فولاد مارتنزیتی چیست؟ + کاربردها و ویژگی های ورق استیل مارتنزیتی

استنلس استیل مارتنزیتی عضو دیگری از خانواده پر جمعیت استنلس استیل می باشد که آن هم به نوبه خود همانند گرید های استنلس استیل آستنیتی و فولاد فریتی نقش بسزایی را در صنعت جهانی ایفا می کند.

در این مقاله به معرفی جامع و کامل فولاد مارتنزیتی می پردازیم و ویژگی ها، مزایا و کاربرد های ورق استیل مارتنزیتی را مورد بررسی قرار می دهیم. استیل مال را دنبال کنید تا استیل را بیشتر بشناسید‌.

تاریخچه فولاد ماتنزیتی

در سال 1912، هری برلی، محققی در آزمایشگاه براون-فرث در شفیلد انگلستان، در جستجوی آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی مناسب برای لوله تفنگ بود. او در طی آزمایشات خود به آلیاژ فولاد ضد زنگ مارتنزیتی برخورد کرد که خواص قابل توجهی از خود نشان داد. این کشف در یک روزنامه در ژانویه 1915 در نیویورک تایمز اعلام شد. برلی برای ثبت اختراع ایالات متحده درخواست داد و این آلیاژ بعداً با نام تجاری “Staybrite” توسط Firth Vickers در انگلستان به بازار عرضه شد.

ریزساختار چهارضلعی مارتنزیت  اولین بار توسط دانشمند آلمانی آدولف مارتنز در حدود ۱۸۹۰ مشاهده شد. این ریزساختار خواص منحصر به فرد فولاد ضد زنگ مارتنزیتی را مشخص می کند.

استنلس استیل مارتنزیتی

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی یکی از پنج نوع مختلف فولاد ضد زنگ است. به دلیل ترکیباتش با سایر فولادهای ضد زنگ متفاوت است. ترکیب آن به آن اجازه می دهد تا از طریق گرما سفت و تقویت شود. مانند سایر فولادهای زنگ نزن، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی بیشتر از آهن و با افزودن کربن و آلیاژهای دیگر ساخته شده است. کربن حدود 1.2 درصد از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی را تشکیل می دهد. سایر عناصر آلیاژی کروم (بین 11.5-18٪) و نیکل هستند. محتوای کربن بالا باعث می شود فولاد ضد زنگ مارتنزیتی قوی باشد، اما درصد نیکل پایین، مقاومت در برابر خوردگی آن را کاهش می دهد.

استیل ضد زنگ مارتنزیتی چگونه پردازش می شود؟

استیل مارتنزیتی از طریق استفاده از کوئنچ و تنش زدایی یا از طریق کوئنچ و تمپر ساخته می شود. این عملیات حرارتی ریزساختار فولاد را به ساختار مارتنزیتی تغییر می دهد. این فرآیند باعث افزایش سختی فولاد می شود.

کوئنچ و تمپر استیل چیست؟

کوئنچ و تمپر فرآیندهای عملیات حرارتی هستند که برای تقویت و استحکام استیل استفاده می شوند. در کوئنچ، فولاد تا دمای خاصی گرم می شود و سپس به سرعت سرد می شود، معمولاً با غوطه وری در مایعی مانند روغن یا آب. این سرد شدن سریع باعث سخت شدن فولاد و افزایش استحکام و سختی آن می شود. با این حال، فولاد پس از کوئنچ شدن شکننده می شود. برای کاهش این شکنندگی و بهبود چقرمگی و شکل ‌پذیری فولاد، تمپر انجام می‌شود. در طی تمپر، فولاد کوئنچ شده مجدداً تا دمای پایین ‌تر، معمولاً زیر نقطه بحرانی خود، گرم می‌شود و برای مدت زمان مشخصی در آن دما نگهداری می‌شود. این کار اجازه می دهد تا ساختار مارتنزیت سخت شده را به شکلی انعطاف پذیرتر تبدیل کند، در حالی که همچنان سختی به دست آمده در هنگام کوئنچ را حفظ می کند. نتیجه فولادی با چقرمگی، شکل ‌پذیری و مقاومت در برابر ترک ‌خوردگی بهبود یافته است که آن را برای طیف وسیعی از کاربردها، از ماشین‌آلات صنعتی گرفته تا قطعات و ابزار خودرو، مناسب می‌سازد.

ویژگی های فولاد ضد زنگ مارتنزیتی 

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی نوعی فولاد ضد زنگ است که با استحکام، سختی و مقاومت در برابر خوردگی بالا مشخص می شود. در اینجا برخی از ویژگی های کلیدی آن آورده شده است:

استحکام و سختی بالا استیل مارتنزیتی

استیل مارتنزیتی تحت یک فرآیند عملیات حرارتی به نام کوئنچ قرار می گیرد که منجر به ایجاد یک ریزساختار سخت شده به نام مارتنزیت می شود. این عامل به فولاد استحکام و سختی عالی می دهد و آن را برای کاربردهایی که نیاز به عملکرد مکانیکی بالا دارند مناسب می کند.

مقاومت در برابر خوردگی استیل مارتنزیتی

در حالی که به اندازه استنلس استیل آستنیتی مقاوم در برابر خوردگی نیست، استنلس استیل مارتنزیتی همچنان مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد، به ویژه در محیط های ملایم. آنها اغلب در کاربردهایی استفاده می شوند که مقاومت در برابر خوردگی همراه با استحکام و سختی بالا مورد نیاز است.

خواص مغناطیسی استیل مارتنزیتی

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی معمولاً به دلیل ریزساختار مارتنزیتی که در طی عملیات حرارتی ایجاد می شود مغناطیسی هستند. این خاصیت مغناطیسی می تواند در کاربردهای خاصی مانند دستگاه های الکترومغناطیسی یا مواردی که خواص فرومغناطیسی مورد نظر است مفید باشد.

مقاومت در برابر سایش استیل مارتنزیتی

سختی بالای فولاد ضد زنگ مارتنزیتی آن را در برابر سایش مقاوم می کند و آن را برای کاربردهایی مانند ابزارهای برش، چاقو و یاتاقان ها مناسب می کند.

قابلیت عملیات حرارتی استیل مارتنزیتی

استیل مارتنزیتی را می توان برای دستیابی به طیف وسیعی از خواص مکانیکی، عملیات حرارتی کرد که امکان سفارشی سازی بر اساس الزامات کاربردی خاص را فراهم می کند.

به طور کلی، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی ترکیبی از استحکام، سختی و مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهد و آن را به یک ماده همه کاره برای کاربردهای مختلف صنعتی و مهندسی تبدیل می کند.

قیمت استیل مارتنزیتی

قیمت استیل مارتنزیتی تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله ترکیب آن، در دسترس بودن مواد خام، فرآیندهای تولید و تقاضای بازار است. به طور کلی، استیل ضد زنگ مارتنزیتی در مقایسه با استیل آستنیتی یا دوبلکس به دلیل ترکیب ساده تر و محتوای نیکل کمتر، مقرون به صرفه تر است. با این حال، بسته به عناصر آلیاژی خاص مانند کروم، کربن و سایر مواد افزودنی، هزینه همچنان می تواند متفاوت باشد. علاوه بر این، عواملی مانند استانداردهای کیفیت، الزامات صدور گواهینامه و هزینه حمل و نقل نیز می توانند بر هزینه کلی تأثیر بگذارند. علی رغم مقرون به صرفه بودن نسبت به سایر گروه های فولاد ضد زنگ، فولاد مارتنزیتی همچنان یک انتخاب محبوب برای کاربردهایی است که به استحکام، سختی و مقاومت بالا در برابر خوردگی نیاز دارند و راه حلی معقول و مناسب برای طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی و مهندسی ارائه می دهد.

نقطه ذوب استیل مارتنزیتی

نقطه ذوب فولاد مارتنزیتی بسته به ترکیب آن، به ویژه عناصر آلیاژی خاص موجود، متفاوت است. با این حال، به طور کلی، نقطه ذوب فولاد ضد زنگ مارتنزیتی معمولاً در محدوده 1400 درجه سانتی گراد تا 1450 درجه سانتی گراد (2552 درجه فارنهایت تا 2642 درجه فارنهایت) قرار دارد. این محدوده ممکن است بسته به عواملی مانند ترکیب دقیق فولاد و هر گونه افزودنی خاص  کمی متفاوت باشد.

فولاد مارتنزیتی چه رنگی است؟

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به رنگ نقره ای یا خاکستری به نظر می رسد، اما ممکن است به دلیل زنگ زدگی نارنجی/قهوه ای یا رنگ دیگری به دلیل رنگ باشد. اگر فولاد مارتنزیتی رنگ آمیزی نشده باشد، بسته به پوشش سطحی مواد، ممکن است بازتابنده یا مات باشد.

انواع استیل ضد زنگ مارتنزیتی

استنلس استیل مارتنزیتی هم مانند سایر خانواده های فولاد ضد زنگ به دلیل ترکیبات شیمیایی مختلف دارای گرید های مختلفی می باشد که به صورت زیر می باشد:

گرید 410 استیل مارتنزیتی

گرید 410 رایج ترین نوع استیل ضد زنگ مارتنزیتی است و به عنوان فولاد مارتنزیتی همه منظوره شناخته می شود. اغلب در شرایط آنیل عرضه می شود و حداقل استحکام کششی آن 110000 psi است. مقدار سختی بسته به عملیات حرارتی اعمال شده می تواند متفاوت باشد. فولاد ضد زنگ 410 برای اتصال دهنده ها، از جمله مهره ها و پیچ ها، و همچنین سوپاپ ها، پیستون ها، بلبرینگ ها، پروانه ها، تیغه های توربین، فنرها، پین ها و میکرومترها استفاده می شود. این گرید در کنار گرید 430 از فولاد فریتی ازجایگزین های مقرون به صرفه برای خانواده استنیتی در شرایطی است که مقاومت در برابر خوردگی بالایی مورد نیاز نیست.

گرید 420 استیل مارتنزیتی

گرید 420 یک فولاد ضد زنگ کم کربن است که بسته به عملیات حرارتی آن می تواند مقادیر سختی مختلفی داشته باشد. در صورت عملیات حرارتی و نورد سرد می توان انتظار داشت که فولاد ضد زنگ 420 به حداقل مقاومت کششی 120000 psi دست یابد. فولاد 420 در بست ها، قطعات ماشین آلات و ابزار جراحی کاربرد دارد.

گرید 440 استیل فریتی

گرید 440 بالاترین سختی را در مقایسه با فولاد 410 و 420 دارد. با این حال، این ویژگی به قیمت کاهش شکل پذیری است. این سختی بالا برای تولید تیغه مورد توجه قرار می گیرد، زیرا باعث می شود تیغه برای مدت طولانی تری تیزتر بماند. فولاد 440 به عنوان تیغه، کارد و چنگال، ابزار جراحی و یاتاقان استفاده می شود.

فولاد مارتنزیتی با کربن بالا

درصد کربن در فولاد ضد زنگ مارتنزیتی پرکربن بین 0.61% تا 1.50% است. محتوای کربن بالای فولاد با تأثیر بر پیوندهای مولکولی بین ریزساختار، آن را قوی تر می کند. نقطه ضعف محتوای کربن بالا این است که فولاد را شکننده تر می کند و قابلیت جوش و شکلدهی آن را کاهش می دهد. فولاد پر کربن به دلیل سختی و استحکام بالا برای چاقو، بلبرینگ، قالب استفاده می شود.

فولاد مارتنزیتی کم کربن

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی کم حاوی کربن 0.05-0.25٪ است. کاهش محتوای کربن باعث می شود فولاد مارتنزیتی راحت تر شکل بگیرد و جوش داده شود، اما استحکام آن را کاهش می دهد. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی کم کربن معمولاً مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری بهتری نیز دارد. با توجه به این ویژگی ها، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی کم کربن در خطوط لوله گاز و نفت استفاده میشود که در آنها تعادل بین استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری مورد نیاز است.

کاربردهای استیل مارتنزیتی

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی دارای ترکیبات مختلف و عملیات حرارتی متفاوتی هستند. این عامل منجر به داشتن طیف وسیعی از استحکام، سختی و مقاومت در برابر خوردگی می شود. این ویژگی های متفاوت به فولاد ضد زنگ مارتنزیتی اجازه می دهد تا در طیف وسیعی از کاربردها از جمله:

کارد و چنگال و ابزار آشپزخانه: استیل مارتنزیتی به دلیل سختی بالا و قابلیت نگه داشتن لبه تیز معمولاً در ساخت چاقو، قیچی و سایر ابزار آشپزخانه استفاده می شود.

ابزارهای صنعتی: در ساخت ابزارهای برش صنعتی مانند تیغه های اره، مته ها و چرخ دنده ها استفاده می شود که در آن سختی و مقاومت در برابر سایش بسیار مهم است.

اجزای خودرو: فولاد مارتنزیتی به دلیل استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش و خوردگی در ساخت قطعات خودرو مانند اجزای موتور، شفت و چرخ دنده ها استفاده می شود.

وسایل پزشکی: ابزار جراحی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت استریل شدن، اغلب از فولاد مارتنزیتی استفاده می کنند.

اجزای هوافضا : برخی از اجزای هوافضا، به ویژه آنهایی که به استحکام و مقاومت بالا در برابر خوردگی نیاز دارند، از فولاد مارتنزیتی استفاده می کنند.

صنعت نفت و گاز: فولاد مارتنزیتی در اجزای تجهیزات حفاری، شیرها، پمپ ها و سایر قطعات در معرض محیط های خشن در صنعت نفت و گاز استفاده می شود.

به طور کلی، ترکیب فولاد مارتنزیتی از سختی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی، آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع مختلف مناسب می کند.

سایر کاربرد های استیل مارتنزیتی

پره های توربین

اتصال دهنده ها

بلبرینگ

بوشینگ ها

شیرآلات

جوشکاری استیل مارتنزیتی

جوش دادن استیل مارتنزیتی بسیار سخت است. این عامل به این دلیل است که فولاد مارتنزیتی تمایل به سفت شدن دارد، به ویژه هنگامی که گرم می شود و سپس خنک می شود. این واکنش به عملیات حرارتی در مقایسه با سایر فولادهای زنگ نزن منجر به داشتن بدترین جوش پذیری می شود. سختی بالا و هدایت حرارتی کم فولاد ضد زنگ مارتنزیتی منجر به ترک خوردگی سرد جوش و شکنندگی جوش می شود.

جوشکاری فولاد مارتنزیتی نیازمند بررسی دقیق پیش گرمایش، کنترل دمای بین پاسی و عملیات حرارتی پس از جوش برای جلوگیری از ترک خوردگی و حفظ خواص مکانیکی مطلوب است. به دلیل محتوای کربن بالا و حساسیت به ترک خوردن، پیش گرم کردن مواد پایه و حفظ دمای بین گذر در محدوده های خاص برای به حداقل رساندن خطر ترک ناشی از هیدروژن و اطمینان از همجوشی مناسب بسیار مهم است. علاوه بر این، انتخاب مواد پرکننده مناسب با ترکیب منطبق و استفاده از تکنیک‌های جوشکاری مناسب مانند روش‌های ورودی حرارت کم می‌تواند به کاهش اعوجاج و حفظ یکپارچگی اتصال جوش کمک کند. عملیات حرارتی پس از جوش، که معمولاً در دماهای کنترل شده انجام می شود، به کاهش تنش های پسماند و پالایش ریزساختار کمک می کند و چقرمگی و سختی اتصال جوش داده شده را افزایش می دهد. به طور کلی، توجه دقیق به پارامترهای جوشکاری و رعایت روش های توصیه شده برای دستیابی به جوش های سالم در کاربردهای فولاد مارتنزیتی ضروری است.

راهنمای جامع خرید ورق استیل مارتنزیتی

از آنجایی که خرید ورق استیل نیاز به دانش و اگاهی حرفه ای دارد، در این بخش از مطلب به سوالاتی پاسخ می دهیم که ممکن است ذهن شما را در هنگام خرید ورق استیل مارتنزیتی درگیر کند:

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی چه تفاوتی با فولاد معمولی دارد؟

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی استحکام، سختی و مقاومت بالایی در برابر ضربه نسبت به فولاد معمولی دارد. همچنین دارای سطوح بالا تری از مقاومت در برابر خوردگی و مغناطیس است و جوش پذیری بسیار ضعیفی نسبت به فولاد معمولی دارد.

آیا استیل مارتنزیتی بادوام است؟

بله، استیل ضد زنگ مارتنزیتی بادوام است. استیل ضد زنگ مارتنزیتی به خوبی به عملیات حرارتی با سخت شدن پاسخ می دهد. حالت سخت شده آن فولاد مارتنزیتی را برای استفاده در کاربردهایی از جمله دریچه ها، تیغه های توربین و ابزار جراحی مناسب می کند.

آیا استیل مارتنزیتی مغناطیسی است؟

بله، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی مغناطیسی است. وجود آهن است که یک ماده را فرومغناطیسی می کند. از آنجایی که تمام فولادها عمدتاً از آهن ساخته شده اند، معمولا مغناطیسی هستند.

