دلایل انتخاب ورق استیل (ورق استنلس استیل)
صنعت پزشکی استانداردهای بهداشتی سخت¬گیرانه ای برای طراحی و ساخت قطعات و تجهیزات دارد. از آنجایی که پرونده های بسیاری درباره قصور پزشکی وجود دارند، هر شئ که به هر شکلی با بدن بیماران تماس می یابد یا در بدنشان کار گذاشته می شود باید 100% بهداشتی باشد و در تمام مدت بتواند وظیفه¬اش را به درستی انجام دهد و اثر سوئی بر بدن نگذارد.
فولاد زنگ نزن به علت قابلیت کاری بالا و دشواری تشکیل میکرو ارگانیسم ها روی سطح آن، بهترین گزینه برای بسیاری از کاربردهای پزشکی به حساب می آید. به همین دلیل از این فولادها به وفور در ساخت دستگاه های پزشکی استفاده می شود. ورق استیل 304 رایج ترین گرید در ساخت لوازم و تجهیزات پزشکی است.
مشخصات ورق استیل 304 برای کاربرد در ساخت لوازم پزشکی
استنلس استیل 304 کم کربن است و مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. با محصولات ضد عفونی-کننده و استریلیزه¬کننده، بافت بدن انسان واکنش شیمیایی نمی دهد و در اثر استفاده مکرر در بدن دچار فرسایش و سایش نمی شود. ورق استیل 304 به دلیل دارا بودن این ویژگی¬ها برای استفاده در بیمارستان¬¬ها، جراحی و پیراپزشکی گزینه ایده¬آلی محسوب می¬شود.
همچنین گرید 304 مستحکم، با دوام بوده و شکل پذیری و کارآیی بسیار بالایی دارد. بنابراین ویژگی ها از آن در ساخت سینک، سینی، ظروف، ظروف توخالی و سایر ظروف پزشکی استفاده می شود. ورق استیل 304 را می¬توان به دلیل استحکام تسلیم پایین و پتانسیل بالا برای کشیده شدن، بدون انجام عملیات آنیل، تحت فرایندهای شکل دهی به اشکال پیچیده تبدیل می شود.
مصارف ورق استیل 304 در صنعت پزشکی
برخی از کاربردهای ورق استیل 304 در ساخت لوازم پزشکی: ایمپلنت های ارتوپدی، تیوب های مورد استفاده در پزشکی، فیکسچر استخوان، دریچه مصنوعی قلب، ظروف مواد شیمیایی و سایر مواد خطرناک، ابزار، سیم¬، کورت (ابزاری قاشق مانند برای جهت تراشیدن بافت ها و بافت برداری)¬، پروتز، پیچ¬ و مهره، سرنگ¬، سوزن¬، کاتتر و پروب سنسورها. در کاربردهای اداری مراکز درمانی نیز از این گرید در ساخت سینک، میز، ظروف، چاقو¬ و سینی¬ استفاده می شود.
مقدمه
ورق استیل 410 در گروه فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی قرار داشته و همچون دیگر استنلس استیل های مارتنزیتی دارای خاصیت مغناطیسی است (استنلس استیل 410 در هر دو حالت آنیل شده و سخت شده مغناطیسی می باشد). این گرید دارای مقاومت به خوردگی مطلوبی به همراه استحکام و سختی بالاست. ورق استیل 410 عملیات حرارتی پذیر بوده و طی این فرایند خواص مکانیکی آن افزایش می یابد. این آلیاژ دارای 5/11 تا 5/13 درصد کروم می باشد. این عنصر اصلی ترین عنصر آلیاژی در ترکیب شیمیایی ورق استیل 410 بوده و میزان آن در مقایسه با فولاهای زنگ نزن آستنیتی به مراتب کمتر است (حداقل میزان کروم در ترکیب استنلس استیل های آستنیتی سری 300، 16 الی 18 است ). مقدار نیکل نیز در این آلیاژ به یک درصد نمی رسد (حداقل میزان نیکل در ترکیب شیمیایی استنلس استیل های آستنیتی سری 300، 8 درصد است). به همین دلیل به طور کلی ورق استیل 410 دارای مقاومت به خوردگی کمتری نسبت استنلس استیل های آستنیتی سری 300 و استیل فریتی 430 (حاوی 16 تا 18 درصد کروم) می باشد. معمولا از این فولاد در شرایطی که نیاز به مقاومت به خوردگی متوسط و استحکام و سختی بالاست استفاده می شود.
