آهن زنگ‌نزن

ابسیاری از وسایلی که از جنس آهن ساخته می‌شوند، باید در برابر رطوبت مقاوم باشند، در غیر این صورت آهن به کار برده شده در آن‌ها به سرعت دچار اکسایش شده و مقاومت خود را از دست می‌دهد. آهن زنگ‌نزن، آلیاژهایی از فلز آهن است که برای حل این مشکل ساخته شده است.

آیا شما انواع این محصول پراستفاده را می‌شناسید؟ با روش‌ تولید آن آشنایی دارید؟ در ادامه قصد داریم به طور کامل این محصول را برای شما توضیح دهیم که دید کامل و وسیعی نسبت به این محصول پیدا کنید.

آهن زنگ‌نزن چیست؟

آهن زنگ‌نزن در واقع به فولادهایی گفته می‌شود که با افزودن عناصری خاص در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، مقاوم شده‌اند. آهن ضدزنگ که با نام استنلس‌استیل نیز شناخته می‌شود، در ترکیبات خود دارای حداقل 11% فلز کروم است. در واقع خاصیت ضدزنگ بودن فولاد به دلیل وجود این عنصر ایجاد می‌شود.

کروم موجود در آهن ضدزنگ، به سرعت با اکسیژن هوا وارد واکنش شده و یک لایه نازک از اکسید کروم بر روی فولاد ایجاد می‌کند. همین لایه نازک کافی است تا از رسیدن اکسیژن موجود در هوا به آهن جلوگیری شده و مانع زنگ‌زدگی آن شود.

مشخصات آهن زنگ‌نزن

همان‌طور که گفته شد فولاد ضدزنگ در واقع آلیاژی از آهن است که به دلیل وجود عناصری که در آن وجود دارد، دارای خواص ویژه‌ای است. از مهم‌ترین مشخصات این محصول می‌توان به وجود کروم در انواع آن اشاره کرد.

وجود کروم در این محصول، مهم‌ترین شاخص آن است، زیرا در صورت عدم وجود عنصر کروم، خاصیت ضدزنگ بودن خود را از دست خواهد داد. کروم موجود در این محصول با ایجاد پیوند بسیار سخت با لایه زیرین خود، مقاومت چشم‌گیری در برابر اکسیژن ایجاد کرده است. این مقاومت در برابر ورود اکسیژن، خواص ضد‌زنگ به این محصول بخشیده است. وجود عناصر دیگر مانند نیکل در این محصول، باعث افزایش مقاومت آن در برابر خاصیت خورندگی اسیدها نیز می‌شود.

روش‌های تولید آهن زنگ‌نزن

برای ساخت این محصول پرمصرف، باید یکسری فرآیندهای خاص پشت‌سر هم انجام ‌شوند تا محصول نهایی یعنی فولاد زنگ‌نزن تولید شود. در ادامه این مراحل را توضیح خواهیم داد.

• ذوب‌کردن مواد اولیه

در ابتدا مواد اولیه را درون یک کوره قوس الکتریکی ریخته و ذوب می‌کنند. این مواد شامل آهن، کروم، نیکل، منگنز، مولیبدن، مس، سیلیکون، گوگرد و کربن است، اما تمامی این عناصر در یک نوع آهن ضدزنگ وجود ندارد.

اصلی‌ترین مواد تشکیل‌دهنده این محصول (که در انواع مختلف آن مشترک می‌باشد) آهن و کروم است. در محاسبه میزان این موارد نباید هیچ اشتباهی پیش بیاید، زیرا می‌تواند سبب کاهش ویژگی‌های ممتاز این محصول شود. بعد از ذوب این مواد، با جداسازی ناخالصی‌ها، آن‌ها را راهی مرحله بعد فرآیند تولید می‌کنند.

• حذف کربن اضافی

در این مرحله باید کربن اضافی از ترکیبات این محصول حذف شود. برای این کار می‌توان از پردازش این ترکیب درون مبدل AOD (آرگون اکسیژن‌زدایی) استفاده کرد. در این مبدل با استفاده از تزریق مخلوط گاز اکسیژن و آرگون، کربن اضافی داخل این ترکیب را حذف می‌کنند.

• ریخته‌گری پیوسته و شکل‌گیری

در این مرحله با ریخته‌گری مواد مذاب و ریختن آن‌ در داخل قالب‌های مختلف، آهن ضدزنگ را در ابعاد و اشکال مختلف تولید می‌کنند.

• نورد گرم

برای شکل‌دهی مجدد آهن ضدزنگ، از این فرآیند استفاده می‌شود. در طی این مرحله، فولاد تا دمایی بالاتر از دمای تبلور آن، گرما داده شده تا نرم شود. سپس فولاد را از لابه‌لای غلتک‌های ویژه‌ای عبور می‌دهند که به ضخامت و ابعاد مورد نظر برسد و اینگونه به انعطاف‌پذیری، شکل‌پذیری و استحکام این محصول اضافه شود.

• نورد سرد

این روش نیز به منظور ایجاد خواص ویژه‌ای برای آلیاژ فولاد انجام می‌شود. برای این کار ابتدا به فولاد تا دمای زیر دمای تبلور گرما داده شده و سپس از غلتک‌های ویژه‌ای عبور می‌دهند. با انجام نورد سرد، خواص فیزیکی و سطحی فولاد افزایش می‌یابد.

• آنیل‌کردن

از آنیل‌کردن یا بازپخت برای افزایش شکل‌پذیری فولاد بهره می‌2برند. در این روش نیز از سرد و گرم کردن فولاد استفاده می‌شود. اما انجام این عمل، شرایط ویژه‌ای دارد که حتماً باید رعایت شود. 

• رسوب‌زدایی

بعد از تمام شدن مرحله آنیل‌کردن، اکسیدهای سطحی بر روی فولاد تشکیل می‌شود. برای از بین‌بردن این اکسیدهای سطحی، فولاد باید از مرحله رسوب‌زدایی عبور کند. این رسوبات تاثیرات منفی بر روی شکل و ظاهر فولاد گذاشته و بعضی خواص آن مانند انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهند، بنابراین حتماً باید این اکسیدها از بین برود.

• برش‌کاری و اتمام کار

در این مرحله، آهن ضدزنگ را در ابعاد مختلف برش می‌دهند و سپس با دستگاه‌های مناسبی سطح آن‌ها را صیقل داده تا آماده انجام پرداخت سطحی شوند. بعد از اتمام پرداخت سطحی، آهن زنگ‌نزن، سطحی صاف و درخشنده خواهد داشت که آن را مناسب استفاده در زمینه‌های مختلف می‌کند.

انواع آهن زنگ‌نزن

آهن ضدزنگ را براساس مواد و ترکیبات تشکیل‌دهنده آن، به چهار گروه مختلف تقسیم می‌کنند که در ادامه مطلب قصد داریم هر یک را به صورت کامل بررسی کنیم:

• مارتنزیتی (Martensitic)

این گروه از آلیاژهای آهن ضد زنگ، با ترکیب سه عنصر آهن، کروم و کربن ساخته شده‌اند. در ترکیبات این آلیاژ عنصر نیکل وجود ندارد، همین موضوع نیز باعث ضعف این آلیاژ در بعضی خواص شده است.

مارتنزیتی برابر خوردگی در سطح متوسطی قرار گرفته و در مقایسه با انواع دیگر فولاد، می‌توان گفت سطح مقاومت آن در برابر زنگ‌زدگی، پایین است. همچنین این آهن ضدزنگ از خاصیت شکل‌پذیری پایین برخوردار می باشد، اما می‌توان گفت استحکام، سختی و مقاومت در این نوع آهن ضدزنگ بسیار بالا است. علت آن هم وجود کروم 11 تا 18 درصدی در ترکیبات آن است. از این آلیاژ برای ساخت شیرآلات، فنرها و قاشق و چنگال استفاده می‌کنند.

