آشنایی با انواع فولاد ضد سایش

در طی ساخت‌وساز در صنایع مختلف، عیار و ترکیب ورق فلزی مورد استفاده می‌تواند تأثیر زیادی بر محصول نهایی بگذارد. اغلب قطعات فولادی که در دستگاه‌ها و ماشین‌آلات مختلف به کار می‌روند، به طور مداوم در تماس با یکدیگر بوده و احتمال ساییده شدنشان زیاد است. همین موضوع می‌تواند عمر قطعات و در نتیجه عمر دستگاه را کاهش دهد. راهکار پیشنهادی برای جلوگیری از این اتفاق، استفاده از یکی از پرکاربردترین انواع فولاد، یعنی فولاد ضدسایش است. اگر کنجکاو هستید اطلاعات بیشتری در رابطه با این فولاد مقاوم، مشخصه‌ها و مزایای آن به دست آورید، این مقاله همه چیزی را که نیاز دارید در اختیار شما قرار خواهد داد.

فولاد مقاوم به سایش چیست؟

فولاد مقاوم به سایش یا فولاد ضدسایش یکی از انواع آلیاژهای فولاد با درصد کربن بالا است که به خاطر دوام و مقاومت بالایی که در مقایسه با فولاد معمولی در برابر ضربه و سایش دارد، به شهرت زیادی دست پیدا کرده است. این فلز از ترکیب قطعات فولادی حاوی آلیاژهای مختلف مانند کربن، منگنز و دیگر عناصر کمیاب به دست می‌آید. اما می‌توان گفت از میان این آلیاژها، کربن نقش کلیدی را در مقاوم کردن این فولاد ایفا کرده و سختی آن را افزایش می‌دهد.

این سختی به ماده اجازه می‌دهد تا در برابر خرد شدن و خراشیدگی که معمولاً در طی فرایندهایی که مواد ساینده سنگ‌ها، مواد معدنی و شن هستند، مقاومت کند. با این حال افزایش بیش از حد کربن، مقاومت کششی یا چقرمگی فولاد را کاهش داده و سبب می‌شود تا احتمال ترک خوردگی و شکنندگی در آن بیشتر از دیگر انواع فولاد شود. در کل، این نوع فولاد برای تحمل شرایط سخت که بحث مقاومت در برابر ضربه و سایش مطرح است، با توجه به ترکیب شیمیایی ویژه خود، کاربرد بسیاری دارد.

فولاد ضدسایش چه ویژگی‌ها و مشخصاتی دارد؟

همان‌طور که در قسمت قبل اشاره کردیم، فولاد ضدسایش یکی از انواع فولاد با آلیاژهای مختلف است که به خاطر ترکیب شیمیایی خاص خود و خصوصیات منحصر به فردی که دارد، در صنایع مختلف استفاده می‌شود. برخی از مهم‌ترین مشخصه‌های این فلز به شرح زیر است:

• سختی و کیفیت بالا به علت درصد زیاد کربن در ترکیب اصلی این فولاد قابل توجه است. فولاد مقاوم به سایش در حالت نورد سرد ساخته می‌شود، به همین خاطر در شرایط سخت، از عمر طولانی‌تری برخوردار است.
• مقاوم در برابر خوردگی، هوا، حرارت، مواد شیمیایی و سایش که آن را به یک گزینه مناسب برای استفاده در پروژه‌های صنعتی مختلف تبدیل می‌کند.
• این نوع فولاد به خاطر خواص مکانیکی مناسب و وزن کمی که دارد، در پروژه‌هایی که به مواد اولیه سبک و مقاوم احتیاج دارند، زیاد استفاده می‌شود.
• قابلیت شکل‌پذیری و ساخت‌وساز بالای فولاد ضدسایش بدین معناست که این فولاد به راحتی با توجه به پروژه مدنظر شما قابل برش بوده و می‌تواند به اشکال و حالت‌های مختلف درآید. همین موضوع سبب شده تا این فولاد حتی به عنوان یک ماده اولیه تزیینی به منظور زیبایی و کارایی اجزای مختلف یک پروژه نیز به کار برده شود.
• آخرین ویژگی فولاد مقاوم به سایش، قیمت آن است که در مقایسه با ورق‌های معمولی، قیمت بالاتری دارد؛ اما در طولانی مدت، با افزایش عمر تجهیزات ماشین‌کاری هزینه‌های کلی را کاهش می‌دهد.

