آلیاژی از فولاد که اصلی‌ترین عنصرهای تشکیل‌دهنده در ساختار آن، آهن، نیکل و کروم است، فولاد ضد زنگ یا زنگ نزن و یا استنلس استیل (Stainless Steel) می‌نامند.

ویژگی‌های فولاد ضد زنگ

به طور کلی می‌توان گفت 57 نوع آلیاژ با ترکیبات شیمیایی گوناگون، در گروه فولاد‌های ضد زنگ قرار می گیرند. در این فولادها، حداقل درصد جرمی کروم 10.5 درصد و حداکثر درصد جرمی کربن برابر 1.2 درصد است.

فولادهای زنگ نزن، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند و دلیل آن خاصیت غیر فعال شدن آن‌ها است. در واقع یک لایه‌ی غیر فعال روی سطح این فولادها تشکیل می‌شود. این لایه با ماده‌ی زیرین بسیار پیوند دارد و از تماس و برخورد بیشتر ماده با محیط اطراف آن جلوگیری می‌کند. همین امر سبب خاصیت غیر فعال شدن در فولادهای ضد زنگ می‌شود.

نکته قابل توجه این است که باید گرید فولاد متناسب با محیط کار انتخاب شود، در این صورت لایه غیر فعال مجددا تشکیل می گردد و  در غیر این صورت، شکست غیر فعالی اتفاق می افتد و فولاد ضد زنگ، زنگ زده شده و خوردگی ایجاد می‌شود.

با افزایش میزان کروم در فولادهای ضد زنگ، خاصیت مقاومت در مقابل خوردگی آن‌ها بالاتر میرود. همچنین اضافه کردن عنصر مولیبدن سبب افزایش خاصیت مقاومت در برابر خوردگی در مواجهه با اسیدهای کاهنده و خوردگی در محلول کلرایدی می‌گردد.

بر همین اساس انواع گوناگونی از فولادهای ضد زنگ با درصدهای متفاوتی از کروم و مولیبدن وجود دارد. هر کدام متناسب با محیطی که آلیاژ باید آن را تحمل کند ساخته شده و بکار گرفته می‌شوند.

فولاد های ضد زنگ به دلیل خصوصیات شیمیایی و فیزیکی بسیار عالی و همچنین دارا بودن ویژگی‌هایی از قبیل مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی، عدم نیاز به توجه زیاد در نگهداری و درخشندگی بالا، به یک ماده‌ی مورد توجه و ایده‌آل در بسیاری از محیط‌ها شده است.

آلیاژهای مهم فولادهای ضد زنگ، بر طبق عناصر آلیاژی که به آن افزوده می‌شود به صورت آلیاژهای آهن-کروم، آلیاژهای آهن-کروم-کربن و در نهایت آلیاژهای آهن-کروم-نیکل-کربن تقسیم‌بندی می‌شوند.

فولادهای زنگ نزن، به دلیل آلیاژ بودن، دمای ذوب و انجماد ثابتی ندارند. این پارامترها بر اساس ترکیب شمیایی فولاد در محدوده‌ای از دما تعریف می‌شوند.

مزایای استنلس استیل

از مزایای فولاد زنگ نزن، می‌توان به مواردی چون

• خاصیت جوش‌پذیری،
• مقاوم در برابر حرارت و دما،
• مقاوم در برابر سایش و خوردگی،
• کارکرد خیلی خوب،
• ظاهر زیبا،
• رسانا و بهداشتی بودن،
• ماندگاری و طول عمر بالا،
• مقرون به صرفه و
• قابل بازیافت

اشاره کرد.

انواع فولادهای زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن به چهار دسته تقسیم می‌شوند:

فولادهای زنگ نزن آستنیتی

فولادهای زنگ نزن آستنیتی، فولادهایی هستند که برای ایجاد ساختار آستنیتی در دمای محیط، با نیکل یا ترکیبی از نیکل، منگنز و نیتروژن آلیاژ شده‌اند. این فولادها با عملیات حرارتی سخت نمی‌شوند. بلکه به طور قابل توجهی با کار سرد استحکام پیدا می‌کنند.

آن‌ها انعطاف‌پذیری و چقرمگی خوب، مقاومت به خوردگی عالی و شکل‌پذیری خوب از خود نشان می‌دهند.

