آشنايي با انواع نامگذاري فولاد و انواع استانداردهاي آن

در ابتدا مروري بر تاريخچه استاندارد داشته باشيم

يكي از مراجع معتبر تدوين استاندارد به شمار مي رود كه در سال ۱۸۹۸ در فيلادلفياي آمريكا با تلاش هاي دكتر Charles Dudley پايه گذاري شد. ASTM كوتاه شده ي عبارت American Society for Testing Materials است. Charles Dudley با مدرك دكتراي شيمي در راه آهن پنسيلوانيا مشغول به كار بود.

او مشخصات فني مواد از جمله فولادهاي خريداري شده براي راه آهن را مدون نموده و تامين كنندگان را ملزم نمود تا كالاي خود را طبق آن مشخصات فني توليد و تحويل دهند.

افزايش هزينه هاي توليدي در صورت رعايت الزامات درخواستي راه آهن، باعث بروز اختلاف بين تامين كنندگان با كارفرما شد. اين اختلاف ها و دردسرهاي ناشي از امتناع توليد كنندگان از رعايت الزامات راه آهن، Charles Dudley را مصمم نمود تا تلاش هاي خود را معطوف به ايجاد يك سازمان مرضي الطرفين براي تدوين استانداردهاي توليد، تست و تحويل مواد و ايجاد توافق بين كارفرما و توليد كنندگان نمايد.

بر اثر اين تلاش ها، كميته هايي با حضور نمايندگان مشتريان و توليدكنندگان براي تدوين روش هاي تست مواد مهندسي از جمله آهن و فولاد تشكيل و سرانجام در سال ۱۸۹۸ با گردهمايي ۷۰ نفر از اعضاي انجمن بين المللي تست مواد در فيلادلفيا، بخش آمريكايي آن انجمن با نام انجمن مواد و آزمون آمريكا (American Society for Testing Materials) تاسيس شد و Charles Dudley به عنوان اولين رييس آن انتخاب گرديد. اولين استاندارد اين انجمن نيز در سال ۱۹۰۱ در خصوص فولادهاي مورد استفاده در ريل ها منتشر شد. با گذشت بيش از ۱۲۰ سال از پايه گذاري ASTM، اين انجمن در زمينه هاي مختلفي مثل تدوين و انتشار كتاب، مجله و استاندارد، آموزش، ارائه گواهينامه و تاييديه و غيره فعاليت مي كند.

استانداردهاي ASTM براي معرفي مشخصات فني مواد، روش هاي آزمون و شرايط تحويل آن ها از مرزهاي ايالات متحده آمريكا فراتر رفته و جهاني شده اند. اين استانداردها مشخصات فني و روش هاي آزمون مواد مختلفي چون محصولات آهني و فولادي، محصولات فلزات غير آهني، مصالح ساختماني، فرآورده هاي نفتي، روانكارها و سوخت هاي فسيلي، رنگ ها و پوشش ها، محصولات پايه آبي، منسوجات و مواد سلولزي، پلاستيك ها، لاستيك و رابرها، سراميك ها، كامپوزيت ها، عايق هاي الكتريكي، ابزارهاي پزشكي، ابزارهاي اندازه گيري و غيره را شامل مي شود.

آشنايي با استاندارد DIN آلمان

فعاليت موسسه استاندارد آلمان (DIN) در زمينه استانداردسازي مواد در حوزه صنعت و تجارت بوده است و بر اساس كتاب مرجع مربوط به استاندارد فولاد، توضيحات مربوط به استاندارد كيفيت، شرايط فني تحويل و ساير موارد مهم كه تحت عنوان دستورالعمل استاندارد DIN شناخته شده، در قالب يك شماره سه تا پنج رقمي در كنار حروف اختصاري استاندارد يعني DIN است. البته معمولا بعد از شماره دستور عمل، سال تصويب يا ويرايش و عرضه استاندراد نيز مانند عبارت زير قرار مي‌گيرد:

مثلا DIN 1651-80 دستورالعمل استاندارد آلماني براي فولاد خوش‌تراش است كه تاريخ تصويب يا آخرين ويرايش آن ۱۹۸۰ بوده است.

نامگذاري فولادها در استاندارد DIN

همه مواد از جمله فولاد در اين استاندارد با دو مفهوم شناسانده مي‌شوند كه شامل عدد استاندارد و نماد است. در مورد عدد استاندارد مي‌توان گفت از چند بخش تشكيل مي‌شود

دو رقم بعد از عدد اول (كه براي فولاد با توجه به جدول بالا ۱ است)، نشان‌دهنده تركيب شيميايي فولاد است. مثلا زماني كه عدد ۸۵ باشد، نشان‌دهنده فولاد نيتريدي است. جدول زير در مورد انواع مختلف فولاد عدد را مشخص كرده است. در مورد دو رقم آخر مي‌توان گفت كه نوع فولاد را تعيين نمي‌كند و فقط يك نشانه عددي است.

