آهن زنگ نزن

بسیاری 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 زنگ نزن، 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 بری شما توضیح دهیم که دید کامل و وسیعی نسبت به این محصول پیدا کنید.

آهن زنگ نزن چیست؟

آهن زنگ نزن در واقع به فولادهایی گفته می‌شود که با افزودن عناصری خاص در برابر خوردگی و زنگ زدگی، مقاوم شده‌اند. آهن ضد زنگ که با نام استنلس استیل نیز شناخته می‌شود، در ترکیبات خود دارای حداقل 11% فلز کروم است. در واقع خاصیت ضد زنگ بودن فولاد به دلیل وجود این عنصر ایجاد می‌شود.

کروم موجود در آهن ضد زنگ، 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 زنگ زدگی آن شود.

مشخصات آهن زنگ نزن

همان طور که گفته شد فولاد ضد زنگ در واقع آلیاژی از آهن است و به دلیل عناصر دیگری 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 شاخصه آن است، زیرا در صورت نبود عنصر کروم، ضد زنگ بودن فولاد بی‌معنا خواهد شد. کروم موجود در این محصول با ایجاد پیوند بسیار سخت با لایه زیرین خود، مقاومت چشم گیری در برابر اکسیژن ایجاد کرده است. این مقاومت در برابر ورود اکسیژن، خواص ضد زنگ به این محصول بخشیده است. وجود عناصر دیگر مانند نیکل در این محصول، باعث شده مقاومت آن در برابر خاصیت خورندگی اسیدها نیز افزایش یابد.

روش های تولید آهن زنگ نزن

برای ساخت این محصول پر مصرف، باید یک سری فرآیندهای خاص پشت سر هم انجام ‌شوند تا محصول نهایی یعنی فولاد زنگ نزن تولید شود. در ادامه این مراحل را توضیح خواهیم داد.

• ذوب کردن 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 ضد زنگ وجود ندارد.

اصلی‌ترین مواد تشکیل دهنده این محصول (که در انواع مختلف آن مشترک می باشد) 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 اکسیژن زدایی) استفاده کرد. در این مبدل با استفاده از تزریق مخلوط گاز اکسیژن و آرگون، کربن اضافی داخل این ترکیب را حذف می‌کنند.

• ریخته گری پیوسته و شکل گیری

در این مرحله با ریخته گری مواد مذاب و ریختن آن‌ در داخل قالب‌های مختلف، آهن ضد زنگ را در ابعاد و اشکال مختلف تولید می‌کنند.

• نورد گرم

برای شکل‌دهی مجدد آهن ضد زنگ، 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 انعطاف پذیری، شکل پذیری 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.

• آنیل کردن

از آنیل کردن یا بازپخت برای افزایش شکل پذیری فولاد بهره می برند. در این روش نیز از سرد و گرم کردن فولاد استفاده می‌شود. اما انجام این عمل، شرایط ویژه‌ای دارد که حتماً باید رعایت شود. شرکت فولادیار کوروش یکی از آن شرکت‌هایی است که تمامی استاندارهای لازم در تولید محصولات فولادی را رعایت می‌کند.

• رسوب زدایی

بعد از تمام شدن مرحله آنیل کردن، اکسیدهای سطحی بر روی فولاد تشکیل می‌شود. برای از بین بردن 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 انعطاف پذیری را کاهش می‌دهند؛ بنابراین حتماً باید این اکسیدها را از بین برد.

• برش کاری و اتمام کار

در این مرحله، آهن ضد زنگ 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 زنگ نزن، سطحی صاف و درخشنده خواهد داشت که آن را مناسب استفاده در زمینه‌های مختلف می‌کند.

انواع آهن زنگ نزن

آهن ضد زنگ را براساس مواد و ترکیبات تشکیل دهنده 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 زنگ زدگی، پایین است. همچنین این آهن ضد زنگ از خاصیت شکل پذیری پایین برخوردار می باشد، اما می‌توان گفت استحکام، سختی و مقاومت در این نوع آهن ضد زنگ 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 استنلس استیل 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 استنلس استیل، بیشترین تولیدات بازار را تشکیل می‌دهد. آستنیتی حدود 80 درصد تولیدات بازار جهانی را به خود اختصاص داده است. در ترکیات این آهن ضد زنگ 16 درصد کروم و حداقل 7 درصد نیکل به چشم می‌خورد که خواص ویژه آن را به وجود می‌آورد. این آلیاژ در دماهای بالا انعطاف پذیری 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 شکل پذیری متوسطی برخوردار است.

• رسوب سختی (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
• انعطاف پذیری بسیار
• استحکام و سختی بالا
• ظاهری شفاف
• نگهداری آسان
• عدم نیاز به پوشش برای جلوگیری از زنگ زدن
• مقاوم در برابر خوردگی اسیدها
• مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی
• قابل بازیافت بودن

اگرچه استنلس استیل دارای مزایای بسیاری است، اما معایبی نیز دارد که به شرح زیر هستند:

• 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.
• انعطاف پذیری آهن ضد زنگ نسبت به فولاد معمولی کم‌تر است.

کاربردهای آهن زنگ نزن

از عرضه آهن ضد زنگ 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 ضد زنگ یک انتخاب بسیار مناسب برای ساخت ظروف نگهداری غذا است. زیرا از طرفی دچار زنگ زدگی 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 زنگ نزن 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 ساختمان سازی‌های 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 ضد زنگ 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 زنگ نزن 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 ضد زنگ باعث صرفه جویی 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 زنگ زدگی و خوردگی مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد.

• کاردهای پزشکی آهن ضد زنگ

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

همچنین خاصیت ضد زنگ بودن این محصول آن را به یک انتخاب ایده‌آل برای ساخت وسایل پزشکی مانند وسایل جراحی و دندان پزشکی تبدیل کرده است. اسکنرهای ام آر آی و سی تی اسکن 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 ضد زنگ 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 ضد زنگ 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 مصرف کنندگان از معایب آن صرف نظر کرده‌اند.