مقدمه فولاد آلیاژی
استفاده از فلزات به شکل خالص چندان مرسوم نیست چرا که بسیاری از فزات خالص مانند آهن خصوصیات لازم برای کاربردهای صنعتی را ندارند. بنابراین لازم است تا آن ها را با برخی عناصر دیگر ترکیب کرده تا بتوان به ویژگی های مطلوب دست یافت. در واقع بسیاری از فلزاتی که ما در اطراف خود میبینیم ترکیبی از یک فلز پایه با عناصر دیگر هستند. به این ترکیب آلیاژ گفته می شود.در واقع آلیاژ ماده ایست که از ترکیب چند عنصر ساخته می شود.
از جمله آلیاژهای بسیار پرکاربرد و شناخته شده در صنعت، فولاد است که حاصل ترکیب آهن با کربن با درصد مشخص است. هر چند فولاد خود نوعی آلیاژ است اما از لفظ فولاد آلیاژی نیز در صنعت استفاده می شود که به معنای آن است که علاوه بر آهن و کربن در ساختار فولاد از عناصر دیگری مانند کروم، نیکل، مس و ... نیز استفاده شده است.
از جمله کاربردهای بسیار گسترده ی فولاد استفاده از آن برای ساخت ورق است. ورق محصولی است که طول زیاد و ضخامت کم دارد و می تواند در ابعاد، ضخامت ها و از متریال های مختلفی ساخته شود.
اگر ورق از جنس فولادآلیاژی ساخته شده باشد به آن ورق آلیاژی گفته می شود. در این مقاله ما به بررسی مشخصات انواع متداول ورق های آلیاژی خواهیم پرداخت.
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
ورق آلیاژی چیست؟
همانطور که گفته شد ورق آلیاژی، ورقی ست که از فولاد آلیاژی ساخته شده است. فولاد آلیاژی از ترکیب مختلفی از عناصر ساخته می شود که بین 1 تا 50 درصد وزن فلز را تشکیل می دهند و باعث بهبود خصوصیات مکانیکی می شوند. آلیاژهای فولاد را به دو گروه کم آلیاژ و پر آلیاژ تقسیم بندی می کنند. تفاوت بین این دو نوع آلیاژ محل بحث است در حالی که برخی از محققان مرز 4 درصد را تمایز بین فولاد کم آلیاژ و پرآلیاژ مشخص کرده اند برخی دیگر به 8 درصد استناد می کنند. اما به طور کلی لفظ فولاد آلیاژی به فولادهای کم آلیاژ اشاره دارد.
در واقع هر فولادی خود نوعی آلیاژ است اما تمام فولادها با نام فولاد آلیاژی شناخته نمی شوند. سادهترین فولاد، ترکیبی از آهن (Fe) و کربن (C) است که بسته به نوع فولاد کربن بین 0.1 تا 1 درصد از وزن را تشکیل میدهد و هیچ عنصر دیگری به جز مقادیر کم از ناخالصی ها در ساختار آن وجود ندارد. این نوع از فولادها فولاد کربنی نامیده می شوند. هنگامی که برخی عناصر دیگر به صورت برنامه ریزی شده به فولاد اضافه شود ترکیب حاصل یک فولاد آلیاژی خواهد بود. عناصری که معمولا به فولاد اضافه می شوند شامل منگنز، نیکل، کروم، مولیبدیم، وانادیم، سیلیسیم و بور است. برخی عناصر دیگر مانند آلومینیوم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، روی، قلع، سرب و زیرکونیم نیز به مقدار بسیار کم ممکن است به فولاد آلیاژی اضافه گردد.
افزودن این عناصر باعث می شود تا خصوصیات فولاد آلیاژی بهبود قابل توجهی بیاید. از جمله این خصوصیات می توان به مقاومت، سختی، مقاومت به خوردگی، چقرمگی، سخت شدگی و سختی در دمای بالا اشاره کرد.
هر چند فولادهای آلیاژی از زمان های بسیار قدیم ساخته می شدند اما متالورژی آن ها تا قرن نوزدهم و پیشرفت هایی که در علم شیمی به وجود آمد درک نشده بود.
