تفاوت کربن استیل و استنلس استیل چیست
فولاد، اصطلاحی که به خانواده بزرگی از آلیاژهای فلزی اطلاق می‌شود، یک فلز رایج و همه کاره با کاربردهای گسترده است. این فلز انواع گوناگونی دارد ولی رایج ترین آنها عبارتند از کربن استیل و استنلس استیل (فولاد ضد زنگ). اگرچه فولاد دارای ترکیب بندی مشابه با آهن و کربن است ولی فولادهای مختلف دارای انواع عناصر آلیاژی هستند. فولاد کربن کمتر از 5/10 درصد کروم دارد ولی فولاد ضد زنگ باید حداقل 5/10 درصد کروم داشته باشد. این تفاوت ها باعث می‌شود تا هر نوع فولاد خواص منحصر به فردی داشته باشد.
استنلس استیل (فولاد ضد زنگ)
فولاد ضد زنگ نوعی فولاد است که با افزودن کروم و برخی عناصر دیگر مانند نیکل بدست می‌آید. این نوع فولاد را بعضا فولاد اینوکس نیز می نامند چون به نحوی طراحی شده است تا از اکسیداسیون جلوگیری کند و به همین یک ماده غیرقابل اکسید تلقی می‌شود. زمانی که این فولاد با اکسیژن در تماس باشد، اکسید های آهن باعث زنگ زدن آن می شوند ولی کروم حین تماس با اکسیژن دچار این فرایند نمی شود. بنابراین استنلس استیل یک لایه محافظ از جنس کروم دارد که مانعی بین اکسیژن موجود در محیط و آهن فلزی است. این باعث می‌شود تا در برابر خوردگی یا زنگ زدن مقاوم باشد و اصطلاحا ضد زنگ شود.
انواع استنلس استیل (فولاد ضد زنگ)
وجود مقادیر مختلف از کروم باعث می‌شود تا فولاد ضدزنگ خواص متفاوتی داشته باشد به نحوی که مقادیر کمتر از کروم معمولا یک فولاد ارزان‌تر ولی با دوام کمتر تولید می‌کند. انواع فولاد ضدزنگ عبارتند از:
- فولاد آستینتی: رایج ترین فولاد ضدزنگ استفاده شده با مقاومت تسلیم پایین ولی مقاومت شدید در برابر گرما و خوردگی که معمولا در لوازم آشپزخانه، لوله کشی و مخازن صنعتی، ساخت و ساز و نماهای ساختمانی استفاده می‌شود. این نوع فولاد در واقع بزرگترین خانواده فولاد ضدزنگ است و حدود دو سوم از کل فولاد ضدزنگ تولید شده را شامل می‌شود.
- فولاد فریتی: نوعی فولاد که معمولا بدون نیکل است و نسبت به سایر فولا دها دارای مقاومت بهتری در برابر خوردگی، گرما و ترک خوردن است و غالبا در ماشین لباسشویی، بویلر ها و نمای داخلی ساختمان استفاده می‌شود.
- فولاد مارتنزیتی: این نوع از استنلس استیل یک ماده مغناطیسی است که بدلیل مقدار کروم پایین آن مقاومت کمتری نسبت به سایر فولاد ها در برابر خوردگی دارد. این فلزات بسیار سخت و قوی هستند و برای ساخت چاقو و تیغه های توربین استفاده می‌شود.
- فولاد دو جزئی: کامپوزیتی از فولادهای آستینتی و فریتی که باعث می‌شود یک فولاد قوی و انعطاف پذیر باشد و مقاومت تسلیم آن دو برابر فولاد آستینتی است. این استنلس استیل در صنایع کاغذ، پالپ، کشتی‌سازی و پتروشیمی استفاده می‌شود.
