مقدمه – معرفی ورق استیل 420
استنلس استیل (فولاد زنگ نزن) های مارتنزیتی فولادهایی هستند که دارای کربن و سختی بالایی می باشند. این فولادها معمولا عملیات حرارتی پذیر بوده و بواسطه اعمال های سیکل های حرارتی خواص مکانیکی آن بهبود می یابد. ورق استیل 420 یکی از معروفترین رده های آلیاژی در بین استنلس استیل های مارتنزیتی سری 400 می باشد. این گرید نیز همچون دیگر استیل های مارتنزیتی عملیات حرارتی پذیر بوده و در هر دو حالت آنیل و سخت شده دارای خاصیت مغناطیسی بوده و در اصطلاح عرف بازار بگیر (بگیر به معنای دارای بودن خاصیت مغناطیسی) می باشد. استنلس استیل 420 ترکیب شیمیایی نزدیکی به گرید 410 دارد. البته با این تفاوت که ورق استیل 420 حاوی کربن بیشتری بوده و کربن بیشتر سبب افزایش سختی و استحکام آن نسبت به گرید 410 شده است. ورق استیل 420 معمولا در حالت آنیل داکتیلیته خوبی دارد با این وجود در این شرایط استفاده می شود. در حالت سخت شده سختی آن به بالاتر از 50 راکول C (HRC) می رسد که این مقدار بالاترین میزان سختی در بین فولادهای زنگ نزنی است که حاوی 12 درصد کروم اند. این آلیاژ در حالتی که کاملا سخت شده و سطح آن نیز تحت سنگ زنی و یا پولیش کاری قرار گرفته باشد دارای بیشترین مقاومت به خوردگی است. عمده ترین کاربردهای ورق استیل 420 شامل بکارگیری در ساخت ابزار برشی همچون چاقو و وسایل دندانپزشکی بوده و در بین فولادهای زنگ نزن به گرید برشی (cutting grade) معروف است. در ادامه با ویژگی بیشتری از این فولاد زنگ نزن مارتنزیتی آشنا می شویم.
بررسی ترکیب شیمیایی ورق استیل 420
| رده آلیاژی | C (wt%) |
Cr (wt%) |
Mn (wt%) |
Si (wt%) |
P (wt%) |
S (wt%) |
Ni (wt%) |
Mo (wt%) |
| 420 | (max)0.15 | 12-14 | (max)1 | (max)1 | (max)0.04 | (max)0.03 | - | - |
| 420J1 | 0.16-0.25 | 12-14 | (max)1 | (max)1 | (max)0.04 | (max)0.03 | - | - |
| 420J2 | 0.26-0.40 | 12-14 | (max)1 | (max)1 | (max)0.04 | (max)0.03 | - | - |
استیل 420 تحت سه رده آلیاژی 420، (J1) 420 و (J2) 420 ارا ئه می شود. در جدول 1 ترکیب شیمیایی ورق استیل 420، (J1) 420 و (J2) 420 نشان داده شده است. همانطورکه ملاحظه می شود عمده ترین تفاوت این سه گرید مربوط به میزان کربن آنهاست. کربن بیشتر استحکام و سختی بالاتری را به همراه دارد.
خواص مکانیکی ورق استیل 420
در جدول 2 خواص مکانیکی گریدهای 420، (J1) 420 و (J2) 420 ارائه شده است. همانطورکه ملاحظه می شود ورق استیل (J2) 420 از آنجایی که کربن بیشتری داشته دارای استحکام بالاتری است. در عوض استیل های 420 و (J1) 420 الانگیشین بیشتری دارند.
