فولاد ضد زنگ چیست؟
فولاد ضد زنگ به گروهی از آلیاژها با پایه آهنی گفته می‌شود که حاوی حداقل 11 درصد کروم میباشد. کروم عنصری است که با تشکیل یک لایه اکسید کروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ میکند.هنگامی که فولاد ضد زنگ بریده یا خراش داده می‌شود، کروم موجود در سطح سریعاً اکسید می‌شود و اکسید ناحیه صدمه دیده را ترمیم میکند. به دلیل همین خاصیت است که فولاد را بدون زنگ (Stainless) می‌نامند.اولین فولاد ضد زنگ به صورت آلیاژ، مارتنزیتی Fe-Cr-C توسط دانشمند انگلیسی به نام هاری بررلی در 1912 تهیه گردید. اولین ریخته‌گری تجارتی فولاد ضد زنگ در سال 1913 در شفیلد انگلستان انجام شد و حق ثبت آمریکایی جهت این اختراع در سال 1916 به آقای هاری بررلی اهدا گردید.
بجز کروم، در گرید های مختلف فولاد ضد زنگ ( استیل ) عناصری مانند
کربن
مولیبدن
نیتروژن
آلومینیوم
سیلیسیوم
فسفر
گوگرد
مس
نیکل
سلنیوم
نیوبیوم
نیز وجود دارد. این عناصر با توجه به خاصیت های مکانیکی مورد نیاز محصول نهایی به ترکیب فولاد افزوده می شود.
انواع فولاد زنگ نزن
فولاد زنگ نزن فریتی
فولادهای زنگ نزن فریتی، فولادهایی با 10/5 تا 27 درصد کروم و کمتر از 0.5 درصد نیکل هستند. ریزساختار این فولادها از فاز فریت (α) تشکیل شده که ساختار کریستالی همانند (BCC) دارند. با توجه به درصد بالای کروم، معمولا در دماهای متفاوت ساختار کریستالی به همین صورت باقی می ماند. ساختار BCC خاصیت آهنربا شدن دارد و می تواند آهنربا را جذب کند. به همین دلیل این فولادها مغناطیسی هستند.
این فولادها، قابلیت استحکام بخشی با استفاده از روش های عملیات حرارتی را ندارند. هم چنین استحکام بخشی آن ها با استفاده از روش کار سختی نیز تاثیر چندانی در افزایش استحکام آن ها نخواهد داشت.
کروم عنصری است که نقش بسیار مهمی را در افزایش مقاومت خوردگی این فولادها ایفا می کند. این عنصر در کنارعنصر مولیبدن، ترکیبی مقاوم در برابر خزش، خوردگی تنشی و خوردگی در برابر اسیدها به وجود می آورد. به خاطر همین ویژگی از فولادهای فریتی در پالایشگاه ها و پتروشیمی ها به عنوان لوله های انتقال مواد نفتی استفاده می شود. علاوه بر این، از این نوع فولاد در ساخت اگزوز خودروها، وسایل کشاورزی و لوازم خانگی استفاده میکنند.
فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولادهای ضد زنگ آستنیتی، حاوی عناصر آلیاژی نیکل، منگنز و کروم میباشد. معمولا این فولادها حاوی 16-20% کروم و 7-20% نیکل هستند. نیکل پایدارکننده فاز است. به همین دلیل این فولادها در تمامی دماها از فاز آستنیت با ساختار FCC تشکیل شده اند. البته حضور کربن و نیتروژن کمک زیادی به افزایش پایداری فاز آستنیت می کند.
حضور نیکل مزایای زیادی برای فولادهای آستنیتی به وجود آورده است. حضور این آلیاژ باعث حفظ استحکام آلیاژ در دمای بالا می شود و مقاومت خوردگی آلیاژ را به مقدار زیادی افزایش می دهد. به همین دلیل از این آلیاژها در ساخت کوره های حرارتی ، لوله های انتقال مواد شیمیایی مثل اسید کریدریک (HCl)، سولوفوریک اسید (H2SO4)، اسید نیتریک (HNO3) و یا مبدل های حرارتی استفاده می شود.