- فولاد ته نشین شده: این فولاد که مقاومت آن در برابر خوردگی مشابه فلزات آستینتی است را می‌توان تا استحکام بالا سفت کرد و به همین دلیل هرگاه با عناصر دیگر نظیر آلومینیوم، مس و نیوبیم ترکیب شود استحکام بسیار بالایی خواهد داشت.
مزایای استنلس استیل
- مقاومت در برابر خوردگی
- مقاومت در برابر دماهای بالا و پایین
- موجود بودن در گونه‌های مختلف
- مستحکم بودن و داشتن دوام بالا
- هزینه تعمیر و نگهداری پایین و پاکسازی راحت
- ماندگاری بالا و هزینه نسبتا پایین در طول عمر خود
- امکان جلا دادن سطح آنها در صورت استفاده در اقلام بهداشتی بدون لکه‌دار شدن
- دوستدار محیط زیست و قابلیت بازیافت
معایب استنلس استیل
- هزینه بالا خصوصا هزینه اولیه زیاد
- دشوار بودن کار با این فلز خصوصا در صورت نداشتن فناوری و ماشین‌آلات پیشرفته
- تولید ضایعات و هزینه‌بر بودن کار مجدد با آن
کاربرد های فولاد ضد زنگ
استنلس استیل با توجه به نوع فولاد استفاده شده دارای کاربردهای صنعتی گسترده ای است. فولاد ضد زنگ برای اولین بار توسط فورد در دهه 30 میلادی در صنعت خودرو سازی استفاده شد و از آن زمان تاکنون در ماشین‌ها برای ساخت اگزوز، تزئینات ماشین و قطعات داخلی آن استفاده شده است. این فولاد در ساخت هواپیما نیز بکار می‌رود به نحوی که از آن در بدنه، موتور های جت و ارابه فرود استفاده می‌شود. مقاومت بالا در برابر خوردگی، هزینه تعمیر و نگهداری پایین و پاکسازی راحت آن باعث می‌شود تا برای حمل و نقل مواد شیمیایی خصوصا در محیط های پاک و استریل استفاده شود. به همین دلیل صنعت پزشکی یکی دیگر از کاربردهای این فولاد است.
استحکام، مقاومت و انعطاف پذیری برخی از فولادهای ضد زنگ باعث می‌شود تا در معماری نیز استفاده شود به نحوی که از جنبه های زیبایی و سطح صیقلی آن استفاده می‌شود. برای مثال فولاد ضدزنگ در ترمینال Eurostar در لندن و پل Helix در سنگاپور استفاده شده است.
یکی از رایج ترین کاربردهای استنلس استیل در صنعت غذا و آشپزی دیده می‌شود به نحوی که از آن برای ساخت تجهیزات آشپزی، وسایل آشپزخانه، کارد و چنگال استفاده می‌شود. وسایل آشپزخانه نظیر چاقوها از فولاد ضد زنگ با چکش خواری پایین ساخته می شوند در حالی که فولادهای چکش خوار برای ساخت سینک ها، کباب زن، اجاق و ماهی تابه استفاده می شوند.
کربن استیل
کربن استیل برخلاف استنلس استیل دارای مقادیر اندکی کروم است ولی در عوض یک آلیاژ آهن-کربن همراه با چند ماده دیگر است. به همین دلیل به آن فولاد کم آلیاژ گفته می‌شود. کربن استیل و استنلس استیل دارای ترکیب بندی مشابهی هستند ولی فولاد کربن توسط مقدار کربن موجود در آن تعریف می‌شود. مقدار کربن در این فولاد معمولا 2 تا 5/2 درصد است ولی این مقدار متغیر است. اگرچه فولاد کربن یا همان کربن استیل برخلاف فولاد ضد زنگ دچار زنگ زدگی می‌شود ولی فولاد ارزان تری است و با توجه به مقدار کربن موجود در آن نیز خواص مکانیکی متغیری دارد.
فولادهای کم کربن معمولا ضعیف‌تر و نرم‌تر هستند ولی به راحتی تراشیده و جوشکاری می‌شوند در حالی که فولاد پر کربن مستحکم‌تر است ولی فرآوری آن به مراتب دشوارتر است.