گرید S 410 نسخه کم کربن و اصلاح شده ورق استیل 410 می باشد. همچنین ورق استیل S 410 (non-hardenable) برخلاف استیل 410 (hardenable) بواسطه عملیات حرارتی سختی اش افزایش نمی یابد. در واقع ورق استیل S 410 عملیات حرارتی پذیر نیست. این گرید جوش پذیری بهتر و خواص مکانیکی کمتری نسبت به استیل 410 دارد. ورق استیل S 410 علاوه بر کربن کمتر، مقداری تیتانیم (حداکثر 2/0 درصد) نیز در ترکیب خود دارد. افزودن تیتانیم منجر به کاهش تشکیل فاز آستنیت در دماهای بالا می شود. ورق استیل S 410 در حالت آنیل دارای ساختار کاملا فریتی است. همانطورکه گفته شد این گرید توسط عملیات حرارتی سخت نمی شود. این ویژگی از ترک ها حین جوشکاری و زمانی که در معرض دمای بالا قرار می گیرد جلوگیری می کند. معمولا زمانی که از دمای بحرانی (critical temperature) سریع سرد می شود نیز داکتیل و نرم باقی می ماند. رفتار مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون این گرید مشابه با ورق استیل 410 می باشد. با این حال برای کاربردهایی که زیبایی ظاهری مهم است استفاده نمی شود زیرا مستعد خوردگی حفره ای به صورت موضعی می باشد.
ترکیب شیمیایی ورق استیل 410
جدول 1: آنالیز ترکیب شیمیایی ورق استیل 410
|
عنصر آلیاژی (%) |
استیل S 410 |
استیل 410 |
|
|
کربن (C) |
کمترین مقدار (min) |
- |
08/0 |
|
بیشترین مقدار (max) |
08/0 |
15/0 |
|
|
منگنز (Mn) |
کمترین مقدار (min) |
- |
- |
|
بیشترین مقدار (max) |
1 |
1 |
|
|
سیلسیم (Si) |
کمترین مقدار (min) |
- |
- |
|
بیشترین مقدار (max) |
1 |
1 |
|
|
فسفر (P) |
کمترین مقدار (min) |
- |
- |
|
بیشترین مقدار (max) |
04/0 |
04/0 |
|
|
گوگرد (S) |
کمترین مقدار (min) |
- |
- |
|
بیشترین مقدار (max) |
03/0 |
03/0 |
|
|
کروم (Cr) |
کمترین مقدار (min) |
5/11 |
5/11 |
|
بیشترین مقدار (max) |
5/13 |
5/13 |
|
|
نیکل (Ni) – بیشترین مقدار (max) |
6/0 |
75/0 |
|
|
تیتانیم (Ti) – بیشترین مقدار (max) |
2/0 |
- |
|
|
آهن (Fe) |
عنصر پایه |
عنصر پایه |
|
خواص مکانیکی ورق استیل 410
جدول 2: خواص مکانیکی ورق استیل 410 در دمای اتاق
|
رده آلیاژی |
استحکام کششی نهایی (MPa) |
استحکام تسلیم (MPa) |
الانگیشن (%) |
سختی |
|
UTS (MPa)-min |
YS (%2 proof stress) (Mpa) |
E ( % in 50 mm)-min |
راکول (HR B) |
|
|
410 |
515 |
310 |
25 |
80 |
|
S 410 |
461 |
238 |
27 |
72 |
خواص فیزیکی ورق استیل 410
جدول 2: خواص فیزیکی ورق استیل 410
|
خواص فیزیکی استیل 410 |
