ورق استیل 420

کارد و چنگال ابزار مهمی است که مردم سرتاسر جهان از آن به عنوان لوازم غذاخوری استفاده می-کنند. قبل از تولید کارد و چنگال از جنس فولاد زنگنزن، این لوازم از فلز نقره ساخته میشدند که به دلیل مقرون به صرفه نبودن و قیمت بالا از توجه مردم خارج گردید و در تولید آنها از مواد دیگری استفاده شد. با این وجود هنوز با اعمال پوشش از جنس نقره بر روی کارد و چنگالهای تولید شده، تلاش میشود تا اولاً هزینه را پایین نگه داشته و ثانیاً از بهداشتی ماندن آن اطمینان حاصل گردد. در دهه 1970 به جای نقره از فولاد زنگنزن استفاده گردید. 
فولاد زنگنزن 420، به دلیل مقاومت بسیار خوبی که در برابر خوردگی و سایش دارد، به طور گستردهای در تولید کارد و چنگال به عنوان ابزار برش مواد غذایی مورد توجه قرار گرفته است. با اینکه این نوع فولاد مقاومت به خوردگی نسبتاً مناسبی در برابر مواد غذایی دارد، اما باید به خاطر داشت که قرار گرفتن مداوم هر فلز در معرض مواد غذایی می تواند منجر به خوردگی حفره ای آن شود. ورق استیل 420 در مواردی استفاده میشود که لازم است خواصی نظیر استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش با خاصیت مقاومت در برابر خوردگی ترکیب شود. بر خلاف فولادهای زنگنزن سری 300، فولادهای زنگنزن سری 400 دارای خواص مغناطیسی است و میتواند سختکاری شود، در نتیجه قابلیت این را دارد که لبه بسیار تیزتری در ابزار ایجاد گردد. به دلیل سهولت در تمیز کردن و مقاومت در برابر لکه شدن ناشی از اسیدیته موجود در میوه ها و سبزیجات و همچنین بسیاری از مواد غذایی دیگر، اغلب در کاربردهای غذایی استفاده می شود.ورق استیل 420 یک ورق استیل بگیر است.

 

 

 

در تحقیقات مختلف، فولاد زنگنزن مارتنزیتی AISI 420 که برای چاقوهای کارد و چنگال و تیغه های قیچی در نظر گرفته شده است، مورد بررسی دانشمندان قرار گرفته است. ثابت شده است که پروسه تولید محصول بر خواص شیمیایی و متالوگرفی این نوع فولادها تاثیرگذار است. به عنوان مثال، بررسی های متالوگرافی ثابت کرد که فولاد چاقو و فولاد قیچی هردو دارای ریزساختارهای بسیار ناهمگن هستند ولی فولاد چاقو حاوی نوارهایی از فریت در ساختار مارتنزیتی است در حالی که فولاد قیچی مقادیر زیادی مارتنزیت گرم شده و اجزاء سولفید منگنز و اکسیدهای سیلیکون را دارا میباشد. 
فولادهای زنگنزن مارتنزیتی امکان ایجاد لبه‌های تیز را روی تیغه‌های چاقو و قیچی فراهم می‌کنند، زیرا محتوای کربن بالایی دارند که بین 1/0 تا 4/0 درصد وزنی متغیر است و سخت شدن و تمپر شدن را ممکن می‌سازد. محتوای کروم در این فولاد نیز در محدوده 5/10 تا 15 درصد وزنی و محتوای نیکل 0 تا 6 درصد وزنی میباشد. 
تولید کارد و چنگال از فولاد زنگنزن 420 با محتوای کربن بالا نیاز به تخصص لازم دارد تا فرآیند تولید را کنترل کند و از تغییرات نامطلوب در ریزساختار و از دست دادن خواص مهم مواد جلوگیری نماید. از آنجایی که کروم میل ترکیبی قوی برای ایجاد کاربید دارد و در صورتی که دما به درستی انتخاب نشود و یا اگر مواد به درستی پس از روش بازپخت سرد نشده باشند، به راحتی در حین بازپخت کاربیدکروم تشکیل می شود. تشکیل کاربیدهای کروم باعث تخلیه شدن زمینه دانه از کروم میشود و نواحی تخلیه شده مستعد حملات خوردگی خواهند بود. ویژگیهای دیگری که به عنوان محدودیت آن شناخته شده است مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن شامل موادی مانند سولفید منگنز است که می تواند به عنوان محل شروع حمله خوردگی موضعی عمل کند.
با آنکه فولاد زنگنزن 420 از نظر فنی دارای محتوای کربن بالاتری نسبت به ورق های فولادی 410 و 416 است و می توان آن را با عملیات حرارتی در طول فرآیند تولید به میزان قابل توجهی سخت کرد، اما هنوز نرمترین فلزی است که در ساخت تیغههای برنده نظیر چاقو و چنگال مورد استفاده قرار میگیرد. معمولاً تیغههای ساخته شده از فولاد 420 نیاز به تیز کردن مکرر دارند و نسبت به تیغههای از جنس دیگر راحت تر از بین میروند. همچنین این نوع فولاد شکل پذیری بسیار مناسبی در شرایط آنیل شده خود دارد، اما قابلیت سخت شدن تا حداقل سختی  HRC50 در مقیاس راکول را دارد. از آنجایی که نسبتاً نرم است، تیز کردن آن بسیار آسان است، بنابراین تیز کردن چاقوی ساخته شده از این نوع فولاد حتی با یک سنگ خیس وقت زیادی نمیگیرد. آلیاژ  فولاد زنگنزن 420 به دلیل تواناییهای سخت شدن قابل توجهی که دارد، جوشکاری نمیشود، اگرچه در صورت نیاز میتواند جوش داده شود. فولادهای زنگنزن مارتنزیتی معمولاً برای سطوح بالایی از سختی طراحی میشوند و لذا گاهی لازم است سایر خواص فولاد کمی به خطر بیفتد. 
در پایان به عنوان مقایسه میتوان بیان داشت که فولاد 1095 آلیاژی با کربن بالا است که مستعد زنگ زدگی است اما لبه تیز خود را حفظ می کند. از طرف دیگر، فولاد زنگنزن 420 یک ماده با کروم بالا است. بنابراین، از نظر مقاومت در برابر خوردگی، 420 بر 1095 پیروز می شود. علاوه بر این، تیز کردن آن راحت تر از 1095 است. اما از نظر حفظ لبه و مقاومت در برابر سایش، 1095 بهتر است. معمولا چاقوهای فولادی 1095 گرانتر هستند.