| رده آلیاژی | استحکام کششی نهایی (MPa) (حداکثر مقدار) |
استحکام تسلیم (MPa) (حداکثر مقدار) |
الانگیشن (%) |
| UTS (MPa)-max | YS (%2 proof stress) (MPa-max) | Elongation(in 2 in.) | |
| 420 | 650 | 450 | 10 |
| 420J1 | 640 | 440 | 20 |
| 420J2 | 740 | 540 | 12 |
خواص فیزیکی ورق استیل 420
| خواص فیزیکی استیل 410 | ||
| چگالی (g/cm3) | 7.8 | |
| دمای ذوب (C֯) | 1450-1510 | |
| مدول الاسیسیته (GPa) | 200 | |
| مقاومت الکتریکی (m.Ωn) | 550 | |
| رسانایی حرارتی (m.k / W) | C ֯ 100 | 24.9 |
| C ֯ 500 | - | |
| ضریب انبساط حرارتی (C ֯ / m / mµ) | C ֯ 100 - 0 | 10.3 |
| C ֯ 315 - 0 | 10.8 | |
| C ֯ 538 - 0 | 11.7 | |
مقاومت به خوردگی ورق استیل 420
رفتار ورق استیل 420 در برابر خوردگی مشابه با گرید 410 می باشد. معمولا در شرایط آنیل شده دارای مقاومت به خوردگی ضعیفی بوده و در شرایط سخت شده دارای بیشترین مقاومت به خوردگی است. پولیش سطح استیل نیز به منجر به افزایش مقاومت به خوردگی می شود. تحت این شرایط ورق استیل 420 در برابر جو، آب شیرین، آب معدنی، بخار، کربنیک اسید، نفت خام، بنزین، الکل، آمونیاک، جیوه، مواد غذایی، محلول های ضد عفونی کننده، صابون و سایر مواد خورنده مشابه مقاومت خوبی از خود نشان می دهد. این آلیاژ از آنجایی که مقاومت خوبی در برابر مواد غذایی داشته در ساخت چاقوهای مورد استفاده در آشپزخانه ها استفاده می شود. اما اگر مواد غذایی به طور طولانی مدت روی آن بماند و تحت شست و شو قرار نگیرند در معرض خوردگی حفره ای قرار می گیرد.
ورق استیل 420 با توجه به اینکه فاقد نیکل و دارای مقادیر کروم کمتری نسبت به استنلس استیل های آستنیتی سری 300 بوده در مقایسه با این فولادها از مقاومت به خوردگی کمتری برخوردار می باشد. در مقایسه با گرید فریتی 430 (دارای 16 الی 18 درصد کروم) مقاومت به خوردگی کمتری دارد.
مقاومت در برابر حرارت ورق استیل 420
قابلیت بکارگیری فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی در دمای بالا بنابر افت خواص مکانیکی شان به گستردگی استیل های سری 300 نیست. در دمای زیر صفر درجه نیز این فولادها با کاهش داکتیلیته مواجه هستند. معمولا ورق استیل 420 تا دمای ( C ° ) 650 مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون و پوسته پوسته شدن (Scalling) از خود نشان می دهد. معمولا استفاده از این گرید در دمایی بالاتر از دمای تمپر به دلیل افت خواص مکانیکی توصیه نمی شود.
عملیات حرارتی ورق استیل 420
سیکل عملیات حراتی استنلس استیل 420 شامل مراحل ذیل می باشد:
عملیات آنیل (Annealing): حرارتی دهی یکنواخت تا دمای ( C ֯ ) 900 – 816، سپس سرد کردن آهسته در کوره به منظور دستیابی به حداکثر نرمی صورت می گیرد.
آنیل فرایندی (Process Annealing): حرارت دهی در بازه دمایی ( C ֯ ) 788 – 732 و سرمایش در هوا.
عملیات سخت کاری (Hardening): عملیات پیش گرم، حرارت دهی در محدوده دمایی ( C ֯ ) 1066 – 982 (دمای آستنیته) و سرمایش (کوئنچ) در هوا یا روغن. سرد کردن در روغن بیشتر برای مقاطع سنگین مورد استفاده قرار می گیرد. سرد کردن در روغن معمولا برای مقاطعی که دارای ضخامتی بیش تر از (in) 0.25 ( معادل (mm) 6.4 ) می باشند صورت می گیرد.
