فولاد ضد زنگ مارتنزیتی گرید 420: یک راهنمای ساده

فولادهای مارتنزیتی گروهی از فولادهای ضد زنگ هستند که با عملیات حرارتی خاصی به نام کوئنچ کردن (آب‌دهی سریع) تولید می‌شوند. این عملیات باعث می‌شود که اتم‌های آهن در یک آرایش کریستالی بسیار منظم قرار بگیرند که به آن ساختار مارتنزیت می‌گویند. این ساختار به فولاد استحکام و سختی بسیار بالایی می‌دهد.

مقاومت در برابر خوردگی

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی گرید 420، به واسطه ترکیب شیمیایی منحصر به فرد خود، مقاومت بالایی در برابر خوردگی و زنگ زدگی از خود نشان می‌دهد. وجود کروم به عنوان عنصر آلیاژی اصلی در این فولاد، تشکیل یک لایه غیرفعال پایدار بر روی سطح را تسهیل نموده که به عنوان سدی محافظ در برابر عوامل خورنده عمل می‌نماید. این ویژگی، فولاد 420 را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهایی تبدیل کرده است که نیازمند مقاومت طولانی‌مدت در برابر محیط‌های خورنده می‌باشند.

فولاد ضد زنگ گرید 420 به واسطه مقاومت قابل توجه در برابر خوردگی در محیط‌های گوناگون از جمله جو، محیط‌های خانگی و صنعتی، به عنوان یکی از آلیاژهای پرکاربرد در صنایع مختلف شناخته شده است. این فولاد، به ویژه در حالت سطح صاف، عملکرد بسیار مطلوبی در برابر عوامل خورنده از خود نشان می‌دهد.

مقاومت به خوردگی این گرید در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی از جمله آمونیاک، آب، هوا، نفت خام، محلول‌های شوینده، اسید نیتریک رقیق، اسیدهای موجود در مواد غذایی، بسیاری از محصولات نفتی، بخار و سرکه، بسیار چشمگیر است.

با این حال، لازم به ذکر است که مقاومت به خوردگی فولاد 420 در حالت آنیل شده (نرم شده) نسبت به حالت سخت شده، کاهش می‌یابد.

مقاومت حرارتی فولاد ضد زنگ گرید 420

فولاد ضد زنگ گرید 420 از مقاومت حرارتی قابل توجهی برخوردار است. این آلیاژ در مواجهه با دماهای بالا، مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون و تشکیل پوسته سطحی از خود نشان می‌دهد. بر اساس مطالعات انجام شده، فولاد 420 قادر است در شرایط سرویس متناوب تا دمای 750 درجه سانتی‌گراد و در شرایط سرویس مداوم تا دمای 675 درجه سانتی‌گراد بدون کاهش چشمگیر خواص مکانیکی خود، به کار گرفته شود.

عملیات حرارتی

آنیل کردن فولاد ضد زنگ گرید 420

فرایند آنیل، یک عملیات حرارتی است که با هدف نرم‌سازی و بهبود شکل‌پذیری فولاد ضد زنگ گرید 420 صورت می‌گیرد. در این فرآیند، قطعات فولادی به طور یکنواخت تا دمای مشخصی در محدوده 820 تا 890 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. با رسیدن به این دما، ساختار داخلی فولاد به حالت تعادل ترمودینامیکی نزدیک شده و تنش‌های داخلی ناشی از فرآیندهای قبلی مانند نورد یا آهنگری، برطرف می‌گردند.

پس از گرمایش، قطعات به آرامی و به طور کنترل‌شده در داخل کوره سرد می‌شوند. این سرد شدن تدریجی به دانه‌های فولاد فرصت می‌دهد تا رشد کنند و ساختاری یکنواخت و بدون تنش ایجاد کنند. در نتیجه این فرآیند، فولاد نرم‌تر شده و قابلیت شکل‌پذیری آن به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد.

فرآیند سخت‌کاری فولاد ضد زنگ گرید 420

فولاد ضد زنگ گرید 420 به منظور دستیابی به حداکثر سختی و مقاومت به سایش، تحت فرآیند سخت‌کاری قرار می‌گیرد. این فرآیند شامل مراحل زیر است:

• گرمایش یکنواخت: ابتدا قطعه فولادی به طور یکنواخت تا دمای مشخصی در محدوده 960 تا 980 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود. این دما به گونه‌ای انتخاب می‌شود که ساختار اتمی فولاد به حالت آستنیتی تبدیل شود.
• سرد کردن سریع: پس از رسیدن به دمای مورد نظر، قطعه به سرعت سرد می‌شود. روش سرد کردن به ابعاد و جنس قطعه بستگی دارد. برای قطعات با مقاطع کوچک، سرد کردن در هوا می‌تواند موثر باشد. اما برای مقاطع ضخیم‌تر و سنگین‌تر، سرد کردن در روغن به منظور کاهش سریع‌تر دما و دستیابی به سختی یکنواخت‌تر توصیه می‌شود.

