | 0.30 - 1.65 | رده 2.00 | اکسید کننده; قدرت و سخت بودن کششی را بهبود می بخشد; آغوش گوگرد را در فولاد کربن خنثی می کند. |
| سیلیکون (وت) | 0.10 - 0.60 | رده 1.00 | deoxidizer در فولاد; قدرت و سختی را افزایش می دهد; در ضد زنگ, مقاومت در برابر اکسیداسیون کمک می کند. |
| نیکل (در) | - | 8.0 - 20.0 (300eries) | ساختار آستنیتی را تثبیت می کند (FCC), سختی را تقویت می کند, انعطاف پذیری, و مقاومت در برابر خوردگی. |
| مولیبدن (مس) | - | 2.0 - 3.0 (316, دوتایی) | مقاومت در برابر خوردگی گودال و شکاف را در محیط های کلرید افزایش می دهد; در دمای بالا تقویت می شود. |
| فسفر (پ) | رده 0.04 | رده 0.045 | ناخالصی کنترل شده: قدرت و ماشینکاری در فولاد کربن را بهبود می بخشد; بیش از حد باعث شستشو می شود. |
| گوگرد (حرف) | رده 0.05 | رده 0.03 | با تشکیل سولفیدهای منگنز در فولاد کربن ، قابلیت تغییر را بهبود می بخشد; در ضد زنگ, برای جلوگیری از خوردگی کم نگه داشته شده است. |
| نیتروژن (حرف) | - | رده 0.10 (برخی از نمرات) | در نمرات دوبلکس و فوق العاده آستانه, مقاومت و مقاومت در برابر گودال را بدون نیکل افزایش می دهد. |
3. خصوصیات فیزیکی فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
خصوصیات فیزیکی اساسی فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ انتخاب آنها را برای حرارتی دیکته می کند, برق, و کاربردهای ساختاری.
در زیر مقایسه خواص کلیدی برای یک فولاد کربن خفیف معمولی آورده شده است (A36) و یک فولاد ضد زنگ آستنیتی مشترک (304):
| دارایی | فولاد کربن (A36) | فولاد ضد زنگ (304) |
| تراکم | 7.85 g/cm³ (0.284 lb/in³) | 8.00 g/cm³ (0.289 lb/in³) |
| دامنه ذوب | 1,420-1،530 درجه سانتیگراد (2,588-2،786 درجه فارنهایت) | 1,370-1،400 درجه سانتیگراد (2,498-2،552 درجه فارنهایت) |
| هدایت حرارتی | 50 w/m · k (29 btu · ft/h · ft² · ° f) | 16 w/m · k (9 btu · ft/h · ft² · ° f) |
| ضریب انبساط حرارتی | 11–13 × 10 ⁻⁶ /k (6.1-7.2 × 10 ⁻⁶ /° F) | 16–17 × 10 ⁻⁶ /k (8.9-9.4 × 10 ⁻⁶ /° F) |
| ظرفیت گرمای خاص | 460 j/kg · k (0.11 btu/lb · ° f) | 500 j/kg · k (0.12 btu/lb · ° f) |
| مقاومت الکتریکی | 0.095 μΩ · m (6.0 μΩ · سانتی متر) | 0.72 μΩ · m (45 μΩ · سانتی متر) |
| نفوذپذیری مغناطیسی | ± 200 (فرومغناطیسی) | ± 1 (اساساً غیر مغناطیسی) |
4. مقاومت در برابر خوردگی & دوام
مکانیسم های خوردگی در فولاد کربن
فولاد کربن در معرض خوردگی بسیار مستعد است, در درجه اول از طریق زنگ زدگی. هنگامی که در معرض رطوبت و اکسیژن قرار گرفتند, آهن موجود در فولاد برای تشکیل اکسید آهن واکنش نشان می دهد (زنگ زدن).
این فرآیند در حضور الکترولیت ها تسریع می شود, مانند نمک یا اسیدها. یون های کلرید, به عنوان مثال, می تواند به سطح فولاد نفوذ کند, منجر به خوردگی گودبرداری.
علاوه بر, فولاد کربن می تواند در محیط های اسیدی یا قلیایی فاسد شود, بسته به واکنشهای شیمیایی خاصی که رخ می دهد.
مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ
کروم موجود در فولاد ضد زنگ یک لایه اکسید منفعل تشکیل می دهد (cr₂o₃) روی سطح, که به عنوان مانعی در برابر اکسیژن و رطوبت عمل می کند, جلوگیری از اکسیداسیون بیشتر.
