استانداردهای فولاد در واقع نوعی ابزار برای طبقهبندی، ارزیابی و تعیین مشخصات و ویژگیهای شیمیایی، مکانیکی و متالورژیکی انواع مختلف فولاد و آلیاژهای آهنی مورد استفاده در ساخت قطعات، ماشینآلات و سازهها هستند. این استانداردها در آزمایشگاههای متالورژی کاربرد داشته و به تولیدکنندگان در تولید انواع فولاد و به مصرفکنندگان نهایی در انتخاب نوع مناسب محصول که دقیقا با ویژگیهای مد نظرشان هماهنگ است کمک میکنند. ما در این مقاله قصد داریم در مورد انواع استانداردهای فولاد و نحوه نامگذاری آنها، جدول مقایسه استانداردهای فولاد و به خصوص نحوه نامگذاری فولادها در استاندارد astm صحبت کنیم.
استانداردهای فولاد به صورت گستردهای در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند و بر اساس موارد مختلفی مانند مکان، استفاده مورد نظر، و خصوصیات فنی فولاد تعریف میشوند. در زیر تعدادی از انواع متداول استانداردهای فولاد ذکر شده است:
- استانداردهای مواد فولادی:
- ASTM Axxx (مانند ASTM A36، ASTM A992): استانداردهای آمریکایی برای مواد فولادی.
- EN 10025 (مانند EN 10025-2): استانداردهای اروپایی برای مواد فولادی.
- JIS Gxxx (مانند JIS G3101): استانداردهای ژاپنی برای مواد فولادی.
- استانداردهای فولاد ساختمانی:
- ANSI/AISC 360: استانداردهای انجمن طراحی فولاد (AISC) برای طراحی و ساخت سازههای فولادی در ایالات متحده آمریکا.
- BS EN 1993 (Eurocode 3): استانداردهای اتحادیه اروپا برای طراحی و ساخت سازههای فولادی.
- IS 800: استاندارد هندی برای ساخت سازههای فولادی در هند.
- استانداردهای فرآیند و آزمون فولاد:
- ASTM E8: استاندارد آزمون کشش فولاد.
- ASTM A370: استاندارد آزمونهای مکانیکی برای فولادها.
- ASTM A262: استاندارد آزمون آشکارسازی خوردگی فولاد.
- استانداردهای فولاد ضد زنگ:
- ASTM A240: استاندارد فولاد ضد زنگ درولیتیک.
- ASTM A276: استاندارد فولاد ضد زنگ تراشهپذیر.
- EN 10088: استانداردهای اروپایی برای فولادهای ضد زنگ.
- استانداردهای فولاد آلیاژی:
- ASTM A29: استاندارد فولاد آلیاژی برای کاربردهای عمومی.
- ASTM A322: استاندارد فولاد آلیاژی برای محصولات شکلدار.
- JIS G4053: استانداردهای ژاپنی برای فولادهای آلیاژی.
همچنین، هر کشور ممکن است استانداردهای خود را برای مواد فولادی و سازههای فولادی داشته باشد که بسته به نیازهای محلی و شرایط محیطی متفاوت با استانداردهای بینالمللی باشند.
انواع فولاد
انواع فولاد را میتوان بر اساس معیارهای مختلفی مانند موارد زیر طبقهبندی کرد:
ترکیب آلیاژ: فولاد کربنی، فولاد کم آلیاژ یا فولاد ضد زنگ (استیل)
روش ساخت: فرآیند اولیه اکسیژن یا روشهای کوره قوس الکتریکی و…
روشهای تکمیل فرآیند تولید: نورد سرد یا گرم و تکنیکهای مختلف دیگر و آبکاری سطوح
محصول نهایی: ورق، میلگرد، سیم، لوله و…
ریزساختار: فولاد فریتی، فولاد پرلیتی یا فولاد مارتنزیتی
روش عملیات حرارتی: بازپخت، برگشت دادن، نرمال سازی و کوئنچ کردن
همانطور که مشاهده میکنید؛ طبقهبندی این محصول بر اساس استاندارد زیاد مرسوم نیست و بیشتر از این روش برای معرفی مشخصات فنی و خواص مکانیکی و شیمیایی محصول استفاده میشود.
