انواع استانداردهای فولاد و نحوه نامگذاری آنها
مواد به دو دسته ی فلز و غیر فلز تقسیم بندی می شوند. تاریخ تمدن بشر تا حد بسیار زیادی با توانایی او در کار با فلزات گروه بندی شده است. مثلا عصر برنز یا عصر آهن هر کدام خبر از کشف و تاثیر یک فلز بر زندگی انسان می دهد. اما تا دهه های اخیر تولید انبوه مواد تنها به مواد غیر فلزی مانند چوب، سنگ و مصالح بنایی محدود بود. فلزات را می توان به دو دسته ی کلی آهنی و غیر آهنی تقسیم بندی کرد. خانواده ی فلزهای آهنی شامل دسته ی بسیار وسیعی از آلیاژهاست. آلیاژهایی که درصد بالایی از کربن ( بیشتر از 2 درصد) داشته باشند را چدن می گویند. به ما بقی آلیاژها نیز در اصطلاح فولاد گفته می شود. برای نامگذاری فولادهای سیستم های مختلفی وجود که در این مقاله به معرفی برخی از آنها خواهیم پرداخت.
دسته بندی فلزات
مواد به دو دسته ی فلز و غیر فلز تقسیم بندی می شوند. تاریخ تمدن بشر تا حد بسیار زیادی با توانایی او در کار با فلزات گروه بندی شده است. مثلا عصر برنز یا عصر آهن هر کدام خبر از کشف و تاثیر یک فلز بر زندگی انسان می دهد. اما تا دهه های اخیر تولید انبوه مواد تنها به مواد غیر فلزی مانند چوب، سنگ و مصالح بنایی محدود بود.
امروزه تعداد بسیار زیادی از مواد برای گرفتن سهم خود از بازار در حال رقابت با یکدیگر هستند و هر ساله مواد جدیدی نیز به این فهرست بلند اضافه می شود. در سال های اخیر پیشرفت های چشمگیری در زمینه ساخت سرامیک، پلاستیک، شیشه و مواد کامپوزیت به وجود آمده است. به حدی که خیلی دور نیست از سرامیک در ساخت موتور خودرو استفاده شود چرا که امروزه نسل هایی از سرامیک سخت با قدرت تحمل دمای بسیار بالا ساخته شده است. از طرف دیگر پلاستیک های مهندسی نیز در موتورهای مدرن در حال استفاده هستند. در این بین برای اینکه فلزات بتوانند جایگاه خود را حفظ کنند می بایست ویژگی های بسیار منحصر به فردی از خود نشان بدهند.
به همین ترتیب فلزات نیز به دنبال رقابت با یکدیگر هستند تا بتوانند سهم بازار و اقتصاد را به خود اختصاص دهند. فلزات را می توان به دو دسته ی کلی آهنی و غیر آهنی تقسیم بندی کرد.
در واقع فلزاتی که پایه آن ها آهن است در یک طرف و سایر فلزات در طرف دیگر قرار می گیرند.
در میان فلزات غیر آهنی مهمترین گروه، خانواده ی آلیاژهای آلومینیوم هستند. با چگالی بسیار کم، هدایت الکتریکی و گرمایی بالا، فرم پذیری خوب و مقاومت بالا در برابر خوردگی این گروه از فلزات کاربردهای گسترده ای در صنعت هوانوردی، هادی های الکتریکی، دکل قایق ها و ... یافته است.
همینطور مس و آلیاژهای آن به دلیل هدایت الکتریکی و گرمایی بسیار بالا و فرم پذیری خوب از موادی ست که در ساخت سیم های الکتریکی بسیار کاربرد دارد. از دیگر فلزات غیر آهنی که کاربردهای عمده ای در صنعت دارند می توان برنز و برنج را نام برد.
اما خانواده ی فلزهای آهنی شامل دسته ی بسیار وسیعی از آلیاژهاست. آلیاژهایی که درصد بالایی از کربن ( بیشتر از 2 درصد) داشته باشند را چدن می گویند. به ما بقی آلیاژها نیز در اصطلاح فولاد گفته می شود. فولادها می توانند از طریق ریخته گری ( استفاده از فلز مذاب و به کمک قالب) شکل داده شوند و یا به فرم کار شده یعنی با ریخته گری به شکل اسلب، شمش یا بیلت در آمده و سپس با نورد و یا فورجینگ به شکل های پیچیده تبدیل شود.
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
- انواع فولاد
- سیستم های نامگذاری گریدهای مختلف فولاد
- استاندارد بریتانیایی نرم اروپا (British Standard European Norm)
- سیستم نامگذاری SAE برای فولادهای کربنی و آلیاژی
- خلاصه ای از سایر سیستم های نامگذاری
انواع فولاد
فولادها بر حسب میزان عنصر اصلی که در ساختار آن ها وجود دارد دسته بندی می شوند. کربن، منگنز، کروم، نیکل و مولیبدن عناصری هستند که به طور عمده در ساخت آلیاژهای فولاد به کار برده می شوند. همچنین عناصری مانند سیلیکن، فسفر، گوگرد، نیتروژن و تیتانیوم نیز در مقادیر کم در فولاد به کار برده می شود.
در جدول زیر می توانید گریدهای مختلف فولاد را مشاهده کنید.
| نوع | نمونه فولاد | مقدار درصد عناصر | کاربرد |
| فولاد کربنی | 1020 | کربن 0.2% | ساخت پل ها، ساختمان سازی، شفت ها |
| فولاد کم آلیاژ | 4140 | کربن 0.4% کروم 1% مولیبدیم 0.2% | شفت های تحت تنش، اجزای ماشین آهنگری شده |
| فولاد ضد زنگ و پرآلیاژ | 304 | کربن 0.05% کروم 18% نیکل 9% | تانک های مقاوم به خوردگی، فنر، بولت ها |
| فولاد ابزار | H13 | کربن 0.4% سیلیسیم 1.05% کروم 5.2% مولیبدیم 1.3% وانادیوم 1% | ابزار برای ریخته گری و فورجینگ دمای بالا |
سیستم های نامگذاری و مشخصات فلزات امروزه بسیار وسیع شده است. در گذشته تولید کننده ای برای هر گریدی که تولید می کردند نام دلخواه خود را قرار می داد.
خوشبختانه امروز این مساله چندان به چشم نمی خورد. در برخی موارد ممکن است تغییر جزئی در نام ها به وجود بیاید آن هم تنها به این دلیل که یک تولیدکننده میخواهد نمونه ای که تولید کرده است با گریدهای دیگر متفاوت باشد.
علاوه بر نام های تجاری مجموعه های متنوعی از سیستم های نامگذاری نیز وجود دارد که به وسیله ی استانداردهای مختلف حمایت می شوند.
سیستم های نامگذاری گریدهای مختلف فولاد
از جمله سیستم های نام گذاری موجود می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ASE
- استاندارد بریتانیا
- استاندارد بین المللی ISO/TS 4949:2003
- استاندارد اروپایی – EN 10027
- گریدهای فولاد ژاپن – استاندارد JIS
- گریدهای فولاد آلمان – استاندارد DIN
- گریدها فولاد چین – استاندارد GB
استانداردهای فوق تنها برای فولاد به کار برده می شود. ولی سیستم نامگذاری واحد (UNS) از ASTM و همچنین انجمن مهندسان اتومبیل آمریکا (SAE) برای نامگذاری تمام آلیاژها به طور عمومی به کار برده می شود.
استاندارد بریتانیایی نرم اروپا (British Standard European Norm)
BS EN 10079:1992: در این استاندارد برای تعریف محصولات فولادی بر اساس مشخصات فیزیکی آنها استفاده می شود.
- شکل و ابعاد
- ظاهر و کیفیت سطح
BS EN 10027-1:1992: نام گریدها از حروف و اعداد تشکیل شده است که دو سیستم نامگذاری اصلی را تعریف می کند.
نامگذاری فولاد ها طبق BS EN 10027-1:1992 بر اساس نوع استفاده و مشخصات فیزیکی
در جدول زیر می توانید معنای حروف و اعداد به کار رفته در این سیستم نامگذاری را مشاهده کنید.
| حرف | کاربرد | مشخصه مکانیکی که بیان می شود. |
| S | فولاد سازه ای | حداقل مقاومت تسلیم |
| P | کاربردهای تحت فشار | حداقل مقاومت تسلیم |
| L | خط لوله | حداقل مقاومت تسلیم |
| E | مهندسی | حداقل مقاومت تسلیم |
| B | فولاد تسلیح کننده | |
| Y | فولاد پیش تنیده | حداقل مقاومت تسلیم |
| R | ریل ها | حداقل مقاومت تسلیم |
| H | فولاد نورد سرد استحکام بالا | حداقل مقاومت تسلیم |
| D | محصولات صاف برای شکل دهی سرد | |
| T | محصولات قلع اندود | |
| M | فولاد الکتریکی |
نامگذاری فولاد ها طبق BS EN 10027-1:1992 بر اساس ترکیبات شیمیایی
فولاد کربنی: بر اساس AISI (انستیتوی فولاد و آهن آمریکا) یک فولاد کربنی هنگامی فولاد کربنی نامیده می شود که استفاده از هیچ عنصر دیگری در آن برای به دست آوردن یک ویژگی به خصوص الزامی نباشد. درصد عناصر موجود در این نوع فولاد نباید از مقادیر زیر تجاوز کند.