این لایه منفعل خود شفابخش است; اگر آسیب دیده باشد, کروم در فولاد با اکسیژن موجود در محیط واکنش نشان می دهد تا به سرعت لایه محافظ اصلاح شود.
هر چند, فولاد ضد زنگ کاملاً از خوردگی مصون نیست. انواع مختلف فولاد ضد زنگ می تواند تحت تأثیر اشکال خاص خوردگی باشد:
- خوردگی: مشترک در محیط هایی با کلریدها, مانند آب دریا یا نمکهای ضد آب.
یونهای کلرید می توانند لایه منفعل را مختل کنند, منجر به تشکیل چاله های کوچک روی سطح. - خوردگی: در فضاهای محدود یا شکاف هایی که غلظت مواد خورنده می تواند زیاد شود رخ می دهد, جلوگیری از تشکیل لایه اکسید محافظ.
- خوردگی بین دانه ای: هنگامی که فولاد ضد زنگ در یک محدوده دمای معینی گرم شود می تواند اتفاق بیفتد (حساسیت), باعث واکنش کروم با کربن و تشکیل کاربیدها در مرزهای دانه می شود.
این کاهش کروم در مرزها مقاومت خوردگی را در آن مناطق کاهش می دهد.
مقایسه مقاومت در برابر خوردگی
فولاد کربن به اقدامات محافظتی مانند نقاشی نیاز دارد, گالوانیزه کننده, یا پوشش برای جلوگیری از خوردگی, به خصوص در محیط های در فضای باز یا خورنده.
در مقابل, فولاد ضد زنگ مقاومت در برابر خوردگی ذاتی را ارائه می دهد, آن را به یک انتخاب ترجیحی برای برنامه هایی که در معرض رطوبت قرار دارند, مواد شیمیایی, یا جوی سخت انتظار می رود.
به عنوان مثال, در صنعت دریایی, از فولاد ضد زنگ برای اتصالات و سازه های کشتی استفاده می شود,
در حالی که اجزای فولاد کربن برای زنده ماندن از شرایط شور و مرطوب به محافظت در برابر خوردگی گسترده نیاز دارند.
دوام مقایسه ای
| محیط | فولاد کربن | فولاد ضد زنگ |
| آب شیرین | 0.05-0.2 میلی متر در سال | < 0.01 MM/سال |
| جو دریایی | 0.5-1.0 میلی متر در سال | 0.01-0.05 میلی متر در سال (316/2205) |
| 3 % راه حل NaCl | گودال موضعی (0.5 میلی متر در ماه) | اگر t > CPT; در غیر این صورت ناچیز |
| اکسیداسیون بالا (400 درجه سانتیگراد) | مقیاس بندی سریع (ضخامت مقیاس > 100 در 100 سخنرانی) | در مقیاس آهسته (10-20 میکرومتر در 100 سخنرانی) |
6. ساختگی & قابلیت تغییر
ساخت مؤثر از فولاد کربن و استیل ضدزنگ به رفتارهای متالورژی متمایز آنها و مسیر تولید انتخاب شده.
ساخت فولاد کربن
ریخته گری & جعل:
نقطه ذوب نسبتاً کم فولاد کربن (1,420-1،530 درجه سانتیگراد) و شیمی ساده آن را به خوبی مناسب می کند ماسه ماسه یا سرمایه گذاری سرمایه گذاری از قطعات بزرگ,
مانند بلوک های موتور و وسایل دنده, جایی که ذوب آهن -کربن قالب های پیچیده ای را پر می کند.
متناوب, فشار دادن از بیل های گرم (900-1،200 درجه سانتیگراد) ریزساختار را با کشیدگی دانه ها در امتداد خطوط جریان اصلاح می کند,
ارائه چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی برتر برای اجزای مهم مانند میل لنگ و اتصالات حیاط فرود.
نورد & ورق:
در نورد گرم, صفحات در 1،100-1،250 درجه سانتیگراد کاهش می یابد تا صفحات و شکل های ساختاری تشکیل شود.
متعاقب نورد سرد در دمای اتاق قدرت تا حداکثر افزایش می یابد 30 % از طریق سخت شدن کار, تولید فولادها برای پانل های خودرو و لوله های با طول بالا.
ماشینکاری:
رتبه بندی قابلیت استفاده از فولاد کربن (~ 70 % از B1112) با محتوای کربن متفاوت است.
