آنچه در این مقاله میخوانید:
فولاد زنگ نزن از جمله آلیاژ‌هایی است که با استفاده از آهن تهیه شده و در برابر پوسیدگی، زنگ زدگی و خوردگی مقاومت بسیار بالایی دارد. همچنین در برابر حرارت بالا نیز مقاوم است. برای تولید این محصول از 10.5% کروم استفاده می‌شود و در کنار آن، حاوی فلزات و عناصر دیگری هم هست که در ادامه به این موضوع می‌پردازیم.
فولاد زنگ نزن چه مشخصاتی دارد؟
فولاد ضدزنگ محصولی است که از ترکیب چند عنصر و آلیاژ به دست می‌آید و کروم و آهن مهم‌ترین عناصر به کار رفته در آن هستند. نیکل، منیزیم، نیتروژن و مولیبدن نیز دیگر عناصری هستند که برای تولید این فلز به کار می‌رود. از این محصول در جاهایی که با رطوبت و آب سر و کار دارد، استفاده می‌شود. به فولاد ضد زنگ، استنلس استیل هم می گویند که در ساخت لوازم خانگی، خودروسازی، کشتی‌سازی، صنایع آزمایشگاهی و … کاربرد زیادی دارد.
از جمله مشخصات این محصول می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فولاد ضدزنگ به طور کامل قابلیت بازیافت دارد.
- نیمی از فولاد زنگ نزن با استفاده از بازیافت‌های ذوب شده تهیه می‌شود که هزینه تولید تا حد زیادی کاهش می‌یابد.
- از این محصول برای تزئینات، لوازم خانگی و … استفاده می‌شود.
پیشنهاد به مطالعه بیشتر: آهن زنگ نزن چیست؟
تاریخچه
فولاد ضد زنگ برای اولین بار در سال 1913 کشف شد. برای تولید این فلز، 12.8% کروم را به آهن اضافه کردند تا آلیاژی مقاوم در برابر پوسیدگی تهیه کنند. عنصر کروم در برابر خوردگی مقاومت بسیار بالایی دارد؛ با این حال مقاومت چندانی در برابر ضربه ندارد. اما وقتی با فولاد ترکیب می‌شود، مقاومت کروم در برابر پوسیدگی با مقاومت آهن در برابر ضربه به تعادل می‌رسد.
البته در سال‌های بعد تلاش‌های بیشتری برای تولید فولاد زنگ نزن صورت گرفت تا محصول بهتری بدست آید. در نهایت در سال 1930 یک فلز با ترکیبات فولاد آستنیتی و فریتی بدست آمد که مقاومت، صافی و زیبایی ظاهری بیشتری داشت.
روش تولید فولاد ضد زنگ استیل چگونه است؟
روش تولید فولاد ضد زنگ به دو صورت است؛ در یکی از این روش‌ها ابتدا قطعات فلزی خام را چکش‌کاری و سپس به هم متصل می‌کنند. در روش نورد گرم (روشی برای تولید ورق گرم) فولاد را مذاب و سایر عناصر را به آن اضافه می‌کنند. هر یک از این روش‌ها محصولاتی را تولید می‌کنند که کاربرد متفاوتی دارند.
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این محصول، مقاومت آن در برابر زنگ زدن است. وقتی فلزاتی مثل فولاد در مجاورت اکسیژن و رطوبت قرار می‌گیرند، به مرور زمان اکسید شده و دچار پوسیدگی می‌شوند؛ اما فولاد ضدزنگ چنین ویژگی ندارد. از سوی دیگر ظاهر فلز استیل بسیار براق و به رنگ نقره‌ای است.
زیبایی و ظاهر این محصول، آن را برای تولید لوازم خانگی بسیار پرکاربرد کرده است.
فولاد ضد زنگ از چه فلزاتی تشکیل شده است؟
همانطور که پیش از این نیز گفتیم، برای تولید استیل ضد زنگ از 10% کروم استفاده می‌شود؛ اما این کافی نیست و از فلزات دیگری هم در تولید این محصول استفاده می‌کنند که شامل نیکل، سیلیکون، کربن، گوگرد، منگنز، مولیبدن و فلز مس می‌شود.