انواع کربن استیل
عنصری که فولاد کربن را تعریف می‌کند کربن است و بر همین اساس می‌توان این آلیاژ را بصورت زیر تقسیم‌بندی کرد:
- فولاد کم کربن: رایج‌ترین نوع کربن استیل با مقدار کربن کمتر از 25/0 درصد. این نوع فولاد معمولا ضعیف تر و نرم تر است ولی راحت تر چکش خورده و جوش می‌شود. به همین دلیل از آن برای تراشکاری و جوشکاری با هزینه پایین استفاده می‌شود.
- فولاد با کربن متوسط: این نوع فولاد دارای 25/0 تا 6/0 درصد کربن و 6/0 تا 65/1 درصد منگنز است که مقدار آنها را می‌توان با اعمال حرارت تغییر داد ولی این فرایند را می‌توان روی بخش‌های بسیار نازک از این فولاد انجام داد مگر اینکه عناصر آلیاژکننده به آن اضافه شود. این نوع فولاد در مقایسه با فولاد کم کربن مستحکم‌تر هستند ولی چکش‌خواری کمتری دارند.
- فولاد پر کربن: این نوع فولاد مستحکم ترین و سفت ترین فولاد است و کمترین میزان چکش خواری را دارد ولی در برابر ساییدگی مقاوم است و معمولا سفت یا آبدیده می‌شود. این فولاد ها دارای 6/0 تا 25/1 درصد کربن و 3/0 تا 9/0 درصد منگنز هستند.
مزایای کربن استیل:
- استحکام بالا
- قیمت پایین‌تر نسبت به فولاد ضدزنگ
- مقاوم در برابر سایش
- بادوام و مقاوم در برابر ضربه
- راحتی کار با آن نسبت به فلزات دیگر
- دوستدار محیط زیست و سهولت بازیافت
معایب کربن استیل
- استحکام بسیار بالا که کار با آن را بعضا دشوار می‌کند
- شکننده بودن، به راحتی خم یا قالب‌گیری نمی‌شود
- مستعد زنگ‌خوردگی و خوردگی
- داشتن ظاهری با جذابیت کمتر، نداشتن جلا و صیقل سطح استنلس استیل
کاربردهای فولاد کربن
انواع فولاد کربن را می‌توان در صنایع و بخش های مختلف استفاده کرد. فولاد کم کربن را می‌توان در بدنه اتومبیل، لوله ها، ساخت پل و ساختمان و کنسرو های خوراکی استفاده کرد. فولاد با کربن متوسط را می‌توان برای ساخت ریل راه‌آهن، چرخ های قطار، میل‌لنگ، دنده‌ها و قطعات ماشین‌آلات مختلف استفاده کرد که به استحکام و چقرمگی بالا نیاز دارند. فولاد پرکربن نیز بدلیل سفتی بالا در ابزارهای برش، فنرهای مستحکم، سیم‌ها و ماردون‌ها استفاده می‌شود.
آیا می‌توان استنلس استیل را به کربن استیل جوش داد؟
اگرچه جوش دادن انواع فلزات از لحاظ فنی امکان پذیر است ولی این کار معمولا توصیه نمی شود. جوش دادن کربن استیل و استنلس استیل معمولا انجام نمی‌شود چون رسانایی الکتریکی متفاوتی دارند. فولاد کربن معمولا حین جوشکاری مقاومتی از قبل گرم می‌شود چون رسانایی الکتریکی بیشتری دارد و مانند فولاد ضدزنگ فورا گرم نمی‌شود. بنابراین دستیابی به دمای جوشکاری مناسب در این فرایند دشوار است. به همین دلیل معمولا توصیه می‌شود بجای اینکه فولادها را با هم مخلوط کنیم، فولادهای مشابه را با هم جوشکاری کنیم.