پس از کوئچ و رسیدن به دمای اتاق یک عملیات سرمایش سریع (immediate cold treatment) نیز توصیه شده است. دمای عملیات سرمایش سریع معمولا (C °) 10 ± 70 – می باشد که منجر به کاهش فاز آستنیت و حداکثر پایداری ابعادی می شود.
عملیات تنش زدایی (Stress Relieving): حرارت دهی در بازه دمایی ( C ֯ ) 427 – 149 به مدت 1 الی 3 ساعت و سپس سرد کردن در هوا یا آب و یا روغن.
جوش پذیری ورق استیل 420
معمولا جوش پذیری استنلس استیل های مارتنزیتی به دلیل قابلیت سختی پذیری شان با محدودیت ها و معضلاتی همراه است. به همین دلیل جهت جلوگیری از ترک های سرد می بایست قبل از جوشکاری تحت عملیات پیش گرم قرار گیرند. پس از جوشکاری نیز جهت دستیابی به خواص مطلوب عملیات حرارتی می شوند. جوش پذیری ورق استیل 420 در مقایسه با گرید 410 به خاطر دارا بودن کربن بیشتر ضعیف تر می باشد. این گرید نیز همچون دیگر استنلس استیل های مارتنزیتی قبل از جوش کاری پیش گرم شده و پس از جوشکاری نیز تحت عملیات حرارتی در دمای (C °) 760 – 610 قرار می گیرد. زمانی که جهت جوشکاری استیل 420 به فیلر نیاز باشد معمولا از گریدهای 420، ( NiMo ) 420 و (S) 309 استفاده می شود.
شکل پذیری ورق استیل 420
ورق استیل 420 در حالت آنیل شده دارای حداکثر نرمی بوده و می تواند تا حدودی تحت فرایندهای شکل دهی همچون کشش قرار گیرد.
کاربردهای ورق استیل 420
کاربردهای استنلس استیل های مارتنزیتی همچون ورق استیل 420 عمدتا به خاطر سختی پذیری شان معطوف به مواردی می شود که به استحکام و سختی بالا به همراه مقاومت مناسب در برابر خوردگی نیاز باشد. به همین جهت از این گرید درساخت ابزار برشی همچون قیچی و چاقو استفاده می شود. به عنوان مثال از ورق استیل 420 در ساخت چاقوهای مورد استفاده در آشپزخانه استفاده می شود زیرا هم از استحکام و سختی بالای برخوردار بوده و هم اینکه تیز بوده و در صورت کند شدن نیز به راحتی تیز می شود. در ضمن از آنجایی که محیط آشپزخانه محیطی بوده که وسایل آن در معرض رطوبت قرار می گیرند بنابراین این تجهیزات نیز باید از مقاومت خوبی در برابر خوردگی برخوردار باشند. ورق استیل 420 پاسخگوی این نیازها بوده و همچنین در برابر مواد غذایی نیز مقاوم می باشد. به همین دلیل از این فولاد زنگ نزن مارتنزیتی در ساخت چاقوهای آشپزخانه استفاده می شود. بکارگیری در ساخت تجهیزات پزشکی (همچون وسایل مورد استفاده در دندانپزشکی مانند پنس، جرم گیر دندان و...)، شیرآلات و تیغه های برشی از دیگر کاربردهای استیل 420 می باشد.