برای تولید فلز فولاد زنگ نزن، تمامی مراحل ترکیب عناصر اندازه‌گیری و ارزیابی می‌شود. کم یا زیاد شدن هر یک از این مواد می‌تواند روی کیفیت محصول تاثیرگذار باشد. در نهایت استیل وارد مرحله کنترل کیفی می‌شود.
دلایل استفاده از تمامی فلزات و عناصری که برای تولید فولاد ضدزنگ کاربرد دارند، عبارت است از:
- افزایش مقاومت فولاد استیل در برابر پوسیدگی
- افزایش مقاومت استیل در برابر دمای بالا و دمای پایین
- قابلیت جوشکاری آسان
- ایجاد قابلیت شکل‌پذیری در فلز
- کنترل مغناطیس
این محصول ظاهر زیبا، مقاومت بالا در برابر خوردگی، پوسیدگی و زنگ را دارد. به همین دلیل از آن برای مصارف زیادی استفاده می‌شود؛ به عنوان مثال برای تولید اگزوز خودرو که در معرض پوسیدگی قرار دارد، از فلز استیل استفاده می‌کنند.
انواع فولاد ضد زنگ
استیل یا فلز زنگ نزن براساس ترکیبات متالوژیکی و شیمیایی به 5 نوع تقسیم می‌شود که عبارتند از:
- فریتی (Ferritic)
- آستنیتی (Austenitic)
- مارتنزیتی (Martensitic)
- رسوب سختی (Precipitation-Hardening or PH)
- آستنیتی ـ فریتی یا دو فازی (Duplex or ferritic-austenitic)
استیل فریتی (Ferritic)
یکی از انواع فلزات ضد زنگ به فریتی معروف است که برای تولید آن از مقدار بیشتری عنصر کروم استفاده می‌شود؛ به طوری که حاوی 11 تا 30% کروم است. البته برای تولید فلز فریتی از مقدار کمتری نیکل استفاده می‌شود و در مواردی هم ممکن است فاقد نیکل باشد. از نظر ساختار کریستالی این محصول از فولاد نوع Bcc محسوب می‌شود.
این آلیاژ ویژگی مغناطیسی دارد و حرارت‌پذیر نیست. از ویژگی‌های فلز فریتی باید به مقاومت بالای آن در برابر رطوبت اشاره کنیم. این محصول در برابر کلراید نیز از مقاومت بالایی برخوردار است؛ اما در دمای پایین مقاومت آن بسیار کم است. از این محصول برای تولید اگزوز خودروها و تولید لوازم پخت و پز منزل استفاده می‌شود.
فلز آستنیتی (Austenitic)
این فولاد هم حاوی مقدار زیادی کروم (16%) و مقدار کمی نیکل (حداقل 7%) است. فلز آستنیتی بیشترین مصرف را در بین فولادهای ضدزنگ به خود اختصاص داده است؛ به طوری که 80% از مصرف فلزات زنگ نزن را شامل می‌شود. از آنجایی که برای تولید این فولاد زنگ نزن از مقدار زیادی نیکل استفاده می‌شود، در دمای بالا مقاومت و انعطاف‌پذیری بالایی دارد.
از ویژگی‌های دیگر فولاد آستنیتی باید به جوش‌پذیری آن اشاره کنیم. این استیل را می‌توان در محیط دریا و یا محیط‌های اتمسفری به راحتی استفاده کرد. میزان مقاومت آن در برابر پوسیدگی بالاست و نوعی فلز غیرمغناطیسی محسوب می‌شود. از سوی دیگر با عملیات نورد سرد (روشی برای تولید ورق سرد) سختی و استحکام بالایی پیدا می‌کند.
از آنجایی که در فولاد آستنیتی از نیکل استفاده می‌شود، در دمای پایین شکننده نیست و مقاومت بالایی دارد. همین ویژگی باعث می‌شود تا از این فولاد ضدزنگ برای مواردی که با محیط سرد سر و کار دارند، استفاده شود. برای اینکه مقاومت این فلز در برابر زنگ زدگی افزایش یابد، از مقداری تیتانیوم یا مس و مولیبدن نیز در آن استفاده می‌کنند. در این صورت به آن استیل استنلس یا 304 هم می‌گویند که عدد 18.8 روی آن هک می‌شود. این عدد یعنی 18% کروم و 8% نیکل در استیل استفاده شده است.