نمرات کم کربن (رده 0.25 % جف) با سرعت بالاتر تمیز کنید (100-200 متر در دقیقه سرعت سطح) و سطوح صیقلی.
فولادهای کربن یا آلیاژ بالا برای جلوگیری از کار و سایش ابزار زودرس نیاز به نرخ خوراک کندتر و ابزار کاربید دارند.
ساخت فولاد ضد زنگ
ذوب شدن & ریخته گری:
تولید فولاد ضد زنگ در یک کوره قوس برقی, که در آن افزودنیهای دقیق کروم وجود دارد, نیکل, و مولیبدن به ترکیبات هدف می رسد.
فولاد است بازی کردن به شمش یا به طور مداوم بیلت بازیگران, خواستار کنترل دقیق ناخالصی ها (حرف, پ < 0.03 %) برای حفظ عملکرد خوردگی.
نورد & سخت سازی کار:
صفحات ضد زنگ با گرم و گرم (1,100-1،250 درجه سانتیگراد) برای نورد سرد بیشتر سیم پیچ یا بشقاب شوید.
نمرات Austenitic (304, 316) به دست آوردن 50 % قدرت از طریق کار سرد, اما به آنیل های میانی نیاز دارد (1,050 درمان محلول ° C) برای تسکین استرس و بازگرداندن انعطاف پذیری.
جوش & پیوستن:
جوش استیل ضد زنگ خواستار Tig یا Pulse -me تکنیک ها با استفاده از میله های پرکننده تطبیق (به عنوان مثال, ER308L برای 304 فلز پایه).
تمیز کردن قبل از سلولی آلودگی های سطح را از بین می برد; دمای بینش باید در زیر باقی بماند 150 ° C برای جلوگیری از بارش کاربید کروم.
پس از سلولی انفعال یا ترشی سبک لایه محافظ اکسید را بازیابی می کند, محافظت در برابر حمله بین دانه ای.
ماشینکاری:
با یک امتیاز ماشینکاری در نزدیکی 50 %, فولادهای ضد زنگ آستنیتی طولانی تولید می کنند, کار - تراشه های سرپرستی.
از تنظیمات سفت و سخت استفاده کنید, سرعت آهسته (30-60 متر/من), و پرخاشگرانه, درج کاربید لبه جلا برای به حداقل رساندن مالش و ساخت لبه -.
7. تصفیه حرارتی فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
عملیات حرارتی ریزساختار - و بنابراین خاصیت مقاومت مکانیکی و خوردگی - از فولادهای کربن و ضد زنگ را خیاطی می کند.
عملیات حرارتی فولاد کربن
بازپخت
- هدف: فولاد را نرم کنید, استرسهای داخلی را تسکین دهید, عملکرد و انعطاف پذیری را بهبود بخشید.
- فرآیند: گرما به 700-750 درجه سانتیگراد, برای 30 حداقل در هر اینچ ضخامت, پس آهسته (کوره یا در عایق دفن شده است) در 20 درجه سانتیگراد/ساعت پایین به 500 درجه سانتیگراد قبل از هوا
- نتیجه: ریزساختار فریت یکنواخت -, سختی 180 HB, کشیدگی > 25 %.
عادی سازی
- هدف: اندازه دانه را برای خواص مکانیکی یکنواخت اصلاح کنید.
- فرآیند: گرما به 820-900 درجه سانتیگراد, نگه دارید تا یکنواخت, پس هوا.
- نتیجه: دانه های فریت ریز و ریز, مقاومت کششی 450-550 MPa.
فروکش & خویشاوند
- فروکش: austenitize در 820-880 درجه سانتیگراد, سپس به سرعت در روغن یا آب خنک شوید تا مارتنزیت تشکیل شود. سختی به دست می آورد HRC 50-60 در نمرات کربن بالا.
- خویشاوند: گرم کردن دوباره به 200-650 درجه سانتیگراد (بسته به تجارت مورد نظر -) برای 1 ساعت در هر اینچ ضخامت, پس از آن.
-
- 200دمای 300 درجه سانتیگراد: سختی بالایی را حفظ می کند (~ HRC 50), کششی 800-1،000 MPa.
- 400دمای 550 درجه سانتیگراد: تعادل سختی (~ HRC 40) با سختی و انعطاف پذیری (> 15 % کشیدگی).
کربوهلینگ & نیتیدر (سخت شدن)
- هدف: سخت, لایه سطح مقاوم در برابر سایش با یک هسته سخت.
