با بیش از ربع قرن تجربه در زمینه ارائه انواع محصولات استنلس استیل

قیمت ورق استیل؛ فروش انواع ورق استیل صنعتی و ورق استنلس استیل در آلیاژ و ضخامت های مختلف. با حرفه‌ای‌ها خرید کنید تلفن: 35089-021

تاریخ استنلس استیل - فصل 4 - سمپوزیوم بزرگ استنلس استیل (1924)

در سال 1924، انجمن تست مواد آمریکا (ASTM) سمپوزیومی با عنوان "آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی و حرارت، و آلیاژهای با مقاومت الکتریکی" از تاریخ 24 تا 27 ژوئن در آتلانتیک سیتی، نیوجرسی ترتیب داد. این رویداد تمام افرادی که در تجارت فولاد ضدزنگ بودند و همچنین نمایندگان شرکتهای علاقمند به ورود به این تجارت را میزبانی نمود. نمایندگانی از صنایع فلزات غیرآهنی و شرکت هایی که تولیدکننده آلیاژهای با مقاومت الکتریکی بودند نیز در این سمپوزیوم حضور داشتند. این رویداد آغازگر نقش مهم ASTM (که بعدها به انجمن تست و مواد آمریکا تغییر نام داد) در تاریخ استنلس استیل بوده است.
ASTM از اوایل قرن بیستم میلادی آغاز به کار نمود. این درست زمانی بود که به شکل گسترده ای از موتورهای بخار و راه آهن برای جابجایی مردم و حمل بار استفاده می شد. با این حال، هیچ استاندارد مشخصی برای محصولات آهن و فولاد و همچنین روش های استاندارد برای تست این مواد وجود نداشت. در نتیجه ی نبود چنین استانداردهایی، معمولاً انفجار لوکوموتیوها و دیگ های بخار اتفاق می افتاد. هم چنین خرابی پل های فولادی، کشتی ها، راه آهن، چرخ ها و محور های لوکوموتیو، از جمله ی دیگر مواردی بودند که منجر به تلفات جانی و مالی قابل توجهی می شدند.
منزفیلد مِریمَن (Mansfield Merriman)، فارغ التحصیل دانشکده فنی شفیلد در ییل و استاد مهندسی عمران در کالج لی های (Lehigh)، و ادگار ماربورگ (Edgar Marburg)، استاد مهندسی عمران دانشگاه پنسیلوانیا، از جمله افرادی بودند که در پنسیلوانیا جلساتی را برای پرداختن به این مسائل و چالش ها برگزار نمودند. این جلسات در نهایت منجر به تشکیل ASTM و ایجاد کمیته ای 60 نفره با محوریت فولاد گردید. طی دو سال، این کمیته ی استاندارد "مشخصات مربوط به ریل های فولادی" را وضع نمود. این استاندارد، شروعی شد بر استانداردسازی انواع مواد از جمله فلزات، سیمان، رنگ، فراورده های نفتی، شیشه، منسوجات و تست های مرتبط با آنها مانند سختی سنجی، آزمایش کشش و روش های تجزیه و تحلیل شیمیایی به وسیله این سازمان بزرگ.
سمپوزیوم سال 1924 که بیست و هفتمین نشست سالیانه ASTM بود، اولین جایی بود که در آن مباحث مرتبط با انواع ورق استیل مطرح گردید. تا سال 1924، تقریباً 25 کمیته فنی ASTM وجود داشت. جلسات سالیانه با حضور تمامی اعضای کمیته در ماه ژوئن برگزار می شد تا اساتیدی که عضو کمیته بودند، کلاس های خود در دانشگاه ها و موسسات را تا آن موقع به اتمام رسانده باشند. این جلسات غالباً در سالن Chalfont-Haddon در آتلانیتک سیتی (همان محل برگزاری سمپوزیوم بزرگ فولادهای زنگ نزن) برگزار می شد.
در سمپوزیوم 1924 تقریباً همه تولیدکنندگان فولاد ضد زنگ آمریکا و کانادا و همچنین یک سخنران از شرکت تولید فولاد کروپ آلمان حضور داشتند. ایده ی تشکیل کمیته ASTM در مورد فولادهای زنگ نزن، ظاهراً از همین همایش برانگیخته شد. این کمیته در نهایت در سال 1929 تشکیل شد. این سمپوزیوم بدون شک اولین گردهمایی بزرگ متخصصان آمریکا در صنعت استنلس استیل بود، صنعتی که سال ها قبل در سال 1915 به وسیله شرکت فولاد فرث-استرلینگ در مکیسپورت پنسیلوانیا آغاز به کار کرده بود. تا آن زمان در آمریکا، فقط تولید کارد و چنگال از کلاس مارتنزیتی استنلس استیل در جریان بود. مقالات مرتبط با استنلس استیل کروم دار توسط بنو اشتراوس آلمانی (شکل 4) و ادوارد ماورر در خصوص توصیف توسعه آلیاژهای آهن-کروم نیکل ارائه گردید.

