کاربرد استنلس استیل در ساخت ایمپلنت

 

 

ایمپلنت وسیله ای است که برای جایگزینی اندام هایی استفاده می شود که به علت ضربه یا اختلالات استخوانی و غضروفی (مانند پوکی استخوان) آسیب دیده اند. در این مقاله به بررسی و بحث درباره ایمپلنت های ساخته از آلیاژهای فلزی و کاربردهایشان خواهیم پرداخت. متداول ترین آلیاژهای مورد استفاده در ساخت ایمپلنت های جراحی عبارتند از: استنلس استیل ها و تیتانیم.

مروری بر تاریخچه بکارگیری استنلس استیل در ساخت تجهیزات پزشکی

از اوایل قرن بیستم تا کنون از استنلس استیل (فولاد زنگ نزن) در مصارف پزشکی استفاده شده است. فولاد ضد زنگ انواع مختلفی دارد که یکی از انواع ، گرید 302 است که از آن در جراحی های ارتوپدی استفاده می­ شود. اما بیشترین کاربرد در بین این فولادها در مصارف پزشکی مربوط به ورق استیل 304 و 316 بوده است. این دو گرید دارای ساختار آستنیتی بوده و فاقد خواص مغناطیسی می باشند. از ورق استیل L 316 در عمل ­های جراحی برای جایگزینی بافت های بیولوژیکی یا کمک به ایجاد ثبات اعضای بیولوژیکی بدن مانند بافت استخوان و برای کمک به روند بهبود، استفاده می شود. از آنجایی که قیمت ورق استیل 316 از گرید های 302 و 304 بالاتر بوده و همین امر نیز منجر به بالاتر رفتن قیمت محصول نهایی می شود. اما در ادامه به بررسی دلایل این انتخاب پرداخته می شود.

 

 

 

ورق استیل 316 در ساخت ایمپلنت

متداول ترین فولاد مورد استفاده در عمل های جراحی، ورق استیل L 316 است زیرا در تماس با مایعات بیولوژیکی بدن بیشترین مقاومت به خوردگی را دارا می باشد. ایمپلنت های جراحی نباید زمانی که در بدن قرار می گیرند در برابر خوردگی آسیب پذیر باشند زیرا در غیر اینصورت باعث ایجاد عفونت می شوند. زمانی که ایمپلنت به عفونت مبتلا می شود، به منظور جلوگیری از آسیب بیشتر به بافت های بیولوژیکی اطراف آن، ایملپنت از بدن خارج می گردد. بیشترین تاثیر ورق استیل L 316 به عنوان ایمپلنت­ جراحی زمانی است که از آن در شرایط کارسرد شده (ورق استیل نورد سرد شده) استفاده شود. محبوبیت این فولاد در ساخت ایمپلنت از این جهت است که فاقد آخال (ترکیب بین فلز و اکسیژن) است. زیرا وجود آخال در ماده یکی از عوامل اصلی تسریع پروسه خوردگی در فلزات و آلیاژهای فلزی است.

ورق استیل L 316  که از آن در ساخت ایمپلنت های جراحی استفاده می شود، بین 16% تا 18% کروم و 10% الی %14 نیکل دارد. همانطور که قبل تر گفته شد، ایمپلنت های فلزی نباید در برابر خوردگی آسیب پذیر باشند. این فولاد زنگ نزن در ترکیب خود حاوی 2 الی 3 درصد مولیبدن است. به همین دلیل قیمت ورق استیل 316 از گرید 304 بیشتر است. مولیبدن یک لایه محافظ بر روی ورق استیل تشکیل می دهد و بدین ترتیب از استیل در تماس با محیط های اسیدی محافظت می کند. عنصر کربن نیز به شرطی که به حالت محلول جامد باشد می تواند باعث مقاومت ورق استیل در برابر خوردگی شود. در جدول زیر ترکیب شیمیایی ورق استیل 316 و L 316 نشان داده شده است.

جدول 1: آنالیز ترکیب شیمیایی ورق استیل 316

عنصر آلیاژی (%)	استیل 316	استیل L 316
کربن (C)	07/0	03/0
منگنز (Mn)	2	2
سیلسیم (Si)	75/0	75/0
فسفر (P)	045/0	045/0
گوگرد (S)	03/0	03/0
کروم (Cr)	18 - 16	18 - 16
نیکل (Ni)	14 - 10	14 - 10
نیتروژن (N)	1/0	1/0
مولیبدن (Mo)	3 - 2	3 - 2
تیتانیم (Ti)	-	-
آهن (Fe)	عنصر پایه	عنصر پایه

 

جدول 2 : خواص مکانیکی ورق استیل 316

رده آلیاژی	استحکام کششی نهایی (MPa) حداقل مقدار	استحکام تسلیم (MPa) (حداقل مقدار)	الانگیشن (%)	سختی
	UTS (MPa)-min	YS (%2 proof stress) (MPa)-min	E ( % in 50 mm)-min	راکول (HR B) حداکثر مقدار	برینل (HB) حداکثر مقدار
316	515	205	40	92	217
L 316	485	170	40	92	217

 

 

 

 

 

 

 

 

 

باید خاطر نشان کرد در فولادهای زنگ نزنی که برای ساخت ایمپلنت استفاده می شوند نباید ساختار فریتی حضور داشته باشد زیرا این ساختار به ورق استیل خاصیت مغناطیسی می دهد. از فولادهای فریتی همچون ورق استیل 430 هرگز به عنوان ایمپلنت استفاده نمی شود زیرا با تجهیزات تصویر برداری، رزونانس مغناطیسی (به اختصار MRI) تداخل ایجاد می کند. یکی از بزرگترین معایب ایمپلنت های مغناطیسی، آسیب پذیری این آلیاژها در برابر حرارت است. حرارت می تواند شکل یا موقعیت ساختار ایمپلنت را تغییر دهد.