- فرآیند:
عملیات حرارتی از جنس استنلس استیل
بازپخت راه حل
- هدف: کاربیدها را حل کنید, مقاومت در برابر خوردگی را به حداکثر برسانید, پس از کار سرد یا جوشکاری ، انعطاف پذیری را بازیابی کنید.
- فرآیند: گرما به 1,050-1،100 درجه سانتیگراد, 15-30 دقیقه نگه دارید, پس آب را به سمت اب.
- نتیجه: ساختار آستنیتی تک فاز (برای 300 سال) یا تعادل فریت/آستنیت بهینه شده (برای دوبلکس), سختی 200 HB.
سخت شدن (نمرات pH)
- درجه: 17-4ph., 15‑ 5ph, 13‑ 8ph.
- فرآیند:
-
- درمان راه حل: 1,015-1،045 درجه سانتیگراد, آب را به سمت اب.
- پیری:
-
-
- 17-4ph.: 480 ° C برای 1-4 ساعت → سختی ~~ HRC 40-45, کششی 950-1،100 MPa.
- 15‑ 5ph: 540 درجه سانتیگراد برای 4 H → سختی ~~ HRC 42-48.
-
- نتیجه: قدرت بالا با انعطاف پذیری متوسط, همراه با مقاومت در برابر خوردگی خوب.
تثبیت (نمرات فریتیک)
- هدف: از حساسیت در نمرات مانند 430ti یا 446 با تشکیل کاربیدهای پایدار.
- فرآیند: گرما به 815-845 درجه سانتیگراد, نگه داشتن, سپس هوا را جمع کنید.
- نتیجه: مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای در جوش ها و مناطق تحت تأثیر گرما.
استرس تسکین
- هدف: تنش های باقیمانده پس از جوش یا تشکیل سرماخوردگی را کاهش دهید.
- فرآیند: گرما به 600-650 درجه سانتیگراد برای 1 سخنرانی, پس از آن.
- نتیجه: حداقل تغییر در سختی; ثبات بعدی بهبود یافته.
تضادهای کلیدی
| نشان | فولاد کربن | فولاد ضد زنگ |
| سختگیرانه | عالی; دامنه گسترده از طریق فرونشست & خوی | محدود; فقط نمرات pH و Martensitic سخت می شود |
| تأثیر خوردگی | فرونشست می تواند زنگ زدگی را ارتقا بخشد; نیاز به پوشش دارد | راه حل آنیل مقاومت خوردگی را بازیابی می کند |
| دمای فرآیند | 700-900 درجه سانتیگراد (آنیل/خاموش کردن) | 600-1،100 درجه سانتیگراد (راه حل, پیری) |
| سختی در نتیجه | تا HRC 60-62 (High-C, دلپذیر) | تا HRC 48-50 (نمرات pH) |
| کنترل ریزساختاری | فریت/مروارید/بینیت/مارتنزیت | از طریق گرما Austenitic/Ferritic/Duplex/فاز |
8. هزینه و در دسترس بودن
تجزیه و تحلیل هزینه فولاد کربن
فولاد کربن به دلیل ترکیب ساده و در دسترس بودن گسترده مواد اولیه نسبتاً ارزان است.
هزینه فولاد کربن عمدتاً تحت تأثیر هزینه سنگ آهن است, انرژی برای تولید, و تقاضای بازار.
فولاد کم کربن مقرون به صرفه ترین است, در حالی که فولاد کربن بالا به دلیل نیازهای اضافی پردازش ممکن است کمی گران تر باشد.
مقرون به صرفه بودن آن ، آن را به یک انتخاب محبوب برای پروژه های ساختمانی در مقیاس بزرگ تبدیل می کند, مانند قاب های ساختمانی و پل ها, جایی که مقرون به صرفه بودن بسیار مهم است.
تجزیه و تحلیل هزینه از فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ نسبت به فولاد کربن گران تر است.
رانندگان هزینه اصلی هزینه عناصر آلیاژ هستند, مخصوصاً کروم و نیکل, که می تواند پرهزینه باشد و مشمول نوسانات قیمت در بازار جهانی باشد.
علاوه بر, فرآیندهای تولید پیچیده تر و الزامات کنترل کیفیت بالاتر به هزینه بالاتر کمک می کند.
فولادهای ضد زنگ آستنیتی, که حاوی مقادیر قابل توجهی نیکل است, به طور کلی گران تر از انواع فریتیک یا مارتنزیتی هستند.
