درباره فولاد زنگ نزن

اثر عناصر آلیاژی بر فولاد زنگ نزن

افزودن نیکل به فولادهای زنگ‌ نزن مقاومت به‌ خوردگی را در محیط‌ های خنثی و یا اکسید کننده ضعیف بهبود می‌ بخشد اما قیمت آن‌ها را افزایش می‌دهد. هم‌چنین مقدار کافی نیکل قابلیت انعطاف و شکل‌پذیری فولادها را افزایش می‌دهد زیرا امکان نگهداری آستنیت (FCC) در دمای محیط را میسر می‌سازد.

افزایش مولیبدن به فولادهای زنگ‌ نزن مقاومت به‌ خوردگی را در حضور یون‌های کلر افزایش می‌دهد، حال آن‌که افزایش آلومینیوم مقاومت به پوسته شدن را در دماهای بالا بهبود می‌بخشد. کروم نیز برای افزایش مقاومت به‌ خوردگی آن، اضافه می‌شود.

آلیاژهای فولاد زنگ نزن

آلیاژهای مهم فولادهای زنگ‌ نزن بر اساس عنصر آلیاژی که به آن اضافه شده است به‌ صورت زیر تقسیم‌ بندی شده است:

•  آلیاژهای آهن – کروم
• آلیاژهای آهن – کروم – کربن
•  آلیاژهای آهن- کروم- نیکل- کربن

دمای ذوب فولاد زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن چون آلیاژ می باشند لذا دمای ذوب و انجماد آنها مانند عنصر خالص در دمای ثابتی نبوده و بسته به ترکیب شیمیایی فولاد در یک محدوده دمایی می باشد. افزودن عناصر آلیاژی دمای ذوب را کاهش میدهد. به عنوان مثال، دمای ذوب آهن خالص ۱۵۳۵°C ،کروم ۱۸۹۰°C ،نیکل ۱۴۵۳°C در مقایسه با محدوده ۱۴۰۰-۱۴۵۰ درجه سانتی گراد برای فولاد زنگ نزن ۳۰۴ می باشد.

انواع فولاد زنگ‌نزن

فولاد های زنگ نزن بر اساس ساختار متالورژیکی و ترکیب شیمیایی، به ۵ دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

•  فولاد زنگ نزن فریتی
• فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
•  فولاد زنگ نزن آستنیتی
•  فولاد زنگ نزن آستنیتی- فریتی (دو فازی)
•  فولاد زنگ نزن رسوب سختی

کاربرد های فولاد زنگ نزن (Stainless Steel Apllications) بسیار گسترده است. فولاد زنگ نزن و به اصطلاح بازار ایران همان استیل، یکی از مهمترین آلیاژ های آهن است که در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم. از اشکال مختلف فولاد زنگ نزن در صنایع می توان به ورق ، لوله ، پروفیل و .. اشاره کرد . از فولاد زنگ نزن برای موارد تزئینی بسیاری همچون دیوار آسانسور ها، دستگیره درب ها، ساخت ساعت، وسائل تزئینی منزل و .. استفاده می شود هم چنین یکی از بیشترین کاربرد های فولاد زنگ نزن در آشپزخانه است که برای تولید سینک های ظرف شویی، کابینت ها، یخچال و فریزر، اجاق گاز، ماکروفر و … مورد استفاده قرار می گیرد.

فولاد زنگ نزن به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی با آب و زیبایی ظاهری آن در شرایط بسیاری امتحان خود را پس داده است. و به همین دلیل این فولاد در گرید های (گرید های فولاد زنگ نزن) مختلف با درصد مواد متفاوت ساخته می شود تا هر کدام از آن ها یکی از این نیاز ها را بر طرف کند . نزدیک به ۱۵۰ گرید مختلف از استینلس استیل وجود دارد که نزدیک به ۵۰ تای آن ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد های فولاد زنگ نزن

 معماری

فولاد های زنگ نزن آستنیتی به دلیل دوام عدم نیاز به مراقبت و نگهداری به طور فزآینده در معماری به کار می روند. به دلیل مقاومت به خوردگی فولاد زنگ نزن این ماده را برای استفاده در خارج از ساختمان مناسب است. کیفیت سطحی فولاد های زنگ نزن متفاوت است و می توانند سطح آینه ای، براق و …. داشته باشند، اما معمولا از سطوح نورد شده با کد ۲B استفاده می شود. از فولاد زنگ نزن با سطح بسیار نرم (dead soft) برای سقف ها و سطوح همتراز استفاده می شود زیرا که این ماده به سهولت شکل می گیرد و از دوام خوبی نیز برخوردار است. ساختمان کرایسلر در نیویورک از اولین ساختمان هایی بود که در ساخت آن از فولاد زنگ نزن استفاده شد. از زمان ساخت این بنا تا کنون، ساختمان های بسیار دیگری نیز از این سبک پیروی کرده اند. دروازه ای به غرب (Gateway to the West) یک اثر معماری برجسته از فولاد زنگ نزن است که در حاشیه رود می سی سی پی در ایالت میزوری آمریکا قرار دارد.