 

 

 

در مجموع، فولاد زنگنزن 420 یک فولاد عالی برای کاربر معمولی است و برای کاربردهای روزانه مناسب میباشد، به طوریکه حتی برای یک بچه جوان یا نوجوان که برای اولین بار با چاقو آشنا میشود، قابل استفاده است. همچنین فولاد انتخابی برای بسیاری از قمه ها میباشد.
فولادهای ضد زنگ موادی هستند که به طور گسترده در تهیه ظروف خانگی و تجاری استفاده میشوند. فولاد زنگنزن به آسانی در دمای پخت و پز غذا توسط اسیدهای آلی مورد حمله قرار می گیرد. از این رو آهن، کروم و نیکل تجزیه شده و در مواد غذایی آزاد میشوند. فلز نیکل سلامتی انسان را به خطر میاندازد و ایجاد بیماریهای آلرژیک نظیر درماتیت (نوعی التهاب پوستی) میگردد. در مقابل، کروم و آهن از مواد مغذی ضروری برای انسان هستند که فولاد زنگنزن میتواند منبع مفیدی برای آنها باشد. 
دمای قابل تحمل توسط فولاد زنگنزن 420 حدود 650 درجه سانتیگراد است و در دمای بالاتر باعث پدیده پوسته پوسته شدن میشود لذا ظروف غذا در این دما از بین میروند.

واحدهای تولیدی فعال در صنایع لوازم خانگی یکی از بزرگترین مشتری ها و مصرف کننده فولادهای زنگ نزن (استنلس استیل) هستند. لوازم آشپزخانه همچون سرویس های کارد و چنگال نمونه ای از این تولیدات هستند. امروزه بخش عظیمی از بازار فروش این لوازم به سِت های کارد و چنگال استیل اختصاص دارد. معمولا از ورق استیل 420 و 410 در ساخت چاقو و از گرید 304 در ساخت قاشق و چنگال استفاده می شود. علت این انتخاب ها به چندین عامل بستگی دارد. اولین پارمتر، کاربرد و مصرف وسیله مورد نظر است. به عنوان مثال در ساخت کارد یا چاقو علاوه بر مقاومت به خوردگی خواصی همچون تیزی و تیز شوندگی، استحکام، سختی و مقاومت به سایش مهم هستند. به همین خاطر از گرید 410 و 420 در ساخت چاقو استفاده می شود. دومین پارامتر سهولت فرایند تولید می باشد. معمولا قاشق و چنگال تحت پروسه هایی همچون کشش عمیق تولید می شوند. به همین دلیل در تولید قاشق و چنگال بکارگیری استیل 304 اولویت دارد. سومین پارامتر قیمت تمام شده محصول می باشد. انتخاب ماده معمولا با توجه کیفیت، میزان عمر و همچنین قیمت هایی محصول صورت می گیرد.
 این نکته را نیز باید اشاره کرد که لوازم خانگی به وبژه لوازم آشپرخانه از آنجایی که در معرض رطوبت و دما هستند بنابراین باید در برابر خوردگی و حرارت مقاوم باشند. از منظر مقاومت به خوردگی، استنلس استیل 304 از گریدهای مارتنزیتی 410 و 420 مقاوم تر است. اما با در نظر گرفتن تمامی الزامات لازم در تولید چاقو، فولاد های زنگ نزن 410 و 420 برای ساخت این وسیله استفاده می شوند. در ادامه ابتدا به معرفی اجمالی این رده آلیاژی (استنلس استیل 420) از فولادهای ضد زنگ پرداخته، سپس به بررسی عوامل انتخاب این گرید جهت ساخت چاقو پرداخته می شود.     

 

 

 

ورق استیل 420 یک فولاد زنگ نزن مارتنزیتی بوده حاوی مقادیر بالایی از کربن ( 15% ≤  %C) و شامل 12 الی 14 % کروم می باشد. این فولاد زنگ نزن در هر دو حالت آنیل و سخت شده دارای خاصیت مغناطیسی است که در عرف بازار به فولادهای زنگ نزن مغناطیسی اصطلاحا استیل بگیر (دارای خاصیت مغناطیسی) می گویند. این آلیاژ ترکیب مشابهی با استیل 410 داشته و به همین دلیل رفتار استیل 420 در برابر خوردگی مشابه با گرید 410 و عمدتا در برابر  اتمسفرهای معمولی، آب شیرین،  بخار آب، مواد غذایی و.... مقاوم است. عمده ترین تفاوت این دو گرید مربوط به کربن بالاتر در ترکیب استنلس استیل 420 بوده که افزایش استحکام و سختی را به همراه داشته است. استیل 420 تحت سه رده آلیاژی 420، 420J1 و 420J2 به بازار ارائه می شوند. در جدول های زیر ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی این سه گرید ارائه شده است. همانطورکه ملاحظه می شود ورق استیل 420J2 نسبت به دو گرید دیگر کربن بیشتری داشته و از این رو استحکام بالاتری دارد. در عوض آلیاژهای 420 و 420J1 الانگیشن بیشتری دارند. 

جدول 1- ترکیب شیمیایی استنلس استیل های 420، 420j1 و 420j2

رده آلیاژی	C (wt%)	Cr (wt%)	Mn (wt%)	Si (wt%)	P (wt%)	S (wt%)	Ni (wt%)	Mo (wt%)
420	0.15(max)	12-14	1(max)	1(max)	0.04(max)	0.03(max)	-	-
J1 420	0.16-0.25	12-14	1(max)	1(max)	0.04(max)	0.03(max)	-	-
J2 420	0.26-0.40	12-14	1(max)	1(max)	0.04(max)	0.03(max)	-	-

 

جدول 2- خواص مکانیکی استنلس استیل های 420، 420j1 و 420j2

رده آلیاژی	استحکام کششی نهایی (MPa) (حداکثر مقدار)	استحکام تسلیم (MPa) (حداکثر مقدار)	الانگیشن (%)
	UTS (MPa)-max	YS (%2 proof stress) (MPa-max)	Elongation(in 2 in.)
420	650	450	10
420J1	640	440	20
420J2	740	540	12

یکی از بارزترین ویژگی های استنلس استیل های مارتنزیتی قابلیت سخت شوندگی این فولادها بواسطه عملیات حرارتی است. گرید 420 نیز از این قاعده مستثنی نیست. به همین دلیل از این ورق استیل بگیر ( منظور انواع استیل های 420، 420j1 و 420J2) در ساخت ابزارآلات برشی همچون چاقو و قیچی استفاده می شود. استیل 420 معمولا درحالت آنیل شده داکتیلیته خوبی دارد اما مقاومت آن در برابر خوردگی پایین است. به طور کلی در شرایط آنیل شده استفاده نمی شود. این آلیاژ زمانی که بواسطه عملیات حرارتی سخت و سطح آن پولیش شده باشد بالاترین مقاومت به خوردگی را دارد.