آلیاژهای موجود این گروه از فولادها عبارتند از:

• استنلس استیل 304
• استیل 304L
• استیل 316
• استیل 316L
• استیل321
• استیل 309
• استیل 310
• استیل 309s
• استیل 310s

این آلیاژها، در ساخت مقاطع مختلف فولادی مانند ورق استیل 304، یا لوله استیل 310 مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فولادهای زنگ نزن فریتی

فولادهای زنگ نزن فریتی، فولادهای زنگ نزن کم‌کربنی هستند که کروم در آن‌ها عنصر آلیاژی اصلی است. این دسته از استلس استیل‌ها، ریزساختاری شامل فریت و کاربیدها دارند.

این فولادها با عملیات حرارتی سخت نمی‌شوند. اما بطور متوسط با کار سرد استحکام می‌یابند. آن‌ها شکل‌پذیری و انعطاف‌پذیری خوبی دارند. اما تحمل دمای بالا در آن‌ها، کمتر از فولادهای زنگ نزن آستنیتی است. از آلیاژهای این دسته می‌توان به فولاد استیل 430 اشاره کرد که در ساخت مقاطعی مانند میلگرد استیل 430 استفاده می‌شود.

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی

عنصر اصلی این فولادها کروم است و شامل 0.08 الی 1 درصد کربن هستند. این فولادها با عملیات حرارتی سخت می‌‌شوند. فولادهای مارتنزیتی، پس از آب‌دهی و برگشت‌دهی، دارای استحکام و سختی بالا و انعطاف‌پذیری و چقرمگی خوبی هستند. این فولادها در محیط‌های آرام، در مقابل خوردگی مقاوم هستند. از آلیاژ موجود این گروه در بازار می‌توان به فولاد 420 اشاره کرد که در ساخت مقاطعی مانند ورق استیل 420 استفاده می‌شود.

فولادهای زنگ نزن رسوب سختی شده

عنصر اصلی این فولادها کروم و نیکل است. استحکام این فولادها با عملیات رسوب سختی به سطح بسیار بالایی افزایش می‌یابد. این فولادها دارای چقرمگی و انعطاف‌پذیری خوب و مقاومت به خوردگی متوسط تا خوب هستند.‌ آلیاژهای موجود این گروه در بازار 17-4PH و 17-7PH می باشد.

روش تولید فولادهای ضد زنگ

فولادهای ضد زنگ نخستین بار در حدود 100 سال پیش تولید گشت. امروزه تولید فولاد ضد زنگ با استفاده از فرایند ریخته گری انجام می شود و مراحل آن به شرح زیر است:

ذوب کردن مواد اولیه: در نخستین مرحله تولید، مواد اولیه را تقریبا 8 تا 12 ساعت در کوره های قوس الکتریکی ذوب می کنند.

حذف کردن محتوای کربن: در این مرحله مقدار اضافی کربن باید حذف گردد و جهت انجام این کار میتوان با پرداخت فلز ذوب شده در مبدل های AOD اکسیژن زدایی و آرگون زدایی کرد. با استفاده از مبدل AOD میتوان از طریق تزریق مخلوطی از اکسیژن و آرگون به کم کردن میزان کربن پرداخت و عنصرهای آلیاژی مانند مولیبدن و نیکل را نیز به این مبدل اضافه کرد.

فرایند تنظیم: جهت ایجاد تغییراتی در ترکیبات شیمیایی فرایند تنطیم انجام می شود. در این مرحله با حفظ ترکیب شیمیایی، عملیاتی برای افزایش مقاومت و از بین بردن عنصرهای نا خواسته در یک محدوده دمایی ویژه انجام میگیرد.

شکل‌دهی: جهت شکل دهی فولاد ذوب شده را در داخل قالب هایی به شکل های مربعی، گرد، مستطیلی، میله ای، لوله و یا تخته سنگ ریخته می شود.

فرایند نورد گرم: نورد گرم در دماهای بیشتر از دمای تبلور دوباره فولاد اتفاق می افتد. درجه حرارت مورد نیاز به عیار فولاد زنگ نزن وابسته است و در آخر به صورت صفحه، ورق و نوار حاصل می شود.

فرایند نورد سرد: این فرایند تنها برای ابعاد خاص انجام می شود و در دمایی پایین تر از دمای تبلور دوباره فولاد صورت می گیرد. فرایند نورد سرد به وسیله ی یک سری غلتک های کوچک و غلتک های پشتیبان انجام می پذیرد و می توان ورق های پهن را با استفاده از این فرایند تولید کرد (برای آشنایی کامل با این روش تولید فولاد، می‌توانید مقاله‌ی «آشنایی با روش نورد در تولید فولاد» را مطالعه کنید).