در گذشته فولادهای آلیاژی برای ساخت وسایل لوکس مورد استفاده قرار می گرفتند چرا که دستور تهیه ی آنها به نوع سری بود اما امروزه از فولاد آلیاژی برای ساخت انواع ابزار، ورق، قطعات و ... استفاده می شود.
بیشتر مطالعه کنید: استانداردهای ورق های فلزی
مزایای ورق های آلیاژی
استفاده از عناصر مختلف در ساختار فولاد آلیاژی تاثیر متفاوتی نیز بر ویژگی های آلیاژهای تولید شده دارد. از جمله این ویژگی ها می توان به افزایش سختی، کاهش دما ذوب، افزایش مقاومت کششی و ... اشاره کرد. برخی از فلزات مانند آهن به راحتی در معرض اکسیژن و رطوبت دچار زنگ زدگی و خوردگی می شوند. اگر مقدار مشخصی از فلزاتی مانند کروم و نیکل به ساختار آن اضافه شود فولاد ضد زنگ می شود و به راحتی می توان از آن در محیط های خورنده استفاده کرد. تاثیر دیگر عناصر بر ویژگی های فولاد آلیاژی را می توانید در جدول زیر مشاهده کنید.
عنصر |
درصد |
|
آلومینیم |
0.95-1.3 |
عنصر آلیاژی برای فولادهای نیتروژن دهی شده |
بیسموت |
- |
ماشینکاری را بهبود می بخشد |
برم |
0.001-0.003 |
یک عامل بسیار قدرتمند در سخت شدگی |
کروم |
0.5-2 |
افزایش سخت کاری |
4-18 |
افزایش مقاومت به خوردگی |
|
مس |
0.1-0.4 |
مقاومت به خوردگی |
سرب |
- |
بهبود ماشین کاری |
منگنز |
0.25-0.4 |
درترکیب با گوگرد و فسفر باعث کاهش شکنندگی می شود. همچنین باعث حذف اکسیژن از فولاد مذاب می گردد. |
>1 |
سخت کاری را افزایش می دهد. |
|
مولیبدیم |
0.25-5 |
کاربیدها را ثبات می بخشد. رشد دانه بندی ها را محدود می کن. سختی را زیاد می کند. به همین دلیل برای ساخت قطعات برش در ماشین ها و همچنین پره های توربین بسیار سودمند است. |
نیکل |
2-5 |
سخت کننده |
12-20 |
||
افزایش مقاومت به خوردگی |
||
سیلیسیم |
0.2-0.7 |
افزایش استحکام |
2 |
فولادهای فنری |
|
>2 |
بهبود خصوصیات مغناطیسی |
|
گوگرد |
0.05-0.15 |
افزایش قابلیت ماشین کاری |
تیتانیوم |
- |
کاهش سختی مارتنزیتی در فولادی کرومی |
تنگستن |
- |
افزایش نقطه ذوب |
وانادیوم |
0.15 |
پایدار کردن کاربیدها، افزایش استحکام، افزایش سختی در دمای بالا |
جدول شماره ۱ - تاثیر عناصر مختلف بر فولاد
تصویر شماره ۲ - فولاد ابزار
انواع ورق های آلیاژی فولاد
ورق های آلیاژی فولاد بر حسب اینکه از چه عناصری در ترکیب آنها استفاده شده است نامگذاری شده و به کار برده می شوند. در ادامه برخی از انواع ورق های آلیاژی فولاد به همراه خصوصیات و کاربرد آنها معرفی خواهند شد.
ورق آلیاژی St52
فولاد St52 نوعی فولاد آلیاژی کم کربن است که طبق استاندارد DIN EN 10027 تعریف می شود. از مشخصات این نوع فولاد می توان به انعطاف بالا، خاصیت جوش پذیری و تحمل وزن بالا اشاره کرد. همین ویژگی ها باعث شده است تا از ورق St52 به طور گسترده در صنایع مختلف و برای ساخت پل ها، تجهیزات ساختمانی و ... استفاده شود.