این فولادها قابلیت سخت کاری با روش های عملیات حرارتی را ندارند. چرا که فاز نیکل در تمامی دماها پایدار و تغییرناپذیر است. هم چنین این فولادها خاصیت مغناطیسی ندارند.
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
این دسته از فولادها، آلیاژهایی بر پایه کربن و کروم بوده و در ساختار آن ها حدود 12-17% کروم مشاهده می شود. این فولادها در اثر سریع سرد کردن فولاد از ناحیه آستنیتی تولید می شوند و به همین دلیل به فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی معروف هستند.
فولادهای مارتنزیتی بیشترین درصد کربن را در بین آلیاژهای فولادی زنگ نزن دارند. حضور این مقدار کربن، باعث تشکیل کاربید کروم در مرزدانه های فولاد شده و تشکیل این فاز افزایش خوردگی را به دنبال دارد. به همین دلیل فولاد زنگ نزن مارتنزیتی بر خلاف نوع فریتی و آستنیتی مقاومت بالایی در برابر خوردگی ندارد. اما در مقابل، استحکام، سختی، چقرمگی و مقاومت خستگی بالا از نقاط قوت این فولادهاست. به همین دلیل از این فولادها در ساخت قاشق، کارد، فنرها، فولادهای ابزار و فولادهای مقاوم به سایش استفاده می شود.
آستنیتی- فریتی یا دو فازی
ترکیبی از فولادهای ضد زنگ فریت و آستنیتی می باشد؛ به عبارت دیگر دارای ریزساختاری است که از تقریبا ۵۰ درصد Ferritic و ۵۰ درصد Austenitic تشکیل شده و در مقایسه با آستنیت، مقاومت بیشتری در برابر ترک خوردگی– تنشی و خوردگی دارد. فولادهای دو فازی در مقایسه با فولادهای آستنیتی استحکام و مقاومت بیشتری به تمام اشکال خوردگی دارند. مغناطیسی بوده (اما نه به اندازه Ferritic)، قابل جوشکاری هستند و شکل‌پذیری متوسطی هم دارند. از موارد استفاده این نوع از فولاد زنگ نزن می‌توان به قطعات مبدل حرارتی و کارگا‌ه‌های عملیات آبی اشاره کرد.
سخت گردانی رسوبی
این فولادها حاوی کروم و نیکل، همراه با مس، آلومینیوم، تیتانیوم یا مولیبدن اند. مقاومت به خوردگی و انعطاف‌پذیری خوبی دارند و در دماهای بالا از استحکام زیاد برخوردارند.
کاربرد عمده آن‌ها در هواپیما و قطعات سازه‌ای فضایی است.
گوشه ای از کاربرد های فولاد زد زنگ
کاربرد فولاد زنگ نزن در معماری
فولادهای زنگ نزن آستنیتی به دلیل دوام عدم نیاز به مراقبت و نگهداری به طور فزاینده در معماری به کار می‌روند. از فولاد زنگ نزن با سطح بسیار نرم (dead soft) برای سقف‌ها و سطوح همتراز استفاده می شود چرا که این ماده به سهولت شکل می‌گیرد و از دوام خوبی نیز برخوردار است.
کاربرد فولاد زنگ نزن در سیستم های حمل و نقل
از فولادهای ضد زنگ جهت تزئینات داخلی اتومبیل‌ها در صنعت خودروسازی استفاده می‌گردد.
کاربرد فولاد زنگ نزن در مبلمان
ضعیف‌ترین شکل خوردگی در خانه‌ها و ادارات وجود دارد، اما فولاد زنگ نزن به علت مقاومت در برابر زنگ زدگی و هم چنین ظاهر زیبا و عدم نیاز به رنگ در طراحی مبلمان مورد توجه قرار گرفته است
