یکی از عنصرهای مهم و پرکاربردی که در ساخت و ساز و صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد، “فولاد ضد زنگ” یا استنلس استیل است. فولاد ضد زنگ نوعی آلیاژ بسیار مستحکم است که در مقابل زنگ‌زدگی و خوردگی مقاومت بالایی دارد و به همین دلیل در بخش‌های مختلفی مثل استیل صنایع نفت و پتروشیمی، صنایع شیری، دارویی، غذایی، ساخت و ساز، خودرو و … به کار می‌رود. تولید قطعات و محصولاتی که از جنس استنلس استیل درست شده‌اند بوسیله روشی انجام می‌شود که در صنعت ریخته‌گری به آن «ریخته‌گری دقیق» می‌گویند. با ما همراه باشید تا در این مطلب، با فرآیندهایِ ریخته‌گریِ دقیق برای تولید فولاد ضد زنگ بیشتر آشنا شویم.
فولاد ضد زنگ چیست؟
فولاد ضد زنگ یا Stainless Steel نوعی آلیاژ بسیار مقاوم است که حداقل 10.5 درصد عنصر کروم (Cr) در آن به کار رفته. وجود این ماده در فولاد، باعث شکل‌گیری اکسید کروم می‌شود، لایه‌ای که در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی هوا مقاوم است، و هرچه مقدار کروم به کار رفته در فولاد بیشتر باشد، مقاومت فولاد نیز در برابر عواملی مثل خوردگی بیشتر است. اما کروم تنها عنصری نیست که به فولاد ضد زنگ اضافه می‌شود و به غیر از کروم، مواد افزودنی رایج دیگری نیز مثل نیکل، منگنز، کربن، مولیبدن و سیلیسیم نیز در فولاد ضد زنگ به کار می‌رود که باعث کیفیت بالاتر فولاد و ویژگی‌هایی مثل شکل‌پذیری مناسب و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی و زنگ زدگی می‌شود. نمونه مناسب تولید این نوع فولاد در ایران، محصولاتی است که توسط استیل پاسارگاد تولید می‌شود.
ریخته گری دقیق فولاد ضد زنگ چیست؟
ریخته‌گری یکی از محبوب‌ترین روش‌های صنعتی ساخت و تولید قطعات فولادی است. اصول کلی ریخته‌گری به این صورت است که طی فرآیند ذوب، فولاد مذاب شده را درون قالب‌های مخصوص می‌ریزند و پس از سرد شدن و گذر از مرحله انجماد از قالب جدا می‌کنند.
ریخته‌گری روش‌های مختلفی دارد که هر کدام در تولید محصولات فولادی خاصی به کار می‌رود و هر روش، مزایای خاص خود را دارد. «ریخته‌گری دقیق» یکی از این روش‌ها است که طی آن “فولاد ضد زنگ” تولید می‌شود. محصولاتی که با این روش ریخته‌گری شده‌اند از نظر جنس وکیفیت، بسیار بهتر از روش‌های دیگر است. استیل صنایع عام و کارخانه‌ها در بسیاری از موارد، از همین طریق تولید می‌شوند.
فرآیندهای ریخته‌گری فولاد ضد زنگ
فرآیندهایی که در حین ریخته‌گری فولاد ضد زنگ انجام می‌شود شامل موارد زیر است:
قالب‌سازی
در عملیات ریخته‌گریِ فولاد ضد زنگ، طراحی و تولید این فولاد با توجه به شکل دقیق یک قطعه انجام می‌شود. برای این کار از یک الگوی موم یک‌بارمصرف برای ریخته‌گری قسمت‌های مختلف قطعه فولادی استفاده می‌کنند.
موم را به صورت مستقیم درون قالب می‌ریزند و پس از بیرون آمدن، طی چند مرحله با لایه‌ای از دوغاب سرامیکی که مقاومت بلایی در برابر حرارت دارد می‌پوشانند. بعد از ایجاد پوسته‌ها و سفت شدنشان، الگوها را حرارت می‌دهند تا موم از بین برود و فقط پوسته سرامیکی باقی بماند.
ذوب کردن
در این مرحله فلزات و مواد افزودنی در کوره قوس الکتریکی (EAF) به مدت 8 تا 12 ساعت ذوب می‌شوند.
کربن‌زدایی یا حذف محتوای کربن
هرچند وجود کربن در ساخت فولاد ضد زنگ باعث می‌شود سختی و مقاومت فولاد افزایش یابد، اما مقادیر زیاد کربن مشکلاتی مثل بارش کاربید در هنگام جوشکاری ایجاد می‌کند. بنابراین میزان کربن اضافی موجود در فرآیند تولید فولاد ضدزنگ باید پیش از ریخته‌گری کاهش یابد و به سطح مناسب برسد. این کار با آرگون‌زدایی و اکسیژن‌زدایی (تزریق مخلوط گاز آرگون و اکسیژن به فولاد مذاب) از طریق پرداخت فلز در مبدل (AOD) انجام می‌شود.
