ورق استیل بگیر در خودروسازی
مقدمه
استیل 409 یک فولاد زنگ نزن فریتی (استنلس استیل) که در ابتدا برای بکارگیری در صنعت خودروسازی توسعه یافت و تجاری سازی شد. از آنجایی که استنلس استیل های فریتی دارای خاصیت مغناطیسی هستند این گرید نیز در اصطلاح عامیانه استیل بگیر (دارای خاصیت مغناطیسی) محسوب می شود. این فولاد زنگ نزن برای اولین بار در ساخت سیستم تخلیه دود (اگزوز) اتومبیل استفاده شده و این بکارگیری تا به امروز ادامه دارد. البته ورق استیل 409 در ساخت دیگر قسمت های خودرو مانند ترموستات نیز مورد استفاده واقع می شود. با گذشت زمان دایره کاربرد و مصرف این آلیاژ فراتر رفته و دیگر واحدهای تولیدی فعال در اصناف مختلف صنعتی مشتری این گرید از فولادهای زنگ نزن شدند. همانطور که گفته شد استنلس استیل 409 اولین بار در ساخت اگزوز خودرو به کار رفته و این به کارگیری نیز تا به امروز ادامه داشته است. به همین جهت در این مقاله در ادامه به دلایل این انتخاب خواهیم پرداخت.
معرفی و بررسی شرایط کاری قسمتهای اگزوز خودرو
قبل از اینکه به بررسی مبحث انتخاب مواد و دلایل انتخاب ورق استیل بگیر 409 بپردازیم ابتدا می بایست شناختی از سیستم اگزوز و اینکه این مجموعه تحت چه شرایطی کار می کند، بدست آوریم. سیستم اگزوز خودرو مجموعه ای از چند قسمت بوده که با هم کار می کنند و گاز حاصل از واکنش شیمیایی در موتور را به بیرون انتقال می دهند. معمولا هریک از اجزا و قسمتهای مختلف اگزوز تحت شرایط خاصی کار می کنند. به طور کلی بخش های مختلف این مجموعه از خودرو در معرض دمایی از 300 الی 1600 درجه فارنهایت (150 الی 860C ) هستند. علاوه بر دما، گازهای خروجی از موتور خودرو با سرعت بالا و ارتعاشات زیادی خارج می شوند. بنابراین اگزوز خودرو وظیفه دارد تا از ارتعاشات، نویز و دمای این گازها بکاهد. همچنین این گازها حاوی گازهای سمی همچون کربن مونواکسید هستند بنابراین باید ابتدا تصفیه شده و سپس وارد محیط شوند.
معمولا یک سیستم اگزوز شامل منیفولد، لوله های رابط، سنسور اکسیژن، مبدل کاتالیزوری، صدا خفه کن یا مافلر و لوله پخش دود می شود. دما در منیفولد حدود 1200 درجه فارنهایت ( 680C) می باشد. مافلرها در دمایی حدود 300 الی 500 درجه فارنهایت کار می کنند. دما در مبدل های کاتالیزوری به 1400 درجه فارنهایت (معادل ° 760C) می رسد و امکان بالاتر رفتن دما نیز دراین بخش وجود دارد. در این قسمت معمولا گازهای سمی حذف می شوند. سنسور اکسیژن معمولا در سرتاسر سیستم اگزوز وجود دارد و بسته به مکانی که در آن قرار دارد دمای آن متفاوت است. این قطعه درصد اکسیژن گازهای خروجی را اندازه گیری می کند. مثلا سنسوری که در مسیر خروج گازها از موتور قرار دارد در مواجهه با شدیدترین گرماست.
اهمیت انتخاب مواد در ساخت اگزوز خودرو
خوروسازان همواره به دنبال افزایش کیفیت محصولات خود بوده اند. اما افزایش کیفیت معمولا با افزایش قیمت پایانی روبروست. یکی از عواملی که معمولا منجر به افزایش کیفیت و بالارفتن قیمت محصولات صنعتی می شود متریال به کار رفته می باشد. از این رو تولیدکنندگان خودرو معمولا بازار هدف خود را در نظر گرفته و اینکه مزایای استفاده از مواد گران قیمت تغییری در تصمیمات خریداران ایجاد می کند یا خیر را بررسی می کنند، سپس به انتخاب ماده جهت تولید می پردازند. بهای تمام شده هر قسمت از خودرو تاثیر مستقیمی بر قیمت نهایی این محصول دارد. یکی از این بخش ها سیستم تخلیه دود اتومبیل یا همان اگزوز می باشد. انتخاب مواد در ساخت اگزوز باید به گونه ای صورت گیرد که در عین برآورده ساختن خواص مورد نظر منجر به افزایش بی رویه قیمت نهایی نشود. فولادهای کربنی، فولاد زنگ نزن، آلیاژهای تیتانیم و سوپرآلیاژها در ساخت این قسمت استفاده شده است.