گرید |
حداکثر درصد عنصر |
||||||
کربن |
سیلیسیم |
منگنز |
فسفر |
گوگرد |
آلومینیوم |
نیتروژن |
|
A St 52 |
0.2 |
0.5 |
0.9-1.70 |
0.03 |
0.025 |
|
0.02 |
کروم |
مس |
مولیبدیم |
نیوبیم |
نیکل |
تیتانیوم |
وانادیوم |
|
0.3 |
0.3 |
0.08 |
0.005 |
0.5 |
0.03 |
0.1 |
جدول شماره ۲ - آنالیز شیمیایی ورق St52
گرید |
ضخامت |
تسلیم |
تنش |
ازدیاد طول |
(KV J) حداقل انرژی ضربه |
||
A St 52 |
mm |
Min Mpa |
Mpa |
Min % |
-20° |
0° |
+20° |
≤ 16 |
355 |
490-630 |
22 |
40 |
47 |
55 |
|
16> to ≤35 |
355 |
490-630 |
22 |
40 |
47 |
55 |
|
35> to ≤50 |
345 |
490-630 |
22 |
40 |
47 |
55 |
|
50> to ≤70 |
325 |
490-630 |
22 |
40 |
47 |
55 |
|
70> to ≤100 |
315 |
470-610 |
21 |
40 |
47 |
55 |
|
100> to ≤150 |
295 |
450-590 |
21 |
40 |
47 |
55 |
جدول شماره ۳ - مشخاصت مکانیکی فولاد St52
ورق آلیاژی A516
ورق آلیاژی A516 که نام ASTM A516 نیز شناخته می شود نوعی ورق PVQ (ورق باکیفیت مخازن تحت فشار) است که در 4 گرید مختلف 55، 60، 65 و 70 تولید می شود. کاربرد این ورق در ساخت مخازن تحت فشار در دمای پایین یا متوسط است. ورق A516 در دو نوع استاندارد و سنگین با ضخامت های 3 اینچ یا بالاتر ساخته می شود. صفحات با ضخامت کمتر از 1.5 اینچ معمولا به صورت رول شده عرضه می شوند. مشخصات مکانیکی و آنالیز شیمیایی گریدهای مختلف را می توانید در جداول زیر مشاهده کنید.
گرید |
نقطه تسلیم |
استحکام کششی |
درصد ازدیاد طول |
55 |
30 |
55-75 |
23 |
60 |
32 |
60-80 |
21 |
65 |
35 |
65-85 |
19 |
70 |
38 |
70-90 |
17 |
جدول شماره ۴ - مشخصات گریدهای مختلف فولاد آلیاژی A516
عنصر |
درصد |
ماکزیمم کربن برای ضخامت کمتر از 1.2 اینچ |
0.18 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 1.2 اینچ |
0.2 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 4 اینچ |
0.24 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 4 و 8 اینچ |
0.24 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بیشتر از 8 اینچ |
0.26 |
منگنز برای ضخامت کمتر از 1.2 اینچ |
0.6-0.9 |
منگنز برای ضخامت بیشتر از 1.2 اینچ |
0.6-1.2 |
ماکزیمم فسفر |
0.025 |
ماکزیمم گوگرد |
0.025 |
ماکزیمم سیلیسیم |
0.15-0.4 |
جدول شماره ۵ - آنالیز شیمیایی فولاد آلیاژی A516 گرید 55
عنصر |
درصد |
ماکزیمم کربن برای ضخامت کمتر از 1.2 اینچ |
0.21 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 1.2 اینچ |
0.23 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 4 اینچ |
0.25 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بیشتر از 4 اینچ |
0.27 |
منگنز برای ضخامت کمتر از 1.2 اینچ |
0.6-0.9 |
منگنز برای ضخامت بیشتر از 1.2 اینچ |
0.85-1.2 |
ماکزیمم فسفر |
0.025 |
ماکزیمم گوگرد |
0.025 |
ماکزیمم سیلیسیم |
0.15-0.4 |
جدول شماره ۶ - آنالیز شیمیایی فولاد آلیاژی A516 گرید 60
عنصر |
درصد |
ماکزیمم کربن برای ضخامت کمتر از 1.2 اینچ |