روش تولید فولاد ضدسایش

برای تولید فولاد مقاوم در برابر سایش از سنگ آهن، آن را به یک کوره انفجاری می‌برند تا سنگ ذوب شده و تمام ناخالصی‌ها مثل اکسیژن، از آن جدا شوند. پس از آن باید مراحل زیر انجام شوند تا فولاد مقاوم در برابر سایش شکل بگیرد:

اضافه کردن آلیاژهای لازم

در طول این فرایند، مواد اضافی یا همان عناصر آلیاژی مثل کربن می‌توانند برای افزایش کیفیت فولاد به آن اضافه شوند؛ به طوری که اگر کربن اضافی در این مرحله به آهن مذاب افزوده شود، فولاد در برابر سایش مقاوم‌تر خواهد شد. مقادیر مختلف کربن، درجات متفاوتی از مقاومت به سایش را ایجاد می‌کنند. ضمن اینکه با اضافه کردن آلیاژهای دیگری مانند کروم حتی می‌توان خاصیت شکنندگی فولاد مقاوم به سایش را نیز کمتر کرد. زمانی که فلز مذاب با این عناصر ترکیب می‌شود، فولاد مقاوم در برابر سایش شکل خواهد گرفت. دقت کنید که با افزودن کربن به فلز، ساختار مولکولی به گونه‌ای تغییر می‌کند که میزان لغزش یا نابجایی در فولاد کاهش می‌یابد. این بدان معنی است که فولاد جرم کمتری را از طریق سایش از دست می‌دهد و این همان مرحله تولید است.

مرحله کوئنج

مرحله کوئنچ عبارت است از سرد شدن ناگهانی و با سرعت ماده مذاب که در طی آن، زمانی که دمای فولاد مقاوم به سایش تا ۸۷۰ درجه سانتی‌گراد افزایش پیدا کرد، از پاشش آب سرد برای خنک کردن استفاده می‌کنند. با انجام این کار، نوعی ساختار کریستالی در فلز به وجود می‌آید که باعث می‌شود سختی آن افزایش پیدا کند.

گرمایش یا حرارت دهی

مرحله بعدی گرمایش یا حرارت‌دهی مجدد به فلز سرد شده است؛ به این صورت که در طی آن ابتدا به فولاد، گرمایی تا حدود ۳۷۰ درجه سانتی‌گراد یعنی زیر دمای بحرانی داده می‌شود. سپس دوباره آن را در هوای آزاد قرار می‌دهند تا سرد و خنک شود. پس از آن، در طول مرحله Tempering به فلزی که سرد شده است، دوباره حرارت می‌دهند. به این ترتیب ساختارهایی که به منظور افزایش سختی در مرحله قبلی ایجاد شده بودند، شکسته خواهند شد. اما قرارگیری مجدد فولاد در هوای آزاد باعث شده تا فلز با در اختیار داشتن زمان کافی، مجدداً به صورت منظم این ساختارهای کریستالی را به طور کامل تولید کند.

نتیجه آنکه در طی این سه مرحله، یک متریال با سختی بالا که قابلیت شکل‌پذیری و ماشین کاری بسیار خوبی هم دارد، ساخته می‌شود. در واقع گرم کردن مجدد فولاد، ساختارهای کریستالی تشکیل‌شده در طول فرایند Quenching را می‌شکند؛ در حالی که خنک‌سازی طولانی به ساختارهای کریستالی اجازه می‌دهد تا همراه با استحکام و سختی به خوبی شکل بگیرند.

ترکیبات شیمیایی فولاد ضدسایش چیست؟

ترکیب شیمیایی این نوع فولاد ارزشمند به گونه‌ای است که آن را نسبت به دیگر انواع فولاد مقاوم‌تر می‌سازد. در واقع برای تولید این نوع فلز به درصدهای مشخصی از آلیاژهای استاندارد با کیفیت مناسب نیاز است؛ به این ترتیب با طی کردن مراحل ساخت، محصول نهایی با داشتن سختی زیاد، شکل‌پذیری عالی و شکنندگی هرچه کمتر، بدون عیب و نقص خواهد بود.

پس می‌توانیم بگوییم که در اصل آلیاژهایی که در فولاد ضدسایش به کار رفته‌اند، باعث به وجود آمدن این ترکیب خاص همراه با ویژگی‌های ارزشمند هستند. به طور مثال، درصد کربن بالای به کار رفته در ترکیب شیمیایی فولاد ضدسایش از تغییر شکل آن به هنگام اعمال نیروی برشی جلوگیری کرده و باعث افزایش سختی خواهد شد. عناصر دیگر نیز مانند منگنز، نیکل، بور، فسفر، گوگرد، سیلیسیم و... نیز با نسبت‌های مشخص در ترکیب این فلز استفاده شده‌اند.

کاربرد فولاد مقاوم به سایش

فولادهای ضدسایش به منظور مقاومت و پایداری بالا در برابر شرایط سخت ساخته شده‌اند. این نوع فولادها اغلب در شرایطی مثل سر خوردن، ضربه خوردن و یا بریده شدن مقاوم بوده و تغییر نمی‌کنند. درصد بالای کربن در این نوع فولاد با افزایش سختی آن سبب شده تا برای استفاده در محیط‌هایی که نیاز به تحمل نیروی شدید و مقاومت زیاد است، مناسب باشند.

