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 در نوع و گرید محصول، تفاوت ایجاد شود.

• قالب ریزی

در این مرحله، فولاد مذاب وارد قالب‌هایی به شکل bloom(بلوم) ،billet(بیلت) ،Slab(اسلب) ،rod یا tube می‌شود تا آماده عملیات نورد گرم باشد.

• نورد گرم

در عملیات نورد گرم، دمای فولاد زنگ نزن بالا رفته و از غلتک‌های بزرگ عبور می‌کند تا به شکل‌های ورق، نوار یا میله در آید. ضمناً درجه حرارت نورد گرم، تا حد زیادی به نوع و گرید فولاد تولیدی بستگی دارد.

• نورد سرد

عملیات نورد سرد، معمولاً روی محصولاتی مانند ورق زنگ نزن که به ابعاد دقیق و یا تمام کاری خاص نیاز دارند، انجام می‌شود. اجرای این عملیات، موجب بهبود یافتن سطح ورق‌ها خواهد شد.

• آنیلینگ(بازپخت)

در این فرآیند، فولاد زنگ نزن تا حد زیادی گرم شده و مدت معینی در دمای بالا نگه‌داشته می‌شود. سپس، کاهش سریع دما روی آن انجام می‌شود تا تنش‌های داخلی فلز از بین برود. از جمله دلایل اجرای فرآیند بازپخت، می‌توان به نرم کردن فولاد و همچنین بهبود شکل‌پذیری آن اشاره کرد.

• رسوب‌زدایی

معمولاً در مرحله قبل(آنیلینگ)، بر روی فولاد زنگ نزن، رسوب‌هایی به شکل لکه ایجاد می‌شود که با شست‌و‌شو توسط محلول‌های دارای اسید نیتریک- هیدروفلوریک، قابل پاکسازی هستند. همچنین یکی دیگر از روش‌های رسوب‌زدایی فولاد زنگ نزن، تمیزکردن الکتریکی است که با جریان الکتریسیته، رسوبات موجود را حذف می‌کند.

• برش دادن

امکان برش دادن فولاد زنگ نزن با استفاده از چاقوهای دایره‌ای، گیوتین، تیغه‌های سرعت بالا و یا توسط برش شعله(با مشعل دارای اکسیژن، پروپان و پودر آهن) نیز وجود دارد. 

• تمام کاری

از آنجا که برای برخی، ظاهر فولاد زنگ نزن اهمیت دارد، معمولاً با استفاده از تسمه‌های ساینده و یا چرخ‌های سنگ‌زنی، فولاد نهایی را پرداخت سطحی یا صیقل می‌دهند. اما نکته جالب این است که صاف کردن سطح فولاد زنگ نزن، علاوه بر زیبایی، بر مقاومت آن در برابر خوردگی نیز تأثیر زیادی دارد.

کاربردهای فولاد زنگ نزن

خانواده فولاد زنگ نزن، متشکل از انواع و گریدهای مختلف، با توجه به ویژگی‌های متمایزی که دارند، برای استفاده در صنایع بزرگ و کوچک مناسب هستند. انواع مختلف این محصول، در تولید مقاطع فولادی نظیر ورق، ميلگرد و لوله‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه، با کاربردهای فولاد زنگ نزن در صنایع مختلف و دلایل آن آشنا خواهید شد.

• کاربرد فولاد زنگ نزن در صنایع غذایی و دارویی

از آنجا که فولاد زنگ نزن، مقاومت زیادی در برابر اسیدها و محلول‌های خاص دارد، برای ساخت ابزارآلات و تجهیزات غذایی، دارویی و بهداشتی مناسب‌ترین گزینه است. این محصول در حوزه پزشکی نیز به علت عدم واکنش با بدن انسان و ضد رنگ بودن، در ساخت ابزارهای جراحی یا ایمپلنت‌ها کاربرد فراوانی داشته که مستلزم ضدعفونی کامل است.

• کاربرد فولاد زنگ نزن در معماری و ساختمان

فولاد زنگ نزن، به دلیل ظاهر مناسب، مقاومت و استحکام بالا و نهایتاً هزینه‌ تعمیر کمتر، در صنعت ساختمان پرکاربرد است. برای ساخت جزئیات ساختمان نظیر دستگیره، نرده و ستون‌ها و یا در نما و معماری ساختمان، از این فولاد مقاوم استفاده می‌شود.

• کاربرد فولاد زنگ نزن در خودروسازی

ساخت قطعات و بدنه خودروها، نیازمند فولاد ضد زنگ، مقاوم به خوردگی و مستحکم در برابر ضربات است. به همین دلیل، فولاد زنگ نزن برای این صنعت مناسب خواهد بود. این فولاد معمولاً در ساخت قطعاتی مانند لوله‌های اگزوز استفاده می‌شود؛ چرا که بدنه خودرو باید از جنس فولادی سبک وزن باشد.

• کاربرد فولاد زنگ نزن در نفت، گاز و پتروشیمی

از فولاد زنگ نزن، به دلیل مقاومت در مواجه با فشار و حرارت زیاد، برای ساخت لوله‌ها و تجهیزات نفت و گاز استفاده فراوانی می‌شود.

• کاربرد فولاد زنگ نزن در لوازم خانگی و آشپزخانه

یکی دیگر از کاربردهای فولاد زنگ نزن، لوازم خانگی جزئی مانند قاشق و چنگال یا قابلمه و اجاق‌گاز است.

با توجه به استحکام و مقاومت فولاد زنگ نزن، این محصول در مواردی از قبیل ساخت قطعات هواپیما یا تولید تانکرهای سوخت بزرگ نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تفاوت فولاد زنگ نزن با فلزات مشابه

• تفاوت فولاد زنگ نزن با گالوانیزه

از شبیه‌ترین فلزات به فولاد زنگ نزن، که همیشه مورد توجه و انتخاب بسیاری از مردم قرار گرفته، می‌توان به فولاد گالوانیزه اشاره کرد. این دو محصول، علی‌رغم مقاومت و استحکام تقریباً یکسان، تفاوت‌های زیادی هم دارند که هرکدام را برای کاربرد خاص خود مناسب می‌سازد. عامل اصلی مقاومت فولاد گالوانیزه، وجود لایه پوششی از جنس فلز روی است که از آن در برابر آسیب‌ها و موارد مختلفی مانند آب یا کلر محافظت می‌کند. از سوی دیگر، فولاد زنگ نزن، با دارا بودن عنصر کروم در ساختار خود، مناسب محیط های اسیدی یا قابل زنگ‌زدگی است. 

بطور مشخص، می‌توان گفت فولاد زنگ نزن برای استفاده در دریاها گزینه مناسبی است؛ اما در محیط‌هایی مانند استخرها که علاوه بر آب، کلر هم وجود دارد، فولاد گالوانیزه آسیب‌پذیری کمتری دارد. زیرا تماس کلر با سطح فولاد زنگ نزن، موجب خوردگی سطح آن و زنگ‌زدگی خواهد شد. در نهایت، برای سایر محیط‌ها، فولاد زنگ نزن گزینه مناسب‌تری بوده و مقاومت و دوام بیشتری نیز خواهد داشت. همچنین معمولاً فولاد زنگ نزن در مقایسه با فولاد گالوانیزه، قیمت بیشتر و میزان دسترسی کمتری نیز دارد. 

• تفاوت فولاد زنگ نزن با کربنی

فولاد زنگ نزن، از نظر میزان مقاومت، قیمت و سایر ویژگی‌ها، با فولاد کربنی متفاوت است و اگر قیمت محصول، اهمیت چندانی نداشته باشد، قطعاً بهترین گزینه خواهد بود. مقاومت فولاد زنگ نزن، در برابر فولاد کربنی قابل قیاس نیست؛ چرا که عنصر کروم موجود در این فولاد، به عنوان یک لایه‌ محافظتی در برابر اکسید و زنگ‌زدگی عمل می‌کند اما فولاد کربنی، از داشتن کروم و سایر عناصر مقاوم، محروم است. علاوه بر این، فولاد زنگ نزن ظاهر درخشان و مطلوب‌تری دارد که وجود خط یا خش‌های روی سطح را پنهان می‌کند. تنها مزیت فولاد کربنی نسبت به فولاد زنگ نزن، قیمت کمتر آن است که احتمالاً موجب جبران معایب زیاد آن نخواهد شد.

• تفاوت فولاد زنگ نزن با آلومینیوم

آلومینیوم و فولاد زنگ نزن، با وجود تشابهات، دارای تفاوت‌هایی نیز هستند که هر یک را برای مصارف خاص، مناسب ساخته است. آلومینیوم، وزن و استحکام کمتری نسبت به فولاد زنگ نزن دارد که آن را به گزینه‌ای نامناسب برای صنایع سنگین، تبدیل کرده است. مقاومت آلومینیوم در برابر خوردگی بالاست زیرا لایه‌ای واکنش‌ناپذیر دارد؛ اما در مواجه با زنگ‌زدگی یا اسیدها، خیلی آسیب‌پذیر است. از سوی دیگر، آلومینیوم قیمت کمتر و کارایی راحت‌تری داشته و برای موارد جزئی با حساسیت کمتر، گزینه مناسبی است. 

نکات مهم در خرید فولاد زنگ نزن

برای خرید فولاد زنگ نزن مناسب، دانستن برخی نکات، ضروری و شایسته توجه است. از آنجا که این محصول، ویژگی‌های بسیار خاصی دارد، بررسی محیط استفاده، قیمت محصول، و برند تولیدکننده آن، اهمیت زیادی دارد. از معتبرترین کارخانه‌های تولیدکننده فولاد زنگ نزن، می‌توان به فولاد مبارکه اصفهان و صنایع هفت الماس قزوین اشاره کرد. همچنین برای تشخیص اصالت این محصول، باید به استانداردها و گریدهای تولیدی آن به‌عنوان ضمانت کیفیت، توجه ویژه‌ای داشت؛ در ادامه، گریدهای رایج فولاد زنگ نزن همراه با خصوصیاتشان بررسی خواهند شد تا کمکی برای شناخت و انتخاب خریداران باشد. 

فولاد زنگ نزن 304: این گرید آستنیتی، رایج‌ترین نوع فولاد زنگ نزن بوده و از 18 تا 20 درصد کروم و 8 تا 10/5 درصد نیکل تشکیل شده است.

فولاد زنگ نزن 316: این گرید نیز دارای 16 الی 18 درصد کروم و 10 الی 12 درصد نیکل بوده و مانند گرید 304، کاربرد زیادی در صنایع گوناگون دارد.

فولاد زنگ نزن 317: فولاد زنگ نزن گرید 317، حاوی 17 تا 19 درصد کروم و 12/5 تا 14 درصد عنصر نیکل است.

فولاد زنگ نزن 2205: در ترکیب شیمیایی این گرید، علاوه بر 20 تا 22 درصد کروم و 3 تا 4 درصد نیکل، عنصر مولیبدن نیز به میزان 2/5 تا 3 درصد وجود دارد.

نگهداری و تمیزکاری فولاد زنگ نزن

فولاد زنگ نزن، برای حفظ ظاهر و عملکرد خود، به تمیزکاری مداوم نیازمند است. تمیز کردن فولاد زنگ نزن، باید با حساسیت‌هایی انجام گیرد تا موجب آسیب یا صدمه به فولاد نشود. استفاده از اسفنج نرم یا پارچه میکرو فایبر، به همراه پاک‌کننده‌های قلیایی، برای تمیزکاری اصولی فولاد زنگ نزن، مناسب هستند. اسفنج و پارچه، از ایجاد خش روی سطح فولاد جلوگیری می‌کنند و محلول‌های قلیایی موجب پاکسازی سطح آن از چربی‌ها و مواد آسیب‌زا می‌شوند. اما یکی از نکاتی که باید به آن توجه داشت، وجود کلر در برخی از محلول‌های قلیایی است که غلظت آن، ممکن است عوارضی برای سطح فولاد زنگ نزن داشته باشد. در نتیجه،‌ بررسی محلول‌های قلیایی، قبل از تماس با فولاد، یک امر ضروری است.

مزایا و معایب فولاد زنگ نزن

فولاد زنگ‌نزن با مزایایی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی (به‌دلیل وجود کروم)، دوام طولانی‌مدت و ظاهر مناسب، برای استفاده در صنایع مختلف گزینه مناسبی است؛ اما این محصول، معایبی مانند هزینه تولید بالا، سخت بودن جوشکاری، وزن زیاد، حساسیت به خراش سطحی و عدم مقاومت در برابر کلر، دارد که هنگام خرید، توجه به آن‌ها لازم است. برای مثال،‌ ممکن است وزن زیاد فولاد زنگ نزن، برای بعضی از کاربردها مناسب نباشد یا در مواردی که به جوشکاری فولاد نیاز است، این کار به سادگی انجام نگیرد. در نهایت باید بسته به نوع کاربرد و محیطی که در آن از فولاد زنگ نزن استفاده خواهد شد، انتخاب و خرید را انجام داد.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

فولاد زنگ نزن، آلياژی از آهن و برخی عناصر مانند کروم، نيكل و موليبدن است كه ويژگی‌های خاصی مانند ضدزنگ بودن، مقاومت بالا در برابر خوردگی و استحکام بالا دارد. انواع مختلف این فولاد، شامل آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوبلکس و رسوب سختی است که هر کدام، از خواص و کاربردهای متفاوتی برخوردارند. فولاد زنگ نزن، با وجود مزایا و معایب مختلف، جزء محصولات پرکاربرد فولادی محسوب می‌شود و نیاز به آن، در صنایع مختلف وجود دارد. شناخت ویژگی‌ها و بررسی خصوصیات این محصول، در انتخاب و خريد مناسب، تأثير بسزایی دارد.

سوالات متداول درباره فولاد زنگ نزن