مقایسه هزینه و سود
در برنامه هایی که مقاومت در برابر خوردگی یک نگرانی اساسی نیست, فولاد کربن یک راه حل مقرون به صرفه ارائه می دهد.
هر چند, در محیط هایی که خوردگی به سرعت اجزای فولاد کربن را تخریب می کند, هزینه بلند مدت استفاده از فولاد ضد زنگ ممکن است به دلیل کاهش هزینه های نگهداری و جایگزینی کمتر باشد.
9. کاربردهای معمولی فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
هر دو فولاد وت فولاد ضد زنگ برای صنعت مدرن یکپارچه هستند, اما برنامه های آنها به دلیل اختلاف در تفاوت قابل توجهی دارند مقاومت در برابر خوردگی, عملکرد مکانیکی, وت خواص زیبایی شناسی.
کاربردهای فولاد کربن
ساخت و ساز & زیرساخت
- پرتوهای ساختاری, ستون, و فریم در ساختمانهای تجاری و پل ها
- چرند برای بتن مسلح
- خط لوله برای روغن, گاز, و آب (به طور معمول پوشش داده شده یا نقاشی شده است)
- مسیرهای ریلی و اجزای راه آهن
صنعت خودرو
- قاب های شاسی, تابلو, و سیستم های تعلیق
- چرخ دنده, محورهای, لشکر میل لنگ (مخصوصاً فولادهای کربن متوسط تا زیاد)
- انتخاب شده برای استحکامات کارآیی و سهولت در شکل گیری
ماشین آلات صنعتی
- پایه ماشین, قاب های مطبوعاتی, و اجزای سنگین
- در برنامه های کاربردی مشترک است قدرت و جوشکاری در برابر مقاومت در برابر خوردگی در اولویت قرار می گیرند
ابزار و تجهیزات
- ابزارهای دستی (گنگ, چکش) با استفاده از فولاد کربن بالا
- می میرد و مشت می زند نیاز به سختی و قدرت بالا
بخش انرژی
- برج های توربین بادی و پشتیبانی
- دکل های حفاری روغن و لوله سازه
برنامه های فولاد ضد زنگ
پردازش غذا و نوشیدنی
- مخازن, لوله کشی, حامل, و میکسرها برای شرایط بهداشتی
- نمرات مانند 304 (استفاده عمومی) وت 316 (مقاومت کلرید) تضمین کردن بهداشت, محافظت در برابر خوردگی, و تمیز کردن آسان
پزشکی و دارویی
- سازهای جراحی, دستگاه های قابل کاشت, تجهیزات بیمارستان
- 316L و 17-4PH ضد زنگ برای سازگاری زیست سازگاری و عقیم سازی
معماری و طراحی
- روکش دار, نرده, وسایل آشپزخانه, آسانسور
- ترکیب کردن جذابیت زیبایی با مقاومت در برابر خوردگی
- پایان های برس و آینه ظاهری مدرن ارائه می دهد
دریایی و دریایی
- اتصالات قایق, شفت های پروانه, سیستم عامل های خارج از ساحل
- فولاد ضد زنگ, به خصوص 316 و نمرات دوبلکس, عملکرد خوب در محیط های آب شور
صنعت شیمیایی و پتروشیمی
- رگهای فشار, مبدلهای حرارتی, دریچه, پمپ
- دسته های استیل ضد زنگ مایعات خورنده و درجه حرارت بالا
لوازم الکترونیکی و کالاهای مصرفی
- قاب های تلفن همراه, شاسی لپ تاپ, ساعت
- استفاده شده برای مقاومت در برابر خوردگی, ظاهر براق, و احساس لمسی
ترکیبی & راه حل های پوشیده
- لوله کشی: لوله های فولادی کربن با یک 3 لایه ضد زنگ میلی متر استحکام ساختاری را با مقاومت در برابر خوردگی ترکیب می کند - که به طور کلی در گیاهان شیمیایی و کارخانه های پالپ و کارخانه استفاده می شود.
- صفحات دو فلزی: بوها 5 MM پوست ضد زنگ که به بسترهای فولادی کربن پیوند خورده است ، هم جوشکاری و هم دوام سطح برای مبدل های حرارتی و عروق راکتور را فراهم می کند.
10. مزایا & محدودیت های فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
درک مزایا و محدودیت های فولاد وت فولاد ضد زنگ برای انتخاب مواد در مهندسی بسیار مهم است, ساخت و ساز, تولید, و طراحی محصول.