اطلاعات ارائه شده مربوط به فولادهای ضد زنگ

این سمپوزیوم توسط ژروم اشتراوس (Jerome Strauss) از شرکت وانادیوم برگزار شد و او همچنین اولین مقاله در این همایش را ارائه داد. اشتراوس تصمیم گرفت تا به جمع آوری داده ها و خصوصیاتی از قبیل مقاومت در برابر خوردگی، گرما و استحکام الکتریکی از شرکت های تولید کننده فولاد بپردازد. در آن زمان، هیچ کتاب مرجعی برای مقایسه و انطباق با این داده ها وجود نداشت. هیچ گونه کتابی در مورد استنلس استیل نوشته نشده بود، و تنها منبع در دسترس، نشریه ای تجاری بود که توسط شرکت فولاد فرث-استرلینگ در سال قبل یعنی در 1923 منتشر شده بود.
اشتراوس توانست اطلاعاتی از 10 تولید کننده ورق استیل و 22 تولید کننده فلزات و آلیاژهای غیرآهنی از قبیل Duriron، Stellite و Nichrome را بدست آورد. بسیاری از تولید کنندگان، اطلاعات و داده های مربوط به چندین نوع آلیاژ تولیدی خود را در اختیار اشتراوس قرار دادند. این داده ها شامل تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی، اطلاعات مرتبط با نحوه عملیات حرارتی، خواص مکانیکی در محدوده دمایی صفر تا 1000 درجه سانتی گراد، مقاومت الکتریکی و مقاومت در برابر خوردگی در هوا، آب و انواع محلول های شیمیایی بود. اشتراوس تمامی این اطلاعات را جمع آوری و دسته بندی و در سه جدول بزرگ چاپ و در جلسه ای که در این زمینه برگزار کرده بود، بین حضار پخش نمود.

شکل 4- بنو اشتراوس-توسعه دهنده کاربرد صنعتی فولادهای آستنیتی کروم-نیکل با همکاری ادوارد مورر در آزمایشگاه های شرکت کروپ بین سال های 1909 تا 1912. منبع: ثوم، 1933، ص 374

داده های مربوط به فولادهای زنگ نزن توسط شرکت های زیر در اختیار اشتراوس قرار داده شد:

شرکت فولاد Allegheny، فولاد Carpenter، فولاد Crucible، فولاد Firth-Sterling، فولاد Ludlum، فولاد Midvale، شرکت ریخته گری فولاد میشیگان و شرکت فولاد کانادایی Atlas. هر تولید کننده، نام تجاری انحصاری از قبیل Ascoloy، استنلس Atlas و Metal 17.No برای محصولات خود در نظر می گرفتند. اعداد شماره گذاری بر اساس AISI هنوز برای فولادهای زنگ نزن ایجاد نشده بود.
البته اطلاعات ارائه شده در خصوص ترکیب شیمیایی آلیاژها جالب توجه بود و نشان میداد برخی شرکت ها نسبت به افشای آنچه اسرار تجاری می دانستند، تمایلی ندارند. در بین آنها، شرکتی نیز وجود داشت که ترکیب شیمیایی محصولات خود را اعلام نمی کرد. شرکتی دیگر فقط محتوای کروم و برخی نیز فقط محتوای کروم و کربن را ذکر می کردند و البته شرکتی نیز بود که برای عناصر به کار رفته در تولیدات خود، بازه عددی ذکر می کرد، مثلاً "کربن 0.18 تا 0.70 درصد". تنها 3 شرکت مقادیر دقیق کربن، منگنز، کروم و نیکل را ارائه کردند. شرکت فولاد فرث-استرلینگ نیز در اطلاعاتی که ارائه داد، یکی از دو آلیاژ تولیدی خود را تحت عنوان آهن ضدزنگ ذکر کرد، اما داده ای در خصوص ترکیب شیمیایی در اختیار قرار نداد.

