فولاد یکی از مستحکمترین مصالح جهان است که استفادهها و کاربردهای فراوانی دارد. جالب است بدانید که فولادها انواع مختلفی دارند و میتوان با تغییرات زیادی در اندازه عناصر سازندهشان، انواع مختلفی از آنها را تولید کرد.
یکی از این نمونهها فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل (Stainless Steel) است. این نوع فولاد بخش عظیمی از خانوادهی فولادها را تشکیل میدهد که در آن حداقل 11 درصد کروم استفاده شده است. ما در این مقاله قصد داریم بیشتر راجع به فولاد زنگ نزن و ویژگیهای با شما صحبت کنیم.
پس برای اطلاعات بیشتر، با ادامه این مطلب همراه ما باشید.
همانطور که گفتیم، در ساخت فولاد زنگ نزن از 11 درصد کروم استفاده میشود. کروم یکی از مهمترین عناصریست که نه تنها در فولاد ضد زنگ، بلکه در بسیاری از محصولات فولادی دیگر هم استفادههای بسیار زیادی دارد. اما نقش و اهمیت وجود کروم در فولاد به قدری زیاد است که از آن به عنوان آلیاژ همهکاره در فولادها یاد میکنند.
چرا که این عنصر از ایجاد واکنش اکسیداسیون میان آهن و اکسیژن موجود در فولاد جلوگیری کرده و جلوی زنگزدگی و یا خوردگی آن را میگیرد. به همین دلیل است که در فولاد زنگ نزن میتوانیم شاهد وجود مقدار قابل توجهی کروم باشیم.
سایر عناصر موجود در فولاد زنگ نزن
با این که کروم به عنوان یک عنصر همهکاره در فولاد زنگ نزن، نقش بسیار مهمی ایفا میکند، اما عناصر دیگری هم وجود دارند که نقش مهمی در فولاد ضد زنگ ایفا میکنند. ممکن است برخی از این عناصر به صورت کاملا انتخابی یا اختیاری به ترکیبات اضافه شده و برخی دیگر، تا درصد بسیار کم، در آن وجود داشته باشند.
stainless steel alloy composition یا ترکیب آلیاژ فولاد ضد زنگ عبارتند از: آلومینیوم، کربن، نیوبیوم، گوگرد، مولیبدن، سیلیسیوم، سلنیوم، نیتروژن، نیکل، مس و فسفر.
معمولا بسته به نوع فولاد و ویژگی آن، تصمیم گرفته میشود که چقدر از این عناصر با چه درصدی در آن، استفاده شود.
بیشتر بخوانید : قیمت و خرید ورق گالوانیزه
خاصیت ضد زنگ، چگونه در فولاد به وجود میآید؟
در بالا به طور خلاصه به نقش بسیار مهم عنصر کروم در به وجود آمدن خاصیت ضد زنگ بودن فولاد زنگ نزن، اشاره کردیم. اما اگر بخواهیم به طور دقیق و کاملا علمی این موضوع را توضیح بدهیم باید به شکل گیری یک لایه اشاره کنیم. یعنی شکلگیری یک لایه نازک، چسبنده و غیر فعال به نام (Passive Film) که در اثر حضور کروم در روی سطح فولاد ضد زنگ ایجاد میشود.
با ایجاد شدن این لایه دیگر اکسیژن و آهن مجال اکسیداسیون پیدا نمیکنند و هیچ زنگ زدگی روی سطح فولاد ایجاد نمیشود. در واقع این لایه نقش یک نوع پوشش محافظ را در فولاد زنگ نزن ایفا میکند که آن را از هرگونه زنگ زدگی و خوردگی حفظ میکند.
همانطور که اشاره کردیم، معمولا میتوان با تغییر در ترکیبات عناصر مختلف تحولات زیادی در کیفیت محصولات فلزی و یا فولادی ایجاد کنیم. بدین معنا که با کم و زیاد کردن درصد عناصر میتوان به نتایج شگفتانگیزی رسید.
یکی از این موارد تغییر در ترکیب شیمایی آلیاژ فولاد ضد زنگ است که میتوان با تغییر عناصر آن، چنین ویژگی خارقالعادهای را افزایش داده و مقاومت بیشتری در برابر خوردگی و اکسیداسیون ایجاد کرد. برای این کار باید مقدار کروم به بیش از 11 درصد، نیکل بیش از 8 درصد رسیده و همچنین به ترکیب شیمیایی این آلیاژ عنصر مولیبدن هم اضافه شود.
مزایای استفاده از فولاد زنگ نزن
از آنجایی که فولاد ضد زنگ مقاومت بسیار بالایی در برابر اکسیداسیون و زنگزدگی دارد، میتواند برای بسیاری از صنایع مختلف مزایای بیشماری داشته باشد. در وهله اول باید بگوییم که هزینه نگهداری و تعمیر فولاد و یا هر آلیاژی که مقاومت بالایی در برابر زنگزدگی ندارد بسیار بالا است. چرا که باید اکسیداسیون ایجاد شده روی سطح فلزات توسط روشهای متعددی که برخی از آنها پر هزینه هم هستند، رفع شوند.
از طرفی دیگر، در برخی مواقع مانند استفاده در صنایع کشتیسازی و یا زیردریایی، باید از فلزات کاملا ضدزنگ استفاده شود. به همین دلیل، کاربرد چنین آلیاژی میتواند هم دوام بیشتری داشته باشد و هم هزینههای نگهداری را پایینتر بیاورد.
علاوه بر بحث مقاومت بالا در برابر رطوبت و یا زنگزدگی، فولاد زنگ نزن، استحکام و عمر بسیار بالایی نسبت به سایر فولادها و یا آلیاژها دارد. چرا که هیچ چیزی نمیتواند به جز بحث اکسیداسیون چنین فلز مستحکمی را از بین ببرد.
در نتیجه، زمانی که داخل فولاد مقدار قابل توجهی کروم استفاده میشود، چنین عنصری یک لایه کاملا محافظ در برابر خوردگی و زنگزدگی ایجاد کرده و هرگز اجازه آسیب رسیدن به فولاد را نمیدهد. در نتیجه، فولاد ضد زنگ دوام بسیار بالایی در برابر هر گونه آسیبی پیدا میکند. از این روی، میتوان شاهد استفاده از این فولاد در قالب، ورقهای فولادی، لولهها و یا میلههای ضد زنگ در صنایع مختلف بود.
کاربرد های فولاد زنگ نزن
چند نوع فولاد ضد زنگ وجود دارد؟
از آنجایی که فولاد یک آلیاژ است و تمام آلیاژها با تغییر عناصرشان میتوانند با یکدیگر متفاوت باشند، هر کدام از این محصولات هم ممکن است انواع مختلی داشته باشند. برای مثال، خود فولاد زنگ نزن هم انواع مختلفی داشته و بر اساس میزان عناصری که در آن استفاده شده، میتواند انواع مختلفی داشته باشد. در اینجا به چند نمونه از آن اشاره خواهیم کرد که این موارد به شرح ذیل هستند:
فولاد زنگ نزن فریتی
عناصر تشکیل دهنده فولاد زنگ نزن فریتی 10.5 تا 27 درصد کروم و کمتر از 0.5 درصد نیکل است. از آنجایی که ریز ساختار چنین فولادی از فاز فریت (a) تشکیل شده است، به آن فولاد زنگ نزن فریتی گفته میشود. این نوع فولاد ساختار کریستالی (BCC) دارد و با توجه به دماهای مختلف ساختار کریستالیاش میتواند به شکل ثابت باقی بماند.
چنین ساختاری خاصیت مغناطیسی ایجاد کرده و به نوعی حالت آهنربایی ایجاد میکند. به همین دلیل به فولاد فریتی، فولاد مغناطیسی هم گفته میشود.
نکتهای که راجع به این فولاد وجود دارد این است که نمیتوان به روش عملیات حرارتی استحکامش را بالا برد. از طرفی دیگر، استفاده از شیوه کار سختی هم نمیتواند تاثیر چندان زیادی در افزایش استحکام آن داشته باشد. اما وجود عنصر کروم در ساختار شیمیایی آن، باعث میشود تا مقاومت عالی در برابر خوردگی پیدا کند.
علاوه بر این، استفاده از عنصر مولیبدن در آن، مقاومت خزشی این فولاد را بیشتر میکند و باعث میشود استحکام بسیار زیادی در برابر اسیدها داشته باشند. به همین دلیل، از این نوع فولادها در صنایع پتروشیمی و همچنین پالایشگاهها به وفور استفاده میشود.
چرا که این نوع فولاد میتواند بهترین گزینه برای لولههای انتقال مواد نفتی باشد. ساخت وسایل کشاورزی، ساخت لوازم خانگی و اگزوز خودروها از دیگر مزایای استفاده از این نوع فولاد است.
فولاد زنگ نزن آستنیتی
یکی از اصلیترین عناصر فولاد زنگ نزن آستنیتی کروم، منگنز و نیکل است. مقدار این عناصر عبارتند از: 16 تا 20 درصد کروم و همچنین 7 تا 20 درصد نیکل. معمولا نیکل وظیفه پایدار کننده فاز را در این نوع فولاد بر عهده دارد. همین موضوع باعث میشود تا چنین فولادی در تمام دماها از فاز آستنیت با ساختار FCC تشکیل شود. از طرفی دیگر، نیتروژن و کربن هم تاثیر بسزایی در افزایش پایداری فاز آستنیت دارند.
یکی از ویژگیهای منحصر به فرد این نوع فولاد، استحکام بالای آن و مقاومت در برابر خوردگی و زنگزدگی است. این ویژگی به لطف وجود عنصر نیکل در فولاد زنگ نزن آستنیتی ایجاد میگردد. از روی، فولاد زنگ نزن آستنیتی یکی از بهترین گزینه برای ساخت لولههای انتقال مواد شیمیایی مخرب مانند اسید کریدریک (HCI)، اسید نیتریک (HNO3)، اسید سولفوریک (H2SO4) و همچنین ساخت کورههای حرارتی است.
در این فولاد هم قابلیت سختکاری به استفاده از عملیات حرارتی وجود ندارد. این موضوع به خاطر وجود نیکل بوده که در تمامی دماها تغییرناپذیر و پایدار است. از طرفی دیگر، فولاد زنگ نزن آستنیتی خاصیت مغناطیسی و یا آهنربایی ندارد.
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
عناصر مختلفی نظیر کروم، کربن و ترکیبات دیگر در فولاد زنگ نزن مارتنزیتی وجود دارد. مقدار کروم در فولاد زنگ نزن مارتنزیتی حدود 12 تا 17 درصد است. از آنجایی که این نوع فولادها به خاطر سریع سرد شدن از قسمت آستنیتی تولید میشوند، به آنها فولاد زنگ نزن مارتنزیتی میگویند.
مارتنزیتی
این نوع فولادها در میان خانوادههای فولادی ضد زنگ، بیشترین درصد کربن را دارند. از آنجایی که مقدار بیش از حد کربن در مرزدانهّهای فولاد، باعث تشکیل کاربید کروم میشود، همین موضوع آسیبپذیری فولاد را در برابر خوردگی میتواند افزایش بدهد.
به همین دلیل، در مقایسه با فولادهای آستنیتی و یا فریتی، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی از مقاومت چندان بالایی در برابر خوردگی برخوردار نیست. اما از این نوع فولادها برای ساخت انواع فنرها، قاشقها، کارد و… استفاده میشود که مقاومت خوبی در برابر سایش دارند.
ناگفته نماند که برای مقاومسازی این نوع فولاد میتوان از عملیات حرارتی و یا سایر فرایندها استفاده کرده و استحکام آن را بالاتر برد که در ادامه این مطلب، به فرایند مقاومسازی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی هم اشاره خواهیم کرد.
بیشتر بخوانید: ورق سیاه
دستهبندی فولاد زنگ نزن
تا اینجا خواندیم که میتوان از طریق تغییر در مقدار عناصر موجود در فولاد، تحول زیادی در ویژگی آن ایجاد کرد. در واقع عناصر مختلف تاثیر بسیار زیادی در ویژگی و کیفیت فولاد زنگ نزن داشته و میتواند نوع آن را تغییر بدهد. به همین دلیل است که حتی فولاد ضد زنگ هم تعداد و تنوع مختلفی دارد که در اینجا به آنها خواهیم پرداخت. اگر بخواهیم این فولادها را دستهبندی کنیم، باید به موارد زیر اشاره کنیم.