مزایای فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
| جنبه | فولاد کربن | فولاد ضد زنگ |
| راندمان هزینه | کم هزینه, به طور گسترده ای در دسترس است, اقتصادی برای استفاده در مقیاس بزرگ | چرخه عمر طولانی با وجود هزینه اولیه بالاتر ، هزینه نگهداری را کاهش می دهد |
| قدرت & سختی | قدرت مکانیکی بالا, قابل درمان با سختی حتی بالاتر | نسبت قدرت به وزن عالی, به خصوص در نمرات دوبلکس |
| قابلیت تغییر | به راحتی ماشینکاری شده و تشکیل شده است (مخصوصاً نمرات کم کربن) | ماشینکاری خوب (به خصوص در نمرات دستگاه های آزاد مانند 303) |
| قابلیت جوشکاری | جوشکاری خوب در نمرات کربن کم/متوسط | تکنیک های تخصصی جوش اجازه می دهد, اتصالات مقاوم در برابر خوردگی |
| تطبیق پذیری | طیف گسترده ای از برنامه ها (ساختاری, مکانیکی, ابزار) | ایده آل برای تمیز کردن, فاسد کننده, و محیط های تزئینی |
| بازیافت | کاملاً قابل بازیافت | 100% قابل بازیافت با مقدار قراضه بالا |
| هدایت حرارتی | هدایت حرارتی بالا - خوب برای برنامه های انتقال حرارت | عملکرد پایدار در دماهای بالا; مقاوم در برابر اکسیداسیون |
| قابلیت تشکیل | عالی در فرم های کم کربن | نمرات Austenitic (به عنوان مثال, 304, 316) همچنین بسیار قابل تشکیل هستند |
محدودیت های فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
| جنبه | فولاد کربن | فولاد ضد زنگ |
| مقاومت در برابر خوردگی | مقاومت ضعیف; مستعد زنگ زدگی و اکسیداسیون | مقاومت عالی; لایه اکسید کروم محافظ را تشکیل می دهد |
| نگهدار | نیاز به پوشش و بازرسی منظم دارد | حداقل تعمیر و نگهداری مورد نیاز در اکثر محیط ها |
| ارزش زیبایی | کسل کننده, لکه, و به راحتی زنگ می زند | تمیز, ظاهر جلا; پایان را حفظ می کند |
| وزن | سنگین تر در اشکال با استحکام بالا | گزینه های سبک تر با قدرت مشابه موجود است (به عنوان مثال, دوتایی) |
| حساسیت جوش | فولاد کربن بالا ممکن است در مناطق جوش شکسته یا سخت شود | برای جلوگیری از حساسیت و ترک خوردگی به ورودی گرمای کنترل شده نیاز دارد |
| پیچیدگی ساختگی | ساده, اما نمرات سخت ممکن است شکننده باشد | به ابزارهای ویژه نیاز دارد, سرعت, و مراقبت در هنگام ساخت |
| انبساط حرارتی | معتاد | انبساط حرارتی بالاتر در نمرات آستنیتی می تواند باعث ایجاد پیچ و تاب شود |
| هزینه پیشرو | هزینه های پایین تر مواد و پردازش | آلیاژ بالاتر و هزینه های پردازش به دلیل محتوای کروم/نیکل |
11. تعمیر و نگهداری و دوام فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
نگهداری و دوام ملاحظات مهم هنگام انتخاب بین فولاد کربن و فولاد ضد زنگ هستند.
این عوامل بر کل هزینه مالکیت تأثیر می گذارد, زندگی, و قابلیت اطمینان عملکرد, به خصوص در محیط های خشن یا خواستار.
نگهداری از فولاد کربن
- الزامات نگهداری بالا: فولاد کربن مستعد اکسیداسیون و زنگ زدگی در هنگام قرار گرفتن در معرض رطوبت و اکسیژن است.
بدون پوشش محافظ (به عنوان مثال, رنگ, روغن, یا گالوانیزه), به سرعت خراب می شود. - اقدامات محافظتی مورد نیاز است: بازرسی روتین, نقاشی, یا استفاده از مهار کننده های خوردگی در بیشتر محیط های فضای باز یا مرطوب ضروری است.
- درمان سطحی: گالوانیزه کننده, روکش پودری, یا آبکاری اغلب برای طولانی تر شدن عمر استفاده می شود.
نگهداری از فولاد ضد زنگ
- نظافت: به طور مرتب سطح را تمیز می کنید تا خاک را از بین ببرید, چاک, و آلاینده های احتمالی که می توانند منجر به خوردگی شوند.