||
|
چگالی (g/cm3) |
8/7 |
|
|
دمای ذوب (C֯) |
1530 - 1480 |
|
|
مدول الاسیسیته (GPa) |
200 |
|
|
مقاومت الکتریکی (m.Ωn) |
570 |
|
|
رسانایی حرارتی (m.k / W) |
C ֯ 100 |
9/24 |
|
C ֯ 500 |
7/28 |
|
|
ضریب انبساط حرارتی (C ֯ / m / mµ) |
C ֯ 100 - 0 |
9/9 |
|
C ֯ 315 - 0 |
11 |
|
|
C ֯ 538 - 0 |
5/11 |
|
مقاومت به خوردگی ورق استیل 410
مقاومت به خوردگی ورق استیل 410 می تواند بواسطه فرایندهایی نظیر عملیات حرارتی (عملیات سخت کردن – Hardening و تمپر ) و پولیش (هر چه سطح فولاد صاف تر باشد مقاومت به خوردگی افزایش می یابد) بهبود یابد. معمولا این فولاد پس از عملیات حرارتی مقاومت خوبی در برابر هوای خشک، بخار، گازهای داغ، آب شیرین، اسیدهای غذایی، مواد شیمیایی ملایم و قلیایی از خود نشان می دهد. همچنین ورق استیل 410 در برابر نیتریک اسید، سولفوریک اسید غلیظ، استیک اسید رقیق و نفتا مقاومت به خوردگی رضایت بخشی ارائه می دهد. این فولاد معمولا در شرایط آنیل شده، مقاومت به خوردگی ضعیفی دارد و استفاده از آن توصیه نمی شود.
مقاومت به اکسیداسیون ورق استیل 410
ورق استیل 410 در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ֯ 700 و در سرویس دهی های متناوب تا دمای C ֯ 815 مقاومت به اکسیداسیون خوبی از خود نشان می دهد. اگرچه خواص مکانیکی این فولاد در محدوده دمایی C ֯ 580 – 400 افت می کند.
عملیات حرارتی استیل 410
سیکل عملیات حراتی استنلس استیل 410 شامل مراحل ذیل می باشد:
عملیات آنیل (Annealing): حرارتی دهی یکنواخت تا C ֯ 900 – 816، سپس سرد کردن در کوره تا دمای C ֯ 593 و در نهایت سرمایش در هوا.
آنیل فرایندی (Process Annealing): حرارت دهی تا C ֯ 788 – 732 و سرمایش در هوا.
عملیات سخت کاری (Hardening): حرارت دهی در محدوده دمایی C ֯ 1010 – 927 و سرمایش در هوا یا روغن. لازم است که پس از این مرحله عملیات تنش زدایی یا تمپز انجام شود.
عملیات تنش زدایی (Stress Relieving): حرارت دهی در بازه دمایی C ֯ 427 – 149 به مدت 1 الی 2 ساعت و سرمایش در هوا.
عملیات تمپر (Tempering): حرارت دهی در محدوده دمایی C ֯ 760 – 593 به مدت 1 الی 4 ساعت و سرمایش در هوا.
همانطورکه در قسمت مقدمه اشاره شد ورق استیل S 410 عملیات برخلاف گرید 410 عملیات حرارتی پذیر نیست. این فولاد معمولا پس از کار سرد جهت از بین کرنش های ناشی از این فرایند تحت عملیات آنیل قرار می گیرد. سیکل عملیات آنیل ورق استیل S 410 شامل حرارت دهی در محدوده دمایی C ֯ 899 – 871 و سرمایش در هواست.
شکل پذیری ورق استیل 410
ورق استیل 410 کارپذیری معقولی در حالت سرد از خود نشان می دهد. معمولا در شرایط آنیل شده می تواند تا حدودی تحت فرایندهایی نظیر کشش قرار گیرد.
جوش پذیری ورق استیل 410
جوشکاری فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی به خاطر قابلیت سختی پذیری این فولادها با محدودیت هایی روبروست. در جوشکاری ورق استیل مارتنزیتی با ضخامت کم که میزان کروم آن ها کم است نیازی به عملیات پیش گرمایش تا دمای C ֯ 260 لازم نیست. اما پس از جوشکاری جهت دستیابی به خواص مطلوب عملیات حرارتی در نظر گرفته می شود. البته ورق استیل 410 در بین استنلس استیل های مارتنزیتی بهترین جوش پذیری را دارد. عمده ترین تفاوت این گرید با دیگر فولادهای مارتنزیتی مربوط به میزان کربن است. پایین تر بودن میزان کربن در ترکیب ورق استیل 410 نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری را خذف می کند. بین گریدهای 410 و S 410 نیز ورق استیل S 410 به دلیل اینکه کربن کمتری دارد جوش پذیری بهتری دارد.
کاربردهای ورق استیل 410
عمده ترین کاربردهای ورق استیل 410 شامل بکارگیری در ساخت پره های توربین گازی و بخاز، ظروف آشپزخانه، برج های تقطیر پتروشیمی و تجهیزات پزشکی می باشد.
تهیه ورق استیل 410
امروزه بسیاری از واحدهای صنعتی جهت پیشبرد اهداف خود نیازمند فولادهای زنگ نزن هستند. بدین جهت شرکت فلزپایا با واردات انواع ورق های استنلس استیل همچون ورق استیل 410 و راه اندازی وب سایت فروشگاهی در این زمینه دسترسی فعالان صنعتی به این فولادها را میسر کرده است.
استعلام قیمت ورق استیل
به دلیل ویژگی هایی نظیر مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون استنلس استیل ها یه عنوان یکی از محبوب ترین آلیاژها به شمار می روند. این فولادها از نظر ساختار فازی به گروه های آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوپلکس و رسوب سختی تقسیم می شوند. فولادهای آستنیتی به دو گروه سری 200 و 300 تقسیم می شوند که کاربردهای سری 300 به مراتب بیشتر است. استنلس استیل های سری 200 و 300 بنابر دارا بودن ساختار آستنیتی دارای خواص غیر مغناطیسی هستند. در بین سری 300 از استنلس استیل های آستنیتی ورق استیل 304 بیشترین کاربرد را دارد. پس از این گرید ورق استیل 316 بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و فریتی که تحت عنوان سری 400 نیز شناخته می شوند دارای خواص مغناطیسی هستند. این فولادها در مقایسه با استنلس استیل های آستنیتی کمر مورد استفاده قرار می گیرند. معروفترین و شناخته شده ترین رده آلیاژی در بین سری 400 از استنلس استیل ها ورق استیل 430 (ورق استیل بگیر) می باشد.
استنلس استیل های دوپلکس حاوی مقادیر برابری از فازهای فریت و آستنیت هستند که با دارابودن نیکل کمتر در مقایسه با فولادهای آستنیتی اما خواصی همچون این فولادها را از خود نشان می دهند.
کاربردهای ورق استیل
در صورت نیاز به نگهداری کم و مقاومت در مقابل خوردگی، انتخاب ورق های فولادی ضد زنگ گزینه‌ای طبیعی بوده و در طیف گسترده‌ای از کاربردها از معماری جهت بکارگیری در نمای ساختمان تا صنایع غذایی، نفت و گاز، تولید برق، تولید لوازم خانگی و.... را شامل می شود. در ادامه به نمونه ای از این کاربردها شاره می شود.