اهمیت سرد کردن سریع

سرعت سرد کردن در فرآیند سخت‌کاری از اهمیت بالایی برخوردار است. سرد کردن سریع باعث می‌شود که اتم‌های آهن و کربن نتوانند به آرامی به حالت تعادل برگردند و در نتیجه ساختاری با سختی بالا به نام مارتنزیت تشکیل شود. مارتنزیت ساختاری بسیار سخت و شکننده است که به فولاد مقاومت به سایش بسیار خوبی می‌بخشد.

جوشکاری فولاد ضد زنگ مارتنزیتی گرید 420

فرایند جوشکاری فولاد ضد زنگ مارتنزیتی گرید 420 به دلیل سختی‌پذیری بالای این آلیاژ، مستلزم رعایت دقیق برخی نکات فنی است. وجود کربن بالا در این گرید، احتمال وقوع ترک سرد در حین سرد شدن جوش را به شدت افزایش می‌دهد.

پیش گرمایش و پس گرمایش

برای جلوگیری از ترک سرد، اجرای دقیق مراحل پیش گرمایش و پس گرمایش الزامی است. محدوده دمایی مناسب برای پیش گرمایش بین 150 تا 320 درجه سانتی‌گراد و برای پس گرمایش بین 610 تا 720 درجه سانتی‌گراد پیشنهاد می‌شود. این محدوده دمایی به ضخامت قطعه کار، نوع جوشکاری و شرایط محیطی بستگی دارد.

مواد مصرفی جوشکاری

در صورت نیاز به استفاده از مواد پرکننده، الکترودهای AWS E/ER 420، 410 NiMo و 309L انتخاب‌های مناسبی برای جوشکاری فولاد ضد زنگ مارتنزیتی گرید 420 هستند. انتخاب نوع الکترود به ترکیب شیمیایی دقیق فلز پایه و شرایط کاری بستگی دارد.

عملیات ماشینکاری

عملیات ماشینکاری بر روی این گرید فولادی در حالت سخت شده به دلیل افزایش سختی و مقاومت به سایش، دشوارتر است. با این وجود، در حالت آنیل شده که فولاد نرم‌تر و شکل‌پذیرتر می‌شود، فرآیند ماشینکاری به آسانی قابل انجام بوده و نتایج بهتری حاصل می‌گردد.

کاربردهای معمول

کاربردهای آلیاژ مورد نظر به دلیل خواص منحصر به فرد آن، در صنایع مختلف گسترده است.

این آلیاژ، با توجه به مقاومت بسیار بالای خود در برابر خوردگی و سختی قابل توجه، برای کاربردهایی که نیازمند دوام و دقت بالایی هستند، انتخابی ایده‌آل محسوب می‌شود. از جمله کاربردهای متداول این آلیاژ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ابزارهای برش: به دلیل لبه تیز و پایدار، این آلیاژ در ساخت قیچی، چاقو و تیغه‌های قیچی صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارد.
• ابزارهای پزشکی: سختی و مقاومت به خوردگی این آلیاژ، آن را به گزینه‌ای مناسب برای ساخت تجهیزات جراحی و دندانپزشکی تبدیل کرده است.
• ابزارهای اندازه‌گیری دقیق: به دلیل حفظ ابعاد و دقت در طول زمان، از این آلیاژ در ساخت نوارها و خط‌کش‌های دقیق استفاده می‌شود.

محدودیت دمایی: لازم به ذکر است که با افزایش دما، این آلیاژ دچار نرم‌شدگی شده و مقاومت به خوردگی آن کاهش می‌یابد. به همین دلیل، استفاده از این آلیاژ در محیط‌هایی با دمای بالاتر از 427 درجه سانتی‌گراد توصیه نمی‌شود.

خواص استنلس استیل 420

خواص مکانیکی

خواص مکانیکی معمول فولاد ضد زنگ گرید 420 در جدول زیر ارائه شده است:

خواص فیزیکی

جدول زیر خواص فیزیکی معمول فولاد ضد زنگ 420 در حالت آنیل شده را نشان می‌دهد:"

ترکیب شیمیایی

جدول زیر، محدوده‌های ترکیبات شیمیایی موجود در فولاد ضد زنگ گرید ۴۲۰ را نشان می‌دهد: