فولاد زنگ نزن، از ویژگی‌ها و کاربردها تا معرفی انواع مختلف

فولاد زنگ نزن یا به عبارتی فولاد ضد زنگ، از ترکیب آهن و برخی عناصر خاص، تشکیل شده که آن را به یک آلیاژ مقاوم، در برابر آسیب‌هایی مانند اکسید شدن، تبدیل کرده است. این محصول، از مهم‌ترین فلزات موجود در بازار محسوب می‌شود که حجم تولید و کاربرد آن در صنایع مختلف، قابل توجه است؛ از آنجا که درباره ماهیت، ویژگی‌ها و انواع مختلف این فولاد، شناخت کمی وجود دارد، این مقاله از آهن صد، به معرفی و بررسی کامل خانواده فولاد زنگ نزن پرداخته است.

فولاد زنگ نزن چیست؟

فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل، آلیاژی از آهن و چند عنصر دیگر نظیر نیکل، کروم، مولیبدن و کربن است که مقاومت زیادی در برابر خوردگی، پوسته شدن، زنگ‌زدگی و تغییر شکل در حرارت بالا دارد. در نیم‌قرن گذشته، از انواع آلیاژهای فولاد زنگ نزن، برای کاربردهای خاص صنعتی، شیمیایی و حتی ساختمان‌‌سازی استفاده بسیاری شده است. شاید بتوان تفاوت های اصلی این فولاد با فولاد معمولی را، در استحکام، مقاومت و کاربردهای بسیار خاص آن دانست.

ترکیبات و ساختار فولاد زنگ نزن

ویژگی‌های خاص فولاد زنگ نزن، ناشی از ساختار این آلیاژ است که با سایر محصولات فولادی، تفاوت زیادی دارد. وجود عنصری به‌نام کروم در ترکیب شیمیایی این فولاد، تاثیر زیادی بر میزان مقاومت آن در برابر زنگ‌زدگی دارد. میزان کروم موجود در فولاد زنگ نزن، حداقل ۱۰/۵ درصد است که با ایجاد یک لایه محافظتی، بتواند از واکنش آن به اکسیژن و رطوبت، جلوگیری کند. در تولید فولاد زنگ نزن، عناصر دیگری از قبیل نیکل، کربن، مولیبدن و حتی نیتروژن به ساختار آن اضافه می‌شوند تا مقاومت فولاد را در مواجه با خوردگی و یا دمای بالا افزایش دهند.

انواع فولاد زنگ نزن

فولاد زنگ نزن، بر اساس درصد عناصر تشکیل دهنده یا به عبارتی، ساختار متالوژیکی خود، به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شود. جالب توجه است که هرکدام از این انواع، ویژگی‌های متفاوت و کاربردهای مخصوص به خود را دارند. 

فولاد زنگ نزن آستنیتی (سری 300)

فولاد زنگ نزن آستنیتی(سری 300)، پرکاربردترین نوع فولاد ضد زنگ است که حداقل ۱۶ درصد آن را عنصر کروم تشکیل داده‌است. وجود میزان ۷ درصد نیکل در ساختار این آلیاژ، از دلایل انعطاف‌پذیری و در عین حال مقاومت مکانیکی بالای آن است. همچنین، در صورت افزودن عنصر مولیبدن به ترکیب شیمیایی فولاد آستنیتی، مقاومت آن در محیط‌های اسیدی، تا حد زیادی افزایش پیدا خواهد کرد. این نوع فولاد زنگ نزن، غیرمغناطیسی بوده و افزایش استحکام و سختی آن، با عملیات کار سرد(cold working)، قابل انجام است. ۳۰۴/۳۰۴L و ۳۱۶/۳۱۶L از جمله آلیاژهای پرکاربرد فولاد آستنیتی هستند که در تولید و ساخت دیگ‌های بخار، قطعات الکترونیکی، سیستم‌های گرمایشی، تجهیزات راه‌آهن و محیط های اتمسفری خاص، مورد استفاده قرار می‌گیرند. جالب است بدانید که حرف L موجود در نام این آلیاژها، به معنای(low carbon) یعنی استفاده از کربن کم است. فولاد آستنیتی، به دلیل ویژگی‌های کاربردی خود و میزان تقاضای بالا، نزدیک به ۸۰ درصد از حجم بازار فولادهای ضدزنگ در جهان را به خود اختصاص داده است.

فولاد زنگ نزن فریتی (سری 400)

این فولاد در حالت معمول، حاوی ۱۱ الی ۳۰ درصد کروم و مقدار بسیار کمی نیکل است. فولاد فریتی(سری 400) بر خلاف فولاد آستنیتی، مغناطیسی بوده اما انجام عملیات حرارتی روی آن‌ها امکان‌پذیر نیست. این فولاد، همچنین مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر حرارت زیاد، خوردگی و کلراید(ناشی از نمک دریا) دارد. از فولاد زنگ نزن فریتی (سری 400)، در ساخت اگزوز خودروها، لوله‌کشی زیر دریا و حتی مواردی مانند ظروف لوازم خانگی استفاده می‌شود.

فولاد زنگ نزن مارتنزیتی

فولاد مارتنزیتی، آلیاژی از آهن، کروم و کربن است که عنصر نیکل در آن وجود ندارد. کربن مورد استفاده در این آلیاژ، یک درصد و میزان کروم موجود در آن، از ۱۱ تا ۱۸ درصد متغیر است. میزان سختی و استحکام این فولاد، به دلیل مغناطیسی بودن و استفاده از عملیات حرارتی، زیاد است اما مقاومت کمی در برابر خوردگی دارد. از کاربردهای فولاد زنگ نزن مارتنزیتی می‌توان به ساخت شیرآلات، ظروف آشپزی و فنرهای سایز کوچک اشاره کرد. همچنین، قابلیت جوش‌پذیری این فولاد، بر خلاف سایر انواع فولاد ضدزنگ، بسیار کم است.

فولاد زنگ نزن دوبلکس

این فولاد زنگ نزن که ترکیبی از فولادهای آستنیتی و فریتی است، دو فازی یا دوبلکس نام دارد. در حقیقت ۵۰ درصد از این فولاد را فریتی و ۵۰ درصد دیگر را آستنیتی تشکیل داده است. این ترکیب، مقاومت فولاد دوبلکس در برابر خوردگی را نسبت به فولاد آستنیتی افزایش داده است. از ویژگی‌های این فولاد، می‌توان به مغناطیسی بودن، قابلیت جوشکاری، شکل‌پذیری متوسط و استحکام بالاتر نسبت به فولادهای آستنیتی اشاره کرد. عمده کاربرد فولاد زنگ نزن دوبلکس نیز معمولاً در ساخت قطعات مبدل حرارتی است. 

فولاد زنگ نزن رسوب سخت‌شونده

به این محصول، فولاد رسوب سختی یا سخت گردان نیز گفته می‌شود. فولاد زنگ نزن رسوب سخت‌شونده، علاوه بر کروم و نیکل، از میزان قابل توجهی مولیبدن، مس و تیتانیوم نیز برخوردار است. این فولاد ضدزنگ، مقاومت در برابر خوردگی و دمای بالا و همچنین انعطاف‌پذیری مناسبی دارد که می‌توان آن را با فولادهای آستنیتی مقایسه کرد. از آنجا که استحکام فولاد رسوب سختی بسیار زیاد است، در ساخت قطعات هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، در صورت اضافه‌شدن عناصر دیگر نظیر مس، نیوبیوم و آلومینیوم به ترکیب شیمیایی این فولاد، به استحکام آن افزوده خواهد شد.

خواص و ویژگی‌های فولاد زنگ نزن

• مقاومت به خوردگی و زنگ‌زدگی

فولادهای زنگ نزن، معمولاً به‌دلیل داشتن عنصر کروم در ترکیب شیمیایی خود، مقابل خوردگی، زنگ‌زدگی، آب‌ و‌ هوای نامناسب و یا محیط های دارای اسید یا محلول‌های قلیایی، مقاوم هستند. در انواع مختلف این فولاد، هرچه درصد کروم بیشتر باشد، میزان مقاومت افزایش خواهد یافت.

• استحکام و مقاومت مکانیکی

فولاد زنگ نزن، بطور کلی مقاومت مکانیکی بالایی در مقایسه با انواع دیگر فولاد دارد. یکی از دلایل این استحکام و مقاومت بالا، وجود قابلیت سخت‌کاری(عملیات حرارتی یا کار سرد) است که در فولاد دوبلکس، تاثیر بسزایی داشته و دارد.

• قابلیت جوشکاری و ماشین‌کاری

از جمله ویژگی‌های خاص فولاد زنگ نزن، قابلیت جوشکاری، ماشین‌کاری و شکل‌پذیری آن است که برای انواع مختلف این فولاد، یکسان نیستند. برای مثال، فولاد مارتنزیتی، امکان جوشکاری یا شکل‌پذیری پایینی دارد که بر چگونگی کاربرد آن تأثیرگذار است. یا فولاد آستنیتی که دارای بیشترین قابلیت جوشکاری است و به‌همین علت، در صنایع سنگین و حساس مانند دیگهای بخار کاربرد دارد.

• دوام و زیبایی ظاهری

انواع فولاد زنگ نزن، از منظر زیبایی و ظاهر سطوح خود، متنوع بوده و به صورت مات، براق یا رنگی قابل تولید هستند. این تنوع ظاهری، در کنار مقاومت بالای فولاد زنگ نزن، موجب محبوبیت و کاربرد فراوان این محصول در ساخت نمای ساختمان‌ها و اِلِمان‌های شهری شده است.

• مقاومت حرارتی

فولاد زنگ نزن، مناسب‌ترین نوع فولاد برای استفاده در محیط هایی با دما و حرارت بالا است چرا که تحمل دمای بالا تا 800 درجه سانتی‌گراد را دارد. آلیاژ این فولاد، در برابر حرارت آتش بسیار مقاوم بوده و گازهای سمی را نیز، از خود متصاعد نمی‌کند.

فرآیند تولید فولاد زنگ نزن

• ذوب مواد اولیه
  • در آغاز فرآیند تولید، فلز اولیه وارد کوره قوس الکتریکی می‌شود تا با اعمال حرارت زیاد، پس از 8 تا 12 ساعت، تبدیل به مواد مذاب شود.

• حذف کربن و تنظیم
  • مرحله بعد، پردازش فلز مذاب در مبدل AOD است که با هدف کاهش و تنظیم کربن انجام می‌شود. در این مرحله، می‌توان عناصر دیگر مانند نیکل و مولیبدن را به مبدل اضافه کرد تا د