استنلس استیل 304 چیست و چگونه تولید می شود؟ + بزرگترین تولید کنندگان فولاد ضد زنگ 304 در جهان

استنلس استیل یا همان فولاد ضد زنگ یک آلیاژ آهن/کروم حاوی 10 تا 30 درصد کروم است که مقاومت بالایی در برابر خوردگی و زنگ زدگی دارد. هر یک از گرید های مختلف این نوع استیل کاربردهای خاص خود را دارند. مثلا استنلس استیل 304 با داشتن ترکیب کروم-نیکل و کربن پایین، به دلیل مقاومت دربرابر خوردگی، قابلیت تمیز کردن و شکل پذیری خوب، محبوبیت زیادی دارد و کاربردهای روزمره ای همچون اسفاده در سینک آشپزخانه دارد. یا استنلس استیل 316 که حاوی عنصر آلیاژی مولیبدن است و دربرابر حملات شیمیایی هم مقاومت بیشتری دارد و برای قرار گرفتن در معرض آب دریا، آب نمک، اسیدهای سولفوریک و سایر مواد خورنده موجود در محیط های صنعتی مناسب است.

فولادهای ضد زنگ نام خود را از موسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) و انجمن مهندسین خودرو گرفته اند که به صورت جداگانه سیستم های نامگذاری خود را برای آلیاژهای فولاد براساس عناصر آلیاژی، کاربردها و فاکتورهای دیگر ایجاد کرده اند. نام استیل ها ممکن است گیچ کننده باشد. زیرا یک آلیاژ می تواند بسته به سیستم مورد استفاده شناسه های مختلفی داشته باشد. با این حال هنگام خرید و فروش فولاد درک این نکته ضروری است که ترکیب شیمیایی بیشتر آلیاژها در سیستم های طبقه بندی یکسان باقی می ماند. در مورد استنلس استیل ها، آنها اغلب از 10 تا 30 درصد کروم تشکیل شده اند و به گونه ای ساخته شده اند که درجات مختلفی از خوردگی را تحمل کنند.

فولاد ضد زنگ 304
استیل 304 جزء استاندارد 18.8 فولاد ضد زنگ است. این ورق استیل در طیف گسترده ای از محصولات از جمله ورق استیل 304 مات و براق، ورق استیل 304 نگیر و بگیر و غیره در دسترس است و دارای ویژگی های فرم دهی و قابلیت جوشکاری برجسته ای است. ساختار متعادل آستنتیکی فولاد 304 قابلیت کشیدگی عمیق بدون گسیختگی در ساخت وسایلی مانند سینک، قابلمه و سایر لوازم آشپزخانه را به آن داده است. برای این کاربردها معمولا از انواع 304ddp (کیفیت بالای طراحی) استفاده می شود. فولاد 304 به راحتی برای استفاده در اجزای مختلف برنامه های کاربردی در زمینه های صنعتی، معماری و حمل و نقل فرم می پذیرد.

استیل 304 دارای خاصیت الکتریکی و گرمایشی کمتری نسبت به کربن است و اساسا غیر مغناطیسی است. علاوه بر این مقاومت آن در برابر خوردگی نیز بالاتر از فولاد معمولی است و به دلیل سهولت در شکل گیری کاربردهای فراوانی دارد تا جایی که بیش از 50 درصد از فولاد ضد زنگ تولید شده را تشکیل می دهد.
مهم ترین نکته منفی در استیل 304 عدم کارایی لازم در محیط های شور و نمکی است. در این موارد از استیل 316 به جای استیل 304 استفاده می شود که قیمت مناسب تری نیز دارد.
فولاد ضد زنگ 304 و فولاد ضد زنگ 316 هر دو از جنس استنلس استیل آستنیتی هستند که مشخصه تمام فولادهای ضد زنگ سری T300 است. عاملی که فولادهای ضد زنگ آستنیتی را از سایر اشکال فولاد ضد زنگ متمایز می کند، محتوای نیکل آنها است، عاملی که به سری T300 ساختار کریستالی منحصر به فردی می بخشد. خرید فولاد ضد زنگ 316 در مواردی که مقاومت در برابر خوردگی اولویت بالایی دارد (محیط هایی دریایی، شیمیایی و کلریدی) انتخاب ارجح است چرا که این گرید 2 تا 3 درصد مولیبدن نیز در ترکیب شیمیای خود دارد که مقاومت آن در برابر خوردگی را افزایش می دهد.

فولاد ضد زنگ 304 چگونه ساخته می شود؟
فرآیند مورد استفاده برای تولید فولاد ضد زنگ نقش مهمی در ظاهر و عملکرد و خواص آن دارد. اگرچه فولاد ضد زنگ یک فلز منحصر به فرد و غیر معمول است، اما همچنان یک آلیاژ فولادی است و با استفاده از روش های فرآوری فولاد، که شامل ایجاد یک آلیاژ مذاب است، تولید می شود.

•    ذوب
مواد خام برای تشکیل فولاد ضد زنگ در یک کوره قوس الکتریکی که الکترودهای کربن با مواد خام تماس پیدا می‌کنند، ذوب می‌شوند. همانطور که جریان الکتریکی از الکترودها عبور می کند، درجه حرارت درون کوره به حدی افزایش می یابد که مواد اولیه کاملا ذوب شده و به صورت یک توده مذاب در می آیند. نسبت عناصر مختلف و مواد شیمیایی قرار داده شده در کوره قوس الکتریکی به دقت اندازه گیری می شود تا دقیقا یک نوع مورد نظر فولاد ضد زنگ تولید شود.


 
•    کربن زدایی
مقدار کربن فولاد ضد زنگ 304 در طول فرآیند کربن زدایی با استفاده از خلاء اکسیژن (VOD) یا سیستم آرگون (AOD) کنترل می شود. در طی این فرآیند، کربن اضافی حذف می شود تا به درصد مورد نظر برسد.

•    همگن سازی
در طول فرآیند تنظیم، فولاد ضد زنگ مذاب به هم زده می شود تا عناصر مذاب به طور مساوی توزیع شوند. این فرآیند دارای اثر دوگانه تضمین کیفیت یکنواخت مواد مذاب و ترکیب آن برای مطابقت با مشخصات فلز است. متعادل سازی و همگن سازی دما و ترکیبات با توجه به نیازهای منحصر به فرد هر گرید انجام می شود.

•    شکل دهی یا ریخته گری
هنگامی که فلز مذاب به طور کامل مخلوط شد، برای ارسال به تولید کنندگان محصولات فولادی به شکل های مختلف ریخته گری می شود. با استفاده از روش های مختلف، فولاد ضد زنگ مذاب به شکل ورق، تسمه، شمشه، بیلت، تختال، میله یا لوله در می آید. مراحل مورد نیاز برای شکل دادن به فولاد ضد زنگ مذاب با توجه به گرید، محصول نهایی و عملکرد فلز متفاوت است.

                 1.  نورد گرم:
Hot rolling یا نورد گرم در دماهایی بالاتر از دمای تبلور مجدد تکمیل می شود و برای تنظیم ابعاد فیزیکی فولاد ضد زنگ استفاده می شود. کنترل دقیق دما برای اطمینان از نرم ماندن فولاد ضد زنگ بدون تغییر ساختار آن ضروری است. فلز مذاب برای دستیابی به ابعاد و ضخامت مناسب از طریق غلتک های متعدد تحت فشار قرار می گیرد.

                2.  نورد سرد:
Cold Rolling یا نورد سرد در زیر دمای تبلور مجدد رخ می دهد و زمانی استفاده می شود که دقت بسیار بالا مورد نیاز باشد. چندین غلتک پشتیبان برای شکل دادن به فولاد ضد زنگ و ایجاد یک سطح جذاب و یکنواخت استفاده می شود. در طول فرآیند، فلز برای تبلور مجدد ریزساختار اصلی خود، تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد.


                3.  باز پخت:
در پایان فرآیند نورد، فولاد ضد زنگ تحت بازپخت یا Annealing قرار می‌گیرد. عبور از چرخه‌های گرمایش و سرمایش فلز را نرم کرده و استرس داخلی آن را کاهش می دهد. مدت زمان آنیلینگ و دمای آن به گرید فولاد ضد زنگ بستگی دارد.
میزان گرمایش و سرمایش نقش عمده ای در کیفیت فولاد ضد زنگ دارد. دمای بازپخت برای گرید 304 بین 1100 تا 1150 درجه سانتیگراد (2012 تا 2102 درجه فارنهایت) است. فرآیند بازپخت مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد و برای ماشینکاری و شکل پذیری فلز بسیار مهم است. همچنین استرس ایجاد شده در حین ساخت را کاهش می دهد و به راحتی روی فولاد ضد زنگ 304 اجرا می شود.

•    رسوب زدایی :
در طول پردازش فولاد، رسوباتی روی سطح فولاد ضد زنگ تجمع می‌کنند که می‌تواند به مقاومت لکه‌ای، دوام و جوش‌پذیری آن آسیب برساند. حذف رسوبات، موجب تشکیل یکنواخت لایه اکسیدی محافظ بر روی سطح فلز شده که فولاد را در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم می کند. رسوب زدایی، شامل استفاده از یک محلول اسیدی است که ترکیب آن با توجه به نوع فولاد ضد زنگ متفاوت است.
دو روش رسوب زدایی گرید 304 شامل استفاده از درصدهای مختلف اسید سیتریک و نیتریک می باشد. در صورت استفاده از اسید سیتریک، فولاد ضد زنگ در محلول اسید سیتریک 10 درصد به مدت 30 دقیقه در دمای 65.6 درجه سانتیگراد (150 درجه فارنهایت) غوطه ور می شود. با روش اسید نیتریک، فلز به مدت 30 دقیقه در محلول اسید نیتریک 20 درصد در دمایی که بین 49 تا 60 درجه سانتی گراد (120 تا 140 درجه فارنهایت) متغیر است، غوطه ور می شود.

•    برش دادن:
فرآوری نهایی فولاد ضد زنگ شامل روش های مختلف برش و شکل دهی است به طوری که فولاد ضد زنگ شکل مورد نیاز برای یک کاربرد به خصوص را به خود می گیرد. روش برش با توجه به اندازه و شکل بیلت، شمشه، یا تختال متفاوت است. به طوری که برای مثال بیلت ها با ریخته گری و بدون برش دادن شکل می گیرند.
            1.  شمش (Ingots):
شمش ها بزرگتر از شمشه ها(بیلت)، شمشال(بلوم) ها یا تختال(اسلب) ها هستند و مستطیل یا مربع شکل هستند و ممکن است دارای سطح مقطع متغیر و نابرابر باشند.
            2.  شمشال (Blooms):
شمشال یا بلوم ها اشکال مستطیلی با سطح مقطع بیشتر از 36 اینچ یا 230 سانتی متر هستند.
            3.  شمشه (Billets):
شمشه یا بیلت ها با ریخته گری شکل می گیرند و شکل مقطع مربعی دارند که بیشتر از 36 اینچ یا 230 سانتی متر است.
            4.  تختال (Slabs):
اسلب ها دارای شکل مقطع مستطیلی با ضخامت کمتر از شمشال هستند.

•    پرداخت سطح:
فولاد ضد زنگ دارای طیف گسترده ای از انواع پرداخت های سطحی است که برای افزایش خواص سطحی فلز اعمال می شود. سه دسته از روش پرداخت های فولادی ضد زنگ عبارتند از: فرزکاری، برس و پولیش، نورد و تمپر روشن.
- فرز باعث تولید روکش های مات می شود که در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد که در آن سطح صاف و یکنواخت لازم نیست.
- پرداخت های پولیش خورده و صیقلی، پرداخت های ساینده هستند و با استفاده از تسمه، برس و سنگ زنی ایجاد می شوند. انتخاب نوع پولیش و پرداخت نسبت به سطح اولیه فولاد ضد زنگ تعیین می شود.
- روکش های روشن آنیل شده، با عملیات حرارتی سطح فولاد ضد زنگ تولید می شوند. این یک فرآیند دقیق است که به دقت نظارت و کنترل می شود. هدف از این فرآیند افزایش مقاومت در برابر خوردگی محصولات فولادی ضد زنگ است.
نوع پرداخت سطح یکی از مواردی است که می تواند در قیمت ورق استیل 304 تاثیر گذار باشد.

•    تولیدکنندگان برتر فولاد ضد زنگ 304
•    Source 21, Inc.
Source 21 تولید کننده پیشرو فولاد ضد زنگ آستنیتی و مارتنزیتی به شکل رول و ورق است. خدمات این شرکت شامل برش های طولی، پولیش، ماسکینگ و نورد تمپر محصول نهایی می باشد. Source 21
طیف گسترده ای از روش های حمل و نقل از جمله بسته بندی صادراتی را برای رفع نیازهای مشتری در سراسر جهان ارائه می دهد. این شرکت ورق استنلس استیل را برای تولید کنندگان محصولات خدمات غذایی، حمل و نقل هوایی، تجهیزات الکتریکی و ساخت ورق فلزی عرضه می کند.

