استاندارد فولاد

مقایسه 5 استاندارد فولاد

 فولادها را بر اساس استانداردهای مختلفی طبقه‌بندی و ارزیابی می‌کنند و سپس بر اساس این استانداردها مشخصات شیمیایی، مکانیکی و متالورژیکی آلیاژهای مختلف فولادی را تعریف و مشخص می‌کنند که هرکدام از این آلیاژها برای چه منظوری مناسب هستند.

 انواع استانداردهای فولاد شاید در نگاه اول کمی پیچیده به نظر برسند ولی با شناخت آنها بسیاری از ابهامات در مورد فولادها برطرف می‌شود. استانداردها به شما نشان می‌دهند که آلیاژ مورد نظرتان چه مشخصات فنی دارد، چه کاربردی دارد و برای چه صنایعی یا محیطی بیشتر توصیه می‎‌شود. 

استانداردهای فولاد به آزمایشگاه‌های متالورژی، تولیدکنندگان و کاربران نهایی در تولید، فرآوری و استفاده بهینه از فولاد کمک می‌کند.

ترکیب‌های مختلف آلیاژی که در ساخت این فولادها به‌کاررفته است بسیار حساس است که حاصل آن مشخصات مکانیکی و خصوصیات فنی آلیاژ است؛ بی‌توجهی به این خصوصیات شما را از هدف که دارید دور کرده و به همین دلیل لازم است در تهیه و تامین این آلیاژها باتوجه‌به انواع استاندارد فولاد دقت کنید.

فولاد را بر چه اساسی طبقه‌بندی می‌کنند؟

بدیهی است برای طبقه‌بندی هر گروهی از اقلام، معیارهای مختلفی را می‌توان در نظر داشت. فولاد ها هم از این قاعده مستثنی نیست. 

در انواع استانداردهای فولاد، باتوجه‌به یکی از معیارهای زیر فولادها را طبقه‌بندی می‌کنند:

1- میزان عناصر مهم در ترکیب‌ شیمیایی آلیاژ: مثل فولادهای کربنی، فولادهای کم آلیاژ، فولادهای ضدزنگ و …

2- نحوه تولید فولاد: مثل فرایند دمیدن اکسیژن، کوره‌های قوس الکتریکی و …

3- عملیات تکمیلی ساخت فولاد: مثل نورد سرد یا گرم و یا انواع پرداخت‌کاری و عملیات سطحی و آبکاری

4- شکل محصول نهایی فولادی: مثل ورق، لوله، پروفیل، میلگرد و مقاطع توپُر، مفتول و …

5- عملیات حرارتی: تمپر کردن، آنیل یا بازپخت، سخت‌کاری و …

کدام استاندارد ملاک است؟

هیچ‌کدام از انواع استانداردهای فولاد که در چهارگوشه جهان تدوین شده‌اند، نتوانسته است نظر جامعه جهانی به‌عنوان ملاکی ثابت و یگانه مورد قبول واقع شود. بااین‌وجود چند سیستم‌ استاندارد در سراسر جهان وجود دارند که هم مورد تأیید همگان هستند و هم می‌توانند کاربردهای زیادی در صنایع مختلف داشته باشند.

 این سیستم‌ها برخی در سطح ملی و برخی در سطح جهانی توسط بخش‌های مختلف صنعت یا تولیدکنندگان مورد تایید قرار گرفته‌ و استفاده می‎‌شوند. 

در ادامه به 5 مورد از استانداردهای فولاد که رایج‌تر هستند اشاره می‌کنیم:

1- استانداردهای AISI – SAE

انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) و انجمن مهندسین خودرو (SAE) از دهه 30 و 40 میلادی توانستند استانداردهای موسوم به AISI و SAE را که در آمریکا و سایر نقاط جهان استفاده می‌شوند را برای معرفی فولادها ارائه کنند. 

در این استانداردها یک سیستم چهار رقمی اولیه که توسط سیستم SAE برای معرفی ترکیب شیمیایی فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی استفاده می‌شدند مورد استفاده قرار گرفت. عنصر آلیاژی با دو رقم اول و مقدار کربن با دو رقم آخر نشان داده می‌شود.

در سیستم 4 رقمی، رقم اول در نامگذاری فولاد AISI/SAE یک دسته بندی کلی از فولادها را نشان می‌دهد. برای نمونه گروه فولادهای 1XXX در سیستم SAE-AISI نشان دهنده فولادهای کربنی هستند. رقم دوم کُد 4 رقمی نشان دهنده وجود عناصر اصلی است که ممکن است بر خواص فولاد تأثیر بگذارد. 

به عنوان مثال در فولاد 1018، صفر در سری 10XX نشان می‌دهد که عنصر ثانویه اصلی مانند گوگرد وجود ندارند. دو رقم آخر هم نشان دهنده میزان کربن به صدم درصد است. 