 

 

 

قیمت ورق استیل 316

همانطور که پیش تر نیز اشاره شد قیمت ورق استیل 316 در مقایسه با گرید 304 به خاطر داشتن مولیبدن و نیکل بیشتر، بالاتر است. اما از آنجایی این گرید در ابعاد، ضخامت و سطوح مختلفی تولید می شود پارامترهای دیگری نیز دخیل هستند. به عنوان مثال قیمت ورق استیل 316 در حالت نورد سرد شده (ضخامت کمتر از 3 میل) در مقایسه با ورق نورد گرم شده (ضخامت بیشتر از 3 میل ) بیشتر است.

ورق استیل 304 در ساخت ظروف آشپزخانه

 

 

مقدمه

طیف عظیمی از لوازم آشپزخانه از سینک، اجاق گاز و یخچال گرفته تا ظروف آشپزخانه و قاشق و چنگال از فولادهای زنگ نزن ساخته می شوند. ظرف استیل به ویژه ظروفی که برای تهیه غذا استفاده می شوند، برای انواع فرایندهای پخت و پز همچون؛ سرخ کردن، بخار پز کردن، جوشاندن، دم کردن و... استفاده می شود. در بین انواع گریدهای آلیاژی از فولادهای زنگ نزن، ورق استیل 304 بیشترین استفاده را در ساخت لوازم آشپزخانه داشته است. در این مقاله قصد داریم به بررسی ویژگی های ظروف استیل (ظروف ساخته شده از استنلس استیل) بپردازیم. سپس دلایل انتخاب گرید 304 ذکر شده و در پایان نیز به طور خلاصه با پروسه تولید این لوازم آشنا خواهیم شد.

مزایا و معایب ظروف استیل

مزیت های بکارگیری ورق استیل در ساخت ظروف آشپزخانه:

1-مقاوم در برابر خوردگی و عدم تاثیر بر طعم و مزه مواد غذایی: لوازم آشپزخانه معمولا در معرض رطوبت قرار داشته، به علاوه این وسایل تحت شستشو قرار می گیرند. به همین دلیل باید از مقاومت به خوردگی خوبی برخوردار باشند. ظروف ساخته شده ورق استیل معمولا به خاطر دارابودن محتوای کروم و نیکل از مقاومت خوبی در برابر خوردگی برخوردارند. استنلس استیل تاثیری بر طعم و مزه مواد غذایی نداشته و از نظر واکنش شیمیایی یک ماده خنثی است. به این معنا که ظروف استیل می توانند برای پخت و پز غذاهای اسیدی همچون مرکبات، گوجه فرنگی و سرکه استفاده شوند. همچنین زمانی که پخت غذای اسیدی در این وسایل صورت می گیرد دچار خوردگی نمی شوند. در صورتی که فلزاتی همچون آلومینیوم و آهن واکنش پذیر هستند و پختن غذاهای اسیدی در ظروف ساخته شده از این فلزات منجر به آسیب سطحی ظرف شده و همچنین طعم و مزه مواد غذایی دچار تغییر می گردد.

 

 

 

2-کیفیت و دوام بالا: ورق استیل در مقابل خراش مقاومت خوبی دارد. همچنین نسبت به آلومینیوم و مس سخت تر بوده و از نقطه ذوب بالاتری برخوردار است. بنابراین ظروف استیل در مقایسه با این مواد از دوام بالاتری برخوردارند. مواد چینی، شیشه ای و چدنی نسبت به استنلس استیل سخت تر بوده اما این شکننده هستند و در اثر وارد آمدن ضربه و یا برخورد به دیگر اشیاء امکان شکسته شدن وجود دارد در حالی که ظروف استیل اینگونه نیستند. 

3-مقاوم در برابر حرارت: ظرف های ساخته شده از ورق استیل بدون هیچ ممانعتی در برابر حرارت مقاومت می کنند.

4-نگهداری آسان: نگهداری آسان و سبک بودن یکی دیگر از مزایای ظروف استیل می باشد. این وسایل به نگهداری خاصی نیاز نداشته و به آسانی تحت تمیز کاری غذا می گیرند. تمیزکاری آسان فولادهای زنگ نزن این مواد را در زمره آلیاژهای بهداشتی نیز قرار داده است. زیرا یکی از مهم ترین نکاتی که لوازم آشپزخانه باید دارا باشند این است که تاثیر سوئی بر سلامت انسان نگذارند.
سطح فولاد زنگ نزن درخشان است. به همین دلیل اگر از ظروف استیل به درستی مراقبت شود، حتی بعد از سالها استفاده همچنان مانند روز اول درخشان خواهند بود. در ضمن درخشان بودن سطح استیل با هر نوع دیزاین و دکوراسیونی اعم از شهری و سنتی متناسب می باشد. 

5-قابلیت بازیافت 100 درصد: علاوه بر مزایایی که تا به اینجا اشاره شد، بکارگیری این ظروف نقش مهمی در تکامل و پایداری چرخه انرژی نیز دارد. به گونه ای که هر زمان به هر دلیلی در آشپزخانه استفاده نشدند. می توانند در چرخه تولید استنلس استیل ها دوباره استفاده شوند.  زیرا فولادهای زنگ نزن دارای قابلیت بازیافت 100 درصد هستند. به گونه ای که 50 الی 60 درصد تولید فولادهای زنگ نزن معمولا از طریق بازیافت قطعات ساخته شده از این فولادها صورت می گیرد.

6-مقرون به صرف بودن از نظر اقتصادی: به طور کلی هر نوع وسیله ای که از استنلس استیل ساخته می شود از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. زیرا دوام و ماندگاری بالایی داشته به طوری که تا مدت های بسیار طولانی نیاز به تعویض ندارند و تا سال های سال می توان از آن استفاده کرد. 

 

 

 

معایب بکارگیری ورق استیل در ساخت ظروف آشپزخانه:

ظروف استیل در مقایسه با دیگر مواد معایبی نیز دارند. البته مزیت های این لوازم بر معایب آن برتری دارد. یکی از معایب ظروف پخت و پز ساخته شده از ورق استیل این است که هنگام آشپزی به روغن و یا کره بیشتری در مقایسه با ظروف نچسب نیاز دارند. ممکن است میزان کمی از عناصر آلیاژی همچون کروم و نیکل به مواد غذایی افزوده شوند. اگرچه کروم به عنوان یک ماده مغذی در نظر گرفته می شود اما ممکن است منجر به حساسیت هایی شود. آژانس های بهداشتی بر این باور که حضور نیکل در مواد عذایی تاثیر سوئی بر سلامت انسان نداشته و فقط ممکن است برای کسانی که به نیکل حساسیت دارند واکنش های آلرژیک ایجاد کند. اما یکی از مشکلات فولادهای زنگ نزن ضعیف بودن رسانایی گرمای این فولادهاست. بنابراین ظروف پخت و پز استیل حرارت را به طور یکنواخت منتقل نمی کنند. به همین دلیل هنگامی که بر روی شعله مستقیم قرار می گیرند، بعضی از قسمت های آن داغتر می شوند و غذا را باید مرتب هم زد تا یکنواخت حرارت ببیند. برای انتقال بهتر گرما در بعضی از انواع جدیدتر این ظروف یک صفحه از جنس مس یا آلومینیوم در زیر ظرف قرار داده شده است. هرچقدر ضخامت این صفحه بیشتر باشد، تقسیم حرارت بهتر انجام می گیرد. 

ورق استیل 304 در ساخت ظروف آشپزخانه

در میان فولادهای زنگ نزن ورق استیل 304 ( ورق استیل نگیر ) به وفور در ساخت لوازم خانگی همچون وسایل آشپزخانه مورد استفاده قرار می گیرد. گرید 304 ارزانترین ورق استیل در بین فولادهای آستنیتی می باشد. همچنین از سطح درخشانی برخوردار بوده و با دارابودن 18 الی 20 درصد کروم و 8 الی 10 درصد نیکل مقاومت به خوردگی خوبی در بسیاری از محیط ها از خود نشان می دهد.
شکل پذیری فوق العاده این آلیاژ یکی از عمده ترین ویژگی هایی است که منجر به بکارگیری آن در ساخت لوازم آشپزخانه همچون ظروف شده است. ورق استیل 304 می تواند تحت فرایندهایی نظیر کشش عیمیق (deep drawing) تحت فرم دهی قرار گیرد. به همین دلیل در طیف عظیمی از لوازم آشپزخانه همچون سینک و انواع ظرف های استیل که حین تولید جهت رسیدن به شکل نهایی نیاز به فرم دهی دارند، استفاده می شود. این فولاد معمولا به عملیات آنیل بین مراحل شکل دهی نیاز ندارد. فولادهای آستنیتی به سرعت کار سخت می شوند. به همین دلیل منظور از بین بردن تنش های داخلی، پس از فرایند شکل دهی، آنیل شوند.   

فرایند تولید ظروف استیل از ورق استیل 304

معمولا جهت تولید ظروف توخالی معمولا ابتدا ورق استیل در ابعاد مشخصی تحت برش قرار داده می شود. سپس از ورق بریده شده از کویل نیز مطابق با شکل ظرف مورد نظر مقاطع دایره ای شکل (به عنوان مثال قابلمه) بریده می شوند. پس از این مرحله مقاطع دایره ای شکل تحت فرایند پرس هیدرولیک و فرایند تمام کاری قرار می گیرند. 
 

کاربرد ورق استیل 304 در صنعت دریایی

انتخاب مواد مناسب برای استفاده در صنعت تحت هر شرایطی بسیار مهم است زیرا حتی کوچک ترین تغییر در ترکیب شیمیایی آلیاژ ممکن است منجر به تفاوت فاحشی در عملکرد یک قطعه صنعتی شود. اما زمانی که کاربرد مدنظر شما باید در شرایط بسیار شدید دوام بیاورد انتخاب مواد مناسب، با دوام و مقاوم به امری ضروری بدل می شود.

 

 

 

این مسئله به ویژه در محیط های دریایی صادق است. در این محیط ها که بسیاری از عواملی که به فولاد آسیب می رسانند مانند آب، نمک و سایر کانی ها همگی باهم حضور دارند، تنها گریدهای خاصی از فولاد ضدزنگ می توانند در این شرایط دوام بیاورند. در این مقاله به بررسی عواملی خواهیم پرداخت که منجر به خوردگی دریایی می شوند و خواهیم دید که آیا ورق استیل 304 برای کاربردهای دریایی مناسب است یا خیر.

چه عواملی باعث خوردگی دریایی می­شوند؟

اغلب مردم نمی دانند که مشکل خوردگی دریایی تا چه حد جدی است. اخیرا در پژوهشی با عنوان «اقدامات پیشگیرانه بین­المللی، کاربرد و اقتصاد تکنولوژی خوردگی (International Measures of Prevention, Application and Economics of Corrosion Technology به اختصارMPACT)» مشخص شد که خوردگی، سالانه 2.5 تریلیون دلار خسارت به بار می آورد. این رقم برابر با 3.5% کل تولید ناخالص داخلی جهان است. یافتن راه حلی مناسب برای غلبه بر این مشکل بسیار هزینه بر، مواد و انرژی تلف شده می تواند باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه می شود.

در واقع چندین نوع خوردگی وجود دارند که می­توان همه آن­ها را خوردگی دریایی به حساب آورد. اغلب اوقات این آسیب به علت تماس با آب شور است. اما انواع دیگر خوردگی نیز وجود دارند مانند خوردگی اتمسفری موادی که در مجاورت ساحل هستند و خوردگی نمک داغ که به ویژه به موتورها و اجزا متحرک سریع در زیر آب آسیب می رساند.

خورندگی آب شور یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به علت تماس با آب دریا توسط پتانسیل الکتریکی آلیاژ رخ می دهد و به میزان اسیدی یا قلیایی بودن آب دریا بستگی دارد. آب دریا به علت مقدار بالای کلراید، یک الکترولیت قوی نیز به حساب می آید. تحرکات مدام آب و حضور اکسیژن باعث می شوند فلزات در معرض محلول های اسیدی و آندی گوناگونی قرار بگیرند. این محلول ها وارد ترک ها و شکاف های فلز شده و فرآیند خوردگی آغاز می شود.

 

 

 

برخی عوامل این مشکل­ را حادتر می سازند. میکروارگانیسم­های آلی که به وفور در اقیانوس­ها یافت می شوند، pH آب را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. سازه ها باید در برابر مشکل انباشتگی ماسه و گل و لای مقاوم باشند. هرچند این مواد می­توانند مانع از تماس اکسیژن با فلز شوند اما منجر به ایجاد شرایط محلی برای خوردگی آلیاژ می شوند. همچنین حضور باکتری­های کاهنده سولفات (به اختصار SRB) باعث افزایش غلظت سولفید هیدروژن می­شود که برای فولاد و آلیاژهای مسی بسیار خطرناک است. البته می­توان با استفاده از طلا، پلاتین یا تانتال به طور کلی مانع از خوردگی شد اما به علت هزینه بالای این مواد مقاوم در برابر خوردگی، از آن­ها فقط در موارد خاص و آزمایشگاهی استفاده می شود. این یعنی تولیدکنندگان باید همیشه قیمت را نیز در انتخاب خود در نظر بگیرند.

چگونه فولادهایی مانند ورق استیل در برابر خوردگی مقاومت می کنند؟

در اکثر آلیاژهایی که مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند، یک لایه اکسید بر روی سطح آن­ها وجود دارد. مقاوم­ترین گریدهای ورق استیل نه تنها پایدار هستند و بلکه دارای خاصیت خود ترمیمی نیز هستند که به آنها این امکان را می دهد تا خود را ترمیم کنند و دوام آن­ها را افزایش می دهد.

اخیرا وبسایت Scientific American در یکی از مطالب خود درباره نحوه عملکرد فولاد ضدزنگ توضیح خوبی ارائه می­دهد. مقاومت ورق استیل (ورق استنلس استیل) در برابر زنگ­زدگی و خوردگی به علت توانایی آن در ارتباط با محیط اطرافش است. فولاد با افزودن مقادیر مشخصی کروم، منگنز، سیلیکون، کربن، نیکل و/یا مولیبدن به آهن ساخته می شود. این مواد موجود در آلیاژ می­توانند با اکسیژن موجود در هوا یا آب در محیط های دریایی واکنش دهند. لایه اکسیدی که از فولاد ضدزنگ محافظت می کند از این واکنش بدست می آید.

این لایه اکسیدی با جلوگیری از تماس مستقیم اکسیژن و آب با ورق استیل از آن در برابر خوردگی محافظت کرده و به طور مداوم با محیط اطراف خود واکنش می دهد. در بهترین آلیاژها این واکنش می­تواند هر آسیبی به لایه اکسید را ترمیم کند، به این معنی که فولاد قابلیت خودترمیمی دارد و به طور موثر مانع از خوردگی می شود.

این لایه نازک، که آنقدر نازک است که با چشم غیرمسلح دیده نمی­شود، در واقع خود یک لایه خوردگی است. این یعنی در فولاد ضدزنگ خوردگی به نحوی رخ می­دهد که از خوردگی بیشتر جلوگیری می­کند. در فولاد معمولی سطح فلز با اکسیژن موجود در آب دریا واکنش می­دهد و منجر به تولید فیلم اکسید/هیدروکسید آهن ناپایدار می شود. این لایه محافظت شده نیست و تا زمانی که در معرض آب دریا باشد گسترش می یابد.

 

 

 

آیا ورق استیل 304 برای استفاده در محیط های دریایی مناسب است؟

ورق استیل 304 محبوب ترین گرید فولاد ضدزنگ موجود در بازار است. این فولاد بنابر ساختار آستنیتی فاقد خواص مغناطیسی است. فرث براون در حدود یک قرن پیش، اولین فردی بود که این فولاد را ساخت. این محصول در ابتدا به علت حضور کروم (تقریبا 18%) و نیکل (تقریبا 8%) با نام تجاری استیل  18/8 فروخته می شد.

نقطه یوتکتوئید ورق استیل 304 تقریبا برابر (F֯ 1341) C֯ 727 است. این فولاد برای کاربردهایی که به رسانایی الکتریکی یا حرارتی نیاز دارند مناسب نیست ولی قابلیت فرم­پذیری آن فوق العاده است. حداکثر مقدار کربن این فولاد 0.03% و برای جوشکاری در دمای کمتر از F֯ 800 مناسب است. انجام عملیات­ حرارتی روی این فولاد غیرممکن است اما می­توان با سردکاری، سختی و استحکام آن را افزایش داد.

مقاومت ورق استیل 304 در برابر خوردگی عالیست. ترکیب مولکولی این فولاد از آن در برابر تمام آسیب های زیست محیطی مانند خوردگی بین دانه­ای (این نوع خوردگی به علت جوشکاری یا رهاسازی تنش رخ می­دهد) محافظت می کند. کروم موجود در ورق استیل 304 مقاومت آن در برابر خوردگی در محیط های اکسنده را بهبود می دهد و نیکل موجود در این فولاد از آن در برابر اسیدهای ارگانیک محافظت می کند.

اما ورق استیل 304 یک نقطه ضعف دارد و آن این است که در محیط های کلرایدی، به خصوص آب دریا عملکرد ضعیفی دارد. این فولاد در این شرایط در برابر خوردگی آسیب­پذیر است. ورق استیل 316 که دارای 2% مولیبدن است، در مواردی که خوردگی دریایی مسئله مهمی باشد گزینه بهتری به حساب می آید. همین تفاوت است که باعث می شود این فولاد در کاربردهای دریایی بسیار بهتر عمل کند.