تاریخچه و حقوق ثبت اختراع

دومین مقاله در این زمینه، توسط پی.ای.ای آرمسترانگ (شکل 5) نائب رئیس شرکت فولاد لودلوم واقع در نیویورک ارائه شد. این شرکت تا قبل از آن، در حال عرضه فولادهای زنگ نزن خود با نام های تجاری Neva-Stain و Silchrome به بازار بود. البته تولید این فولادها حاصل کارها و آزمایشات قبلی آرمسترانگ بود که به عنوان مهندس متالورژی در این شرکت کار می کرد. این آلیاژها که دارای کروم بالا، کربنِ کم و سیلیسیم و آهن بودند، در سال 1919 توسط آرمسترانگ به عنوان اختراع به ثبت رسید.
آرمسترانگ مقاله ای علمی و 13 صفحه ای در این سمپوزیوم ارائه داد. این مقاله تاریخچه ای از فولاد های زنگ نزن و سایر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی و بسیاری از مراجع اختراعات ثبت شده در آمریکا و خارج از آمریکا را شامل می شد. وی حق اختراع شرکت کروپ برای "آلیاژهای آهن-کروم-نیکل با محتوای کروم 1 تا 25 درصد، نیکل 0.5 تا 20 درصد و کربن صفر تا 1 درصد" را ذکر کرد. در این حق اختراع آمده که "سطح این آلیاژها در صورت قرار گرفتن در معرض هوای مرطوب حتی به مدت چندین ماه دچار زنگ زدگی نمی شود و براق باقی می ماند."
آرمسترانگ احتمالاً به علت نحوه نگارش این حق اختراع، نتوانست به اهمیت فولاد کروپ پی ببرد. بنو اشتراوس، همانطور که بعداً در بحث آلیاژهای کروپ توضیح داده شده، اهمیت فولاد تولیدی خود را روشن می کند.

آلیاژ آهن-کروم-نیکل

مقاله سوم توسط دکتر بنو اشتراوس از شرکت کروپ آلمان ارائه شد. این، تنها مقاله در مورد آلیاژهای آهن-کروم-نیکل بود و از آنجا که تا آن زمان هنوز هیچگونه کلاس آلیاژی از استنلس استیل در آمریکا استفاده نشده بود، بسیار مورد توجه قرار گرفت.

شکل 5- پی.ای.ای آرمسترانگ-توسعه دهنده فولادهای کروم-سیلیسیم مورد استفاده در لوله اگزوز موتور گازی. منبع: ثوم، 1933، ص 486

اشتراوس در مورد دو آلیاژ بحث نمود:
گرید M1V، آلیاژی مارتنزیتی و کروم دار، فولادی مورد استفاده در ساخت کارد و چنگال که حاوی مقدار کمی نیکل بود و گرید V2A، آلیاژی آستنیتی با 15 تا 40 درصد کروم، 4 تا 20 درصد نیکل و حداکثر تا 0/1 درصد کربن (حق اختراع به شماره 304.159 آلمان). او چنین بیان کرد که این آلیاژها به ویژه برای مقاومت در برابر اسیدها بسیار مناسب می باشند. (آلیاژ تولیدی کروپ حاوی 20 درصد کروم و 7 درصد نیکل و مشابه استنلس استیل گرید 304 امروزی بود. این اطلاعات توسط اشتراوس و با استفاده از میکروگرافی که تهیه کرده بود، به حضار نشان داده شد.)
اشتراوس با ارائه داده های آلیاژ V2A نشان داد که این فولاد در محلول 30 درصد اسید نیتریک در حال جوش، مقاومت فوق العاده ای در برابر خوردگی از خود نشان می دهد. وی همچنین نموداری فازی متشکل از عناصر کربن، کروم، آهن و نیکل ترسیم نمود که هدف از آن نشان دادن درصد های مورد نیاز نیکل به منظور ایجاد یک ساختار کاملاً آستنیتی با مقادیر مختلف کروم تا 24 درصد بود. بر طبق اشارات او "محتوای کربن کم در آلیاژ باعث افزایش مقاومت آن در برابر خوردگی می شود". وی همچنین اینگونه توضیح داد که محصولات ساخته شده از آلیاژهای او، برای اولین بار در آوریل 1914 در نمایشگاه مالمو سوئد به نمایش در آمده است.
در بخش نتیجه گیریِ مقاله اشتراوس اینگونه آمده: "از فولاد آستنیتی V2A در ساخت پمپ های اسید، شیرآلات، لوله، وسایل آشپزخانه، قاشق، کارد و چنگال، ابزار جراحی و دندانپزشکی و فلزات با سطوح آینه ای (میرور) استفاده می شود." وی همچنین اشاره کرد:
"آینه ها و سایر محصولات صیقل داده شده هنگام ساخت از فولاد V2A، حالت صیقلی خود را به طور دائم حفظ می کنند. این فولاد با توجه به شکل پذیری بالایی که دارد، به آلیاژ این اجازه را می دهد تا در حالت سردِ تحتِ نورد، آهنگری، سکه زنی و کشش قرار گیرد، به طوری که می توان آن را به ورق های نازک و سیم و توری تبدیل کرد."
"این گرید آلیاژی با توجه به اینکه در محیط های گوناگون صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد، در برابر حمله های خوردگی اسیدنیتریک، آمونیاک یا هیدروژن پراکسید در حضور بخار مقاومت می کند و سازگاری خوبی با محیط دارد. البته مقاومت آن در برابر اسید سولفوریک رقیق رضایت بخش نیست."
واکنش ها به ارائه این مقاله توسط اشتراوس در این سمپوزیوم مشخص نیست، اما به نظر می رسد استقبال خوبی از آن صورت گرفته باشد. چیزی در حدود 4 سال طول کشید تا این آلیاژ آستنیتی تحت لیسانس آلمان در آمریکا به مرحله ساخت و تولید برسد. اندک مدتی بعد، گریدی اصلاح شده از آلیاژ 7-20 کروپ در انگلیس توسعه یافت. این آلیاژ که 8-18 یا ورق استیل 304 نامیده شد، امروزه از بیشترین کاربرد در بین تمامی آلیاژهای استنلس استیل برخوردار است.