تنظیم
در این مرحله در یک محدوده دمای مشخص تغییراتی در ترکیب شیمیایی مواد انجام می‌شود تا عناصر اضافی حذف، مقاومت مواد بیشتر و متعادل‌سازی نهایی انجام شود.
ریخته‌گری
در نهایت فولاد مذاب در پوسته سرامیکی ریخته می‌شود تا شکل قالب را به خود بگیرد. فرم و ابعاد این اشکال به محصول نهایی بستگی دارد. پس از اینکه فولاد مذاب، خنک و جامد شد، قطعه فولاد مورد نظر که کاملا مشابه الگوی مومی است از قالب خارج شده و فرآیندهای بعدی روی آن انجام می‌شود.
عملیات نهایی پس از انجام ریخته‌گری دقیق بر روی فولاد ضد زنگ
عملیات حرارتی
پس از طی مراحل و تولید فولاد ضد زنگ با روش ریخته‌گری دقیق، ممکن است محصول مورد نظر نیاز به تغییراتی نهایی داشته باشد، به همین دلیل برای تکمیل فرآیند تولید از عملیات حرارتی استفاده می‌شود. در این عملیات محلولی به کار می‌رود که ساختار درون قطعه را بهبود می‌بخشد و فرآیند ماشین‌کاری را آسان می‌کند.
امکان ماشین‌کاری بر روی قطعه
ماشین‌کاری شامل عملیات‌های مختلفی مثل تراش‌کاری، مته‌کاری و فرزکاری برای رسیدن به ابعاد و ساختار سطحی مناسب بر روی محصول است.
عملیات‌های سطحی
برای ایجاد تغییرات مورد نیاز و رسیدن به فرم کاربردی، عملیات‌های سطحی از جمله پولیش آینه‌ای و الکتروپولیش بر روی فولاد انجام می‌گیرد.
چرا از فولاد ضد زنگ در ریخته‌گری دقیق استفاده می‌کنیم؟
استفاده از فولاد ضد زنگ که با روش ریخته‌گری دقیق تولید می‌شود دارای مزایای زیادی در صنایع مختلف است. به همین دلیل به این بخش توجه ویژه‌ای می‌شود. از جمله این مزایا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
مقاومت دمایی: در حالی که بیشتر گریدهای استنلس استیل در دمای پایین مقاوم هستند، بعضی از گریدهای استیل ضد زنگ دوام بالایی در برابر دمای زیاد دارند و در برابر پوسته‌پوسته شدن هم مقاومت خود را حفظ می‌کنند.
مقاومت بالا در مقابل خوردگی: مقاومت در برابر خوردگی ویژگی کلی همه فولادهای ضد زنگ است. اما فولادهایی که مقادیر بیشتری آلیاژ به آنها افزوده شده می‌توانند در مقابل عواملی چون دما، فشار، اسید، و محلول‌های قلیایی نیز دوام داشته باشند. این نوع فولاد دارای گرید خاصی در استاندارد ASTM هستند. اما استاندارد ASTM چیست؟
استاندارد ASTM راهی برای تشخیص مشخصات فنی محصولات آهنی و فولادی و میزان مقاومت آنها است.
نکات بهداشتی: استنلس استیل‌ها به راحتی تمیز می‌شوند از رشد و تکثیر میکروب‌ها جلوگیری می‌کنند، بنابراین گزینه مناسبی برای استفاده در صنایعی چون فرآوری مواد غذایی، داروسازی، پزشکی و … است.
استهلاک و دوام: فولادهای ضد زنگ با وجود ویژگی‌هایی چون دوام بالا، دارای پروسه نگهداری آسان و هزینه کم هستند.
ویژگی‌های ظاهری: امکان ایجاد تغییر بر سطح فولاد ضد زنگ وجود دارد و از این طریق به آسانی می‌توان این نوع فولاد را به شکل و ظاهر دلخواه و مناسب رساند.
کلام پایانی
در این مطلب سعی کردیم تا شما را با نحوه تولید فولاد ضد زنگ به روش «ریخته‌گری دقیق» آشنا کنیم. همانطور که گفته شد، «ریخته‌گری دقیق» دارای مراحلی است که از قالب‌سازی شروع می‌شود و با تنطیم فرآیندهای شیمیایی فولاد و عملیات‌های نهایی بر روی آن خاتمه می‌یابد. ریخته‌گری دقیق مزایای زیادی برای صنایع مختلف دارد زیرا طی این فرآیند فولادی مقاوم با شکل و اندازه‌های مورد نظر تولید می‌شود که نیاز صنایع شیری، دارویی، خودروسازی، غذایی و … را برطرف می‌کند.