- برای منگنز 1.65 درصد
- برای سیلیسیم 0.6 درصد
- و برای مس 0.6 درصد از وزن نمونه
نامگذاری بر اساس BS EN 10027-1:1992: نام گرید با حرف C مشخص می شود که به همراه آن دو عدد آورده می شود. این دو عدد درصد کربن ضربدر عدد 100 است.
برای مثال C56 فولاد کربنی ست که 0.56 از درصد وزن آن را کربن تشکیل داده است.
آلیاژهای فولاد: فولادهایی که زیر مجموعه ی فولاد کربنی نیستند در دسته ی فولادهای آلیاژی قرار می گیرند.
نامگذاری BS EN 10027-1:1992: نام با X شروع می شود به دنبال آن درصد کربن ضربدر 100 و سپس نماد عناصری که درون آلیاژ به کار رفته است به همراه درصد آن ها آورده می شود.
به عنوان نمونه آلیاژ X2CrNi18-9 فولادی ست که 0.2 درصد کربن، 18 درصد کروم و 9 درصد نیکل دارد.
استاندارد BS EN 10027-2:1992
در این سیستم از اعداد برای هر گرید استفاده میشود. اعداد گرید از 1 شروع شده به دنبال آن نقطه به همراه 4 رقم دیگر آورده می شود.
شماره فولاد = 1.YYXX
YY: نوع فولاد را مشخص میکند.
XX: هیچ چیز را گزارش نمی دهد.
فولاد کربنی در BS EN 10027-2:1992
| گرید فولاد | نوع |
| 1.00XX & 1.90XX | فولاد پایه |
| 1.01XX & 1.91XX | فولاد با کیفیت، فولادهای ساختاری عمومی |
| 1.02XX & 1.92XX | فولاد ساختاری ( برای عملیات حرارتی نیست) |
| 1.03XX & 1.93XX | فولاد با میانگین کربن کمتر از 0.12 درصد |
| 1.04XX & 1.94XX | فولاد با میانگین بالاتر از 0.12 درصد و کمتر از 0.25 درصد |
| 1.05XX & 1.95XX | فولاد با میانگین بالاتر از 0.25 درصد و کمتر از 0.55 درصد |
| 1.06XX & 1.96XX | فولاد با میانگین بیشتر از 0.55 درصد |
| 1.07XX & 1.97XX | فولاد با محتوای گوگرد و فسفر بالاتر |
فولادهای کربنی خاص:
| گرید فولاد | نوع |
| 1.10XX & 1.90XX | فولاد با مشخاصت فیزیکی خاص |
| 1.11XX | فولادهای مهندسی، لوله های فشاری، ساختاری با کربن کمتر از 0.5 درصد |
| 1.12XX & 1.90XX | فولادهای مهندسی و لوله های فشاری ساختاری با کربن بیشتر از 0.5 درصد |
| 1.13XX | فولادهای مهندسی و ساختاری با نیازمندهایی خاص |
| 1.14XX | فولادهای خاص برای کاربردهای خاص |
| 1.15XX & 1.18XX | فولاد ابزار |
| 1.19XX | فولادهای خاص |
فولادهای آلیاژی:
| گرید فولاد | نوع |
| 1.08XX & 1.98XX | فولادهایی با خصوصیات فیزیکی خاص |
| 1.09XX & 1.99XX | فولادهای با کاربرد خاص |
| 1.20XX | فولادهای ابزاری-Cr |
| 1.21XX | فولادهای ابزاری Cr-Si, Cr-Mn, Cr-Mn-Si |
| 1.22XX | فولادهای ابزاری Cr-Si, Cr-Mn, Cr-Mn-Si, Cr-V-Mn_Si |
| 1.23XX | فولادهای ابزاری Cr-Mo, Cr-Mo-V, Cr-Mn-V |
| 1.24XX | فولادهای ابزاری Cr-W, W |
| 1.25XX | فولادهای ابزاری W-V, Cr-W-V |
| 1.26XX | فولادهای ابزاری |
| 1.27XX | فولادهای ابزاری با نیکل |
| 1.28XX | فولادهای ابزاری |
| 1.29XX | فولادهای ابزاری |
| 1.3000 & 1.3999 | فولادهای خاص |
| 1.35XX | فولادهای یاتاقانی |
| 1.39XX | فولادهای نیکلی با ویژگی های فیزیکی خاص |
| 1.4000 & 1.4999 | ضد زنگ و مقاوم به حرارت |
| 1.43XX | فولادهای ضد زنگ با نیکل بیشتر از 2.5 درصد بدون Mo و Ti |
| 1.44XX | فولاد ضد زنگ با نیکل کمتر از 0.25 درصد با Mo اما بدون Nb و Ti |
این سیستم نامگذاری به همین ترتیب ادامه دارد.