نقش مداوم ASTM

بعد از برگزاری سمپوزیوم سال 1924، ASTM در سال 1929 کمیته ای تحت عنوان 10-A در مورد فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر حرارت ایجاد نمود. این کمیته شامل دو استاندارد 167A "پلیت، استریپ و ورق استنلس استیل آهن-کروم-نیکل" و 176A "پلیت، استریپ و ورق استنلس استیل آهن-کروم" بود. در زمان انتشار این استانداردها در سال 1935، ساختمان کرایسلر در شهر نیویورک، برجی فوق العاده زیبا بود که در ساخت آن از استنلس استیل استفاده شده بود. این، اولین استفاده ی عمده از فولاد زنگ نزن در صنعت معماری می باشد. اعضای کمیته 10-A به برج کرایسلر به عنوان محیطی آزمایشگاهی برای بررسی عملکرد استنلس استیل نگاه می کردند، زیرا این برج در معرض محیطی نسبتاً تهاجمی، نزدیک به دریا و خروجی گازهای خورنده ی کارخانه های زغال سنگ قرار داشت. پنج نفر از اعضای کمیته، به صورت داوطلبانه وظیفه بازرسی از این برج را در فواصل زمانی پنج ساله بر عهده گرفتند. هدف آنها از این بازرسی تعیین میزان خوردگی این فولاد در طول زمان بود.
در دهه 1960، هنگامی که انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) شماره گذاری آلیاژهای جدید فولادی (از جمله استنلس استیل) را متوقف نمود، کمیته 10-A این خلاء را با تعیین سری اعداد XM پر نمود و به واسطه آن توانستند مشخصه های آلیاژهای استنلس استیل جدید را در استاندارد های ASTM بگنجانند. با اصرار کمیته 2-B ASTM در مورد فلزات غیرآهنی و اعلام نیاز به یک سیستم شماره گذاری به ویژه برای آلیاژهای نیکل، سرانجام ASTM و انجمن مهندسین خودرو (SAE) سیستم شماره گذاری یکپارچه ای برای فلزات ایجاد نمودند. این سیستم جدید، نیاز کمیته فولاد زنگ نزن به یک روش شماره گذاری و همچنین نیازی کلی در بیشتر صنایع فلزی را برطرف نمود.
در سال 1972، دو کمیته فولادی 10-A و 1-A ادغام شدند و هیأتی معتبر با 900 عضو تشکیل شد. شماره گذاری فولاد زنگ نزن توسط ASTM، به ویژه با پذیرش اعضای خارجی و همچنین آلیاژهای استنلس استیل از کشورهایی چون فرانسه، آلمان، ایتالیا، ژاپن، سوئد و انگلیس به مسیر رشد خود ادامه داد. امروزه تعداد آلیاژهای استنلس استیل چیزی بیش از 150 مورد است و همچنین بیش از 200 استاندارد و روش آزمایش ASTM برای این آلیاژها وجود دارد. شماره گذاری استنلس استیل همچنان یکی از فعالترین بخش ها در ASTM می باشد.