فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل از خانواده‌ی آلیاژهای پایه آهنی است که حداقل حدود 11 درصد کروم دارد. در حقیقت ترکیب این آلیاژ به صورتی است که آهن را از خوردگی محافظت می‌کند، در حالی که خواص مقاوم به حرارت نیز ایجاد می‌کند. انواع آلیاژهای زنگ نزن در مقدار کربن با یک دیگر تفاوت دارند که این مقدار کربن از 03/0 درصد تا بالاتر از 1 درصد می‌تواند باشد. هم چنین علاوه بر مقدار کربن می‌توانند در مقدار عناصر نیتروژن، آلومینیوم، سیلیسیم، گوگرد، تیتانیم، نیکل، مس، سلنیم، نایوبیم و مولیبدن نیز متفاوت باشند. انواع فولاد زنگ نزن معمولا با سه عدد اختصاری مشخص می‌شوند برای مثال فولاد زنگ نزن 304 یکی از پرکاربردترین انواع فولاد زنگ نزن است.
انواع فولاد ضد زنگ
همان طور که اشاره شد فولاد زنگ نزن گریدهای متعددی دارد اما به چهار خانواده‌ی اصلی تقسیم می‌شود که این تقسیم بندی بر اساس ساختار کریستالی است:
- فولاد زنگ نزن آستنیتی
- فولاد ضد رنگ فریتی
- فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
- فولاد ضد زنک دو فازی
فولاد ضد زنگ آستنیتی
فولاد زنگ نزن آستنیتی بزرگترین خانواده‌ی فولادهای زنگ نزن است که دو سوم محصولات فولاد زنگ نزن به این گروه اختصاص دارد. این گروه ریزساختار آستنیتی دارند، ساختار کریستالی آن مکعب مرکز پر fcc است. در ترکیب شیمیایی این آلیاژ عناصری نظیر نیکل و یا منگنز و نیتروژن وجود دارند. این عناصر پایدار کننده‌ی فاز آستنیت هستند و باعث می‌شوند تا فاز آستنیت در محدوده‌ی دمایی وسیع‌تری پایدار باشد. فولاد زنگ نزن آستنیتی تا زمانی که در تمام دماها ریز ساختار یکسانی داشته باشد، قابلیت سختی پذیری به وسیله‌ی عملیات حرارتی ندارد.
استحکام تسلیم این خانواده کم و در حدود 200 الی 300 مگاپاسکال است. همین امر باعث محدود شدن کاربردشان در سازه‌ها و قطعاتی که نیاز به تحمل نیرو دارند می‌شود. ازدیاد طول زیادی دارند که اجازه می‌دهد تا در فرآیندهای ساخت شکل پذیری خوبی داشته باشند. همچنین از طریق تمام روش‌ها قابلیت جوشکاری دارند و اغلب از روش جوش قوس الکتریکی جوشکاری می‌شوند. ورق‌های نازک و لوله‌های با قطر کم از جنش فولاد زنگ نزن آستنیتی می‌توانند به وسیله‌ی کار سرد استحکام دهی شوند.
فولاد ضد زنگ فریتی
ریزساختار این فولاد مانند فولادهای کربنی، فریت است. ساختار کریستالی فریت، مکعب مرکز پر bcc است. مقدار عنصر کروم در فولاد زنگ نزن فریتی بین 5/10 الی 27 درصد با مقدار بسیار کم نیکل و یا حتی بدون نیکل است. به علت افزودن کروم این ریزساختار در تمامی دماها پایدار است به طوری که قابلیت سختی پذیری به وسیله‌ی عملیات حرارتی را ندارند. همچنین قابلیت استحکام دهی به وسیله‌ی کار سرد را نیز ندارند. فولادهای زنگ نزن فریتی مغناطیسی هستند. به دلیل عدم وجود یا مقدار بسیار کم نیکل، نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی ارزان‌تر هستند و از این رو بیش‌تر قطعات فولادی از آن ساخته می‌شوند.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
فولادها زنگ نزن مارتنزیتی محدوده‌ی گسترده‌ای از خواص را دارند. این گروه فولاد دارای خاصیت مغناطیسی است. علاوه بر آن این فولاد به اندازه‌ی فولاد زنگ نزن آستنیتی و فریتی مقاومت به خوردگی ندارد زیرا در فولاد زنگ نزن مارتنزیتی مقدار کروم کم است.