انواع استانداردهای فولاد
در این بخش برخی از رایجترین سیستمهای استاندارد و طبقه بندی فولاد بر اساس آن را توضیح میدهیم.
استاندارد astm (انجمن تست و مواد آمریکا و انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME))
ASTM International یک سازمان غیرانتفاعی است که متخصصان صنایع مختلف را گرد هم آورده و بر اساس نظرات آنها، مجموعه وسیعی از استانداردها را تدوین و بهروزرسانی میکند. این استانداردها طیف وسیعی از جنبهها از جمله ترکیب مواد، خواص مکانیکی، روشهای آزمایش و مشخصات محصولات مختلف فولادی را پوشش میدهند.
استاندارد ASTM از بسیاری جهات مشابه استاندارد AISI-SAE است؛ با این تفاوت که انجمن مهندسین مکانیک آمریکا یعنی ASME نیز این استاندارد را پذیرفته است. البته در استاندارد ASME از پیشوند S در نامگذاری فولاد استفاده میشود. به عنوان مثال نام ASTM بر اساس استاندارد A213 در استاندارد ASME به صورت SA213 نوشته میشود. همانطور که مشاهده میکنید؛ نامگذاری فولادها در استاندارد astm با حرف A شروع میشود که بعد از آن یک عدد یک تا سه رقمی وجود دارد. مهمترین نکته در فرآیند نامگذاری فولادها در استاندارد astm تعیین کردن گروه (برای مشخص کردن ترکیب شیمیایی)، نوع (برای نشان دادن نحوه اکسیژنزدایی) و کلاس (نشاندهنده بعضی خصوصیات محصول مثل استحکام و عیوب) فولاد است. این موارد در نام به کمک عدد، حرف، نشانه و یا ترکیبی از آنها نشان داده میشود. البته در برخی از موارد در کاربرد واژههای نوع، کلاس و گروه تداخل در سیستم نامگذاری فولادها در استاندارد astm وجود دارد. برای آشنایی بیشتر با روش نامگذاری فولادها در استاندارد astm به تصویر زیر نگاه کنید.
نامگذاری فولادها در استاندارد astm
در استاندارد ASTM (انجمن استانداردهای ملی آمریکا)، فولادها با نامهای مختلفی بر اساس خصوصیات و کاربردهای خود نامگذاری میشوند. این نامها معمولاً شامل یک سری عدد و حرف است. در زیر، توضیحاتی در مورد نامگذاری فولادها در استاندارد ASTM آورده شده است:
- ASTM Axxx: این قسمت نشاندهنده استاندارد مربوطه است. برای مثال، ASTM A36 یا ASTM A992.
- حرف اول (اگر وجود دارد): این حرف معمولاً خصوصیت مهمی از فولاد را نشان میدهد. بهعنوان مثال:
- A: فولاد ساختمانی کربنی.
- B: فولاد ساختمانی کربنی با کمربند آبکاری.
- C: فولاد ساختمانی کربنی با حداقل روی.
- D: فولاد ساختمانی ضد زنگ.
- F: فولادهای آلیاژی.
- اعداد بعدی: این اعداد معمولاً خصوصیات مکانیکی و فیزیکی فولاد را نشان میدهند. بهعنوان مثال، ASTM A36 معمولاً به فولاد ساختمانی کربنی با خصوصیات مکانیکی مشخصی اشاره دارد.
- عبارتهای بعدی (اگر وجود دارد): عبارتهای بعدی میتوانند به مشخصات خاصی از فولاد، مانند روش تولید یا خصوصیات خاص دیگر، اشاره کنند.
بهعنوان مثال، ASTM A36 یک استاندارد مشهور برای فولاد ساختمانی کربنی است که خصوصیات مکانیکی خاصی دارد. همچنین، ASTM A992 یک استاندارد جدیدتر است که برای فولاد ساختمانی با خصوصیات مکانیکی بهبود یافته به کار میرود.