آنیل کردن یا پخت: جهت تقویت شکل پذیری، اصلاح ساختار و نرم کردن فولاد زنگ نزن از این فرایند استفاده می شود. در فرایند آنیل کردن فولاد تحت شرایط کنترل شده ای گرم و سرد می گردد.

بازپخت: این فرایند سبب خاصیت شکل پذیری در فولاد می شود و معمولا این شکل پذیری با شست و شو در ترکیب اسیدی نیتریک – هیدروفلوریک از بین می رود.

برش: در این فرایند فولاد ها در ابعاد و اندازه های مورد نظر بریده می شوند. در این مرحله میتوان از تیغه های گیوتینی برای بریدن استفاده کرد و یا به وسیله تیغه های دایره ای برش های دایره ای ایجاد کرد. روش های دیگری از قبیل برش شعله وجود دارد که برای برش فلز استفاده می گردد.

صیقل‌کاری: این فرایند سبب می شود تا بهترین کیفیت ظاهری برای محصولات فولادی حاصل شود. در فرایند صیقل کاری جهت صیقل دادن فولاد های زنگ نزن از تسمه های ساینده و یا چرخ های سنگ زنی استفاده می گردد. سطح صاف و صیقلی فولاد های زنگ نزن باعث مقاومت بهتر در مقابل زنگ زدگی می شود. روش های دیگری از قبیل سایش مرطوب به وسیله محلول های اسیدی، سایش خشک به وسیله سندبلاست و چرخ پارچه ای با ذرات ساینده نیز وجود دارند.

تاثیر عناصر بر فولادهای زنگ نزن

استفاده از هر عنصری در ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ‌نزن، سبب ایجاد خواص جدیدی در آن می‌شود. در ادامه، تاثیر استفاده از برخی پرکاربردترین عنصرها را در استنلس استیل بررسی می‌کنیم.

عنصر کربن (C)

عنصر کربن استحکام مکانیکی فولاد زنگ نزن را افزایش می‌دهد. ولی به دلیل تشکیل کاربید، مقاومت به خوردگی را کاهش می‌دهد. در گریدهای جدید به سبب همین مشکل مقدار کربن را کاهش داده اند. کربن در فولادهای فریتی، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش و در فولادهای مارتزینی، سختی و استحکام را افزایش می دهد.

عنصر نیتروژن (N)

نیتروژن استحکام مکانیکی را به میزان چشم گیری افزایش می دهد. این عنصر در ترکیب با مولیبدن ، مقاومت به خوردگی را در فولاد افزایش می دهد.
در فولاد های زنگ نزن آستنیتی و داپلکس، نیتروژن مقاومت به خوردگی بین دانه ای و حفره ای را افزابش می دهد، که این امر به علت تشکیل شدن Cr2N بجای Cr23C6 در مغز دانه است. نیتروژن در فولادهای زنگ نزن فریتی، چقرمگی و مقاومت به خوردگی را کاهش می دهد ولی در فولادهای مارتنزیتی، سختی و استحکام را افزایش می دهد.

عنصر سیلیسیم (Si)

وجود عنصر سیلیسم در فولاد زنگ نزن، مقاومت به خوردگی درر حلالهای اکسیدکننده در دماهای پایین و اکسیداسیون در دماهای بالا را افزایش می دهد.
سیلیسم در مقداذ کم به عنوان یک اکسیژن زدا در بیشتر فولادهای زنگ نزن اضافه می شود. و همچنین سیلیسم و مس در مقدار کم در فولادهای آستنیتی حاوی مولیبدن افزوده میشوند تا مقاومت به اسیدسولفوریک را افزایش دهد.

عنصر منگنز (Mn)

منگنز در فولادهای زنگ نزن معمولا برای بهبود انعطاف پذیری استفاده میشود. البته تا حدود 2 درصد، هیچ تاُثیری در انعطاف پذیری، چقرمگی و استحکام فولاد ندارد.
این عنصر در دمای بالا فریت را تثبیت میکند و در دمای پایین تثبیت کننده آستنیت است. منگنز قابلیت انحلال نیتروزن را افزایش میدهد و برای گرفتن نیتروژن بالا در فولادهای آستنیتی و داپلکس به کار گرفته می شود. در فولادهای زنگ نزن سری 200 میتوان منگنز را جایگذین نیکل مورد نیاز، کرد.