پارامتر انتخاب مواد مهمترین فاکتور در ساخت یک چاقو به ویژه قسمت لبه آن می باشد. زیرا آلیاژی که برای ساخت این وسیله انتخاب می شود باید از استحکام، سختی و مقاومت به سایش بالایی برخوردار بوده، تیز باشد و سریع دچار کندی و کدی در لبه چاقو نشود. در صورت کند شدن نیز قابلیت تیز شدن داشته باشد. معمولا در این شرایط پارامتری به نام حفظ لبه یا edge retention تعریف می شود که بیانگر مقاومت لبه های تیغه های برش در برابر کند شدن ناشی از تاثیرات شیمیایی، مکانیکی و حرارتی می باشد. همچنین آلیاژ انتخابی برای ساخت چاقو باید ویژگی هایی نظیر مقاومت در برابر خوردگی و حرارت، نگهداری آسان و بهداشتی بودن را نیز دارا باشد زیرا این مشخصات شروط اولیه و لازمه ی ورود یک متریال جهت ورود به صنعت لوازم خانگی است. در این راستا استنلس استیل ها به دلیل برآورده ساختن این نیازها همواره یکی از گزینه های مورد نظر نزد تولیدکنندگان لوازم خانگی هستند. 
آلیاژی که برای ساخت چاقو انتخاب می شود می بایست تلفیق بهینه ای از خواص و ویژگی هایی که اشاره شد را داشته باشد. از آنجایی که خواصی همچون مقاومت به سایش، استحکام، سختی، تیزی و قابلیت تیز شدن برای ساخت چاقو در اولویت می باشد، بنابراین جهت ساخت این وسیله از ورق استیل بگیر مارتنزیتی همچون گرید 420 استفاده می شود. استیل 420 عملیات حرارتی پذیر بوده و بواسطه این فرایند می توان سختی و استحکام آن را بهبود بخشید. معمولا سختی این آلیاژ پس از عملیات حرارتی به بالاتر HRC 50 می رسد. با افزایش سختی تیزی آن نیز بیشتر می شود. فرایندهای عملیات حرارتی همچون سخت کاری علاوه بر ارتقای خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی این گرید را نیز افزایش می دهد.  معمولا فولاد زنگ نزن 420 پس از عملیات حرارتی در برابر آب شیرین، اسیدهای ملایم، مواد قلیایی و غذایی مقاومت مناسبی از خود نشان می دهد. زیرا یک چاقو در معرض انواع مواد غذایی، میوه، سبزیجات، آب و مواد شوینده بوده، به همین جهت می بایست مقاومت معقولی در برابر خوردگی داشته باشد. 
 این نکته را نیز باید اشاره نمود که به طور کلی قیمت ورق استیل بگیر مارتنزیتی به خاطر کروم کمتر و عدم دارا بودن نیکل از استیل های سری 300 کمتر است. بنابراین بکارگیری استنلس استیل 420 در ساخت چاقو علاوه بر برآورده ساختن نیازهای تولیدکنندگان این وسیله، از نظر اقتصادی نیز به صرفه می باشد.

 

 

 

زمانی که به بازارهای فروش فولاد ایران همچون پاساژ پارس غدیر، بازار آهن شاد آباد و همچنین خیابان پامنار در بازار تهران مراجعه کنید متوجه می شوید که استیل های مارتنزیتی سری 400 همچون گرید 420 از موجودیت کمتری برخوردارند. در حالی بسیاری از صنعتگران جهت پیشبرد پروژه های خود نیازمند این فولادها هستند. در این راستا شرکت فلزات رنگین که تجربه ای بالغ بر سی واردات ورق های استنلس استیل از برترین کمپانی فولادسازی دنیا را در کارنامه خود دارد همواره در محصولات خود انواع رده های آلیاژی از سری 300 و 400 را در بین محصولات خود جای داده است. جهت خرید و یا استعلام قیمت ورق استیل بگیر و نگیر می توانید از طریق راه های ارتباطی با کارشناسان بخش در مجموعه بازرگانی فلزات رنگین ارتباط برقرار نمائید.