کاربرد صنعتی ورق استیل
انواع ورق استیل معمولا به صورت کویل و ورق های فابریک تولید می شود که شاخه های مختلفی از صنعت همواره از ورق استیل استفاده می کنند. مثال هایی از صنایع مصرف کننده ورق های فولادی زنگ نزن در ذیل آمده است:
مخازن سوخت و مواد شیمیایی
کارخانه‌های شیمیایی و پترو شیمی
صنایع دارو سازی و غذا در صورت نیاز به محیط‌های پاکیزه
ساخت لوازم پزشکی
ساخت لوازم خانگی همچون تجهیزات آشپزخانه
صنایع حرارتی همچون کوره سازی
صنایع برودتی
بکارگیری در صنعت هوایی
ساخت و ساز، معماری نوین
ساخت قطعات و اجزای کابین آسانسور (از ورق استیل طرح دار و دانه گندمی استفاده می شود)
سالهای متمادی است که از فولاد در ساخت و ساز، کاربردهای مهندسی، تزیینات مناظر طبیعی، فضای درونی سازه ها، سازه های دریایی و هنر (مجسمه سازی) استفاده می شود. فولاد از رایج ترین مواد ساخت و ساز است که در تمام دنیای صنعت از آن استفاده می شود. این ماده محکم، بادوام، چند منظوره (قابلیت کاربرد فراوان) و قابل بازیافت است. فولاد زنگ نزن (استنلس استیل) علاوه بر موارد یاد شده، مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارد و عملا به نگهداری نیاز ندارد. فولاد زنگ نزن شکل پذیری بالایی دارد و می توان آن را به شکل های مختلفی همچون ورق، لوله، میلگرد و پروفیل درآورد. در این بین ورق استیل (ورق استنلس استیل) بخش عمده ای از تولیدات انواع مقاطع مختلف فولاد زنگ نزن را به خود اختصاص داده است.
فولاد علاوه بر این که یکی از بهترین گزینه ها برای بسیاری از پروژه های ساخت و ساز است، با محیط زیست نیز سازگار است. در این بخش به برخی از مزایای کار با فولاد، به ویژه فولاد زنگ نزن که به محیطزیست نیز کمک می کند، نگاهی میاندازیم.
سرعت ساخت
یکی از عمده ترین ویژگی های بکارگیری ورق استیل در ساخت و ساز کوتاه بودن زمان ساخت و نصب فریم های ساخته شده از این فولادها می باشد. اکثر محصولات فولادی از قبل در کارخانه آماده شده و برش خورده اند. سپس این محصولات از پیشآماده شده پس از تحویل به راحتی با جوش یا بستهای مکانیکی به یکدیگر متصل می شوند. به همین دلیل به نیروی انسانی کمتری نیاز است و کربن کمتری هم در کارگاه تولید می شود زیرا تقریبا هیچ دور ریز و ضایعاتی وجود ندارد. در نتیجه زمان ساخت و مصرف انرژی کاهش می یابند.
تهویه طبیعی و روشنایی روز
عمر طولانی ورق استیل به ما این امکان را می دهد تا از پنجره های بزرگ و سیستم های کرتین وال شیشه ای استفاده کنیم. در برخی سیستم های کرتین وال میزان روشنایی طبیعی ورودی تقریبا نامحدود است. تاثیر مستقیم روشنایی طبیعی بر خلاقیت و وضع روحی انسان ها ثابت شده است. همچنین میدانیم که انسان ها زمانی که در معرض نور خورشید هستند بهتر کار کرده و افسردگی کمتری را تجربه می کنند.
با استفاده از پنجرههای بازشو با قابهای باریک از جنس استنلس استیل میتوان از تهویه طبیعی استفاده کرد. هوای تازه به سلامت و تنفس بهتر انسان کمک کرده و نیاز به تهویه مکانیکی را کاهش می دهد.