فولاد ضد زنگ آستنیتی خود شامل سه نوع فلز استیل است که عبارتند از:
- استیل 300: کرم و نیکل معمولی
- استیل 200 یا ازت: منگنز، کروم و نیکل
- استیل 304 یا استنلس: مس، مولیبدن، نیکل و کروم
از فولاد زنگ نزن آستنیتی در گذشته برای تولید لوازم خانگی استفاده می‌شد. در حال حاضر نیز از آن برای تولید شیرآلات، سینک ظرفشویی و برخی دیگر از وسایل منزل استفاده می‌کنند. همچنین در ساخت مخازن شیمیایی، تجهیزات کوره، تجهیزات راه‌آهن، سیستم‌های گرمایشی و مبدل‌های حرارتی، صنعت ساختمان‌سازی، صنعت هوانوردی، دیگ بخار و قطعات الکترونیکی کاربرد دارد.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic)
یکی دیگر از انواع فولاد زنگ نزن با استفاده از آهن، کربن و کروم تهیه می‌شود. این محصول نه تنها در برابر پوسیدگی و زنگ، بلکه حتی در برابر حرارت بالا نیز مقاومت زیادی دارد. برای تولید فولاد مارتنزیتی از نیکل استفاده نمی‌شود و برای سخت‌تر شدن ساختار آن از روش حرارتی استفاده می‌کنند.
برای تولید فولاد مارتنزیتی از 11 تا 18% کروم و 1% کربن استفاده می‌شود. میزان استحکام و سختی این محصول نسبت به سایر استیل‌ها بالاتر بوده و انعطاف‌پذیری بالایی نیز دارد. از نظر مقاومت در برابر خوردگی و زنگ در حد متوسط است و نسبت به سایر فلزات در برابر پوسیدگی مقاومت کمتری دارد.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی از نوع مغناطیسی است و جوش‌پذیری پایینی دارد. از این محصول برای تولید شیرآلات، فنر، قاشق و چنگال و … استفاده می‌شود.
فلز زنگ نزن رسوب سختی
نوع دیگری از فلزات مقاوم در برابر زنگ زدگی، رسوب سختی (Precipitation-Hardening or PH) نام دارد. این محصول را با ترکیب کروم، نیکل، مقداری مولیبدن، تیتانیوم و مس تهیه می‌کنند. از جمله ویژگی‌های رسوب سختی باید به مقاومت و استحکام در برابر حرارت و زنگ زدگی اشاره کنیم. همچنین این نوع فلز انعطاف‌پذیری بالایی نیز دارد.
برای اینکه رسوب سختی مقاومت بالایی پیدا کند، از مقداری آلومینیوم، نیوبیوم و مس در آلیاژ آن استفاده می‌کنند. می‌توان گفت که این فلز از جهت مقاومت در برابر پوسیدگی با استیل 304 برابری می‌کند. از این نوع فلز زنگ نزن برای تولید قطعات هواپیما و قطعات فضایی استفاده می‌کنند.
فولاد آستنیتی ـ فریتی یا دو فازی
آخرین نوع فولادضدزنگ، آستنیتی ـ فریتی یا 2 فازی (Duplex or ferritic-austenitic) نام دارد. این محصول ویژگی‌های فلز فریت و آستنیتی را با هم دارد. برای تولید آن از 50% فرتیک و 50% آستنیتیک استفاده می‌شود؛ اما نسبت به فلز آستنیت مقاومت بیشتری در برابر پوسیدگی و ترک خوردگی دارد.
این فلز در برابر خوردگی و پوسیدگی نیز بسیار مقاوم است و نسبت به فریتی ویژگی مغناطیسی کمتری دارد. همچنین قابلیت شکل‌پذیری متوسط و جوش‌پذیری دارد. از آن برای تولید کارگاه‌های عملیات آبی و قطعات مبدل حرارتی استفاده می‌کنند.
فولاد ضد زنگ از چه فلزاتی تشکیل شده است؟
کروم و آهن اصلی‌ترین عناصر برای تولید فلزات ضدزنگ هستند؛ البته مقدار ترکیبات عناصر در هر یک از انواع فلز زنگ نزن متفاوت است که پیش‌تر به آن پرداختیم. برای افزایش پایداری در فلز از کروم، نیکل و کربن (Fe-Cr-Ni-C) استفاده می‌کنند.