برای مثال،SAE 1018  فولاد کربنی بدون عناصر اصلاحی حاوی 0.18 درصد کربن را معرفی می‌کند. یا SAE 5130 فولاد آلیاژی بر پایه کُروم حاوی 1 درصد کروم و 0.30 درصد کربن را نشان می دهد.

در سیستم AISI، علاوه بر 4 رقم فرایند تولید فولاد را نیز با یک حروف بین عدد دوم و سوم در نامگذاری فولادها بر اساس استاندارد  معرفی می‌شود. 

به‌عنوان‌مثال حرف C برای فولادی است که در کوره باز و یا به روش اکسیژن پایه تولید می‌شوند، درحالی که حرف E برای فولادهایی منظور می‌شود که که در کوره قوس الکتریکی تولید می‌شوند.

در این استاندارد فولادهای ضدزنگ نیز توسط AISI معرفی شده‌اند. فولادهای زنگ نزن یا استنلس استیل با کُد سه رقمی معرفی می‌شوند که با اعداد 2، 3، 4 یا 5 شروع می‌شوند. گریدهای ضدزنگ آستنیتی سری 300 و گریدهای مارتنزیتی سری 400 از رایج‌ترین فولادهای ضد زنگ هستند. 

به عنوان نمونه می‌توان به آلیاژهای ضدرزنگ 201، 304، 316 و 430 اشاره کرد.

2- استانداردهای اروپایی Euronorm (EN)

استاندارد اروپایی یکی دیگر از استانداردهای فن بین‌المللی است و طیف گسترده‌ای از عملیات تجاری و صنعتی را در اتحادیه اروپا تحت پوشش قرار می‌دهد. این استاندارد در واقع در برخی از موارد با استانداردهای معتبر جهانی ISO یا  IEC یکسان هستند و در برخی موارد کمی ویرایش شده‌اند. 

بااین‌وجود که این استاندارد فولاد برای اتحادیه اروپا مورد تأیید و مبنای اصلی است، سیستم‌های ملی نسبتاً منسوخ مانند DIN آلمان، BS بریتانیا، AFNOR  فرانسه و UNI ایتالیا هنوز به طور گسترده مورد استفاده صنعتگران قرار می‌گیرند و اغلب در بسیاری از مقالات و مشخصات فنی محصولات همچنان دیده می‌شوند.

کُد گذاری فولادها طبق استاندارد EN 10027-2 انجام می‌شود. این استاندارد اروپایی یک سیستم شماره گذاری به نام اعداد فولاد (steel numbers) را برای تعیین گریدهای فولادی تعریف می‌کند. 

کُدگذاری فولادها بر اساس این استاندارد با یک شماره با ترکیب 1.XXYY(ZZ) به شرح زیر انجام می‌شود:

-1: نشان می‌دهد که نوع متریال فولادی است.

-XX: گروه فولاد را مشخص می‌کند که در جدول مربوطه تعریف شده است. در این جدول با اعداد 00 تا 99 فولادها به را گروه‌های مختلفی تقسیم کرده‌اند. به عنوان مثال کُدهای 40 تا 49 به فولادهای ضد زنگ اختصاص دارد.

-YY: دو رقم بعدی که در محدوده 00 تا 99 می‌باشند نیز جزئیات فولادهای در هر گروه  XXرا مشخص می‌کنند.

-ZZ: بعد از 4 عدد (XXYY) معمولاً عدد دیگری معرفی نمی‌شود و در حقیقت 2 رقم آخر اختیاری بوده و می‌توان آن را در صورت لزوم برای بیان روش تولید استفاده کرد.

برای مثال فولاد ساختمانی بسیار رایج که با St 37-2 با شماره مواد 1.0037 و فولاد ضدزنگ 304 با شماره 1.4301 معرفی می‌شود.

3- استانداردهای فولاد ژاپن (JIS)

این استاندارد در آسیا و اقیانوسیه به‌عنوان یک‌پایه برای الزامات تولید فولاد و تعیین انواع استاندارد آهن‌آلات و مقاطع فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سایر سیستم‌های ملی مانند استانداردهای کُره‌ای، چینی و تایوانی، مکرراً از الزامات فولاد JIS به عنوان یک پایه استفاده کرده‌اند.

 کُدهای مواد در این استاندارد با پیشوند JIS شروع می شود و به دنبال آن یک حرف، که آن حرف نشان دهنده تقسیم‌بندی موضوعی استاندارد است و به دنبال آن چهار رقم می‌آید. استانداردهایی که با حرف G شروع می‌شوند مربوط به مواد آلیاژهای برپایه آهن و فولادها هستند.