 

ورق استیل در ساخت تجهیزات پزشکی

 

 

همه ما به پزشک یا دندان پزشک مراجعه­ کرده­ایم و تجهیزات پزشکی آن­ها را دیده­ایم. اما آیا می­دانید چرا وسایلی که روی مریض ها استفاده می کنند از جنس ورق استیل (ورق استنلس استیل) هستند؟

مزایای بکارگیری ورق استیل در صنایع پزشکی

در ساخت تجهیزات و دستگاه های پزشکی به دلایل بیشماری از استنلس استیل (فولاد زنگ نزن) استفاده می شود. این فولادها به علت مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر آتش و نگهداری آسان ماده بسیار بادوامی است. سهولت در تمیزی و بهداشتی کردن وسایل ورق استیل در صنعت پزشکی اهمیت بسیار بالایی دارد. و در نتیجه به هیچ وجه احتمال پخش عفونت ها و باکتری ها وجود ندارد. احتمال بروز این مشکلات در وسایلی که از مواد با مقاومت کمتر ساخته شده اند وجود دارد.

در تجهیزات پزشکی ساخته شده از جنس ورق استیل هیچ نگرانی درباره خوردگی وجود ندارد

 

 

ورق استیل با فولاد گالوانیزه فرق دارد و بسیاری از مردم بدون آن که تفاوت های ذاتی این دو نوع فولاد را بدانند، از این اسامی به جای یکدیگر استفاده می کنند. مقاومت فولاد گالوانیزه در برابر خوردگی به علت هات دیپ و پوشاندن آن با زینک (روی) است. این ویژگی می تواند برای مدت محدودی خواص فوق العاده ای را ارائه دهد. اما به تدریج این پوشش خراشیده یا فرسوده شده و فولاد زیر آن کاملا آسیب­پذیر می شود. در بیمارستان ها و سایر محیط های عفونی و خورنده این مشکل به سادگی ایجاد می شود. اما در ورق استیل این مقاومت به علت اثر رویینگی ایجاد می شود. این اثر به فولاد این قابلیت را می­دهد هنگام آسیب­دیدگی بتواند خودش را ترمیم کند.

مقاومت در برابر آتش و حرارت

ورق استیل در برابر تاثیرات خطرناک شعله و آتش تقریبا مصون است. این ویژگی اهمیت بسیار بالایی دارد زیرا باید مطمئن شد که احتمال خرابی ابزار و تجهیزات وجود ندارد. خرابی تجهیزات می تواند برای بیماران و کادر پزشکی خطرناک باشد. برای جلوگیری از این مسئله، آزمایشات آتش در شرایط مشخصی انجام می شوند. پس از انجام آزمایشات به فولاد امتیازی داده می شود که میزان مقاومت آن را مشخص می کند. ورق استیل به طور ذاتی در برابر اکسیداسیون مقاوم است و استحکام دمایی بالایی دارد و این ویژگی ها به مقاومت آن در برابر آتش کمک می کند.

نیازی به نگهداری ندارد و تمیز کردن آن راحت است

ورق استیل بر خلاف برخی فلزات (مس) به طور ذاتی خاصیت ضدمیکروبی ندارد. اما می­توان آن را به سادگی با محلول­ های بهداشتی تمیز کرد. و در نتیجه کارکنان بیمارستان می­توانند آلودگی­های رو سطوح و ابزار را به راحتی از بین ببرند. امروزه، تولیدکنندگان تجهیزات پزشکی از یک پوشش مدرن میسل (micelle) بر روی ورق استیل استفاده می کنند. این فرآیند به ورق استیل قابلیت مقاومت عالی در برابر باکتری ها را می دهد و به کمک آن فولاد می تواند خودش را تمیز کند. در آینده ای نزدیک شاهد استفاده از این نوآوری در طیف وسیعی از ابزارها و دستگاه های پزشکی خواهیم بود.

نتیجه ­گیری

 

 

گزینه ­های بسیاری برای ساخت ابزار و تجهیزات پزشکی وجود دارد. اما در اکثر زمینه­ ها ورق استیل به خاطر ویژگی­هایی که در بالا بیان شد، رایج­ترین گزینه محسوب می شود. ورق استیل 316 ، 304 و برخی از فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی نمونه ای از استنلس استیل های مورد استفاده در صنعت ساخت تجهیزات پزشکی هستند.

 

ورق استیل در صنعت کاغذ

صنایع بسیاری جهت افزایش بهره وری و عمر تجهیزات و وسایل از استنلس استیل استفاده می کنند. صنعت کاغذ سازی و خمیر کاغذ نیز از این قاعده مستثنی نیست.

یکی از کاربردهای فولادهای زنگ نزن (استنلس استیل) بکارگیری در ساخت ماشین آلات و تجهیزات مورد استفاده در صنعت کاغذ سازی و خمیر کاغذ می باشد. ورق استیل 304، 316 و استنلس استیل های داپلکس نمونه از رده های آلیاژی مورد استفاده از فولادهای زنگ نزن در این صنعت هستند. در ادامه اطلاعات بیشتری در مورد شرایط کاری کاغذ سازی و بکارگیری ورق استیل در این صنعت اطلاعاتی ارائه می شود.

ورق استیل و محیط چالش برانگیز صنعت کاغذ و خمیرکاغذ

 

مراحل و تجهیزات متعددی در تولید کاغذ و خمیرکاغذ وجود دارد. در هر یک از این مراحل، شرایط ویژه ای وجود دارد که طراحان و برنامه ریزان پروسه پروسه کاغذ سازی باید بهترین متریال را برای ساخت این تجهیزات در نظر بگیرند زیرا در هر مرحله نوع ماشین آلات، دما، فشار، میزان تحرک و مواد شیمیایی استفاده شده متفاوت هستند. در بخش زیر فهرستی از برخی مراحل و شرایط آن ها ارائه شده است.

