مقایسه کاربرد فولاد ضد زنگ با فولادهای ساده کربنی و آلومینیم در ساخت واگن

به طور کلی سه ماده اصلی برای ساخت وسایل نقلیه ریلی مورد استفاده می باشد:

1_فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا 2- (laht) فولاد زنگ نزن 3- آلومینیم. الومینیم و فولاد زنگ نزن به خاطر مقاومت به خوردگی بالا و نسبت استحکام به وزن استثنایی از فولادهای laht تفکیک میشوند. سئوالی که در مورد این دو ماده پیشرفته ممکن است به ذهن خطور کند این است که کدام یک از این دو مواد بهتر می باشد. آلومینیم یا استنلس استیل؟ بعلاوه هر دو این مواد جهت ساختار بالایی شاسی مورد استفاده قرار می گیرند و اجزای اصلی شاسی مثل تیرهای انتهایی، تکیه گاه مرکزی و یا تیرهای عرضی از فولاد laht برای هر دو جنس مورد استفاده می باشد. این امر بخاطر خاصیت جوش پذیری عالی و حد خستگی خوب این فولادها می باشد. از دیگر دلایل برتری فولاد زنگ نزن به آلومینیم می توان به موارد ذیل اشاره کرد.

1- فولاد زنگ نزن به رنگ نهایی نیاز ندارد ولی آلومینیم معمولا به پوشش برای بهبود مقاومت به خوردگی و لکه دار شدن نیاز دارد. 2- به نظر می رسد که واگن های آلومینیمی از استنلس سبک ترند اما این تفاوت زیاد نمی باشد زیرا در بدنه واگن می بایستی از ساختار دو لایه آلومینیم برای استحکام بخشی استفاده کرد. 3 - بازیافت فولادهای زنگ نزن بدون نقصان در کیفیت بدست می آید اما برای ساخت بدنه از جنس آلومینیم معمولا از سریهای 5000 و 6000 و 7000 استفاده میشود که حاوی مقداری آهن برای ایجاد سختی در آنها است و همین امر سبب زمانبر بودن و کار زیاد روی بازیافت می شود و اگر آنها با سایر آلیاژهای آلومینیم بازیافت شوند مواد آن فقط برای ریخته گری و کاربردهای مشابه کاربرد دارد

قابلیت تعمیر و نگهداری

با در نظر گرفتن قابلیت تعمیر و نگهداری مواد در زمینه ی حمل و نقل ریلی مقاومت سطح تمام شده این مواد در برابر محیط و عملیات شستشو باید در نظر گرفته شود. هر دوی این مواد دارای مقاومت عالی در برابر اتمسفر هوا می باشند. عملیات نهایی روی این مواد توسط کاغذ سمباده های چرخان با گرید ریز می باشد. چنین سطوحی معمولا نیاز به رنگ شدن ندارند و مقاومت خوبی به نشان دادن سطح با کیفیت اولیه در مقابل تاثیرات افزایش طول عمر دارد. ساختارهای جوشکاری شده آلومینیوم نیاز به عملیات تکمیل نهایی روی سطح بیرونی بعد از مونتاژ ساختار دارند که معمولا مستلزم رنگ کردن می باشد. بدنه خارجی st-st نه نیاز و نه به آسانی قابلیت رنگ شدن دارد وقتی که نیاز به رنگ روی این مواد باشد معمولا از (decals) عکس برگردان ها استفاده می شود. به هر حال در سال های اخیر بدنه کامل رنگ شده st-st به خاطر دلایل زیبایی متداول شده است.

