حضور نیکل در ورق استیل چه مزایایی را به دنبال دارد ؟

حضور نیکل در ورق استیل چه مزایایی را به دنبال دارد ؟

• بازدید:1546
• کامنت:0
• شنبه, 13 شهریور 1400

بیش از دو سوم نیکل تولیدی جهان برای تولید استنلس استیل (فولاد زنگ نزن) استفاده می شود. نیکل به عنوان عنصری آلیاژی، موجب ارتقا و تقویت خواص مهمی در ورق استیل همچون شکل پذیری، جوش پذیری و چکش خواری می گردد. در حالیکه مقاومت خوردگی در محیط های کاربردی معین نیز افزایش می یابد.
ورق استیل بیش از یکصد سال است که مورد استفاده قرار گرفته است. این فلز از طیف وسیعی از آلیاژهای پایه آهن تشکیل یافته است، لیکن برخلاف فولادهای رایج، در رابطه با پدیده خوردگی مقاوم اند و در معرض آب، دچار زنگ زدگی نمی شوند. عنصری آلیاژی که فولاد را استنلس می سازد، کروم است. در عین حال که افزودن نیکل به آن موجب می شود ورق استیل آلیاژی همه کاره گردد.
ورق استیل حاوی نیکل، علاوه بر خاصیت مقاومت خوردگی ذاتی شان، فرم دهی و جوشکاری آنها نیز آسان است. در دماهای خیلی پایین داکتیل یا چکش خوار باقی می مانند، در عین حال برای کاربردهای در دمای بالا نیز مورد استفاده قرار می گیرد. مضافاً اینکه برخلاف فولادهای رایج و استیل های فاقد نیکل، این آلیاژها غیر مغناطیسی اند. این مطلب بدین مفهوم است که طیف بسیار وسیعی از محصولات می تواند از آن ها ساخته شود. کاربردهای وسیعی در صنایع شیمیایی، در بخش سلامت و درمان و مصارف داخلی دارد. در واقع عنصر نیکل آنقدر حائز اهمیت است که گریدهای نیکل دار، ۷۵ درصد تولیدات ورق استیل را تشکیل می‌دهند. معروفترین آنها ورق استیل ۳۰۴ است که حاوی ۸ درصد نیکل است و نوع ۳۱۶ که ۱۱ درصد نیکل دارد. عنصر نیکل، با تغییر و تبدیل ساختار کریستالی فولاد به یک ساختار کریستالی آستنیتی در تقریباً تمام دماها این خواص را تأمین می‌کند. استیل یا فولاد معمولی، ساختاری فریتی در دمای اتاق دارد. این افزودن نیکل کافی است -معمولاً ۸ تا ۱۰ درصد- تا باعث ایجاد این خواص ممتاز و منحصر به فرد در آلیاژ گردد.
 

ساختار آستنیتی

ساختار فریتی

خواص ورق استیل حاوی نیکل

شکل پذیری

ساختار آستنیتی موجب می‌شود در ورق استیل، داکتیلیتی و شکل پذیری مطلوبی به وجود آید. علی الخصوص در نوع معمول آن یعنی ورق استیل ۳۰۴ با محتوای ۱۸ درصد کروم و 8 درصد نیکل. ویژگی های شکل دهی کششی خوبی وجود دارد. با میزان نیکل کمی بیشتر، ثبات و پایداری آستنیت افزایش بیشتری می یابد و میل به کار سختی تنزل یافته و ثبات و پایداری در حین عملیات کشش عمیق افزایش پیدا می‌کند. برخلاف آلیاژهای کم نیکل و منگنز بالا، این آلیاژها تمایلی به تأخیر در ترک خوردن سرد ندارند. قابلیت شکل پذیری آنها منجر می‌شود به آلیاژهای آستنیتی سری‌های ۳۰۰، که کاربردهای وسیعی دارند برای مواردی چون سینک های آشپزخانه، دیگ و قابلمه های پخت و پز.

جوش پذیری

بسیاری از قطعات دستگاه ها و تجهیزات ورق استیل به وسیله جوشکاری ساخته می شوند. به طور کلی آلیاژهای آستنیتی نیکل دار از نظر جوشکاری بهتر از سایر آلیاژها هستند و در میان آنها ورق استیل ۳۰۴ و ۳۱۶ از نظر ساخت قطعات، پرمصرف ترین انواع ورق استیل در جهان محسوب می شوند. آلیاژهای مزبور بر خلاف آلیاژهای فریتی، تمایلی به شکنندگی ناشی از رشد دانه ای در دمای بالا، ندارند و جوش ها از نظر خمش و ضربه عالی اند. این دو آلیاژ هم در مقاطع ضخیم و هم در مقاطع نازک به راحتی قابل جوشکاری اند.

چقرمگی

چقرمگی یا قابلیت جذب انرژی توسط یک ماده بدون این که دچار شکست شود، در بسیاری از کاربردهای مهندسی امری اساسی و بنیادین است. اکثر ورق های استیل در دمای اتاق، چقرمگی مطلوبی دارند. حال آنکه هر چه دمای پایین‌تر رود، ساختار فریتی آلیاژ به تدریج شکننده تر می شود. به همین علت ورق استیل های فریتی جهت استفاده در دماهای برودتی مناسب نمی باشند. متقابلاً ورق استیل های آستنیتی رایج، چقرمگی خوب خود را حتی در دماهای هلیوم مایع یعنی منفی ۲۷۰ درجه سانتیگراد از دست نمی دهند و پایدار می مانند. به همین دلیل است که گریدهایی نظیر ۳۰۴ به طور گسترده در موارد و کاربردهای برودتی مورد استفاده واقع می شوند.