فلواد کروم دار
یکی از اولین فولادهای مارتنزیتی، فولاد کروم دار است که بیشترین استفاده را در میان فولادهای استنلس استیل یا ضد زنگ دارد. این نوع فولاد زنگ نزن به دلیل وجود کروم دارای مقاومت خزشی بالایی بوده و کاربردهای بسیار زیادی در صنایع مختلف دارد.
کروم
فولاد نیکل کروم دار
این محصول شباهت زیادی به فولاد کروم دار دارد، با این تفاوت که مقدار نیکل در آن، نسبتا بیشتر از کروم است. همین موضوع باعث میشود تا مقاومت فولاد در برابر خوردگی بسیار بالاتر برود. از این نوع فولاد استفادههای بسیار زیادی در ساخت توربینها میشود.
فولاد رسوب سخت شونده
استحکام این نوع فولاد بسیار بالا بوده و حتی در صنایع هوایی از آن استفادههای بسیار زیادی میشود. چرا که این نوع فولاد قابلیت مارتنزیتی و رسوب سختی شدن را با به طور همزمان باهم دارد.
فولاد مقاوم خزشی
بدون شک میتوان از نام این فولاد حدس زد که از مقاومت خزشی خوبی برخوردار بوده و در دمای بالا میتواند استحکام زیادی داشته باشد. این ویژگی معمولا با افزودن مقدار کمی نیوبیوم، وانادیم و کبالت امکانپذیر میشود.
عملیات مقاومسازی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
از آنجایی که این نوع فولاد پس از اتمام مراحل تولید، ساختار شکننده و یا ترد پیدا میکند، به همین دلیل باید توسط فرایند یک یا چند مرحلهای مقاومسازی شود. معمولا از عملیات حرارتی برای مقاومسازی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی استفاده میشود. از این نوع فرایند برای بهبود خواص مکانیکی و کیفیت ساختاری فولاد زنگ نزن مارتنزیتی مورد استفاده قرار میگیرد.
چرا که طی این فرایند، علاوه بر ارتقاء کیفی فولاد و بهبود خواص مکانیکیاش، سختی آن هم به خوبی حفظ میشود و تغییر پیدا نمیکند. معمولا عملیات حرارتی کار کاملا تخصصی است که باید توسط متخصصان این حوزه انجام شود و حتی تغییر کوچکی در درجه دمای سانتیگراد، ممکن است کل عملیات مقاومسازی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی را به هم بزند.
در چنین فرایندی، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی را تا رنج 980 الی 1050 درجه سانتیگراد حرارت داده تا باعث ایجاد ساختار FCC در این فولاد شوند. پس از حرارتدهی به فولاد زنگ نزن مارتنزیتی نوبت سرد شدن آن است. سرد شدن فولاد هم میتواند در هوا و هم در روغن انجام شود تا ساختار کریستالی BCT مارتنزیتی در آن شکل بگیرد.
پس از آن، برای ایجاد انعطافپذیری لازم در فولاد زنگ نزن مارتنزیتی، تمپر فولاد در دمای 315 درجه سانتیگرادی انجام میشود و برای ایجاد انعطافپذیری بیشتر میتوان دما را تا محدوده 590 الی 620 درجه سانتیگراد هم، افزایش داد. اما لازم به ذکر است که با افزایش انعطافپذیری فولاد، سختی آن هم کاهش پیدا خواهد کرد.
کلام آخر
همانطور که در این مقاله خواندید، فولادهای ضد زنگ نقش بسزایی در صنایع مختلف دارند. در اینجا سعی کردیم، فولاد زنگ نزن را به طور مفصل برایتان شرح داده و شما را با انواع مختلف آن آشنا کنیم.
هر کدام از انواع مختلف فولادهای ضد زنگ با تغییر عناصر مختلفشان ایجاد میشوند که چنین فرایندی را هم به طور کامل برایتان توضیح دادیم. با خواندن این مطلب شما به طور کامل با فولاد زنگ نزن، انواع آن و کاربردهایش آشنا خواهید شد.
منبع : ویکی پدیا