تاثیر بکارگیری ورق استیل بر بازده انرژی
سیستم های دیواره های خارجی ساخته شده از جنس ورق استیل گزینه عالی برای افزودن عایق بین بخش های مختلف سازه به حساب می آیند. فریم های فولادی نیز برای استفاده در نماهای خارجی ضد باران (rain screen) گزینه عالی هستند. این نماهای خارجی را همچنین می توان با استفاده از استنلس استیل نیز ساخت. با این کار به علت عایق سازی بهتر و توانایی نمای خارجی در حذف سریع رطوبت، درون ساختمان در فصل های سرد سال گرم، در فصل های گرم سال سرد و در آب و هوای شرجی عاری از رطوبت است. این ویژگی باعث کاهش هزینه سرمایش و گرمایش می شود و در نتیجه مصرف انرژی کمتری را در پی دارد و از فشار موجود بر ذخایر سوختی نفت، گاز و زغال سنگ میکاهد. این ویژگی مصرف برق را نیز کاهش می دهد.
دوام بالا
ورق استیل و دیگر مقاطع تولیدی از فولاد زنگ نزن با طول عمر خارق العاده ای که دارد برای ساخت سازه ها و پوشش های محافظ مانند نمای خارجی و داخلی، سقف ها و سطح خارجی سازه های دریایی در مقایسه با چوب دوام بیشتری دارد. سازه های فولادی برای استفاده در پروژههایی که باید در مقابل عوامل طبیعی مانند بادهای شدید، رطوبت و نمک دریا مقاوم باشند، مناسب هستند. ورق استیل 316 و 304 نمونه از رده آلیاژی در بین استنلس استیل ها که در ساخت سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند.
ورق استیل به علت خاصیت ضدخوردگی بسیار با دوام است، زنگ نمی زند و در تماس با آلایندهها آسیب نمی بیند. همچنین باید خاطر نشان کرد که استنلس استیل در مقایسه با سایر فلزاتی که در ساخت و ساز به کار می روند، در برابر آتش مقاوم تر است.
استفاده مجدد از ورق استیل
ورق استیل و به طور کلی انواع مقاطع تولید شده از استنلس استیل ها را می توان مجددا استفاده کرد یا بازیافت نمود. این ویژگیها تاثیر مثبتی بر محیط زیست دارند. استفاده یا تولید مجدد فولاد زنگ نزن به معنی استفاده کمتر از منابع طبیعی مانند جنگل ها است. جنگلها برای تصفیه هوا ضروری هستند و هوای پاک تری برای تنفس تولید می کنند.
به گزارش انجمن جهانی فولاد، فولاد قابل بازیافت ترین ماده در جهان است. سیستمها و پروفیلهای فولاد زنگ نزن ساختمان ها را می توان جمع آوری و بازیافت و به دفعات از آنها استفاده کرد. این کار باعث کاهش هزینه انرژی مصرفی و کاهش انتشار گازهای حاصل از تولید محصولات جدید می شود. همچنین ذخایر سنگ آهن محدود هستند و به عملیاتهای استخراج گران قیمتی نیاز دارند که بسیاری از مناظر طبیعی را نیز از بین می برند. فولاد بازیافتی به انرژی کمتری برای پالایش، تصفیه و ساخت قطعات نیاز دارد. بازیافت فولاد تاثیری بر استحکام آن ندارد. به علاوه، با بازیافت فولاد از دور ریخته شدن حجم زیادی فلز به زباله دانی ها نیز جلوگیری می شود.
گاز های گلخانه ای نامی آشنا برای اغلب ماست که شامل دی اکسید کربن، متان، بخار آب و ازت هستند. دی اکسید کربن تنها یکی از گاز های گلخانه ای است که انسان تولید می کند و در مقایسه با دیگر گازهای گلخانه ای برای ما نام آشناتر است. در حال حاضر صنعت فولاد یکی از بزرگترین منتشرکنندگان گاز دی اکسید کربن است اما فرایند تولید استنلس استیل ها در مقایسه با دیگر صنایع فولادی گاز دی اکسید کربن قابل توجهی منتشر نمی کند.