خواص و ویژگی ها در دمای بالا

افزودن نیکل به آلیاژهای استیل آستنیتی موجب می شود استحکام آنها در دماهای زیاد نسبت به آلیاژ های دیگر به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر گردد، خصوصاً اینکه قدرت مقاومت در برابر پدیده گرایش به حرکت آرام یا تغییر شکل دائمی تحت تنش های مکانیکی در آن ایجاد می نماید، که نام این پدیده خزش می باشد. همچنین این آلیاژها هنگامی که در معرض دماهای بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتیگراد قرار می گیرند، تمایلشان به آسیب دیدگی ناشی از تردی و شکنندگی خیلی کمتر می‌شود. همچنین نیکل فیلم یا لایه بسیار نازک اکسیدی محافظ بر روی آلیاژ را تثبیت نموده و از پوسته پوسته یا ورقه شدن در طول سیکل حرارتی می کاهد. به همین دلیل است که آلیاژهای آستنیتی جهت کاربرد های در رابطه با دمای بالا ،یعنی در جاهایی که مقاومت در برابر سوختن و حرارت مورد نیاز است، مورد استفاده اند.

پایداری

اکثر مواد نیکل دار در پایان عمر مفیدشان به طور کامل قابل بازیافت اند. در حقیقت ارزش بالا و قیمت گران آنها سبب بازیافت می شود. این امر به نوبه خود به دو علت از اثرات زیست محیطی ورق استیل های نیکل دار می کاهد؛ یکی کمتر شدن نیاز به مواد نو و دیگری کاهش انرژی که برای تولید آن ها می بایست به مصرف برسد. به عنوان مثال، مقدار ورق استیل قراضه که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد، موجب می شود تا از انرژی مصرفی برای تولید ورق استیل کاسته شود و به حدود یک سوم میزان انرژی مصرفی برای تولید مواد ۱۰۰ درصد نو برسد.
دوام و ماندگاری ورق استیل را در ساختمان ها می توان مشاهده کرد. مرمت های انجام شده در کلیسای جامع سنت پُل و سایبان هتل ساووی در لندن که به ترتیب در سال‌های ۱۹۲۵ و ۱۹۲۹ میلادی ساخته شده‌ اند، ساختمان کرایسلر واقع در شهر نیویورک و طاق قوسی (طاق دروازه) در سنت لوئیس ایالات متحده (در سال های به ترتیب ۱۹۳0 و ۱۹۶۵ میلادی)، عمارت پروگرسو پیِر در ایالت یوکاتان مکزیکو (در سال ۱۹۴۰ میلادی) و ساختمان تیسن در دوسلدورف آلمان (در سال ۱۹۶۰)، همگی شاهدی هستند بر ماندگاری و طول عمری که از ورق استیل نیکل دار انتظار می رود.

سهولت در تولید

سهولت در تولید، چیزی نیست که فوراً بر مصرف کننده و کاربر نهایی معلوم و آشکار گردد. با این وجود، تجارب طولانی و زیاد در ساخت و تولید آلیاژهای آستنیتی متداول، مصرف گسترده آنها، همه کارگی و مقیاس تولیدشان باعث می شود تا به طور گسترده و کاملا اقتصادی و به صرفه در همه شکل ها و مقادیر و در تمام دنیا یافت شده و قابل دسترس باشند.

کاربرد ورق استیل

آلیاژهای آستنیتی نگهدار رایج واضح است که برای تمام عملیات و کاربردها برجسته و عالی اند. آلیاژهای یاد شده به طور گسترده در دسترس و فراوان اند، ویژگی ها و موارد کاربردشان کاملاً شناخته شده اند، آلیاژهایی همه کاره اند و به راحتی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین ماندگاری و دوام عالی بروز می‌دهند و زمانی که عمر مفیدشان به سر می رسد، به طور گسترده بازیافت می‌شوند. این آلیاژها (در صورت بازیافت و استفاده مجدد) کاربردی ترین و کم ریسک ترین گزینه در صورت استفاده مکرر می باشند. به همین دلیل این گریدها در طیف وسیعی از موارد مصرف یافت می شوند، از جمله:
مواد در تماس با غذا و بخش سلامت و درمان، زیرا ضدعفونی و تمیز کردن آسان آنها باعث می گردد به راحتی بهداشتی باقی بمانند.
در صنایعی چون تأسیسات کارخانه‌ها، نفت و گاز، تولید نیروی برق، کنترل آلودگی، صنایع شیمیایی و داروسازی.
حمل و نقل: خودروها، قطارها، هوافضا و کشتیرانی
معماری: برای روکش فلزی، مبلمان خیابانی، کاربردهای ساختمانی و سازه ای و تقویت بتن
آب: در تصفیه خانه های فاضلاب، توزیع آب، لوله کشی و تاسیسات نمک زدایی.