آیا استیل ضد زنگ مارتنزیتی سخت می شود؟

بله، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی را می توان سخت کرد. در حالی که فولاد مارتنزیتی تحت عملیات حرارتی قرار نگرفته، به دلیل سختی آن شناخته شده است، می توان آن را از طریق عملیات حرارتی نیز سخت کرد. استیل ضد زنگ مارتنزیتی با حرارت دادن فلز و سپس خنک کردن آن با هوا یا کوئنچ کردن آن سخت می شود.

تفاوت بین فولاد ضد زنگ مارتنزیتی و فولاد ضد زنگ آستنیتی چیست؟

فولاد آستنیتی و فولاد مارتنزیتی دو نوع متمایز فولاد ضد زنگ با ریزساختارها و خواص متفاوت هستند. فولاد آستنیتی، مانند گرید محبوب 304 و 316، غیر مغناطیسی است و با ساختار کریستالی مکعبی (FCC) آن مشخص می شود. مقاومت در برابر خوردگی عالی، شکل پذیری خوب و شکل پذیری بالا را ارائه می دهد که آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها از جمله پردازش مواد غذایی، تجهیزات شیمیایی و سازه های معماری مناسب می کند. فولاد آستنیتی همچنین به دلیل توانایی خود در حفظ استحکام و چقرمگی خود در محدوده دمایی گسترده شناخته شده است.

در مقابل، فولاد مارتنزیتی دارای ساختار کریستالی مکعبی محور (BCC) بوده و مغناطیسی است. استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش بالا که از طریق عملیات حرارتی و فرآیندهای خاموش کردن به دست می آید مشخص می شود. فولاد مارتنزیتی معمولاً در کاربردهایی که به استحکام و سختی بالا نیاز دارند، مانند کارد و چنگال، ابزار جراحی، تیغه های صنعتی و برخی از قطعات خودرو استفاده می شود. با این حال، فولاد مارتنزیتی معمولاً مقاومت به خوردگی کمتری در مقایسه با فولاد آستنیتی از خود نشان می‌دهد و در صورت عدم استفاده صحیح به دلیل محتوای کربن بالاتر و حساسیت به تردی هیدروژنی، ممکن است در هنگام جوشکاری بیشتر مستعد ترک خوردن باشد.

تفاوت دیگر بین فولاد مارتنزیتی و فولاد آستنیتی در جوش پذیری آنهاست. جوشکاری آستنیت در مقایسه با فولاد ضد زنگ مارتنزیتی بسیار ساده تر است. این به این دلیل است که اکثر گریدهای فولاد ضد زنگ مارتنزیتی دارای محتوای کربن بالاتری نسبت به آستنیت هستند. محتوای کربن بالا همچنین مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد اما سختی را افزایش می دهد. اگرچه هر دو ماده متفاوت هستند، اکثر فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی با گرم کردن و خنک کردن سریع آستنیت ساخته می شوند.

سخن پایانی

استنلس استیل مارتنزیتی شبیه به فولاد فریتی می باشد که بر پایه کروم ساخته شده اند، اما دارای سطوح کربن بالاتری تا 1٪ است. استیل مارتنزیتی گاهی اوقات به عنوان فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی کم کربن و با کربن بالا طبقه بندی می شود. آنها حاوی 12 تا 14 درصد کروم، 0.2 تا 1 درصد مولیبدن هستند و مقدار قابل توجهی نیکل ندارند. مقادیر بیشتر کربن به آنها اجازه می دهد تا مانند فولادهای کربنی و کم آلیاژ سخت شوند. آنها مقاومت خوردگی متوسطی دارند، اما سخت، قوی، کمی شکننده در نظر گرفته می شوند. مغناطیسی هستند و برخلاف فولاد ضد زنگ آستنیتی، میتوان آنها را با روش بازرسی ذرات مغناطیسی به طور غیرمخرب آزمایش کرد.

در این مطلب به توضیح جامع و کامل استیل مارتنزیتی پرداختیم و به ارائه نکاتی از این گروه بزرگ از استنلس استیل پرداختیم. شما عزیزان جهت هر گونه سوال بیشتر و یا خرید محصولات استیل از جمله ورق ، لوله و اتصالات استیل می توانید با کارشناسان گروه بزرگ استیل مال تماس حاصل فرموده و سفارشات خود را ثبت کنید‌.