قیمت ورق استیل 420
قیمت هر کالایی بر حسب پارامترهایی مهم و متغیر تعیین می شود که قیمت گذاری فولادهای زنگ نزن نیز از این قاعده مستثنی نیست. معمولا قیمت ورق استیل نیز در بازار ایران با توجه به وارداتی بودن این فولادها بر حسب عواملی نظیر نوع قیمت جهانی آهن، قیمت عناصر آلیاژی به ویژه نیکل، نوسانات ارزی، هزینه جابجایی، موجودیت و میزان عمده بودن بار، ضخامت و ابعاد ورق استیل، سطح پرداخت پایانی و... تعیین می شود. در بین پارامترهای نام برده یکی از عواملی که منجر به تغییر خواص و قیمت انواع استنلس استیل ها می شود، نوع و میزان عناصر آلیاژی موجود در ترکیب شیمیایی این فولادهاست. ورق استیل 420 از آنجایی نیکل نداشته و کروم کمتری نیز به استنلس استیل های سری 300 دارد در مقایسه با این فولادها قیمت کمتری دارد. در مقایسه با استیل فریتی 430 نیز که نسبت به گرید 420 کروم بیشتری داشته انتظار می رود که ورق استیل 420 قیمت کمتری داشته باشد. اما در بازار ایران ورق استیل 420 با قیمت بالاتری خرید و فروش می شود.
دلیل این امر را می توان در میزان موجودیت این دو گرید در بازار جستجو نمود. همانطورکه اشاره شد فولادهای زنگ نزن کالایی وارداتی بوده و در کشور تولید نمی شوند. در بین این فولادها نیز استنلس استیل های 304، 316 و 430 گریدهای روتین بوده و اکثر فروشندگان استیل این آلیاژها را در بین محصولات خود موجو دارند. اما وضعیت ورق استیل 420 اینگونه نبوده و حتی بسیاری از وارد کنندگان فولاد زنگ نزن این رده آلیاژی را وارد نمی کنند. همین عامل یعنی عدم فراوانی و دشواری خرید ورق استیل 420 بر کمتر بودن میزان کروم (2 الی 6 درصد) فائق آمده و سبب افزایش بهای شده است. به همین دلیل قیمت ورق استیل 420 در بازار ایران نسبت به گرید فریتی 430 بالاتر است.
خریدورق استیل 420
همانطورکه در قسمت قبل اشاره شد بسیاری از تامین کنندگان استیل در ایران ورق استیل 420 را موجود ندارد. از این رو واحدهای صنعتی که نیازمند این آلیاژ هستند برای خرید آن با مشکل مواجه هستند. از طرفی امکان خرید متریال بی کیفیت و نامعتبر نیز وجود دارد. بنابراین جهت خرید ورق استیل 420 می بایست به کمپانی های معتبر و با سابقه ای که در امر واردات انواع رده های آلیاژی از فولادهای زنگ نزن مشغول به فعالیت هستند مراجعه نمود. در بین وارد کننده های فولاد زنگ نزن در ایران مجموعه بازرگانی فلزات رنگین جزء معدود شرکت هایی بوده که همواره ورق استیل 420 را در بین انواع محصولات خود موجود داشته است. این شرکت دارای سابقه ای بیش از سه دهه فعالیت مستمر در امر وارات ورق های استنلس استیل می باشد. انواع رده های آلیاژی موجود در این مجموعه شامل استنلس استیل های سری 300 و 400 می باشد.
تهیه متریال با کیفیت و معتبر بسیار مهم بوده و تاثیر مستقیمی بر تولیدات صنعتی می گذارد. به همین دلیل و در راستای اصل مشتری مداری و دادن اطمینان خاطر به خریداران ارائه انواع ورق استیل در شرکت فلزات رنگین همراه با سرتیفیکیت صورت می گیرد. این سرتیفیکیت ها توسط کارخانه سازنده صادر و مختص یه یک آلیاژ تهیه شده و معمولا حاوی اطلاعاتی اعم از ترکیب شیمیایی، ضخامت و ابعاد، اطلاعات مربوط به سیکل تولید و به طور کلی مشخصات فنی و تولیدی ماده می باشد. در صورت نیاز، خریدارن محترم می توانند تست های مربوطه اعم از بررسی ترکیب شیمیایی، ابعاد و خواص مکانیکی را روی ورق انجام داده و با اطلاعات مندرج در این سرتیفیکیت ها مطابقت دهند.
جهت استعلام قیمت ورق استیل 420 و سفارش خرید می توانید با کارشناسان بخش فروش در مجموعه بازرگانی فلزات رنگین تماس برقرار نمایید.
