شناخت انواع استیل و ترکیبات عناصری آنها

مقدمه

ورق استیل آلیاژی بر پایه آهن است که حاوی درصد قابل توجهی کروم و نیکل است. سه دسته اصلی از ورق های استیل وجود دارد: آستنیتی، فریتی و مارتنزیتی. این طبقات بر اساس ریزساختارشان متمایز می شوند. ورق های استیل آستنیتی دارای آستنیت (آهن فاز گاما) به عنوان فاز اولیه خود هستند و حاوی کروم و نیکل (گاهی اوقات منگنز و نیتروژن) نیز هستند. سری 300 ورق های استیل، یعنی انواع 301 تا 304، نوع 316 و نوع 347، به دلیل چقرمگی، دوام، قابلیت اتصال به جوش، مقاومت در برابر خوردگی و اقتصاد ساخت، بیشترین استفاده را برای اهداف زیست پزشکی دارند.

خواص ورق استیل

ترکیب اصلی ورق های استیل آستنیتی از آهن و کروم تشکیل شده است. این آلیاژ از آهن با 18 درصد کروم و 8 درصد نیکل تشکیل شده است. فولادهای آستنیتی قابل سخت شدن هستند اما نمی توانند با عملیات حرارتی سخت شوند. علاوه بر مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی مطلوب، ورق استیل آستنیتی برای ایمپلنت های داخل بدن مطلوب است، زیرا غیر مغناطیسی است و بنابراین هیچ تعاملی با میدان‌های مغناطیسی شدید مورد استفاده در تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) ندارد. آشناترین ورق استیل آستنیتی مورد استفاده برای ایمپلنت های جراحی نوع 304 است که حاوی 18 تا 20 درصد کروم و 8 تا 10 درصد نیکل است. ورق های استیل فریتی و مارتنزیتی و همچنین ورق های استیل سخت شده و ریخته گری شده در اثر رسوب، فاقد خواص خوردگی و مکانیکی مطلوب ورق های استیل آستنیتی( مانند ورق استیل 304 و ورق استیل 316 ) هستند. به این دلایل، آنها معمولاً برای کاربردهای زیست پزشکی استفاده نمی شوند و بیشتر مورد بحث قرار نخواهند گرفت.

ترکیب ورق های استیل مورد استفاده برای کاربردهای زیست پزشکی از نزدیک کنترل می شود زیرا تحت برخی شرایط پردازش، امکان تشکیل فازهای مختلف در آلیاژهای ورق استیل آستنیتی، به عنوان مثال، دلتا فریت (که مغناطیسی است) وجود دارد. مقادیر متوسط گرمایش و جابجایی مواد می تواند برای فازهای دلتا فریت زمانی رخ دهد که در معرض میدان های مغناطیسی بزرگ همراه با MRI قرار گیرند. چنین گرمایش موضعی یا حرکت مواد در ایمپلنت‌ها در بیمارانی که در طول MRI در معرض میدان‌های مغناطیسی بالا قرار دارند مضر است، بنابراین نیاز به کنترل ترکیب آلیاژهای ورق استیل مورد استفاده برای ایمپلنت‌ها وجود دارد.

ورق های استیل آنتی باکتریال

ورق های استیل به دلیل خواص مکانیکی خوب، مقاومت در برابر خوردگی، عملکرد خستگی و هزینه کم، دسته ای از مواد فلزی پزشکی هستند که برای ساخت ایمپلنت های ارتوپدی و دندانی مورد استفاده قرار می گیرند. ورق های استیل 304 و 317L، با ترکیبات اسمی Fe-18Cr-8Ni کم کربن (درصد وزنی) و کربن فوق العاده کم Fe-18Cr-13Ni-3Mo (درصد وزنی)، دو ورق استیل پزشکی رایج در دندانپزشکی هستند و ارتوپدی از طریق افزودن مقادیر مناسب مس در این دو فولاد، دو ورق استیل جدید، 304-Cu و 316L-Cu، با توانایی های ضد باکتریایی وسیع الطیف توسعه یافته اند.
یک ارزیابی کمی از میزان آنتی باکتریال و مشاهدات تشکیل بیوفیلم باکتریایی نشان داد که ورق استیل 317L-Cu عملکرد ضد باکتریایی قوی از خود نشان می دهد که پتانسیل زیادی برای مهار عفونت های بعد از عمل دارد. 

استفاده از ورق استیل در ساخت و ساز

ورق استیل به دلیل ترکیبی از دوام، زیبایی، استحکام و شکل پذیری برای بسیاری از کاربردهای ساختمانی مناسب است. در سال 2006، تقریباً 4 میلیارد تن ورق استیل در بخش ساخت و ساز در سراسر جهان مصرف شد که 14 درصد از کل محصولات تولیدی مصرف شده بود. ورق استیل به طور سنتی برای نما و سقف استفاده می شود. در حال حاضر از ورق استیل در ریخته گری لعاب پیچیده و تیرهای باربر و قوس در پل ها استفاده می شود. بر خلاف میلگردهای معمولی، میلگرد فولادی ضد زنگ دچار خوردگی نمی شوند و برای محیط های سخت مناسب است. فولادهای تقویت کننده آستنیتی را می توان در شرایط غیر مغناطیسی عرضه کرد و در کاربردهای نظامی، پزشکی و علمی مورد استفاده قرار می گیرد. اولین بتن مسلح شده از ورق استیل در سال 1941 در مهندسی فونداسیون شمع پروگرس مکزیکی یوکاتان در بندر مورد استفاده قرار گرفت. در این پروژه از میله فولادی ضد زنگ مدل 304 استفاده شد. پل هنگ کنگ - ماکائو که اخیرا افتتاح شده است دارای میلگردهای فولادی ضد زنگ دوبلکس در سکوی باربر است که بیشتر در برابر خوردگی حساس است.

فن‌آوری‌های میله‌های فولادی ضد زنگ با استحکام بالا که در صنایع هوافضا توسعه یافته‌اند، اکنون در ساخت قایق‌های تفریحی و دیوارهای پرده شیشه‌ای استفاده می‌شوند. در طول بیست سال گذشته استفاده از ورق استیل برای سیستم لنگر سنگ و پشتیبانی بنایی افزایش یافته است. ورق استیل نیز در کاربردهای غیر قابل مشاهده مانند لوله کشی و تجهیزات HVAC استفاده می شود. سقف ها، نرده ها، پارتیشن های جداکننده، راه پله ها، پله های برقی، موانع، صندلی های عمومی، تجهیزات زمین بازی و سایر مبلمان شهری نیز از ورق استیل ساخته می شوند. ورق های موجدار از ورق های استیل با عیار 1.4401 و 1.4362 برای ساخت دیوارهای انفجاری بر روی ماژول های بالای ساحل برای محافظت از پرسنل و گیاهان در برابر انفجار استفاده می گردد.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی