فولاد ضد زنگ چیست؟ انواع محصولات و کاربردهای مهم آن

هر ساله در جهان تقاضا برای فولاد ضد زنگ به میزان قابل توجهی ۵ درصد افزایش می‌یابد. در سال ۲۰۱۹ میلادی تولید جهانی آن به بیش از ۵۲ میلیون تن رسیده است. در حال حاضر بسیاری از صنایع از فولاد زنگ نزن استفاده می‌کنند. علاوه بر ساخت و سازهای سنتی و دریایی، لوازم‌خانگی نیز با افزایش استفاده از فولاد ضد زنگ روبرو هستند. در حالی که قیمت فولاد زنگ نزن گرانتر از فولاد معمولی است، اما خواص عالی آن منجر به افزایش عمر مفید قطعات و کاهش هزینه‌ها در چرخه اقتصادی شده است؛ بطوری که هزینه کردن برای فولاد ضد زنگ در طولانی مدت اثرات مثبتی به همراه خواهد داشت. در این مقاله نگاه دقیق‌تری به فولاد ضد زنگ (زنگ‌نزن) و آنچه باعث محبوبیت آن در صنایع مختلف می‌شود، خواهیم انداخت. با آرتان پرس همراه باشید.

*** اجزای سازنده فولاد زنگ‌نزن چیست؟

همانطور که می‌دانید فولاد آلیاژی متشکل از آهن و کربن با حداکثر محتوای ۲٫۱ درصد کربن می‌باشد. فولاد زنگ‌نزن گروهی از فولادها هستند که از طریق افزودن عناصر آلیاژی در برابر خوردگی مقاوم می‌شوند. اصطلاح فولاد زنگ‌نزن برای توصیف خانواده ای در حدود ۲۰۰ آلیاژ فولاد با مقاومت قابل توجه در برابر حرارت و خوردگی استفاده می شود. در این فولادها درصد کربن می‌تواند بین ۰٫۰۳ تا ۱٫۲ درصد متغیر باشد. مشخصه بارز فولاد ضد زنگ مقدار زیاد کروم آن می‌باشد. فولاد زنگ نزن دارای حداقل ۱۰٫۵ درصد کروم است که مقاومت در برابر خوردگی و استحکام آن را بهبود می‌بخشد.

کروم موجود در آلیاژ فولاد ضد زنگ هنگامی که در معرض هوا قرار می‌گیرد، بر اثر اکسیداسیون یک لایه غیرفعال بر روی سطح ایجاد می‌کند. این لایه به عنوان سپری در برابر خوردگی عمل می‌کند که اساسا باعث ایجاد آلیاژ ضد زنگ می‌شود. این مکانیزم امکان حفظ ظاهر بدون لک را برای مدت طولانی در شرایط عادی کار فراهم می‌کند.

*** مزایای فولاد ضد زنگ

با توجه به مزایای فوق‌العاده فولاد ضد زنگ، بیش از ۷۰ سال است که از آن در صنایع مختلف استفاده می شود. هر ساله کاربردهای بیشتری از فولاد زنگ‌نزن کشف می‌شود، زیرا مزایای گسترده‌‌ای دارد. با افزایش تقاضا، تولید فولاد زنگ نزن افزایش یافته و آن را مقرون به صرفه تر از همیشه کرده است. یکی از مزایای فولاد ضد زنگ سطح صیقلی و براق آن است که باعث شده تا مصارف زینتی استفاده از آن به مرور افزایش یابد. از دیگر مزایای فولاد زنگ‌نزن قابلیت بازیافت آن است. در حقیقت نیمی از کل تولید فولاد ضد زنگ جهان از قراضه فلزات بدست می‌آید. این موضوع فولاد زنگ نزن را به ماده‌ دوستدار طبیعت تبدیل کرده است.

*** کاربرد فولاد زنگ‌نزن

فولاد زنگ‌نزن ماده‌ای کاملا متنوع است. در مواردی که خواص فولاد و مقاومت در برابر خوردگی همزمان نیاز باشد، استفاده از فولاد ضد زنگ ترجیح داده می‌شود. به دلیل خاصیت مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ، اولین استفاده از آن در کارد و چنگال بود. در مرحله بعد، این فولاد به صنایع شیمیایی راه یافت. امروزه تقریباً همه جا می‌توانیم فولاد ضد زنگ را مشاهده کنیم. موارد استفاده از صنعت به صنعت دیگر متفاوت است. به عنوان مثال، از موارد استفاده فولاد ضد زنگ می‌توان در ساخت قطعات کوچک مربوط به ساعت مچی اشاره کرد. از دیگر کاربردهای فولاد زنگ ‌نزن می‌توان پانل‌های سقفی را نام برد که با سطح مشخصی ساختمان‎ها را پوشش می‌دهند.

از صنایع کاربردی فولاد ضدزنگ می‌توان به رستوران و غذاخوری‌ها، مواد شیمیایی و دارویی، ساخت تجهیزات پزشکی، معماری و ساخت و ساز، لوازم خانگی، صنایع دریایی و کشتی‌سازی و تولید اتومبیل اشاره کرد.

*** انواع فولاد زنگ‌نزن

بسته به اینکه فلز در چه محیطی باید مقاومت داشته باشد، گریدهای مختلفی از فولاد زنگ‌نزن موجود است. بر اساس ریزساختار و خواص فولاد زنگ‌نزن می‌توان آنها را به چهار دسته اصلی تقسیم کرد:

*** فولاد زنگ ‌نزن آستنیتی

فاز آستنیت به عنوان ریزساختار اصلی در فولاد زنگ‌نزن آستنیتی وجود دارد. آستنیت یک محلول جامد از آهن و کربن است که در دمای بالاتر از ۷۳۰ درجه سانتی‌گراد به وجود می‌آید. این خانواده از فولادهای ضد زنگ چقرمگی و مقاومت بالایی در برابر حرارت از خود نشان می‌دهند. فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۷۰ درصد کل فولادهای زنگ‌نزن را تشکیل می‌دهند. این فولاد حاوی ۱۶ درصد کروم و ۶ درصد نیکل می‌باشد. کروم و نیکل عناصر پایدارکننده آستنیت هستند. پایدارکننده‌های آستنیت عناصری هستند که به منظور تثبیت ساختار آستنیت به آن اضافه می‌شوند. این نوع ازفولاد زنگ ‌نزن خاصیت مغناطیسی ندارد و همچنین قابلیت سخت شدن با عملیات حرارتی برای آنها وجود ندارد. مقاومت در برابر خوردگی فولاد زنگ‌نزن آستنیتی بسته به نوع محیط می‌تواند بهبود یابد.

*** فولاد زنگ‌نزن فریتی

فولادهای فریتی معمولاً فقط دارای کروم به عنوان عنصر آلیاژی هستند. محدوده محتوای کروم در بین ۱۰٫۵ تا ۱۸ درصد می‌باشد. مقاومت این نوع از فولادها در مقایسه با فولاد زنگ‌نزن آستنیتی در برابر خوردگی کمتر است. روش‌های عملیات حرارتی نیز برای سخت شدن فولاد زنگ ‌نزن فریتی کارساز نیست. بطور کلی قابلیت‌های مهندسی فولاد زنگ‌نزن فریتی در مقایسه با آستنیتی بهتر می‌باشد. برخلاف فولادهای آستنیتی آنها مغناطیسی هستند. فولاد زنگ‌نزن فریتی مقاومت خوبی در برابر خوردگی تنشی دارد.

*** فولاد زنگ‌نزن دوپلکس

دوپلکس ترکیبی از فولاد زنگ نزن آستنیتی و فریتی می‌باشد، بنابراین خواص هر دو ماده تشکیل‌دهنده آن را دارد. مقدار کروم این فولاد بالا و غلظت نیکل آن پایین است. فولاد زنگ‌نزن دوپلکس با استحکام کششی و قابلیت جوشکاری مطلوب مزایای بی‌نظیری را ارائه می‌دهند. این نوع از فولادها مقاومت خوبی در برابر خوردگی تنشی دارند اما نه به اندازه فولاد زنگ‌نزن فریتی! سختیفولاد زنگ ‌نزن دوپلکس از فولاد فریتی بیشتر و از فولاد آستنیتی کمتر است.