وقتی مقداری نیکل به فلز اضافه می‌کنند، آهن در برابر خوردگی مقاومت بالایی پیدا می‌کند؛ البته هر چه مقدار نیکل بالاتر رود، فلز نیز قیمت بالاتری خواهد داشت. نیکل انعطاف‌پذیری و شکل پذیری فلز را نیز بیشتر می‌کند. مولیبدن را برای افزایش مقاومت به خوردگی در برابر یون‌های کلر اضافه می‌کنند. آلومینیوم هم فلزی است که برای افزایش مقاومت به پوسته شدن در دمای بالا به این فلز استفاده می‌شود.
یکی دیگر از ترکیبات موجود در فلزات ضدزنگ، کروم است که برای جلوگیری از زنگ زدگی و پوسیدگی در فلزات ضدزنگ کاربرد دارد.
کاربرد فولاد ضد زنگ
کاربرد فلز ضدزنگ بسیار متنوع است و هر یک از انواع آن براساس ترکیبات و ویژگی‌هایی که دارد، برای موارد متعددی استفاده می‌شود. این محصول در تولید لوازم خانگی، ساختمان‌سازی، صنایع هوا و فضا، تولید خودرو و …. استفاده می‌شود. به طور کلی کاربردهای فولاد ضدزنگ عبارت است از:
تولید لوازم منزل
یکی از عمده‌ترین کاربردهای این فلز در تولید لوازم خانگی است؛ به طوری که برای ساخت قابلمه و وسایل آشپزی، کارد و چنگال، ظروف غذاخوری، اجاق گاز، باربیکیو و حتی مبلمان منزل از آن استفاده می‌کنند.
استفاده برای مصارف شهری
از دیگر کاربردهای فولاد ضد زنگ برای نمای ساختمان، آسانسور و پله برقی، مترو و زیرساخت‌های ایستگاه است.
فولاد ضد زنگ برای صنایع
کاربرد دیگر فولاد زنگ نزن برای تجهیزات و کارگاه‌های صنعتی است. برای مثال می‌توان به قطعات موتور خودرو و هواپیما اشاره کنیم که به طور کامل با استفاده از این فلزات تهیه می‌شوند. همچنین برای تجهیزات کارخانه‌های موادغذایی و دارویی و یا ساخت تانکرهای سوخت و شیمیایی نیز استفاده می‌شود.
تولید ابزار جراحی و تجهیزات پزشکی
از دیگر کاربردهایی فولاد ضدزنگ باید به استفاده در صنایع پزشکی اشاره کنیم. این محصول بهداشتی است و به راحتی می‌توان آن را شستشو داد، بدون اینکه پوسیده شود یا زنگ بزند. از مقاومت بالایی نیز برخوردار است. برای تولید قیف قرص، محلول‌های لوله‌کشی و … از فلزات ضد زنگ استفاده می‌کنند.
کاربرد در صنایع خودرو سازی
در ساخت برخی از قطعات خودرو مثل سیستم اگزوز و مبدل کانالیزوری از فولاد ضدزنگ استفاده می‌کنند. در ساخت موتور سیکلت نیز این محصول کاربرد زیادی دارد.
سایر کاربردهای فولاد زنگ نزن شامل استفاده در صنایع شیمیایی، فرآوری نفت و گاز مثل مخازن، لوله‌ها، پمپ و شیرآلات است. از دیگر کاربردهای آن باید به ساخت تجهیزات برای تولید برق اشاره کنیم. به طوری که در تولید توربین‌های گاز و بخار از این فلزات استفاده می‌کنند.
و در پایان
در اینجا سعی کردیم ضمن معرفی مشخصات و ویژگی‌های فلز ضد زنگ، شما را با انواع مختلف این فلز آشنا کنیم. تمامی انواع فولاد زنگ نزن در ترکیبات و عناصر با هم متفاوت هستند. ضمن اینکه میزان مقاومت آن‌ها در برابر پوسیدگی، خمیدگی، مغناطیسی بودن و … نیز با هم تفاوت دارد.
کاربرد این نوع فلز هم برحسب نوع فولاد مشخص می‌شود. امیدواریم در این مطلب توانسته باشیم به سوالات شما پاسخ کاملی داده باشیم. سوالات و نظرات خود را پایین همین مقاله و در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید تا کارشناسان گروه فولادیار کوروش در اسرع وقت به شما پاسخ دهند.