فولاد ضد زنگ دو فازی
در این گروه از استنلس استیل ریزساختار ترکیبی از آستنیت و فریت است که نسبت ایده آل 50،50 است یعنی 50 درصد ریز ساختار فاز آستنیت و 50 درصد دیگر فاز فریت باشد. اما این نسبت برای آلیاژهای تجاری 40 به 60 است. یعنی 40 درصد آستنیت و 60 درصد فریت باشد. این فولادها مقدار بالاتری کروم در حدود 19 الی 32 درصد و هم چنین میزان بالاتری مولیبدن بالای 5 درصد و مقدار کم‌تری نیکل نسبت به فولاد زنگ نزن آستنیتی دارند. استحکام تسلیم فولاد زنگ نزن دو فازی دو برابر فولاد زنگ نزن آستنیتی است.
خواص فولاد ضد زنگ
فولادهای زنگ نزن همان طور که از نامشان به نظر می‌رسد دارای مقاومت به خوردگی بالایی هستند. این فولادها نرخ کارسختی، چقرمگی، استحکام و سختی بالایی نسبت به فولادهای کربنی دارند. علاوه برآن، ظاهر زیباتری نسبت به فولاهای کربنی دارند. از طرفی چون مقاومت به خوردگی آنها بالا است نیاز به نگه داری کم‌تری به منظور جلوگیری از آسیب دیدن آن دارند. باید خاطر نشان شد که در دماهای بالا نیز استحکام بالایی دارند و همین باعث افزایش دمای کاری آنها می‌شود. فولادهای زنگ نزن خاصیت مغناطیسی دارند. البته خانواده‌ی فولادهای زنگ نزن آستنیتی به طورکلی غیر مغناطیس هستند مگر در مواردی که کار سرد شوند مقدار کمی از خود خاصیت مغناطیسی نشان می‌دهند.
کاربرد فولاد ضد زنگ
فولاد زنگ نزن شکل پذیری خوبی دارد و می‌تواند به اشکال ورق، بشقاب، میله، سیم و لوله دربیاید. فولاد زنگ نزن کاربرد گسترده‌ای دارد.در وسایل آشپزخانه، تجهیزات جراحی، سازه‌ها و ساختمان‌ها، تجهیزات صنعتی، محفظه‌ی نگه دارنده‌ی مواد شیمیایی و محصولات غذایی استفاده می‌شود.علت این کاربرد گسترده فولاد زنگ نزن در این است که مقاومت به خوردگی بالای این آلیاژ باعث می‌شود تا به راحتی با بخار تمیز و استریلیزه شود. از طرفی عدم نیاز به استفاده از پوشش سطحی باعث می‌شود فولاد زنگ نزن در تجهیزات آشپزخانه به کار برود.
راه‌های افزایش مقاومت به خوردگی در فولادهای ضد زنگ
همان طور که اشاره شد فولادهای زنگ نزن دارای کروم هستند و به همین علت در برابر تشکیل اکسید آهن مقاوم هستند.زیرا کروم باعث می‌شود تا یک لایه‌ی غیرفعال یا passive روی فولاد تشکیل شود و آن را از خوردگی محافظت کند. میزان مقاومت به خوردگی در فولاد زنگ نزن قابل افزایش است. با افزایش میزان کروم در آلیاژ به بیش از 11 درصد و یا مقدار نیکل بیش از 8 درصد، باعث افزایش مقاومت به خوردگی می‌شود. همچنین افزودن عنصر مولیبدن و نیتروژن نیز باعث افزایش مقاومت به خوردگی حفره‌ای می‌شود. افزودن عنصر نیتروژن علاوه بر افزایش مقاومت به خوردگی، استحکام مکانیکی را نیز افزایش می‌دهد. بنابراین تعداد فراوانی گریدهای فولاد زنگ نزن با مقادیر متفاوت کروم و مولیبدن وجود دارد که آلیاژ را برای عملکرد در شرایط محیطی متعدد سازگار می‌کند.
منبع: استیل ایرانیان