سیستم های حمل و نقل

استفاده از فولاد های زنگ نزن فریتی در تزئینات داخلی اتومبیل تا حد زیادی مسئول افزایش تولید فولادهای زنگ نزن ۴۳۰ و ۴۳۴ بوده است. فولاد زنگ نزن ۴۰۹، فولاد زنگ نزن فریتی با ۱۱ درصد کروم است که در صفحه راکتورهای کاتالیستی برای اتومبیل ها به کار می روند. این نوع فولاد توانایی تحمل شرایط خورنده را داشته و می تواند در برابر نمک و گازهای خورنده حاصل از احتراق مقاومت کنند. انواع اولیه فولادهای زنگ نزن مانند ۲۰۱ و ۳۰۱ به طور گستره در صنایع اتومبیل سازی به کار می رفتند . زیرا نسبت استحکام به وزن این فولادها پس از عملیات نورد سرد، سه برابر بیشتر از فولادهای کربنی می گردید. در نتیجه امکان ساخت ماشین های سبک تر که نیاز به نیروی محرکه کمتری داشتند فراهم شد. فولادهای زنگ نزن در قیاس با سایر مواد مستحکم که در رقابت با فولادهای ساختمانی کربنی قرار دارند، از مزیت مقاومت به خوردگی بر خوردار است. مقاومت به خوردگی و سطح لغزنده فولاد های زنگ نزن، آن ها را برای مخازن حمل و نقل مواد مناسب می سازد.

مبلمان

ضعیف ترین شکل خوردگی در خانه ها 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.

تولید برق

فولاد زنگ نزن یک ماده ضروری در تجهیزات نیروگاهی مانند توربین های گاز تجهیزات تولید برق با استفاده از انرژی هسته ای و سوخت های فسیلی، پیل های سوختی و پنل های خورشیدی است.

تمامی طیف های فولاد زنگ نزن در اجزای گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و رسوب سختی در چرخ دهنده ها و پیچ ها که به استحکام بالایی نیاز دارند به کار می روند و از فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فریتی پرآلیاژ در اجزایی که تحت تنش کمتری قرار داشته و نیاز به مقاومت به خوردگی دارند به کار می روند.

 تجهیزات شست و شو

مقاومت به خوردگی، استحکام بالا و سهولت تولید، فولاد های زنگ نزن آستنیتی را برای ساخت لباسشویی و خشک کن های صنعتی و خانگی مناسب می سازد.

صنایع غذایی و تجهیزات آشپزخانه

انواع مختلفی از فولادهای زنگ نزن برای تهیه و سرو غذا به کار می روند. محدوده کاربرد آن ها از ظروف آشپزخانه تا تانک ها و مخازن پاستوریزه کننده را شامل می شود. از فولاد زنگ نزن در صنایع لبنی، کارخانجات شیرینی پزی و بسته بندی مواد غذایی نیز استفاده می شود.

کشاورزی

اگر چه استفاده از فولاد زنگ نزن ابتدا در صنایع غذایی رایج شد اما به تدریج در مزارع نیز مورد توجه قرار گرفت. کودها و اسپری های کشاورزی شرایط خورنده ای را ایجاد می کنند و در این شرایط، استفاده از فولاد زنگ نزن آستنیتی گزینه مناسبی است. اگرچه این تجهیزات هزینه اولیه بالاتری دارند ولی عمر بالا (تقریبا ۲۰ سال) و عدم نیاز به مراقبت و نگهداری این هزینه بالا را جبران می کند.

 نساجی

برای تولید منسوجات رنگی، نیاز به ماشین آلاتی است که به راحتی تمیز شوند و از ترکیب رنگ های مختلف تا حد امکان جلوگیری شود. هر گونه آلودگی ناشی از رنگ دانه ها یا محلول های سفید کننده نه تنها منجر به هدر رفتن مواد شیمیایی می شود بلکه می تواند محصول نهایی را نیز خراب کند. فولادهای زنگ نزن در ماشین های نساجی، مخازن پر اکسید و سفید کننده های حاوی کلر مورد استفاده قرار می گیرند.

تجهیزات بیمارستانی

فولاد های زنگ نزن مارتنزیتی در تجهیزات بیمارستانی به کار می روند. ابزار های ساخته شده از فولاد زنگ نزن به راحتی استریل می شوند، مقاومت به خوردگی مطلوبی دارند و تیز باقی می مانند. از این مواد به عنوان ایمپلنت هم استفاده می شود زیرا با بدن انسان سازگاری دارند. تجهیزات استریل کننده، اتوکلاو ها، کابینت های نگهداری وسایل و تخت های جراحی معمولا از فولاد زنگ نزن ساخته می شوند. آشپزخانه ها، اتاق های معاینه و آزمایشگاه های بیمارستان نیز از تجهیزاتی از جنس فولاد زنگ نزن استفاده می کنند.

صنایع شیمیایی و پترو شیمیایی

شدیدترین شرایط خوردگی دراین صنایع وجود دارد، زیرا دما بالا است و از مواد بسیار خورنده استفاده می شود. در فرآیند هیدروکرکینگ در برج تقطیر، فولاد زنگ نزن آستنیتی در معرض خوردگی سولفید هیدروژن قرار می گیرد. افزایش دمای واحدهای کرکینگ کاتالیستی (تا ۷۵۰ درجه سانتی گراد یا ۱۳۰۰ درجه فارنهایت) منجر جایگزینی فولادهای کربنی ساده یا کم آلیاژ با فولاد زنگ نزن شد. در صنایع شیمیایی مانند تولید اسیدها، آمونیاک، کودها و پلاستیک نیز فولاد زنگ نزن آستنیتی به عنوان یک ماده استاندارد به کار می رود. در واحدهای تبخیر و معیان و نیروگاه هایی که از انرژی ژئوترمال استفاده می کنند نیاز به فولادهای زنگ نزن و پر آلیاژ است تا شرایط بسیار خورنده را تحمل کنند.

 صنایع هوا – فضا

طراحان هواپیما در جستجوی موادی با نسبت استحکام به وزن بالا در دمای اتاق و در دمای بالا هستند که مقاومت مطلوبی در برابر خوردگی و اکسیداسیون داشته باشند. فولاد زنگ نزن این مشخصات را دارد و از نظر اقتصادی نیز به صرفه است و به همین دلیل در موتور، نازل و اسکلت هواپیما به کار می روند. آلیاژهای رسوب سختی شده در پوسته راکت ها به کار می روند در حالی که فولاد های زن نزن آستنیتی برای مخازن سوخت استفاده می شوند.

مشخصات ورق استیل ۳۱۶ (stainless steel 316) یا همان استینلس استیل ۳۱۶

یکی از پر کاربرد ترین نوع فولاد زنگ نزن می باشد که در دسته فولاد زنگ نزن آستنیتی قرار می گیرد. فولاد زنگ نزن ۳۱۶ در صنایع مختلفی همچون نفت و گاز و پتروشیمی ، صنایع غذایی، دارویی و … مصارف گوناگونی دارد. فولادهای زنگ نزن ۱٫۴۴۰۱ و ۱٫۴۴۰۴ به عنوان گرید ۳۱۶ و ۳۱۶ L شناخته می شود. از این آلیاژ برای ساخت لوله و ورق های مقاوم در محیط های اسیدی استفاده می شود و قیمت آن نسبت به گرید های مشابه همچون فولاد زنگ نزن ۳۰۴ بیشتر است. باید در نظر گرفت حدود ۶۵-۷۰% فولادهای زنگ نزن تولیدی ایالات متحده امریکا را فولادهای زنگ نزن آستنیتی تشکیل می‌دهند. این فولادها به علت مقاومت به‌ خوردگی و شکل‌ پذیری مطلوب در این موقعیت قرار دارند، و از این رو برای بیشتر کاربردهای مهندسی خواص خوب و مطلوبی دارند. فولادهای زنگ نزن نوع ۳۰۴ و ۳۰۲ بیشترین کاربرد را هم در دماهای بالا و هم در دماهای پایین دارند. نوع ۳۱۶، که ۲٫۵%Mo دارد، مقاومت به ‌خوردگی بهتر و استحکام بیشتری در دماهای بالا دارد. آلیاژهایی با مقدار بیشتر کروم (۲۳-۲۵%) مثل نوع ۳۰۹ و ۳۱۰ترجیحا در دماهای بالا به‌کار می‌روند. فولاد زنگ نزن برای کاربرد های مختلف، طراحی (کاربرد های مختلف فولاد زنگ نزن) و ساخته می شود. به این منظور برای هر کاربردی سطح متفاوتی از پرداخت و صافی مورد نیاز است.

خواص فولاد زنگ نزن

فولاد های زنگ نزن خواص منحصر به فردی دارند. این فولاد توسط لایه ای از اکسید کروم که به وسیله واکنش کروم با اکسیژن موجود در اتمسفر ایجاد می شود، محافظت می شود. هنگامی که سطح آسیب ببیند لایه اکسیدی به سرعت در حضور اکسیژن ترمیم می شود. از طرفی این لایه اکسیدی توسط فرآیندهای شیمیایی می تواند رنگ های متفاوتی را ایجاد کند. از یک دیدگاه می توان سطح استیل ها را به ۱۰ دسته مختلف تقسیم بندی کرد که در این ۱۰ دسته استیل آینه ای ، استیل های براق ، استیل خش دار و استیل مات از جمله پر کاربردترین استیل های داخل کشور هستند. استیل BA که سطحی همچون آینه دارد برای مصارف تزئینی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای خرید استیل یکی از مهمترین پارامتر ها همین شماره استیل است. در واقع استیل ۳۰۴ یا ۳۱۶ و یا هر استیل دیگری در کنار سطح پرداخت آن معنا پیدا می کند.