در بعضی موارد, مواد شوینده خفیف یا پاک کننده های تخصصی از جنس استنلس استیل ممکن است استفاده شود.
به عنوان مثال, در یک مرکز پردازش مواد غذایی, تجهیزات استیل ضد زنگ اغلب با پاک کننده های قلیایی برای از بین بردن باقیمانده مواد غذایی و حفظ بهداشت تمیز می شوند. - محافظت از کلریدها: در محیط هایی با سطح کلرید بالا, مانند مناطق ساحلی یا امکاناتی که با استفاده از نمک های یخ زده, مراقبت های اضافی لازم است.
کلریدها می توانند به لایه منفعل فولاد ضد زنگ نفوذ کنند و باعث خوردگی گودال شوند. شستشوی منظم برای از بین بردن سپرده های کلرید می تواند به جلوگیری از این امر کمک کند. - بازرسی برای خسارت: اگرچه فولاد ضد زنگ بادوام است, هنوز هم می تواند در اثر ضربه یا برخورد نادرست آسیب دیده باشد.
بازرسی های منظم برای بررسی خراش ها, غرق شدن, یا خسارت های دیگری که می تواند یکپارچگی لایه منفعل را به خطر بیاندازد توصیه می شود.
12. روند نوظهور & نوآوری ها
- فولادهای پیشرفته پیشرفته (AHSS): نقاط قوت کششی تا 1,200 MPA برای ساختارهای ایمنی اتومبیل سبک وزن.
- فوقانی & نمرات دوبلکس: چوب > 40 در دسترس برای کاربردهای فوق العاده ساقه دریایی و شیمیایی.
- مهندسی سطحی: نانوساختارهای ناشی از لیزر و نانوذرات سرامیکی -پلیمر مقاومت سایش و خوردگی را گسترش می دهند.
13. تحلیل تطبیقی: فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ
| دسته | فولاد کربن | فولاد ضد زنگ |
| ترکیب شیمیایی | آلیاژ FE -C (0.05–2.0 % جف); جزئی, وت, پ, حرف | FE -CR (≥10.5 %), در, مس, حرف; حداقل c (< 0.08 % در Austenitics) |
| ساختار | فریت + مروارید; Bainite/Martensite در نمرات خاموش | وابسته به اوستن (300eries), وابسته به فری (400eries), دوتایی, وابسته به مارتنز |
| تراکم | ~ 7.85 g/cm³ | ~ 8.00 g/cm³ |
| استحکام کششی | 400–550 MPa (58-80 KSI) | 520-720 MPa (75-105 KSI) |
| قدرت عملکرد | ~ 250 MPA (36 ksi) | 215–275 MPa (31-40 KSI) |
| کشیدگی | 20- 25 % | 40-60 % |
| سختی | 140-180 HB; تا HRC 60+ وقتی گرما درمان شد | 150–200 HB; HRC 48-60 در نمرات Martensitics/pH |
| هدایت حرارتی | ~ 50 w/m · k | ~ 16 w/m · k |
| انبساط حرارتی | 11–13 × 10 ⁻⁶ /k | 16–17 × 10 ⁻⁶ /k |
| مقاومت در برابر خوردگی | ضعیف (به پوشش یا گالوانیزه نیاز دارد) | عالی (انفعال ذاتی; نمرات کلریدها, اسید, بالا) |
| نگهدار | عالی: پوشش/تعمیر دوره ای | کم: تمیز کردن ساده; حداقل نگهداری |
| ساختگی | جوشکاری عالی و شکل گیری عالی; ماشینکاری آسان | نیاز به جوشکاری کنترل شده دارد, ماشینکاری کندتر, کار - هنگام کار سرماخوردگی |
| عملیات حرارتی | محدوده کامل: آنیل, خاموش کردن, خوی | محدود: آنیل راه حل, بارش; بیشتر آنها غیرقابل تحمل هستند |
| هزینه (2025 شرق) | 700 دلار آمریکا / تن | 2200 دلار آمریکا / تن |
| در دسترس بودن | خیلی بلند; تولید جهانی >1.6 میلیارد سال در سال | عالی; تولید ~ 55 میلیون تن در سال, در مناطق اصلی متمرکز شده است |
| بازیافت | > 90 % محتوای قراضه در مسیرهای EAF | ~ 60 % محتوای قراضه; با ارزش بالا, مرتب سازی تخصصی |
| کاربردهای معمولی | پرتوهای ساختاری, شاسی خودرو, خط لوله, ابزار | فرآوری مواد غذایی, دستگاه های پزشکی, سخت افزار دریایی, تریم معماری |
| دمای سرویس | تا 300 درجه سانتیگراد (اکسیداسیون/مقیاس گذاری در بالا) | تا 800-900 درجه سانتیگراد (وابسته به نمرات) |
| هزینه چرخه عمر | بالاتر به دلیل پوشش و نگهداری | در برنامه های خورنده یا بهداشتی پایین تر |
14. پایان
انتخاب بین فولاد کربن در مقابل استیل ضدزنگ در متعادل کردن قدرت, مقاومت در برابر خوردگی, ساختگی, وت هزینه.