• دیگ پخت (digester) ماشینی است که روی قطعه چوب های ورودی به آن عملیاتی انجام می دهد. این عملیات در دما و فشار بالا و به منظور جداسازی چسبی که قطعات چوب را به یکدیگر متصل کرده انجام می شود.
• خمیر حاصل از مرحله قبل چند بار شسته می شود. در این مرحله مایع پخت جداسازی و بازیافت می شود.
• در محله بعد خمیر تصفیه شده سفیدسازی می شود. این مرحله میزان روشنایی محصول کاغذ نهایی را تعیین می کند.
• خمیرکاغذ پس از پایان سفید­سازی به خمیری نرم و مایع تبدیل می شود. سپس این خمیر به آسیاب کاغذ فرستاده می شود.
• این خمیر از یک سری تجهیزات پایانه تر و پایانه خشک عبور می کند تا آب آن جدا و فیبرهای آن فشرده شده و به کاغذ تبدیل شود.

کارخانجات کاغذ و خمیرکاغذ مدرن از سیستم لوپ بسته (closed loop system) استفاده می کنند. از آنجایی که آب استفاده شده را نمی­توان به محیط زیست باز گرداند، این آب بازیافت شده و چندین بار از آن استفاده می شود. پس از آن که این فرآیند پایان یافت، مطابق با استانداردهای کنونی حفاظت از محیط زیست، این آب ایمن محسوب می شود و می­توان آن را به طبیعت بازگرداند. در سیستم­های لوپ بسته ممکن است خوردگی شدیدی رخ دهد. به همین دلیل است که اکنون در این سیستم ها از ورق استیل (ورق استنلس استیل) در ساخت تجهیزات استفاده می شود. ورق استیل در مقایسه با تمام محصولات فولاد، بیشترین مقاومت را در برابر خوردگی دارد.

چه گریدهایی از ورق استیل در صنعت کاغذسازی مورد استفاده قرار می گیرد؟

ورق استیل داپلکس ترکیبی از فولادهای ضدزنگ فریتی و آستنیتی است. گریدهای 2205 و 2507 متداول­ترین گریدهای داپلکس هستند. فولادهای داپلکس خواص فوق العاده­ ای دارند که برای استفاده در آسیاب های جدید و ارتقاء یافته کاغذ و خمیرکاغذ مناسب هستند. فولاد داپلکس خواص ویژه­ای دارد که در مقایسه با سایر فولادها آن را به گزینه بهتری برای استفاده در صنایع کاغذ و خمیرکاغذ تبدیل می کند.

این ویژگی ها عبارتند از: مقاومت در برابر خوردگی – استحکام بالا – انعطاف در طراحی – صرفه­جویی در هزینه ها

• مقاومت در برابر خوردگی: همانطور که در بالا به آن اشاره شد، ورق استیل داپلکس مقاومت فوق العاده ای در برابر خوردگی دارد. این فولاد در برابر ترک های تنشی، حفره و یا ساییدگی به آسانی آسیب نمی بیند.
• استحکام بالا: استحکام فولادهای دوپلکس دوبرابر استحکام ورق استیل آستنیتی است و این ویژگی به دلیل کاهش وزن مواد مورد استفاده، باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود.
• انعطاف در طراحی: ماشین­کاری و جوش­کاری استنلس استیل تقریبا راحت است.
• صرفه جویی در هزینه ها: استفاده از ورق استیل داپکلس در ابتدا به خاطر قیمت بیشتر آن در مقایسه با فولاد کربنی گران­تر تمام می شود اما مقاومت آن در برابر خوردگی در طول زمان باعث صرفه جویی بسیاری در هزینه­ ها می گردد. به همین دلیل هزینه ­های نگه­داری، بازرسی و تعمیرات بسیار کم تر خواهد بود.

علاوه بر استنلس استیل های داپلکس، از فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیز همچون ورق استیل 304 و 316 نیز در صنعت کاغذ سازی استفاده می شود.

 

 

 

جوش لیزری ورق استیل داپلکس

تجهیزات فرآیند کاغذ و خمیرکاغذ در معرض تنش­های شدید مانند خوردگی، دمای بالا، فشار و مواد شیمیایی قوی قرار دارند. جوش فولاد کربن در این شرایط بسیار سریع­تر تضعیف می شود. به همین دلیل یک از روش های جوشکاری ورق استیل داپلکس بکارگیری جوش لیزری است. به همین دلیل احتمال آسیب به جوش­های لیزری دقیق و محکم در این شرایط بسیار کمتر است..

یکی از مزایای این روش ایجاد برش های بسیار دقیق است. همچنین می­توانیم با کمک این تکنولوژی قطعات را با خط جوش های بسیار کوچک و بدون استفاده از مواد فیلر جوش دهیم. با کمک این تکنولوژی پیشرفته می توان بدون هیچ تاثیر منفی بر مقاومت فولاد در برابر خوردگی، بر پروسه خنک سازی نظارت دقیق تری داشت. تجهیزاتی که در تماس مستقیم با دمای بالا هستند از ورق استیل 309 یا 310 استفاده می شود.

آیا ورق استیل ۳۱۶ نسبت به ۳۰۴ ارزنده تر است؟

برای یک فرد عادی تفاوت های میان یک گرید استنلس استیل با گریدی دیگر، اهمیتی ندارد. اما در نظر یک سازنده یا فرد تولید کننده، تفاوت میان آلیاژ هایی مثل ورق استیل گرید ۳۰۴ و گرید ۳۱۶ بسیار بزرگ و حائز اهمیت است.
یکی از سوال هایی که معمولاً با آن روبرو هستیم این است که آیا استنلس استیل ۳۱۶ بیشتر از استنلس استیل ۳۰۴ می ارزد؟ پاسخ به این سوال به کاربرد و نوع استفاده و نیاز های شما بستگی دارد.