0.24 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 1.2 اینچ |
0.26 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 4 اینچ |
0.28 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بیشتر از 4 اینچ |
0.29 |
منگنز |
0.85-1.2 |
ماکزیمم فسفر |
0.025 |
ماکزیمم گوگرد |
0.025 |
ماکزیمم سیلیسیم |
0.15-0.4 |
جدول شماره ۷ - آنالیز شیمیایی فولاد آلیاژی A516 گرید 65
عنصر |
درصد |
ماکزیمم کربن برای ضخامت کمتر از 1.2 اینچ |
0.24 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 1.2 اینچ |
0.27 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بین 2 و 4 اینچ |
0.3 |
ماکزیمم کربن برای ضخامت بیشتر از 4 اینچ |
0.31 |
منگنز |
0.85-1.2 |
ماکزیمم فسفر |
0.025 |
ماکزیمم گوگرد |
0.025 |
ماکزیمم سیلیسیم |
0.15-0.4 |
جدول شماره ۸ - آنالیز شیمیایی فولاد آلیاژی A516 گرید 70
تصویر شماره ۳ - ورق A516 گرید ۶۰
ورق آلیاژی A283
این ورق در چهار گرید مختلف A، B، C و D تولید و به بازار عرضه می شود. هر کدام از این گریدها خواص مخصوص به خود را دارند و به طور عمده در ساخت مخازن مورد استفاده قرار می گیرند.
در دو جدول زیر می توانید درصد ترکیب عناصر مختلف به همراه خواص مکانیکی هر از گریدها را مشاهده کنید.
عنصر |
گرید A |
گرید B |
گرید C |
گرید D |
ماکزیمم کربن |
0.14 |
0.17 |
0.24 |
0.27 |
ماکزیمم منگنز |
0.9 |
0.9 |
0.9 |
0.9 |
ماکزیمم فسفر |
0.035 |
0.035 |
0.035 |
0.035 |
ماکزیمم گوگرد |
0.04 |
0.04 |
0.04 |
0.04 |
سیلیسیم برای ورق های کمتر از 1 ½ |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
سیلیسیم برای ورق با ضخامت بیشتر از 1 ½ اینچ |
0.15-0.4 |
0.15-0.4 |
0.15-0.4 |
0.15-0.4 |
حداقل مس |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
جدول شماره ۹ - آنالیز شیمیایی فولاد آلیاژی A283
ویژگی |
گرید A |
گرید B |
گرید C |
گرید D |
استحکام کششی |
310-415 MPa |
345-450 |
380-515 |
415-550 |
حداقل نقطه تسلیم |
165 |
185 |
205 |
230 |
ازدیاد طول در 8 اینچ |
27 |
25 |
22 |
20 |
ازدیاد طول در 2 اینچ |
38 |
28 |
25 |
23 |
جدول شماره ۱۰ - مشخصات فولاد آلیاژی A283
تصویر شماره ۴ - ورق فولاد آلیاژی A283 گرید C
بیشتر مطالعه کنید: میلگرد آلیاژی چیست؟
جمعبندی ورق آلیاژی
آهن به صورت خالص چندان در صنعت قابل استفاده نیست و لازم است تا عناصر دیگری به منظور بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی به آن افزوده شود. در صورت اضافه کردن کربن آلیاژی که به دست می آید فولاد ساده کربنی ست. چنانچه علاوه بر کربن عناصر دیگری نیز به فولاد اضافه شود انواع مختلفی از فولادهای الیاژی تولید می شود که هر کدام خواص و ویژگی های منحصر به خود را دارند. از مهمترین آلیاژهای فولاد که برای تولید ورق به کار برده می شود می توان به St52، A516، A283، Mo40، A36، Ck45 و 17Mn4 اشاره کرد.
بیشتر مطالعه کنید: راهنمای خرید ورق فولادی