فولاد کربن برای اجزای سنگین ساختاری و تحت درمان با گرما ضروری است, در حالی که از جنس استنلس استیل در جایی که مصونیت خوردگی است ، برتری دارد, بهداشت, یا زیبایی شناسی.
با درک آنها متالورژی, خواص, تجارت اقتصادی -, وت زمینه های کاربردی, مهندسان می توانند فولاد مناسب یا یک راه حل ترکیبی را برای بهینه سازی عملکرد مشخص کنند, هزینه چرخه عمر, و پایداری.
ادامه نوآوری در هر دو خانواده تضمین می کند که فولاد ستون فقرات صنعت مدرن به خوبی در آینده باقی بماند.
متداول
کدام فولاد قوی تر است - کربن یا ضد زنگ?
بستگی به درجه و عملیات حرارتی دارد:
- فولادهای کربن بالا (به عنوان مثال, 1045, 1095) می تواند برسد سختی و قدرت بالاتر از بیشتر نمرات ضد زنگ.
- فولادهای ضد زنگ مانند 17-4PH وت وابسته به مارتنز 420 همچنین می تواند سخت شود, اما به طور کلی ارائه می دهد استحکام متوسط با مقاومت در برابر خوردگی بهتر.
از جنس استنلس استیل گرانتر از فولاد کربن است?
بله. از نظر 2025:
- فولاد ضد زنگ هزینه 2-3 برابر بیشتر در هر تن به دلیل عناصر آلیاژ مانند نیکل, کروم, وت مولیبدن.
- هر چند, نگهداری پایین, عمر طولانی تر, وت جذابیت زیبایی ممکن است هزینه اولیه را جبران کند.
آیا فولاد کربن پایدارتر یا قابل بازیافت از فولاد ضد زنگ است?
هر دو بسیار قابل بازیافت هستند:
- فولاد نرخ بازیافت جهانی در بالا 90%, معمولاً از طریق کوره های قوس الکتریکی (ایل).
- فولاد ضد زنگ همچنین دارد مقدار بازیافت بالا, اما نیاز دارد مرتب سازی پیشرفته تر به دلیل عناصر آلیاژش.
که برای کاربردهای ساختاری بهتر است?
فولاد به طور گسترده ای در آن استفاده می شود قاب های ساختاری و ساختاری به دلیل آن نسبت به هزینه بالا به هزینه.
هر چند, در محیط های خورنده یا کجا پایان زیبایی وت طول عمر لازم هستند, فولاد ضد زنگ با وجود هزینه های بالاتر ممکن است ترجیح داده شود.
آیا زنگ زدگی از جنس استنلس است?
بله - اما بندرت.
فولاد ضد زنگ می تواند زیر آن را خراب کند قرار گرفتن در معرض کلرید, شرایط کم اکسیژن, یا آسیب مکانیکی به لایه منفعل آن.
با استفاده از صحیح درجه (به عنوان مثال, 316 برای آب شور, دوبلکس برای رسانه های تهاجمی) برای مقاومت در برابر خوردگی ضروری است.
کدام فولاد برای ماشین آلات آسان تر است?
به طور کلی, فولاد کم کربن ماشین سازی آسان تر است.
فولادهای ضد زنگ آستنیتی (مانند 304) هستند سخت تر و تمایل به کار سخت کار, برش آنها را سخت تر می کند مگر اینکه استفاده شود ابزار و روان کننده مناسب.
آیا می توان از فولاد کربن در مقابل فولاد ضد زنگ استفاده کرد?
آنها می توانند از نظر ساختاری ترکیب شوند, اما خوردگی گالوانیک وقتی هر دو وارد می شوند ، خطر است تماس الکتریکی در یک محیط مرطوب. برای جلوگیری از خرابی زودرس ممکن است عایق یا پوشش لازم باشد.