سیستم نامگذاری SAE برای فولادهای کربنی و آلیاژی
در این سیستم از اعداد 4 رقمی استفاده می شود. اولین رقم نشان دهنده عنصر یا عناصر آلیاژی ست.
| نامگذاری SAE | نوع |
| 1XXX | فولاد کربنی |
| 2XXX | فولادهای نیکل |
| 3XXX | فولادهای نیکل-کروم |
| 4XXX | فولادهای مولیبدیوم |
| 5XXX | فولادهای کروم |
| 6XXX | فولادهای کروم-وانادیوم |
| 7XXX | فولادهای تنگستن |
| 8XXX | فولادهای وانادیوم-کروم-نیکل |
| 9XXX | فولادهای منگنز-سیلیسیم |
عدد دوم نشان دهنده ی دومین عنصر آلیاژی ست.
دو رقم آخر نیز درصد کربن را نشان میدهد.
| نامگذاری SAE | نوع |
| 10XX | کربن (ماکزیمم 1 درصد منگنز) |
| 11XX | فولاد کربنی گوگردزدایی شده |
| 12XX | گوگردزدایی و فسفرزدایی شده |
| 15XX | کربن با منگنز بین 1 تا 1.65 درصد |
به عنوان نمونه فولاد 1049 یک فولاد کربنی ساده با 0.49 درصد کربن است.
خلاصه ای از سایر سیستم های نامگذاری
دو سیستم نامگذاری AISI و ASTM سال ها قبل از یک نام گذاری سه حرفی برای فولادهای ضد زنگ یا استنلس استیل، اعداد 4 رقمی برای فولاد کربنی و کم آلیاژ و یک حرف به همراه یک یا دو حرف برای فولاد ابزار استفاده کردند و امروزه نیز در بسیاری از نقاط جهان مورد استفاده قرار می گیرد. البته لازم به ذکر است که هر سه ی این سیستم های نامگذاری با توجه به پیشرفت ها و توسعه هایی که در ساخت آلیاژهای جدید به وجود آمده است ناکارآمد به نظر می رسیدند به همین دلیل ASTM و SAE سیستم نامگذاری یکپارچه (UNS) را استفاده کردند. سیستم UNS برای تمام فلزاتی که به صورت تجاری تولید می شوند در سرتاسر دنیا به کار برده می شود. یک حرف خانواده ی آلیاژ را نشان میدهد به عنوان مثال N نشان دهنده ی این است که پایه ی آلیاژ نیکل است. S نیز حاکی از فولاد ضد زنگ بودن آلیاژ است. 5 حرف بعدی نیز گرید را مشخص می کند. این سیستم هم اکنون در بیشتر استانداردهای ASTM مورد استفاده قرار می گیرد.
در ژاپن سیستم نام گذاری فولادهای ضد زنگ (استنلس استیل) بر پایه ی AISI/ASTM است اما برای سایر آلیاژها از سیستم نام گذاری خاص خود استفاده می کنند.
در بریتانیا از همان سیستم AISI/ASTM به همراه اعداد بیشتر استفاده می شود به عنوان نمونه گرید 316S31 یکی از انواع گرید 316 فولاد ضد زنگ است.
استانداردهای اروپایی کم و بیش متفاوت است. اما سیستمی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد سیستم آلمانی ست که یک رقم تک به همراه 4 رقم دیگر استفاده می شود به عنوان مثال گرید 1.4301 همان گرید استیل ضد زنگ 304 است. سیستم نام گذاری DIN نیز استفاده می شود که برای گرید 304 از عبارت X 5 CrNi 18 9 به کار برده می شود.
استاندارد بین المللی ISO نیز وجود دارد که در حال جایگزین شدن با سیستم های نامگذاری کشورهای آلمان، بریتانیا و سایر اعضای اتحادیه اروپاست.