 

 

 

ورق استیل ۳۱۶ چیست؟

ورق استیل ۳۱۶ باداشتن محدوده ذوب ۱۳۷۱ تا ۱۳۹۹ درجه سانتیگراد آلیاژ استنلس استیل محبوب و رایجی است. به عنوان یک آلیاژ استنلس استیل آستنیتی، دارای کیفیت و خصوصیاتی است مانند استحکام زیاد، مقاومت نسبت به خوردگی و تجمع و تمرکز زیاد کروم و نیکل. این آلیاژ حداکثر دمای کاربردی اش حدود ۸۰۰ درجه سانتیگراد و استحکام کششی آن برابر است با ۵۷۹ مگاپاسکال.
علاوه بر این، گرید ۳۱۶ در فرمولاسیون خود مولیبدن هم دارد (به جز نیکل و کروم). که همین امر سبب می شود مقاومت آلیاژ در برابر اسیدها، قلیاها و خوردگی های حفره ای کلریدی ارتقا یابد.

کاربردها و خواص استنلس استیل ۳۱۶

از منظر اشتراک و عمومیت، گرید فولاد 316 درست در رتبه بعد از ۳۰۴ می باشد. با وجود خواص فیزیکی و مکانیکی مشابه با گرید ۳۰۴ تقریباً غیر ممکن است که با چشم غیرمسلح تفاوت میان این دو گرید را بیان کنیم. اولین متمایز کننده، در ترکیب مواد گرید ۳۱۶ هست به طوری که:
•    ۱۶ درصد کروم
•    ۱۰ درصد نیکل
•    2 درصد مولیبدن
برخورداری از محتوای نیکل افزوده و مولیبدن، استنلس استیل گرید ۳۱۶ را قدری گرانتر از گرید ۳۰۴ در هر اونس این ماده می سازد. اما چیزی که استیل 316 را برتر می سازد، مقاومت خوردگی بالای آن است، به خصوص در برابر کلریدها و محلولهای کلردار. این امر استنلس گرید ۳۱۶ را در مواردی کاربردی که در آن وجود و حضور نمک یا خورنده های قوی دیگر یک معضل می‌باشد، به طور ویژه محبوب و مطلوب می سازد.
برخی کاربردهای عمومی و متداول تر استنلس استیل ۳۱۶ عبارتند از:
•    سبدهای استنلس استیل
•    قطعات دریایی
•    محفظه های الکتریکی بیرون از ساختمان
•    لوازم و ابزارآلات پزشکی-جراحی
•    تجهیزات داروسازی
•    تجهیزات شیمیایی

 

 

 

ورق استیل ۳۰۴ چیست؟

از نظر استحکام کششی، طول عمر و دوام، مقاومت خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون، ورق استیل ۳۰۴ آلیاژ محبوب دیگری است با عملکرد و طول عمر زیاد. نقطه ذوب استنلس استیل ۳۰۴ در محدوده ۱۳۹۹ تا ۱۴۵۴ درجه سانتیگراد قرار دارد. با این توصیف، ورق استیل گرید ۳۰۴ هر چه به نقطه ذوب خود نزدیک‌تر شود، استحکام کششی بیشتری از دست می‌دهد (از استحکام آن کاسته می‌شود) استیل ۳۰۴ به لحاظ استحکام کششی بالاتر آن -که تقریباً ۶۲۱ مگاپاسکال می‌باشد- آلیاژی استثنایی و خاص است. بیشینه دمای عملیاتی و کاربرد این آلیاژ حدود ۸۷۰ درجه سانتیگراد می باشد.

کاربردها و خواص ورق استیل ۳۰۴

یکی از متداول‌ترین گریدهای استنلس استیل مورد استفاده به لحاظ در سال بالای کروم آن، از مقاومت خوردگی عالی برخوردار است. آرایش شیمیایی این گرید عبارت است از: ۱۸ درصد کروم و 8 درصد نیکل
مقادیر جزئی کربن و منگنز نیز در ترکیب آن وجود دارد. عناصر یاد شده، آلیاژ ۳۰۴ را در برابر اکسیداسیون مقاوم و پاکسازی و ضدعفونی آن را آسان می سازند. برخی موارد استفاده متداولترین گرید عبارتند از:
•    قالب های خودرو و تزئینات آن
•    روکش یا پوشش چرخ
•    مخازن انبارش
•    محفظه‌های برق
•    تجهیزات و وسایل آشپزخانه ها
یکی از ضعف‌های استنلس استیل ۳۰۴، استعداد به خوردگی حفره ای موضعی است، البته در معرض محلولهای کلریدی قوی یا در محیط های شور و نمکی. کلریدها حتی به مقدار بسیار ناچیز ۲۵ ppm می‌توانند باعث شروع خوردگی حفره ای شوند.