• فریتی (Ferritic)

این استنلس‌استیل در ترکیبات خود، آهن، کروم و کربن دارد و ممکن است درصد ناچیزی نیکل در آن وجود داشته باشد. این فولاد خاصیت مغناطیسی داشته و در ساخت اگزوز خودرو، ظروف پخت و پز و لوازم خانگی کاربرد دارد. این فولاد به علت داشتن 11 تا 30 درصد نیکل، مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارد.

• آستنیتی (Austenitic)

می‌توان گفت این استنلس‌استیل، بیشترین تولیدات بازار را تشکیل می‌دهد. آستنیتی حدود 80 درصد تولیدات بازار جهانی را به خود اختصاص داده است. در ترکیات این آهن ضدزنگ 16 درصد کروم و حداقل 7 درصد نیکل به چشم می‌خورد که خواص ویژه آن را به وجود می‌آورد. این آلیاژ در دماهای بالا انعطاف‌پذیری خود را حفظ می‌کند. این فولاد برای ساخت سازه‌های دریایی و اتمسفری کاربرد فراوان دارد.

• آستنیتی- فریتی یا دو فازی (Duplex or ferritic-austenitic)

از نظر ساختار و خواص، می‌توان این آلیاژ را چیزی مابین آستنیتی و فریتی در نظر گرفت. این آلیاژ در مقایسه با آستنیتی در برابر ترک خوردگی، مقاومت بیشتری دارد.

همچنین مقاومت بیشتری به تمامی اشکال خوردگی از خود نشان می‌دهد. این آلیاژ از خاصیت مغناطیسی نیز برخوردار است، اما این خاصیت در مقایسه با فریتی کم‌تر است. این محصول قابلیت جوشکاری دارد و از شکل‌پذیری متوسطی برخوردار است.

• رسوب‌سختی (Precipitation-Hardening or PH)

برای ساخت قطعات هواپیماها و فضاپیماها از این فلز استفاده می‌کنند. زیرا علاوه بر عناصر یاد شده دارای میزانی مس، تیتانیوم و مولیبدن است که خواص آن را ارتقاء بخشیده‌اند. برای مثال این آلیاژ آهن، استحکام بالایی در دمای بالا از خود نشان داده و در برابر خوردگی مقاومت قابل توجهی دارد.

مزایا و معایب آهن زنگ نزن

مزایای این محصول را می‌توان در قالب موارد زیر بیان کرد:

• مقاومت گرمایی بالا
• انعطاف‌پذیری بسیار
• استحکام و سختی بالا
• ظاهری شفاف
• نگهداری آسان
• عدم نیاز به پوشش برای جلوگیری از زنگ‌زدن
• مقاوم در برابر خوردگی اسیدها
• مقاومت بالا در برابر زنگ‌زدگی
• قابل بازیافت بودن

اگرچه استنلس‌استیل دارای مزایای بسیاری است، اما معایبی نیز دارد که به شرح زیر است:

• این محصول دارای نقطه ذوب بالایی می باشد، بنابراین جوشکاری آن کمی دشوار است.
• مراحل تولید آن کمی پیچیده و سخت است.
• نوسانات قیمت آن در بازار خرید و فروش زیاد است.
• این محصول گرد و غبار را به خود جذب می‌کند و کوچک‌ترین لکه بر روی آن قابل مشاهده است، اما در مقابل باید بیان کنیم این محصول به راحتی تمیز می‌شود.
• انعطاف‌پذیری آهن ضدزنگ نسبت به فولاد معمولی کم‌تر است.

کاربردهای آهن زنگ نزن

از عرضه آهن ضدزنگ به بازار، تقریبا یک قرن می‌گذرد. این محصول از همان ابتدا به دلیل ویژگی‌های خاص و مفید، مورد توجه بسیاری از صنایع قرار گرفت. در ادامه به کاربردهای این آلیاژ گران‌بها خواهیم پرداخت.

• صنایع غذایی

آهن ضدزنگ یک انتخاب بسیار مناسب برای ساخت ظروف نگهداری غذا است. زیرا از طرفی دچار زنگ‌زدگی نمی‌شود و از طرف دیگر با غذاهای اسیدی وارد واکنش نشده و از تغییر طعم و رنگ غذا جلوگیری می‌کند.

• لوازم خانه و آشپزخانه

از آهن زنگ‌نزن برای ساخت ظروف پخت و پز مانند قابلمه، کباب پز و غیره استفاده می‌شود. همچنین برای ساخت بدنه لوازم آشپزخانه مانند اجاق گاز، یخچال، ماشین لباسشویی و ظرفشویی از این محصول بی‌نظیر استفاده می‌کنند.

• صنایع ساختمانی

در ساختمان‌سازی‌های نوین، از این محصول به عنوان مصالحی برای ساخت نماهای ساختمان استفاده می‌شود. البته لازم به ذکر است، از این محصول در معماری‌های داخلی ساختمان نیز استفاده می‌کنند. به عنوان مثال بسیاری از نرده‌های کنار پله‌ها یا نرده‌های بالکن‌ها از جنس آهن ضدزنگ هستند.

• خودروسازی

اولین بار شرکت خودروسازی فورد، در سال 1930 از این محصول برای ساخت بخش‌های مختلف خودرو استفاده کرد و بعد از آن، خودروسازی‌های دیگر نیز به این کار روی آوردند. از آهن زنگ‌نزن برای ساخت بخش‌هایی مانند اگزوز خودرو و بخش‌های تزئینی آن استفاده می‌شود.

• صنایع حمل و نقل

بیش‌تر وسایل حمل و نقل مانند قطارها و کشتی‌ها از این فولاد ساخته می‌شوند. زیرا استفاده از آهنگ ضدزنگ باعث صرفه‌جویی در فلزات مورد استفاده برای ساخت می‌شود.

این محصول برای ساخت کانتینرهای حمل سوخت، مواد شیمیایی، محصولات غذایی و … بسیار مناسب است. زیرا این فلز در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد.

• کاردهای پزشکی آهن ضدزنگ

مهم‌ترین بحث در حوزه پزشکی، استریل‌کردن وسایل است. بنابراین آهن ضدزنگ می‌تواند یک انتخاب بسیار مناسب در این حوزه باشد. آهن ضدزنگ به علت نوع ساخت و خواصی که دارد، به راحتی عاری از هر نوع باکتری شده و اصطلاحاً استریل می‌شود.

همچنین خاصیت ضدزنگ بودن این محصول آن را به یک انتخاب ایده‌آل برای ساخت وسایل پزشکی مانند وسایل جراحی و دندان‌پزشکی تبدیل کرده است. اسکنرهای ام آر آی و سی‌تی‌اسکن نیز از جنس این آهن هستند.

کلام پایانی

اگر کمی بادقت به اطراف خود نگاه کنید، محصولات فراوانی را می‌بینید که با استفاده از آهن ضدزنگ تولید شده‌اند. بنابراین می‌توان گفت کشف این آلیاژ، یک دستاورد بسیار مهم در جهان است که به وسیله آن بسیاری از مشکلات در تولیدات محصولات مختلف رفع شده است.

این محصول با خاصیت ضدزنگ بودن، یکی از مهم‌ترین مشکلات استفاده از فولاد را حل کرده و باعث شده است بتوانیم از فولاد که محکم‌ترین آلیاژ شناخته شده است، برای ساخت تمامی محصولات استفاده کنیم. البته این محصول در کنار مزایای بسیار، معایبی نیز دارد. اما فواید و مزایای آن به قدری زیاد است که مصرف‌کنندگان از معایب آن صرف نظر کرده‌اند.