خواص و کاربرد ورق فولاد ضد سایش

در ساختمان سازی و شکل دهی فلزات، نوع گرید و ترکیبات سازنده ورق استیل مورد استفاده، تاثیر مهمی بر روی نتیجه نهایی می گذارد.

ورق استیل ضد سایش، یک سطح مقطع رایج از فولاد است که سطحی سخت تر و با چقرمگی بالاتری دارد؛ به همین دلیل ورق فولاد ضد سایش تا 4 برابر بیشتر از ورق استیل معمولی دوام می آورد.

اما چه چیزی این نوع از فولاد را سخت تر می کند و اصلاً در چه مواقعی باید از آن استفاده کرد؟ در ادامه به جواب این دو سوال و همچنین درباره گرید های استیل ضد ساییدگی، یعنی AR400، AR450 و AR500 می پردازیم.

ورق استیل ضد سایش چیست؟

ورق استیل ضد سایش یک ورق فولاد کربن بالا (پر کربن) است و به دلیل وجود کربن بیشتر در آن سختی بالاتری دارد. البته فولاد ضد سایش به دلیل اضافه کردن عناصر آلیاژی، قابل فرم دهی و مقاوم به آب و هوا می باشد.

کربن اضافه شده به هنگام فرم دهی ورق استیل، اساساً سختی و چقرمگی آن را بالا می برد، اما از طرف دیگر استحکام آن را پایین می آورد. بنابراین ورق فولاد AR در مواقعی که ساییدگی و از هم گسیختگی، مشکلات اصلی به شمار می روند، کارآمد است. در تولیدات صنعتی، معدنکاری، ساختمان سازی و نگه داری مصالح به دلیل وجود دو عامل بالا، ورق استیل AR انتخاب مناسبی به شمار می آید. استفاده از ورق استیل ضد سایش برای مصارف ساختاری در ساختمان سازی، مانند تیر حمال در پل و ساختمان مناسب نیست.

• تسمه نقاله
  
• سطل
• تجهیزات مورد استفاده در بولدوزر و جرثقیل
• صفحات مشبک
• مجرای سرریز
• قیف

از دیگر موارد استفاده ورق فولاد AR هستند.

فولاد ضد سایش در عملیات کوئنچ و تمپرینگ

استیل ضد سایش از طریق کوئنچ کردن و تمپرینگ بلوک ها یا شمش های استیل فورج شده تولید می شود. طی این فرایند، ساختار دانه ای فولاد تغییر می کند تا چقرمگی آن افزایش یافته، برای فرم دهی نیز مناسب شود و شکنندگی آن کاهش یابد؛ در واقع فولاد دچار سختی عمقی می شود.

کوئنچ کردن و تمپرینگ یک فرایند دو قسمتی است

کوئنچ کردن زمانی رخ می دهد که استیل در دمای زیادی قرار بگیرد. این دما معمولاً بین 815 تا 898 درجه سانتی گراد است و بلافاصله پس از حرارت دادن، فولاد با آب سرد می شود. این فرایند باعث می شود که ساختار های کریستالی در درون فولاد شکل بگیرند و سختی آن را بالا ببرند.

تمپرینگ در واقع به دوباره گرم کردن فولاد کوئنچ شده تا زیر دمای بحرانی (نزدیک 148 تا 371 درجه سانتی گراد) گفته می شود. پس از اینکه فولاد کوئنچ شده به دمای مورد نظر رسید، آن را در محیط قرار می دهند تا سرد شود.

دوباره گرم کردن ماده، کریستال های تشکیل شده در فرایند کوئنچ کردن را شکسته و مدت طولانی سرد شدن اجازه می دهد تا این ساختار های کریستالی دوباره شکل بگیرند. در اینصورت بیشتر استحکام و سختی فلز حفظ شده و همچنین به داکتیلیتی آن کمی افزوده می شود.

دلیل حرف F در نام فولاد ضد سایش

در بسیاری از اوقات، به فولاد مقاوم به سایش نام AR400F و AR450F و گاهی اوقات AR500F هم داده می شود. امروزه البته فلزات ضد سایش، چه با حرف F و چه بدون آن تفاوت چندانی ندارند؛ و این حرف بیانگر این بود که فلز مورد نظر قابل فرم دهی است و می توان آن را تا حدی معین، بدون آنکه بر روی آن ترکی تشکیل شود، خم کرد. زمانی که هر دو گرید Formable و Non-Formable تولید می شدند، گرید قابل فرم دهی کمی گرانتر بود. به دلیل اینکه درخواست برای گرید های Non-Formable کمتر می شد و قیمت گرید های F افزایش می یافت، فولاد ضد سایش امروزه فقط به شکل Formable تولید می شود.

سخت کاری عمقی استیل مقاوم به ساییدگی

معمولاً برای توصیف فولاد مقاوم به سایش، گفته می شود که بر روی این آلیاژ، سخت کاری عمقی (و نه سطحی) انجام می گیرد. زمانی که ساختار ریزدانه ای در مرحله حرارت دهی اولیه تغییر می کند، در واقع ترکیب کل ورق عوض می شود؛ بنابراین به آن سخت کاری عمقی یا سراسری می گویند. سخت کاری عمقی با سخت کاری سختی متفاوت است. در سخت کاری سطحی فقط سطح فلز مورد نظر سخت می شود و قسمت های درونی نرم باقی می مانند. در سخت کاری سطحی، ترکیب فلز نیز فقط در سطح آن تغییر می کند.