استاندارد AISI-SAE (موسسه آهن و فولاد آمریکا و انجمن مهندسین خودرو)
استفاده از استانداردهای AISI-SAE در ایالات متحده برای طبقهبندی فولاد و انواع محصولات ساخته شده با آن از سال 1941 رواج دارد. گرچه استاندارد AISI-SAE این روزها تا حد زیادی جایگزین استانداردهای SAE، ASTM و سایر استانداردهای آمریکایی شده است؛ اما همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد. فرآیند تولید با پیشوند حرف در سیستم نامگذاری استاندارد AISI نشان داده میشود. به عنوان مثال فولادهای ساخته شده در کوره اجاق در فضای باز، کوره قوس الکتریکی یا کوره اکسیژن پایه با پیشوند “C” در این استاندارد نامگذاری میشوند. این در حالی است که فولادهای ساخته شده در کوره قوس الکتریکی با پیشوند “E” مشخص میشوند. حرف “L” در نام گرید فولاد بر اساس استاندارد AISI-SAE نشاندهنده وجود سرب به عنوان یک عنصر اضافی در ترکیب آن است. تصویر زیر اطلاعات بیشتری در مورد این روش نامگذاری در اختیار شما قرار میدهد.
استاندارد اروپایی (EN) فولاد
استاندارد اروپایی که در برخی از منابع از آن به عنوان استانداردEuronorm نام برده میشود؛ یک استاندارد فنی بینالمللی است که در سراسر اتحادیه اروپا برای تولید و ارزیابی فنی طیف گستردهای از محصولات تجاری و صنعتی کاربرد دارد. علیرغم این واقعیت که استاندارد EN در بسیاری از کشورهای اروپایی به طور گسترده تایید شده و برای تولید اکثر محصولات فولادی از آن استفاده میشود؛ اما در حال حاضر سیستمهای ملی منسوخ شده مانند استاندارد DIN آلمان، استاندارد BS بریتانیا، استاندارد AFNOR فرانسوی و استاندارد UNI ایتالیا بیشترین کاربرد را در صنعت فولاد دارند.
استاندارد فولاد JIS ژاپن
از این استاندارد بیشتر در آسیا و اقیانوسیه استفاده میشود. البته در تدوین بسیاری از سیستمهایی استانداردسازی ملی مانند استانداردهای کرهای، چینی و تایوانی از الزامات استاندارد JIS به عنوان اصول اولیه و پایه استفاده شده است. شیوه نامگذاری انواع فولاد بر اساس استاندارد صنعتی ژاپن (JIS) به دو صورت است. در روش اول که اختصاص به نامگذاری فولادهای سازهای دارد؛ یک عدد در نام محصول وجود دارد که نشاندهنده میزان کربن موجود در آلیاژ آن است. به عنوان مثال در این سیستم استاندارد، فولاد S30C به معنای نوعی از فولاد با محتوای کربن 0.03 درصد است. روش دومی که در این سیستم نامگذاری وجود دارد مخصوص فولاد کربنی و فولاد آلیاژی است. نام این محصولات طبق استاندارد JIS از یک کد سه بخشی تشکیل شده که بخش اول به متریال محصول اشاره دارد؛ قسمت دوم مشخصات یا کاربرد فولاد را نشان میدهد و قسمت سوم این کد مربوط به نوع ماده فولادی است.
استاندارد DIN فولاد
DIN که قبلا مخفف کلمه Deutsch Industrienorm بود؛ اما اکنون مخفف کلمه Deutsches Institut für Normung است یک استاندارد آلمانی محسوب میشود که در صنایع مختلف این کشور به وفور کاربرد دارد. در استاندارد DIN که سازمان بینالمللی استانداردسازی آن را در سال 1974 بهروز و تایید کرد از حروف و اعداد برای نامگذاری انواع فولاد استفاده میشود. حروف موجود در این نامها نشاندهنده نوع فولاد، تکنیک ذوب، مواد آلیاژی و شرایط پردازش هستند. این در حالی است که اعداد نشاندهنده مواد فولادی، محتوای کربن، استحکام کششی و عدد نقطه ثابت عنصر آلیاژ اولیه است.
سایر استانداردهای فولادی
اخیرا به دلیل گستردگی صنعت فولاد در جهان، شاهد توسعه استانداردهایی هستیم که غالبا کاربرد کمی دارند اما به لحاظ فنی شناخته شده و معتبرند. استاندارد GB و YB چین، استاندارد IS هند و استاندارد NBR برزیل از جمله این استانداردها هستند که در سطح جهانی به رسمیت شناخته میشوند. این موضوع در مورد استاندارد GOST روسیه، که استاندارد عملی برای کل کشورهای مشترک المنافع است نیز صدق میکند.
اکثر تولیدکنندگان و تامینکنندگان فولاد و محصولات فولادی، علاوه بر بسیاری از استانداردهای ذکر شده در بالا، روی بدنه تولیدات خود، با هدف متمایزسازی نامشان، آرم تجاری که مختص شرکتشان است را نیز درج میکنند. اما نامی که بر اساس این استانداردها انتخاب میشود یک کاربرد بسیار مهم دارد که آن هم نشان دادن مشخصات فنی محصول است. در واقع این روش نامگذاری نوعی شناسه به حساب میآید که مصرفکننده از روی آن میتواند به اطلاعات مهمی در مورد محصول دست پیدا کند. از آنجایی که نامهای متداولی که بر اساس برند شرکت روی فولاد و محصولات فولادی گذاشته میشود به ندرت حاوی اطلاعات مربوط به استاندارد تولیدشان است؛ بهتر است برای اطلاع از مشخصات فنی آنها به نامی که از استانداردشان برگرفته شده مراجعه کنید.
استاندارد فولاد ساختمانی
استانداردهای فولاد ساختمانی بهعنوان یکی از مهمترین استانداردهای مورد استفاده در صنعت ساختمان و ساخت و ساز است. این استانداردها به شکل مشخصی ویژگیها، خصوصیات و روشهای آزمون برای مواد و سازههای فولادی مشخص میکنند. برخی از مهمترین استانداردهای فولاد ساختمانی عبارتند از:
- استانداردهای ASTM (انجمن استانداردهای ملی آمریکا): این استانداردها شامل استانداردهای مختلفی برای مواد و سازههای فولادی مانند فولادهای ساختمانی، لولهها، پیچ و مهرهها و … است.
- استانداردهای AISI (انجمن فولاد آمریکا): این استانداردها معمولاً برای مواد فولادی و فرآوردههای آن مورد استفاده قرار میگیرند و شامل روشهای تولید، خواص مکانیکی، و سایر خصوصیات فولاد است.
- استانداردهای BS (بریتانیا): بریتانیا همچنین استانداردهای خود را برای فولادهای ساختمانی دارد که معمولاً به عنوان BS EN با شماره استاندارد منتشر میشوند.
- استانداردهای Eurocode: این استانداردها مخصوصاً در اتحادیه اروپا مورد استفاده قرار میگیرند و شامل استانداردهای مختلفی برای طراحی و ساخت سازههای فولادی است.
- استانداردهای ISO (سازمان بینالمللی استاندارد): استانداردهایی که توسط ISO تعیین میشوند، شامل استانداردهایی برای کنترل کیفیت، آزمونها و مواد مورد استفاده در صنعت فولاد میشوند.
- استانداردهای ملی: هر کشوری ممکن است استانداردهای خود را برای فولادهای ساختمانی داشته باشد که بر اساس شرایط و نیازهای محلی تعیین میشوند.
استفاده از استانداردهای مناسب و رعایت آنها در طراحی، ساخت و نگهداری سازههای فولادی بسیار اهمیت دارد و میتواند اطمینان از عملکرد و ایمنی آنها را بالا ببرد.
استاندارد فولاد ایران
در ایران نیز استانداردهای مختلفی برای فولادها و محصولات فولادی وجود دارند. برخی از این استانداردها شامل موارد زیر میباشند:
- استاندارد ملی ایران (ISIRI): سازمان استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران (معروف به ISIRI) استانداردهای مختلفی را برای فولادها و محصولات فولادی تدوین کرده است. این استانداردها شامل استانداردهای مربوط به فولادهای ساختمانی، فولادهای ضدزنگ، فولادهای آلیاژی، و غیره میشوند.
- استانداردهای تولیدکنندگان: شرکتهای تولیدکننده فولاد در ایران نیز ممکن است استانداردهای داخلی خود را داشته باشند که بر اساس شرایط و نیازهای خودشان تعیین شدهاند.
- استانداردهای مرتبط با ساختمان: در زمینه ساختمان و ساخت و ساز نیز استانداردهای مربوط به فولادها، نحوه استفاده از آنها در ساختمانها، و روشهای آزمون و کنترل کیفیت مواد ساختمانی وجود دارد که ممکن است به طور مستقیم با فولادها سر و کار داشته باشد.
استفاده از استانداردهای مناسب برای فولادها و محصولات فولادی در ایران نیز اهمیت زیادی دارد، زیرا این استانداردها بهبود کیفیت و ایمنی محصولات را تضمین میکنند و در نتیجه باعث افزایش کارایی و عمر مفید سازهها و ساختمانها میشود.
انواع فولاد کدامند؟
همانطور که اشاره شد؛ به غیر از نوع فولاد، از آلیاژ آن نیز میتوان برای دستهبندی این فلز استفاده کرد. بنابراین پرکاربردترین فولادها بر اساس آلیاژشان به 3 گروه زیر تقسیم میشوند:
- فولاد کربنی
- فولاد آلیاژی
- فولاد ضد زنگ یا همان استیل
فولاد کربنی
جدا از کربن و آهن، فولاد کربنی حاوی مقادیر کمی از عناصر دیگر نیز است. فولاد کربنی رایجترین نوع فولاد در بین انواع گریدهاست و حدود 90 درصد کل تولید فولاد را در جهان تشکیل میدهد. فولاد کربنی بر اساس میزان کربن موجود در فلز به سه زیر گروه طبقهبندی میشود:
- فولاد کم کربن یا همان فولاد ملایم که تا 0.3 درصد از وزنش را کربن تشکیل میدهد
- فولاد کربن متوسط که بین 0.3 تا 0.6 درصد از وزنش کربن است
- فولاد پرکربن که بیش از 0.6 درصد از وزنش را کربن تشکیل میدهد
شرکت ها اغلب این 3 مدل فولاد را در مقادیر زیاد تولید میکنند زیرا نسبتا ارزان و به اندازه کافی مقاوم هستند که در ساختمانسازی در مقیاس بزرگ بتوان از آنها در قالب انواع میلگرد و ورق استفاده کرد.
فولاد آلیاژی
فولاد آلیاژی از ترکیب فولاد معمولی با عناصر آلیاژی اضافی مانند نیکل، مس، کروم و یا آلومینیوم ساخته میشوند. ترکیب این عناصر ویژگیهای خاص محصول مانند استحکام، شکلپذیری، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت ماشینکاری را بهبود میبخشد.
فولاد ضد زنگ (استیل)
گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ یا همان فولادی که به آن استیل گفته میشود میتوانند بین 10 تا 20 درصد کروم و در کنار آن نیکل، سیلیکون، منگنز و کربن داشته باشند. این نوع فولاد به دلیل بهبود برخی از ویژگیهای فنی خود، برای استفاده در آب و هوای نامساعد بسیار مناسب بوده و در برابر خوردگی عملکرد فوقالعاده عالی دارد. ضمن اینکه برای ساخت سازههایی که در فضای باز قرار دارند بیشتر از این مدل فولاد استفاده میشود. به عنوان مثال استیل گرید 304 مقاومت بالایی در برابر رطوبت دارد؛ به همین خاطر مقاطع فولادی ساخته شده از این نوع استیل در صنعت ساختمان از جایگاه ویژهای برخوردارند. البته غالبا استیل را به دلیل بهداشتی بودن و قابلیت استریل شدن، در صنعت تولید مواد غذایی و نوشیدنی و همچنین صنایع بهداشتی، آرایشی و تولید دارو مورد استفاده قرار میدهند؛ اما برخی از مقاطعی که با استیل ساخته میشوند مانند میلگردها یا ورقهای استیل کاربردهای ویژه و خاص دارند. به طور کلی از این نوع فولاد به طور گسترده در تولید دستگاههای پزشکی، لوله و اتصالات، مخازن تحت فشار، ابزارهای برش و ماشینآلات پردازش مواد غذایی استفاده میشود.