•    Cleveland-Cliffs Inc.
Cleveland-Cliffs یکی از بزرگترین تولیدکنندگان فولاد ضد زنگ نورد تخت در آمریکای شمالی است که برای استخراج سنگ آهن در میشیگان و مینه سوتا فعالیت دارد.
این شرکت فولاد ضد زنگ را به صنعت خودرو ارائه می دهد و بخش بزرگی از خود را به بازیافت فولاد و پایداری طبیعی اختصاص داده است. Cleveland-Cliffs هر پنج نوع استنلس استیل از جمله گریدهای 316 و 316L را تولید می کند.

•    Allegheny Technologies (ATI)
Allegheny Technologies تولید کننده طیف وسیعی از فلزات ویژه از جمله درجات مختلف فولاد ضد زنگ است. این شرکت خط تولید کاملی از فولادهای ضد زنگ و همچنین فرم های تخصصی مانند فولاد ضد زنگ سوپرآستنیتی و سوپرفریتی را ارائه داده است. ATI فولاد ضد زنگ را با استفاده از نورد گرم در طیف گسترده ای از اندازه و ضخامت ها تولید می کند. این شرکت قادر است سفارشات مشتریان را به سرعت با زمان های کوتاه انجام دهد.

•    Acerinox
Acerinox یک شرکت اسپانیایی است که انواع فولاد ضد زنگ را برای صنعت حمل و نقل، تولید تجهیزات صنعتی، فرآوری مواد غذایی و صنعت فناوری محیط زیست تولید می کند. این شرکت صفحات فولادی ضد زنگ، رول های سرد و گرم، ورق های سرد و گرم، نوارها و دیسک ها را تولید می کند. Acerinox با شعباتی در سراسر جهان، اشکال مختلف فولاد ضد زنگ خود را برای طیف گسترده ای از صنایع و مشتریان عرضه می کند.

•    Aperam
اپرام در لوکزامبورگ واقع شده است و انواع فولاد ضد زنگ را به 40 کشور با ظرفیت تولید 2.5 تن در پنج کارخانه تولید در سراسر جهان عرضه می کند. این شرکت کوئل‌های آهنی، ورق‌ها، لوله‌ها، دیسک‌ها، میله‌های مسطح، نوارها و صفحات سنگین فولاد ضد زنگ را عرضه می‌کند. Aperam به راه حل های نوآورانه و با کارایی بالا برای مشکلات فنی و تولیدی افتخار می کند. تمام محصولات فولاد ضد زنگ آن قابل بازیافت هستند و با پسماند CO2 بسیار کمی تولید می شوند.

جمع بندی
•    استنلس استیل 304 یک فولاد ضد زنگ آستنیتی است که در بین گریدهای مختلف به عنوان پرکاربردترین و همه کاره ترین نوع فولاد ضد زنگ شناخته می شود.
•    فولاد ضد زنگ 304 در قالب صفحات، لوله ها، میله ها، شمش ها، کلاف ها، تسمه ها و ورق های استیل به تولیدکنندگان تحویل داده می شود. این ها فرم هایی هستند که با روش تولیدی که یک تولید کننده نیاز دارد، هماهنگی دارند.
•    تفاوت بین گریدهای مختلف ضد زنگ در ترکیب شیمیایی آنها به روشنی قابل مشاهده است. فولاد ضد زنگ 304 دارای میزان 18 درصد کروم است، یعنی حتی 2 درصد بیشتر از فولاد ضد زنگ گرید 316.
•    گرید 304 شامل 304 استاندارد، 304L و 304H است که از نظر میزان کربن متفاوت هستند؛ به طوری که 304L کمترین میزان کربن و 304H بالاترین میزان کربن را دارد.
•    فرآیند مورد استفاده برای تولید فولاد ضد زنگ نقش مهمی در ظاهر و عملکرد و خواص آن دارد. اگرچه فولاد ضد زنگ یک فلز منحصر به فرد و غیر معمول است، اما همچنان یک آلیاژ فولادی است و با استفاده از روش های فرآوری فولاد، که شامل ایجاد یک آلیاژ مذاب است، تولید می شود.