دلایل کاربرد استیل 409 در ساخت اگزوز خودرو
همانگونه که در قسمت قبل اشاره قسمت های مختلف اگزور خودرو تحت دمای بالا کار می کنند. بنابراین متریالی که به کار برده می شود باید دارای مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا باشد. استنلس استیل ها با توجه به ویژگی های فوق العاده ای که دارند، توانسته اند جایگاه مناسبی نزد خودروسازارن جهت ساخت قطعات اگزوز خودرو پیدا کنند. به طوری که کمپانی های فورد و فولکس واگن از این فولادها در ساخت سیستم تخلیه دود تولیدات خود استفاده می کنند. در بین فولادهای زنگ نزن نیز ورق استیل 409 بیشترین استفاده را در ساخت این قسمت از خودرو داشته است. پس از این رده آلیاژی گرید 304 قرار دارد.
| عنصر آلیاژی (%) | استیل 409 | استیل 409L | |
| کربن (C) | بیشترین مقدار (max) | 0.08 | 0.03 |
| منگنز (Mn) | بیشترین مقدار (max) | 1 | 1 |
| سیلسیم (Si) | بیشترین مقدار (max) | 1 | 1 |
| فسفر (P) | بیشترین مقدار (max) | 0.04 | 0.04 |
| گوگرد (S) | بیشترین مقدار (max) | 0.03 | 0.03 |
| کروم (Cr) | کمترین مقدار (min) | 10.5 | 10.5 |
| بیشترین مقدار (max) | 11.75 | 11.75 | |
| نیکل (Ni)– بیشترین مقدار (max) | 0.5 | 0.5 | |
| تیتانیم (Ti)– بیشترین مقدار (max) | 0.075 | 0.75 | |
| آهن (Fe) | عنصر پایه | عنصر پایه | |
مقاومت به خوردگی یکی از عمده ترین ویژگی هایی می باشد که سبب انتخاب ورق استیل بگیر 409 برای ساخت مجموعه قطعات اگزوز خودرو گردیده است. این فولاد با اینکه کروم کمتری نسبت به گرید 304 داشته و نیکل بالایی ندارد (کمتر از یک درصد) توانسته در ساخت قطعاتی نظیر منیفولد، مبدل کاتالیزوری، مافلر و.... خواص مورد نظر را تامین نماید. عمده ترین دلیل انتخاب، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا می باشد. زیرا گریدهایی نظیر 304 در دمای بالاتر از C ° 425 در معرض خوردگی بین دانه ای ناشی از رسوب زایی کاربید کروم بوده، اما همانطورکه در جدول 1 مشاهده می شود گرید 409 حاوی تیتانیم است. حضور این عنصر از رسوب زایی کاربیدها و وقوع خوردگی بین دانه ای جلوگیری می کند. این آلیاژ در سرویس دهی های پیوسته تا دمای C ֯ 675 و در سرویس دهی های متناوب تا دمای C ֯ 815 مقاومت به اکسیداسیون خوبی نیز از خود نشان می دهد. استحکام مناسب، شکل پذیری و جوش پذیری خوب از دیگر عوامل انتخاب استنلس استیل 409 در این شاخه از صنعت بوده است.
همچنین این نکته را نیز باید اشاره کرد که به طورکلی قیمت ورق استیل بگیر همچون گرید 409 به مراتب پایین تر از فولاد زنگ نزن 304 می باشد. در بین انواع استیل های بگیر نیز از آنجایی که استیل 409 کروم پایینی دارد فولاد زنگ نزن نسبتا ارزانی محسوب می باشد.
تهیه ورق استنلس استیل 409
همانطورکه در قسمت قبل گفته شد. قیمت ورق استیل بگیر 409 در مقایسه با بسیاری از فولادهای زنگ نزن پایین تر است. اما این فولاد در بازار نسبت به دیگرها همچون 304، 316، 430 و.... از موجودیت کمتری برخوردار است. از طرفی فولاد زنگ نزن یک کالای وارداتی بوده و طیف عظیمی از تولیدکننده های صنعتی جهت تولید محصولات خود به این فولادها نیازمندند. در این راستا مجموعه بازرگانی فلزکالا با واردات انواع ورق های استنلس استیل همچون گریدهای سری 300 و 400 توانسته نیاز صنعتگران به این فولادها را برطرف نماید.