مقایسه فولاد AR400، AR450، AR500 و AR600

قبل از توضیح در مورد گرید های گوناگون فولاد ضد سایش، بهتر است بدانید نامی که بر انواع این آلیاژ گذاشته می شود، طبق استاندارد ASTM خاصی نیست و بسته به میزان سختی هر گرید اینگونه نام گذاری صورت می پذیرد.

تفاوت عملی بین این چهار آلیاژ، میزان سختی آنها در مقیاس برینل است که طبیعتاً سختی هر گرید را نشان می دهد. اگر آلیاژ شماره بالاتری داشته باشد، به این معنا است که سختی آن آلیاژ نیز بالاتر است و بالعکس.

میزان سختی در مقیاس برینل برای فولاد AR400 بین 360 تا 440 واحد، برای فولاد AR450 بین 430 تا 480 واحد، برای AR500 بین 460 تا 544 واحد و برای AR600 بین 570 تا 625 واحد می باشد. گرید AR600 کمترین میزان تولید را در بین گرید های فولاد ضد سایش دارد.

سختی و مقاومت به سایش

در مصارفی که نیاز به مقاومت در برابر سایش و تنش فوق العاده زیاد، مانند معدنکاری و عمل آوری بتن معمولاً از ورق فولاد ضد سایش با BHN (Brinell Hardness Number) بالاتر استفاده می شود. مهندسان برای چنین مصارفی ممکن است ورق فولاد AR500 یا AR600 را انتخاب کنند، چرا که این دو از سخت ترین گرید های استیل ضد سایش هستند و بنابراین برای مقاومت به ساییدگی مناسب هستند.

مصارف دیگر ممکن است نیاز به سطوح پایین تری از مقاومت به سایش داشته باشند، مانند تجهیزات ساخت و ساز؛ و در این زمینه ها مهندسان ممکن است از گرید هایی با BHN پایین تر مانند AR450 و AR400 استفاده کنند. این دو آلیاژ به اندازه کافی دوام دارند تا نسبت به سایش و تنش زیاد ایستادگی کنند، بدون آنکه ویژگی های حیاتی دیگر آنها از جمله شکل پذیری، از دست نرود.

شکل پذیری و ماشین پذیری استیل ضد سایش

در پروژه هایی که از فولاد AR استفاده می شود معمولاً دو ویژگی سختی و شکنندگی در نظر است و باید تعادلی بین این دو برقرار باشد. با افزایش دادن سختی، شکنندگی آلیاژ نیز بالا می رود و شکل دهی و جوشکاری آن سخت تر می شود. در بعضی از مصارف نیز سختی از هر عامل دیگر اهمیت بیشتری دارد، بنابراین با صرف نظر از رابطه سختی و شکنندگی، سختی آلیاژ افزایش داده می شود. مواردی هم هستند که در آنها آلیاژ حتماً باید فرم داده شده و ماشین کاری شود، در اینصورت سختی فولاد AR باید پایین آورده شود.

به طور کلی، AR400 و AR450 بهترین گزینه در رابطه با سختی خوب و شکل پذیری مناسب هستند. قابلیت ماشین کاری و مناسب بودن برای جوش نیز از دیگر ویژگی های این دو می باشد. برای مصارفی که واقعاً ساییدگی زیادی بر سطح آلیاژ وارد می شود، AR500 و AR600 باید استفاده گردند. این دو دوام بالاتری داشته، نیاز به تعویض کمتری دارند اما فرم دهی آنها سخت تر است. همچنین برای ماشین کاری و جوشکاری آنها باید بیشتر احتیاط کرد.

قیمت فولاد ضد سایش

عموماً ورق استیل مقاوم به ساییدگی، قیمت بالاتری در مقایسه با گرید های کم کربن و کم آلیاژ استحکام بالا (HSLA) دارد. با این حال، استیل AR دوام بالاتر و خاصیت ضد سایش بالاتری نسبت به دو گروه گفته شده دارد و کمتر تعویض می شود؛ بنابراین در بلند مدت، استیل AR از نظر اقتصادی صرفه بهتری دارد. گرید فولاد AR هم البته بر قیمت آن تاثیر می گذارد. گرید هایی با BHN بالاتر معمولاً قیمت بالاتری دارند، البته شرایط بازار و نوع سفارش نیز بر قیمت فولاد AR تاثیر می گذارد.

استیل AR200 و AR235

 با اینکه فولاد AR400 و گرید های بالاتر بیشترین استفاده در زمینه مقاومت به سایش را دارند، گرید های دیگری هم هستند که هم سختی پایین تری دارند و هم ارزانتر هستند. فولاد AR200 و AR235 دارای سختی بین 180 تا 235 BHN بوده و برای مصارفی که نیاز به خاصیت ضد سایش متوسط باشد، استفاده می شوند. این دو آلیاژ مقاومت به ساییدگی بالاتر از فولاد کربن پایین و کم تر از فولاد AR400+ را دارا می باشند.س