تفاوت میان دو گرید استنلس استیل ۳۰۴ و ۳۱۶ چیست؟

اساسی‌ترین فرق میان دو گرید ۳۰۴ و ۳۱۶ این است که گرید ۳۱۶ میل به داشتن نیکل بیشتر و کمی مولیبدن در ترکیب خود دارد. خواص مکانیکی عمومی این دو فلز اغلب قابل قیاس هستند. استیل ۳۱۶ با برخورداری از محتوای نیکل افزوده و بیشتر و همچنین مولیدن، مقاومت شیمیایی بهتر و بیشتری نسبت به گرید ۳۰۴ دارد. قدرت مقاومت این آلیاژ در برابر اسیدها و کلرید ها، از جمله نمک، آن را برای استفاده در امور دریایی و همچنین در خطوط تولید و فرآوری مواد شیمیایی ایده آل می سازد.
اگرچه افزودن نیکل و مولیبدن باعث می گردد آلیاژ ۳۱۶، گریدی گران‌تر از استنلس استیل گرید ۳۰۴ در در هر اونس از این ماده شود. مضافاً اینکه نقطه ذوب استنلس استیل گرید ۳۰۴ کمی بیشتر از نقطه ذوب گرید ۳۱۶ است. محدوده دمای ذوب گرید ۳۱۶ عبارت است از ۱۳۷۱ تا ۱۳۹۹ درجه سانتیگراد را که تقریباً ۵۰ تا ۱۰۰ درجه فارنهایت کمتر از نقطه ذوب استنلس استیل گرید ۳۰۴ می باشد.
اگرچه آلیاژ استیل ۳۰۴ نقطه ذوب بالا تر است، اما گرید ۳۱۶ نسبت به استنلس استیل گرید ۳۰۴ مقاومت بهتری در برابر کلریدهایی چون نمک و مواد شیمیایی دارد. تفوق استنلس استیل گرید ۳۰۴ زمانی آشکار می شود که در محیط هایی چون محلول های کلردار یا در معرض نمک قرار گیرند.

3 امتیاز استفاده از استنلس استیل ۳۱۶

1-ویژگی ها و خواص مقاومت در برابر خوردگی

استنلس استیل گرید ۳۱۶ به علت افزودن مولیبدن به آن نسبت به آلیاژهای مشابه نظیر ورق استیل ۳۰۴ در برابر خوردگی مقاوم تر است. این امر باعث می‌شود خوردگی حفره ای نیز در محیط های شیمیایی کاهش یابد و بتوان این گرید را در محیط‌های اسیدی قوی و سوزاننده بکار برد، که در غیر اینصورت، فلز به شدت خورده خواهد شد. به عنوان مثال، استنلس استیل گرید ۳۱۶ در محیط های خورنده و محلول های تند و سوزاننده نظیر بخار چربی زداها یا بسیاری فرآیندها و عملیات دیگر جهت پاکسازی قطعات، می‌تواند پایدار و مقاوم بماند.
این خصوصیات همچنین سبب می گردد این آلیاژ برای کاربردها و مصرف خطوط داروسازی و پزشکی ایده‌آل گردد. از آنجا که عملیات استریل نمودن تجهیزات در صنایع مذکور مرکب است از بکار بردن ضدعفونی کننده های قوی و یا درجه حرارت زیاد، به منظور پیشگیری از آلودگی، بنابراین یک آلیاژ مقاوم مثل گرید ۳۱۶ ایده‌آل است.

 

 

 

2-کاربردهای دریایی

آب دریا و نمک هوا به طور خاص به فلزات آسیب وارد می کنند. علاوه بر شرایط خشن و ناهنجار دریا و کاربردهای دریایی، کلریدهایی همچون نمک، حتی سخت ترین و محکم ترین فلزات را می توانند بخورند. نمک حتی برای لایه اکسیدی محافظ ورق استیل ۳۰۴ هم خطر ساز است که نتیجه اش زنگ زدگی می باشد. جهت امور دریایی یا عملیاتی که با کلریدها سر و کار دارند، استیل ۳۱۶ مطلوب و ایده‌آل است.
گرید ۳۱۶ مشخصات مقاومت بهتری در برابر نمک و خوردگی حفره ای ناشی از کلرید دارد. خوردگی حفره ای زمانی حادث می‌شود که آلیاژهایی نظیر ورق استیل ۳۰۴ در معرض آب دریا و نسیم های غنی از نمک  در دریا، قرار گیرند. استفاده از فلزات مقاوم به کلریدها مثل ورق استیل ۳۱۶ جهت مصارف و امور دریایی و کشتی‌ها یا هرچیزی که با کلرید سر و کار دارد، امری لازم و اساسی است.

3-پایداری و دوام زیاد

ورق استیل ۳۱۶ هم سفت و سخت است هم تطبیق پذیر و اصطلاح همه کاره، که برای ساخت سبدهای سیمی مرسوم جهت سال ها استفاده ایده آل می باشد. این گرید استیل می‌تواند برای ساخت سبدهای بادوامی به کار رود که برای تحمل ضربات شدید حتی به طور مکرر طراحی شده اند. به عنوان مثال برخی سبد های سفارشی طراحی شده اند از جنس استنلس استیل گرید ۳۱۶ جهت عملیات پاکسازی قطعات سقف و قطعات ساچمه زنی.

آیا به هزینه اضافی اش می ارزد؟

اگر مورد کاربرد شما دارای خورنده های بسیار قوی است یا حاوی کلریدها می باشد، آنگاه پرداختن پول اضافی برای ورق استیل ۳۱۶ قطعاً ارزش دارد. استیل ۳۱۶ در چنین موارد کاربردی، چندین برابر استنلس استیل گرید ۳۰۴ دوام داشته و پایدار خواهد ماند که این یعنی سال های بسیار زیادی عمر مفید.
مع ذالک، برای کاربردهایی که از اسیدهای ملایم تر استفاده می شود یا وجود نمک در آنها موجب نگرانی نمی باشد، آلیاژ استیل ۳۰۴ می تواند به خوبی در آنجا کار کند.
فقط مطمئن شوید که هنگام انتخاب یک متریال برای سبدهای قطعات صنعتی تان، تمام فرآیندها و عملیات و عوامل محیطی را محاسبه نموده و مد نظر قرار داده باشد. مثلا اگر کارخانه یا تاسیساتی که میخواهید بسازید در ساحل دریا و یا نزدیک به آن قرار دارد، هوای آغشته به نمک دریا می‌تواند فلزی را که در برابر کلریدها مقاوم نیست، بخورد.
من حیث المجموع، اگر به مقاومت خوردگی بالاتر نیاز دارید، گرید 316 ارزش قیمت و هزینه اش را دارد. در بسیاری موارد کاربردی دیگر، ورق استیل ۳۰۴ کاملا مطلوب و عالی کار خواهد کرد.