4- استانداردهای ASTM  / ASME

دو موسسه معتبر، انجمن آمریکایی تست و مواد (ASTM) و انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) به عنوان مرجع فنی با تعیین خواص مواد برای آزمون و طبقه‌بندی مشخص می‌کند که ویژگی‌های گریدهای فولاد استاندارد چیست. این دو مرجع با مشخص‌کردن خواص شیمیایی، مکانیکی و متالورژیکی انواع مختلف فولاد تعیین می‌کند که آلیاژ مورد نظر برای ساخت قطعات مکانکی، صنعتی و یا سازه‌ای مناسب باشد. 

انواع مختلف فولاد شامل فولادهای کربنی، سازه‌ای، ضد زنگ، فریتی، آستنیتی و آلیاژی هستند که در دسته‌بندی‌های این استانداردها معرفی می‌شوند.

این استانداردهای فولاد به آزمایشگاه‌های مواد و کارخانه‌جات پالایش و تولید فولاد، سازندگان محصولات و سایر مصرف‌کنندگان فولاد در تضمین کیفیت و استفاده ایمن از فولاد در فرآیندهای صنعتی کمک شایانی می‌کند. مشخصات متداولی که استانداردهای ASTM ، ارائه می‌کنند بر ویژگی‌های فنی و عملکردی مواد و محصولات متمرکز است.

سیستم کدگذاری ASTM برای فلزات از یک حرف (مثلاً A برای مواد آهنی) تشکیل شده است که به دنبال آن یک عدد چند رقمی می‌باشد. این نام‌گذاری‌ها اغلب برای محصولات خاصی اعمال می‌شود، برای مثال A548 برای معرفی مفتول فولاد کربنی با کیفیت کار سرد برای ساخت پیچ‌ می‌باشد. 

یا به عنوان مثالی دیگر ASTM A276-03، نوع 304، 316، 410 به میلگرد و مقاطع فولاد ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت اشاره دارد.

5- استاندادهای DIN

استاندارد معتبر DIN مربوط به موسسه استاندارد سازی آلمان (Deutsches Institut fur Normung eV) در صنایع این کشور و همچنین در کل جهان جایگاه خاصی دارد. در ایران به دلیل اینکه توسعه صنعتی در یک قرن اخیر با همراهی بسیاری از صنایع آلمانی انجام شد نیز بسیار شناخته شده است. 

ولی با وجود یکسان سازی استانداردهای یورو در حوزه اتحادیه اروپا استاندارد DIN این روزها کمتر مورد توجه است. در این استاندارد برای طبقه‌بندی موضوعات از ترکیب حروف و اعداد استفاده می‌شود. حروف نوع فولاد، 

تکنیک ذوب، مواد آلیاژی و شرایط فرآوری را مشخص می‌کنند و اعداد بر محتوای کربن و استحکام کششی، مشخصه‌های عنصر آلیاژی اصلی آن تأکید دارند.

برای مثال فولادی که نامش باX  شروع می‌شود یک فولاد با آلیاژ بالا است، حرفX  خود فقط نشان دهنده نوع فولاد است و اعدادی که در ادامه آن می‌آید ترکیب و درصد عناصر را نشان می‌دهد.

اولین عدد قبل از سایر عناصر همیشه کربن است و همیشه دارای ضریب 100 است. این کار به این دلیل انجام می شود که کربن رایج ترین عنصر آلیاژی در فولاد است و همیشه باید در نظر گرفته شود، بدون کربن همه عناصر آلیاژی دیگر در صورت وجود کارایی کمتری دارند. 

به عنوان نمونه فولاد X105CrMo17 دارای 1.05٪ کربن، 17٪ محتوای کروم و مقداری مولیبدن است.

چه استانداردهای دیگری وجود دارد؟

کشورهایی که به‌تازگی صنعتی شده‌اند؛ مانند چین با استانداردهای GB و YB، هند با استاندارد  IS و برزیل با استاندارد NBR توانسته‌اند انواع استانداردهای ملی فولاد را معرفی می‌کنند، بااین‌حال هنوز به طور کامل گسترش پیدا نکرده‌اند و کمتر شناخته می‌شوند. 

از طرف دیگر استانداردهای صنعتی خاص هستند ازجمله استانداردهای فولاد صنعتی برای خودرو  SAE، ASME برای مخازن تحت‌فشار و بسیاری کاربردهای تخصصی دیگر، AWS برای جوشکاری و مواد مرتبط با آن، ABS از آمریکا، RINA ایتالیا و Lloyds بریتانیا برای کشتی‌سازی مورداستفاده قرار می‌گیرد. 

در کنار این موارد برخی از تولیدکنندگان بزرگ نیز برای خود معیارها و استانداردهای کارخانه‌ای مخصوص به خود را دارند...

.