در كنار عدد استاندارد همانطور كه ابتدا گفتيم، هر فولاد در اين استاندارد با يك نماد نيز مشخص مي‌شوند كه اين نماد تركيبي از اعداد و حروف است كه بر اساس دو مشخصه تعيين مي‌شود:

مشخصه مكانيكي: منظور از اين مشخصه پارامتر استحكام كششي نهايي (UTM) است كه براي فولادهاي ساختماني معمولي و فولادهاي ريختگي ساده اين مشخصه استفاده مي‌شود و بعد از st براي فولاد ساختماني معمولي و GS براي فولاد ريختگي ساده، حداقل مقدار UTM (برحسب كيلوگرم بر ميلي‌متر مربع) نوشته مي‌شود.
مشخصه شيميايي: به آناليز فولاد اشاره دارد و بقيه انواع فولادها بر اساس اين مشخصه كه نشان‌دهنده مقدار كربن و عناصر آلياژي موجود در فولاد است تعيين مي‌شود.

استفاده از نامگذاري ساير سيستم هاي نامگذاري مثل AISI ،SAE ،ANSI و ACI

در استانداردهاي ASTM، براي گروه بندي آلياژهاي معرفي شده در شماره هاي مختلف استاندارد از نامگذاري ساير سيستم هاي نامگذاري مثل انجمن آهن و فولاد آمريكا (AISI)، جامعه مهندسين خودروي آمريكا (SAE)، انجمن ملي استاندارد آمريكا (ANSI) و نام هاي متداول پذيرفته شده كه توسط انجمن هاي تخصصي مثل انجمن ريخته گري آلياژ (ACI) معرفي شده است، هم استفاده مي شود. براي مثال به اين نمونه ها توجه كنيد:

نمونه اول:

ASTM A 276 Type 304/316/410 – Stainless Steel Bars and Shapes

ASTM A 576 Grade 1010/1025/1045 – Steel Bars, Carbon, Hot-Wrought, Special Quality

در اين استانداردها، از نامگذاري AISI/SAE براي فولادها استفاده شده است. سيستم نامگذاري AISI/SAE در نوشته زير در عصر مواد توضيح داده شده است:

نامگذاري فولادها در سيستم AISI/SAE يا استانداردهاي آمريكايي

نمونه دوم:

ASTM A 351 Grade CF3/CF3M/CF8/CF8M – Castings, Austenitic, for Pressure-Containing Parts

در اين استانداردها، از نامگذاري ACI (انجمن ريخته گري آلياژ – Alloy Casting Institute) براي فولادها استفاده شده است. سيستم نامگذاري ACI در قسمت هاي بعدي اين مطلب توضيح داده خواهد شد.

نمونه سوم:

ASTM B 209 Alloy 1100/3003/6061/7075 – Aluminum and Aluminum-Alloy Sheet and Plate

در اين استانداردها، از نامگذاري ANSI براي آلومينيوم ها استفاده شده است. سيستم نامگذاري ANSI براي آلومينيوم ها در قسمت هاي بعدي اين مطلب توضيح داده خواهد شد.

استفاده از علائم اختصاصي بي معني يا معني دار توسط ASTM

در برخي مواقع خود ASTM، آلياژهاي مربوط به يك شماره از استاندارد را به چند روش تفكيك و از هم مشخص كرده است. در اين صورت، اين نامگذاري تنها براي آن شماره از ASTM معني دار است و معرفي آن آلياژ حتماً بايد با ذكر شماره ASTM همراه باشد، يعني مثلاً آلياژ ۷۰ معني دار نيست ولي آلياژ A 516 Grade 70 معني دار است. براي اين مورد مي توان به روش هاي نامگذاري زير اشاره كرد:

۱- نامگذاري آلياژها با حروف لاتين C ،B ،A و غيره. براي مثال:

ASTM A 106 Grade A/B/C – Seamless Carbon Steel Pipe for High-Temperature Service

۲- نامگذاري آلياژها با يك يا عدد مشخصه ي معني دار مثل مقدار استحكام كششي بر حسب ksi يا MPa. براي مثال:

ASTM A 516 Grade 55/60/65/70 – Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, for Moderate- and Lower-Temperature Service

در اين مثال، اعداد ۵۵، ۶۰، ۶۵ و ۷۰ حداقل مقدار استحكام كششي ورق هاي فولاد كربني بر حسب ksi است.

ASTM A 536 Grade 60-40-18 – Ductile Iron Castings

در اين مثال، اعداد ۶۰، ۴۰ و ۱۸ به ترتيب حداقل مقدار استحكام كششي، تنش تسليم و ازدياد طول چدن هاي داكتيل را بر حسب ksi ،ksi و درصد نشان مي دهد.