در هر حال نباید این نکته را فراموش کرد که فولاد مقاوم به سایش همراه با سختی زیاد بسیار شکننده هم هست و در طی عملیات حرارتی سریع‌تر ترک می‌خورد. از این فلز در صنایع مختلف استفاده می‌شود، اما در حالت ایده‌آل صنایعی که بیش‌ترین سود را از فولاد مقاوم در برابر سایش می‌برند، صنایعی هستند که نیاز به جابه‌جایی مواد در مقیاس بزرگ دارند؛ مانند صنایع معدن و ساخت‌وساز. دیگر کاربردهای فولاد ضدسایش عبارتند از:

• قطعات مختلف در حوزه ماشین‌سازی ساختمانی
• تولید و ساخت سیمان
• سیستم‌های جابه‌جایی مواد
• تجهیزات لایروبی
• ابزار کشاورزی
• ابزارهای مورد نیاز برای کار مداوم در فضای باز

انواع گریدهای فولاد ضدسایش

فولادهای مقاوم به سایش می‌توانند در دسته‌بندی‌های مختلفی قرار بگیرند که یکی از آن‌ها دسته‌بندی فلز بر اساس گریدهای تولید آن است؛ چراکه هر کدام از فولادهای ضدسایش، گرید یا درجه متفاوتی در برابر سایش از خود نشان می‌دهند. به طور مثال، گریدهای فولاد ضدسایش با درصد کربن بیشتر، از سختی و مقاومت بالاتری هم برخوردار هستند. در ادامه تعدادی از این گریدهای پر کاربرد آورده شده است:

• گرید A2 فولاد ضدسایش که  ۱.۲ درصد کربن و ۱۱ درصد منگنز دارد.
• گرید A3 که این نوع فلز هم 1.0 درصد کربن و ۱۲ درصد منگنز دارد.
• گرید A4 فولاد مقاوم به سایش که دارای 1.0 درصد عنصر کربن و ۱۳ درصد منگنز است.
• گرید D2 که برخلاف گریدهای قبلی دارای 1.5 درصد کربن و ۱۱ درصد منگنز است.

انواع فولاد مقاوم به سایش

فولادهای ضدسایش انواع گوناگونی دارند که هر کدام ویژگی‌های مختلفی را از خود نشان می‌دهند. برخی از مهم‌ترین این نوع فلزات که کاربردهای زیادی هم دارند شامل موارد زیر هستند:

فولاد ضدسایش هاردوکس

این نوع ورق مقاوم به سایش را می‌توان یکی از معروف‌ترین و پرکاربردترین انواع این فلز دانست که با سختی ۴۰۰، ۴۵۰، ۵۰۰، ۵۵۰ و ۶۰۰ ارائه می‌شود و به نظر می‌رسد که درصد کربن در ترکیب شیمیایی آن بسیار بالا است. ویژگی دیگر ورق هاردوکس شرایط تشکیل آن در نورد سرد است که باعث شده تا مقاومت بیشتری نسبت به دیگر همتایان خود نشان دهد. از دیگر ویژگی‌های آن می‌توان به ماندگاری و شکل‌پذیری عالی اشاره کرد. این نوع فولاد معمولاً در ضخامت‌های بیشتر از ۵ میلی‌متر ساخته می‌شود.

فولاد ضدسایش دورستات

در بین انواع مختلف فولاد مقاوم به سایش این مورد با درجه سختی ۴۰۰ تا ۶۰۰ از بیشترین میزان سختی برخوردار است. به همین علت بیشتر از آن به منظور مقاومت در برابر سطوح سایش و فشارهای مکانیکی استفاده می‌شود. دیگر قابلیت ارزشمند آن جوش‌پذیری خوب است؛ به طوری که در ضخامت‌های کم برای جوشکاری از قبل به گرما نیاز پیدا نمی‌کند.

فولاد ضدسایش دیلدور

این نوع ورق‌های فولادی با وجود سختی بالایی که دارند، بسیار منعطف هستند و به خوبی شکل می‌گیرند. فولاد مقاوم به سایش دیلدور خود به سه نوع C، V و L تقسیم می‌شود که نوع  V ساختار مارتنزیتی با کربن پایین دارد. این ورق به خاطر درصد کربن کمی که دارد، از چقرمگی نسبتاً پایینی نیز برخوردار است. فولاد نوع L به خاطر داشتن ساختار بینیتی، چقمرگی کمی داشته و نوع C نیز از بیشترین مقدار کربن برخوردار است.

فولاد ضدسایش ولدوکس

این فولاد در گریدهای بین ۹۶۰ تا ۱۳۰۰ ساخته شده و قابلیت ماشین‌کاری و جوش خوبی دارد. همین موضوع سبب شده تا این فولاد در صنایع خودروسازی به عنوان یک فلز پرکاربرد استفاده شود. ضخامت آن نیز معمولاً بین ۴ تا ۱۴۰۰ میلی‌متر است.

فولاد ضدسایش کرسابرو

این نوع فولاد از مقاومت بسیار زیاد در برابر سایش، قابلیت جوشکاری بالا و انعطاف‌پذیری عالی تا ۷۰ برابر برخوردار است. سختی آن در مراحل مختلف عملیات ماشین کاری باعث شده تا در هزینه‌های نگهداری و تعمیر تجهیزات صرفه‌جویی شود و حتی برای محیط‌های خشک و مرطوب با دمای ۳۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد نیز مناسب باشد.

فولاد ضدسایش راک استار

اصلی‌ترین گرید فولاد راک استار ۴۰۰ درجه است که سختی، چقرمگی و انعطاف‌پذیری خوبی دارد و از کربن کمی در ترکیب آن استفاده شده است. به همین خاطر ورق‌های آن با ضخامت ۶ تا ۷۵ میلی‌متر برای انجام فرایند جوش بسیار مناسب هستند.

چه محصولاتی با فولاد ضدسایش تولید می‌شوند؟

• تجهیزات مورد استفاده در ساخت‌و‌ساز؛ مانند بولدوزر، کمپرس، بیل مکانیکی، مخلوط کن سیمان، حفاری و...
• تجهیزات معدن‌کاری. تمام ابزارهای مورد استفاده در معدن‌کاری و حفاری که باید در برابر سایش و ضربه مقاوم باشند؛ مانند سطل‌ها، بیل‌ها و بسیاری موارد دیگر.
• تجهیزات کشاورزی مانند شخم، کشتزار و کمباین
• تجهیزات مورد استفاده در استخراج نفت و گاز یا تجهیزات حفاری مانند مته و لوله
• کاربردهای حمل و نقل مانند خط‌کش‌های تخت کامیون و خط‌کش‌های ریلی

مزایای استفاده از فولاد مقاوم به سایش

رایج‌ترین دلیل استفاده صنایع و افراد مختلف از فولاد ضدسایش را می‌توان دوام بالای آن دانست؛ این ویژگی، این نوع فلز را برای استفاده طولانی‌مدت و مواردی که نیاز به مقاومت در برابر سایش مداوم است، ایده‌آل می‌کند. برخی دیگر از مزایای بزرگ استفاده از فولاد مقاوم به سایش به شرح زیر است.

صرفه‌جویی در هزینه‌ها

از آنجا که این نوع فولاد ماندگاری تقریباً بی‌نظیری دارد، می‌تواند این اطمینان را به مصرف‌کنندگان بدهد که قطعات و ماشین‌آلات ساخته شده با آن، بیشتر از همتایان فولاد استاندارد خود دوام خواهند داشت. این به معنای عدم نیاز به تعویض و جایگزینی و یا نگهداری کم‌تر است که منجر به صرفه‌جویی بیشتر در طولانی‌مدت می‌شود.

یکپارچگی ساختاری

ترکیبی که باعث افزایش مقاومت در برابر سایش و ضربه در فولاد مقاوم به سایش می‌شود، یکپارچگی ساختاری تجهیزات و اجزا را نیز تضمین می‌کند. همین ویژگی، فولاد را برای کاربردهای سنگین که در آن حفظ ثبات ساختاری ضروری است، ارزشمند می‌سازد.

مقاومت سایشی

بدیهی است که مقاومت در برابر سایش مهم‌ترین مزیت استفاده از فولاد ضدسایش است. مقاومت سایشی این فلز سبب شده تا طول عمر قطعات بیشتر شود. همچنین این ویژگی اجازه می‌دهد تا آن‌ها را در هر محیط خشنی که از بابت سایش و پارگی آن‌ها نگرانی وجود دارد، به کار ببرید.

سخن پایانی 

ورق فولادی مقاوم به سایش به ‌عنوان یکی از پرطرفدارترین انواع فولاد، با ترکیب شیمیایی منحصر به فرد و خواصی مانند مقاومت و سختی بالا شناخته می‌شود. همان‌طور که در این مقاله به آن اشاره شد، این نوع فولاد از انواع مختلفی برخوردار است؛ بنابراین شما باید با توجه به محیط و کاربردی که قصد استفاده از آن را دارید، برای انتخاب نوع فولاد ضدسایش، با گرید و سختی مناسب‌تر اقدام کنید. در هر صورت شناخت کامل این نوع فلز و آشنایی با مشخصات و مزایای آن به شما کمک می‌کند تا بتوانید نوع متناسب‌تری را انتخاب کرده و تجهیزات خود را سالم‌تر نگه دارید.