سوزن و سایر مشخصات مکانیکی

در حالی که فولاد زنگ نزن تقریبا سه برابر سنگین تر از آلیاژ آلومینیوم است سه برابر هم مقاومت بیشتری دارد. بنابراین، از نظر تئوری باید امکان ساخت بدنه ای با پوسته فولاد زنگ نزن به سبکی نوع آلومینیومی آن وجود داشته باشد. هرچند وسایل نقلیه آلومینیومی رکورد سبک بودن را در اختیار دارند. این مسئله به این حقیقت بر می گردد که بهره کامل بردن از مقاومت ورقه های نازک فولاد زنگ نزن بدون کم کردن پایداری آنها کاری دشوار است. در نتیجه اجزا فولاد زنگ نزن بعضی اوقات ممکن است به دلیل نیاز به پایداری بیشتر ، سنگین تر باشند این تفاوت در وزن فاکتوری است که روی مصرف انرژی الکتریکی تاثیر گذار میباشد و باعث اهمیت انتخاب جنس با توجه به هزینه محلی انرژی می باشد.

مقاومت در برابر عوامل محیطی

هر دو ماده فولاد زنگ نزن و آلیاژ آلومینیوم از نقطه نظر مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوب عمل کرده اند. هر چند فولاد زنگ نزن هم خورده می شود ولی به جای یک لایه اکسید آهن، مخرب یک لایه اکسید کروم بی رنگ محافظ بر روی سطح ایجاد می کند. به طور مشابه سطوح آلیاژ آلومینیوم هنگامی که در معرض اتمسفر قرار می گیرد یک لایه اکسید نازک و نامرئی ایجاد میکند که از فلز در مقابل اکسید شدن بیشتر محافظت می کند. این خاصیت خود محافظی، مقاومت بالایی در برابر خوردگی برای آلومینیوم ایجاد میکند. در هر حال باید توجه خاصی هنگام اتصال این ماده به فلزات دیگر در نظر گرفته شود. وقتی که آلومینیم بدون حفاظت مناسب اتصال داده شود خمیرهای مخصوص آلیاژهای آلومینیم یک پل خورنده با ماده مجاور بسط میدهد و در شرایط تخریب قرار میگیرد نوع خوردگی ناشی از دود اگزوز اتومبیل وابسته به میزان اسید بالای درون آن است. این مورد یکی دیگر از تاثیرات محلی است و باید در انتخاب مواد در نظر گرفته شود. بسیاری از شهرهای بزرگ و توسعه یافته در هند از سطح بالای آلودگی هوا که ناشی از دود اگزوز اتومبیل ها است رنج می برند. در چنین شرایط اتمسفر یکی فولاد زنگ نزن مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به آلومینیوم دارد.

مقاومت در برابر گرما و آتش سوزی

فولاد زنگ نزن نسبت به شعله و گرما مقاومت بالایی دارد در حالی که فولاد زنگ نزن سری 300 در رنج دمایی 600 f800 رضایت بخش عمل می کند. استحکام کششی آلومینیوم سری 6000 در f700 به میزان ده درصد نسبت به استحکام در دمای اتاق کاهش می یابد. فولاد زنگ نزن در دمای 2500-f2700 و آلومینیوم در دمای f1200 ذوب می شوند. هر چند باید به این نکته توجه کرد که سطوحی که بیشتر در معرض خطر آتش سوزی هستند (سطوح زیر واگن)، حتی در واگنهایی از جنس آلومینیوم، اغلب از استیل ساخته می شوند.

هزینه مواد 

فولاد زنگ نزن و آلیاژ آلومینیوم بسیار گران تر از فولاد (laht)هستند. هزینه مواد بسته به تقاضا در دسترس بودن تغییر می کند. ولی به طور کلی هزینه فولاد laht به آلیاژ آلومینیوم و فولاد زنگ نزن با یک نسبت تقریبی 1 به 2 به 4 باقی می ماند بنابراین از نقطه نظر هزینه مواد آلومینیوم و آلیاژهای laht نسبت به فولاد زنگ نزن ارزان تر می باشند.  

هزینه برش، شکل دهی و اتصالات

فولاد زنگ نزن و آلومینیوم برای تولید نیاز به، آموزش مهارت و روشهای خاصی برای تولید دارند از نقطه نظر انرژی مورد نیاز در برش شکل دهی و، اتصال فولاد زنگ نزن گران تر از آلیاژ آلومینیوم است. این تفاوت قیمت شامل هزینه لازم برای ابزار و دستگاه های شکل دهی هم می شود. آلیاژ آلومینیوم را می توان به راحتی با ابزاری که برای فولاد کربنی معمولی استفاده می شود، برش و شکل داد ولی فولاد زنگ نزن به تجهیزات خاص و گران تری نیاز دارد.

تعمیرات

تعمیر واگن های آسیب دیده همواره چالشی را در صنعت حمل و نقل ایجاد کرده است با وجود اینکه فولاد زنگ نزن ویژگی های مکانیکی قابل توجهی دارد ولی به دانش خوبی در زمینه تکنیک های تعمیر آن نیاز است تا انتظارات موجود را در هنگام بازگشت به خط برآورده سازد.

نگهداری

بررسی سود حاصل از نگهداری فولاد زنگ نزن به دقت در واژه (life cycle costs (lcc (هزینه چرخه عمر) خلاصه شده است. اخیرا از موسسه ساخت فولاد بریتانیا خواسته شد تا سازههایی از جنس فولاد را با سازههایی از مواد دیگر از نظر اقتصادی کنند این بررسی شامل مقایسه هزینههای اولیه و همین طور هزینههای عملیاتی مداوم مربوط به نگهداری تعمیر و تعویض در طول چرخه عمر پروژه برای سازهها بود نتایج نشان میدهد که هزینه اولیه نسبتا بالای فولاد زنگ نزن با عمر طولانی بدون خوردگی و عدم نیاز به هرگونه تعمیر و نگهداری مشخصی برای دراز مدت متعادل شده و این ماده را از نظر اقتصادی بسیار جذاب تر از تصور اولیه میسازد مطالعه ای در سال 1990 در ژاپن نشان داد که کمترین lcc متعلق به واگن هایی از جنس فولاد زنگ نزن و بعد از آن به ترتیب برای واگنهایی از جنس آلومینیوم و فولاد کربن دار است. به دلیل صافی سطوح فولاد زنگ نزن سطح خارجی نیازی به رنگ شدن ندارد و این به منزله صرفه جویی در هزینه های نگهداری است. سطوح به راحتی تمیز می شوند و هرگونه برچسبی با اعمال مواد پاک کننده برداشته می شوند. واگنهای فولاد زنگ نزن ظاهر خوب خود را در سراسر عمر خود حفظ کنند.

نتیجه گیری

بحث در رابطه با استفاده از این سه نوع مواد در وسایل نقلیه ریلی هنوز در بین حامیان آن سه نوع مواد به نتیجه گیری کلی نائل نشده است. تمام این سه نوع ماده دارای مزایا و معایبی در این خصوص می باشند که هر کدام از آنها در موقعیت های مشخصی مناسب خواهند بود در ابتدا این سوال پرسیده شد که چرا جهان به سمت استفاده از فولاد زنگ نزن تمایل پیدا کرده است؟ باید گفت: صرفه جویی قابل توجهی برحسب کاهش در هزینههای دوره عمر (lcc) سود محسوس ناشی از بالا رفتن انتظارات از عمر وسیله نقلیه افزایش مقاومت مواد که به طور قطع درجه ایمنی مسافر را بالا می برد. از آن جایی که فولاد زنگ نزن ویژگی های مکانیکی بهتری در دماهای بالا دارد مقاومت در برابر آتش سوزی بالاتری دارد. همان گونه که از مطالب بالا میتوان نتیجه گرفت فولاد زنگ نزن جایگزین مناسبی برای فولاد و آلومینیم می تواند باشد اما با توجه به شرایط کنونی شرایط تهیه (خارج از کشور) ساخت نیاز به تجهیزات خاص و بازیابی این مواد(صرف انرژی بالا) و قیمت این مواد در مقایسه با فولاد معمولی تقریبا 5 برابر است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که توجیه اقتصادی تا زمانیکه کشورمان خود بعنوان تولید کننده ماده اولیه ورق و ... باشد وجود نخواهد داشت و بهتر است در خصوص استفاده از این مواد بجای فولاد در ساختار بدنه تمام هزینه تمام شده بررسی و مقایسه شود.