۳- نامگذاري آلياژها با يك عدد بي معني ترتيبي مثل ۱، ۲ و الي آخر. براي مثال:

ASTM A 333 Grade 1/3/4/6/7/8/9/10/11 – Seamless and Welded Steel Pipe for Low-Temperature Service

۴- نامگذاري آلياژها با تركيبي از يك عدد بي معني ترتيبي و حرف لاتين. براي مثال:

ASTM A 890 Grade 1B/1C/2A/3A/4A/5A – Castings, Iron-Chromium-Nickel-Molybdenum Corrosion Resistant, Duplex (Austenitic/Ferritic) for General Application

۵- نامگذاري آلياژها با تركيبي از يك عدد مشخصه ي معني دار و حرف لاتين. براي مثال:

ASTM A 48 Class No. 35A/35B/35C/35D – Gray Iron Casting

در اين مثال، عدد ۳۵ مقدار حداقل استحكام كششي چدن خاكستري بر حسب ksi و حروف C ،B ،A و D قطر نمونه آزمون كششي آن ها را نشان مي دهد.

با توجه به اينكه در استاندارد ASTM، نوع محصول و روش ساخت از آلياژهاي مختلف مبناي تفكيك و تفاوت شماره ي استانداردها بوده است، از تركيب يك يا چندحرف به عنوان نماينده (يا حرف اختصاري) نوع محصول يا روش توليد با يك عدد مشخصه ي معني دار يا عدد ترتيبي بي معني براي نامگذاري استفاده شده است. براي مثال حرف P براي لوله، حرف T براي تيوب، واژه ي TP براي لوله يا تيوب و حرف F براي محصولات آهنگري شده (Forging) به كار مي رود. براي مثال به نمونه هاي زير توجه كنيد:

ASTM A 335 Grade P1/P2/P12 – Seamless Ferritic Alloy-Steel Pipe for High-Temperature Service

ASTM A 213 Grade T2/T5/T22/T91 – Seamless Ferritic and Austenitic Alloy-Steel Boiler, Superheater, and Heat-Exchanger Tubes

ASTM A 312 Grade TP 304/TP 306 – Seamless and Welded Austenitic Stainless Steel Pipes

ASTM A 182 Grade F304/F316 – Forged or Rolled Alloy-Steel Pipe Flanges, Forged Fittings, and Valves and Parts for High-Temperature Service

اگر از ابتداي متن اين نوشته در مثال هاي مربوط به شماره و نوع آلياژ در استاندارد ASTM دقت كرده باشيد، در صورتي كه مشخصات بيش از يك آلياژ در يك شماره از استاندارد معرفي شده باشد، تفكيك آن ها از هم در قالب عناوين گريد (Grade)، تيپ (Type) و كلاس (Class) صورت مي گيرد. شايد اين پرسش براي خواننده ي اين مطلب مطرح شود كه استاندارد ASTM كِي از گريد يا تيپ و يا كلاس استفاده مي كند؟ و تفاوت گريد، تيپ و كلاس در چيست؟

در پاسخ بايد گفت كه در استاندارد ASTM، اين واژه ها معمولاً بدون تعريف خاص به كار رفته اند و واجد يك معناي خاصي نيستند. در برخي شماره استانداردها، براي تفكيك و دسته بندي از گريد، در برخي از تيپ و در برخي از كلاس استفاده شده است. هر چند كه در بيشتر شماره استانداردها از گريد (Grade) براي تفكيك آلياژها از هم بر اساس تركيب شيميايي و رده استحكامي آن ها استفاده شده است. نمونه هايي از هر دو مورد در مثال هاي بالا ذكر شده است مثلاً براي رده استحكامي مي توان به A 516 Grade 70 و A 536 Grade 60-40-18 و براي تركيب شيميايي مي توان به ASTM A 106 Grade A/B/C و ASTM A 890 Grade 1B/1C/2A/3A/4A/5A اشاره كرد.

از كلاس (Class) نيز در برخي شماره استانداردها براي تفكيك آلياژها بر اساس رده استحكامي آن ها استفاده شده است، به عنوان مثال در ASTM A 48 Class No. 20/25/30/35/40. از تيپ (Type) نيز در برخي شماره استانداردها براي تفكيك فولادها بر اساس نوع ريزساختار و روش اكسيژن زدايي استفاده شده است. در استانداردهاي ASTM در جاهايي كه نامگذاري آلياژها بر مبناي ساير سيستم هاي نامگذاري مثل AISI/SAE يا ACI انجام گرفته است، معمولاً از Grade و Type استفاده شده است.

از سوي ديگر، اگر در يك از شماره از استاندارد، به بيش از يك تفكيك و دسته بندي نياز باشد ابتدا از Type استفاده شده است، اگر هر تيپ خود داراي زير مجموعه باشد آن ها را در قالب Grade تفكيك مي كنند و باز اگر هر گريد خود داراي زير مجموعه باشد آن ها را در قالب Class تفكيك مي كنند.

براي مثال به اين نمونه توجه كنيد:

ASTM A 193 Type Austenitic steel Grade B8 class 1