*** فولاد زنگ‌‌نزن مارتنزیتی

فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی دارای کربن زیاد و کروم کم می‌باشد. این نوع از فولادها مانند فولاد زنگ‌نزن فریتی مغناطیسی هستند. قابلیت جوش‌پذیری آنها در مقایسه با سایر فولادهای زنگ‌نزن کمتر و قابلیت سخت شدن آن بیشتر است و برای بهبود خواص می‌توان آن را تحت عملیات حرارتی قرار داد. فولاد زنگ نزن مارتنزیتی در مقایسه با فولادهای فریتی و آستنیتی با محتوای کروم و آلیاژ مشابه دارای مقاومت به خوردگی کمتری خواهد بود.

*** فولاد زنگ‌نزن رسوب سخت شده

این گروه از فولادها ترکیبی از خواص فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی و آستنیتی را فراهم می‌کند. سخت شدن این گروه از فولادها با افزودن یک یا چند عنصر مانند آلومینیوم، مولیبدن، نیوبیم، تیتانیم و مس حاصل می‌شود. در این گروه از فولادها می‌توان استحکام کششی را از طریق عملیات حرارتی افزایش داد. عناصر آلیاژی آن شامل کروم و نیکل می‌باشد. این گروه از فولادها برای کاربردهایی که به سرعت بالا مانند پره توربین نیاز دارند، مناسب هستند.

*** گریدهای فولاد زنگ‌نزن

امروزه صدها گرید از فولاد زنگ‌نزن در بازار وجود دارد. انتخاب مورد مناسب برای شما مهم است، زیرا خصوصیات آنها با یکدیگر کاملا متفاوت است. سیستم AISI که مربوط به موسسه آهن و فولاد آمریکا می‌باشد همچنان به عنوان مرجع نامگذاری فولادهای زنگ‌نزن استفاده می‌شود. سیستم شماره‌گذاری از اعداد سه رقمی استفاده می‌کند که با ۲، ۳ و یا ۴ شروع می‌شود.

*** سری ۲۰۰

این سری برای گریدهای آستنیتی استفاده می‌شود که دارای منگنز هستند. این نوع از فولادها دارای نیکل کمی (زیر ۵ درصد) می‌باشند. از کاربردهای سری ۲۰۰ فولاد زنگ ‌نزن به ماشین لباسشویی، کارد و چنگال، ظروف غذا و نوشیدنی و صنعت اتومبیل می‌توان اشاره کرد.

*** سری ۳۰۰

این سری برای نامگذاری فولاد زنگ‌نزن آستنیتی دارای عناصر آلیاژی کربن، نیکل و مولیبدن استفاده می‌شود. افزودن نیکل مقاومت خوردگی در محیط‌های اسیدی را بهبود می‌بخشد در حالی که نیکل باعث افزایش شکل‌پذیری خواهد شد. فولاد زنگ نزن یا همان استیل ۳۰۴ و ۳۱۶ رایج ‌ترین گریدهای این سری هستند. فولاد زنگ نزن ۳۰۴ به فولاد ۱۸/۸ نیز معروف است، زیرا حاوی ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل می‌باشد. از فولاد زنگ ‌نزن سری ۳۰۰ در صنایع غذایی و نوشیدنی، صنعت اتومبیل، تجهیزات پزشکی و جواهرات استفاده می‌شود.

*** سری ۴۰۰

آلیاژهای فریتی و مارتنزیتی این سری از فولاد زنگ نزن را تشکیل می دهند. این گرید از فولادها برای عملیات حرارتی مناسب هستند. فولاد زنگ‌نزن سری ۴۰۰ دارای استحکام و مقاومت در برابر سایش بالایی است اما مقاومت در برابر خوردگی آن کمتر از سری ۳۰۰ است. کاربرد فولاد زنگ‌نزن سری ۴۰۰ در زمینه‌هایی مانند تجهیزات کشاورزی، شافت موتور و قطعاتی از توربین گازی می‌باشد.

در نهایت برای استفاده از فولاد ضد زنگ پیشنهاد می‌شود که حتما مطالب فوق را بخوانید و با آشنایی نسبت به خصوصیات و ویژگی‌های هر کدام از گریدها و انواع فولادزنگ ‌نزن در کاربرد موردنظر خود از آن استفاده کنید.