عنصر گوگرد (S)

به برخی از فولادهای زنگ نزن، مانند فولاد زنگ نزن 416، برای ایجاد خاصیت خوش تراشی، گوگرد اضافه می شود. گوگرد، مقاومت به خوردگی، شکل پذیری و جوش پذیری را کمی کاهش می دهد.

عنصر کروم (Cr)

تمام فولادهای زنگ نزن حداقل 10.5 درصد عنصر کروم را دارا می باشند. کروم مهمترین عنصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن است و به طور کل با ایجاد یک فیلم اکسیدی، مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد. کروم مقاومت در برابر اکسید شدن در دمای بالا را نیز افزایش می دهد.

عنصر نیکل (Ni)

جهت ایجاد زیر ساختار آستنیتی، به ترکیب فولاد نیکل اضافه می شود.انعطاف پذیری، چقرمگی و استحکام در دمای بالا با وجود نیکل افزایش می یابد. در محیط های اسیدی، نیکل، میزان خوردگی در حالت فعال را کاهش می ده. در ترکیب فولادهای رسوب سخت مانند PH17-4 ، از عنصر نیکل استفاده می شود تا استحکام بین فلزی را ایجاد کند.
در گریدهایی که مقدار کربن کم است، افزودن نیکل شرایط جوش پذیری را بهتر میکند.

عنصر مولیبدن (Mo)

عنصر مولیبدن به مقدار چشم گیری مقاومت در برابر خوردگی موضعی و یکنواخت را افزایش می دهد. وجود مولیبدن زیرساختار فریتی را پایدار می کند و استحکام مکانیکی را بیشر میکند.
مولیبدن ریسک شکل گیری فازهای ثانویه در فولادهای داپلکس، آستنیتی و فریتی را بالا میبرد. این عنصر استحکام در دماهای بالا، مقاومت به خزش و مقاومت به خوردگی حفره ای به ویژه در محیط های حاوی کلرید را افزایش می دهد.

عنصر مس (Cu)

مس عنصر استینیت زاست. این عنصر مقاومت در برابر خوردگی در اسیدهای معین را افزایش می دهد. مس با کاهش اثر سختی پذیری، قابلیت ماشین کاری را افزایش می دهد. به همین علن کاهی از این عنصر جهت افزایش شکل پذیری به کار میرود.

عنصر تیتانیوم (Ti)

تیتانیوم یک فریت زا و کاربیدزای قوی است. در برخی از فولادهای استنیتی به منظور حذف اثر مخرب کربن، تیتانیوم اضافه شده تا مقاومت به خوردگی بین دانه ای را افزایش دهد. در فولادهای رسوب سخت، برای ایجاد ترکیبات بین فلزی جهت افزایش استحکام، از تیتانیوم استفاده می شود. در فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی، تیتانیوم و کربن ترکیب شده و سختی مارتنزیت را کاهش می دهد ولی مقاومت به تمپر را بهبود می بخشد.

عنصر نایوبیوم (Nb)

نایوبیوم هم یک فریت زا و کاربیدزای قوی است. نایوبیوم خواص مکانیکی را در دماهای بالا، افزایش میدهد. این عنصر در فولادهای آستنیتی اضافه می شود تا مقاومت به خوردگی بین دانه ای را بهبود بخشد.
در فولادهای زنگ نزن فریتی، نایوبیوم و یا تیتانیوم بعضی اوقات اضافه می شود تا چقرمگی را بهبود بخشد و مقاومت نسبت به حساس شدن را اصلاح کند تا ریسک خوردگی بین دانه ای را به حداقل برساند.
استفاده هم زمان از نایوبیوم و تیتانیوم در فلز جوش فولادهای زنگ نزن، خواص مکانیکی بهتری ایجاد میکند. این امر به خاطر ریزدانه شدن و اصلاح مورفولوژی رسوبات می باشد. در فولادهای مارتنزیتی نایوبیوم مقاومت به پخت را افزایش و سختی را کاهش می دهد.

عنصر آلومنیوم (Al)

آلومنیوم یک فریت زای بسیار قوی است و سخت یپذیری فولادهای زنگ نزن را کاهش می دهد. آلومنیوم اگر به مقدار قابل توجهی به ترکیب فولاد اضافه شود مقاومت به اکسیداسیون را بهبود می بخشد. در برخی آلیاژهای مقاوم به حرارت، آلومنیوم به این منظور افزوده می شود. در فولادهای رسوب سخت برای تشکیل ترکیبات بین فلزی که استحکام آلیاژ را در حالت پیر شده افزایش می دهد، از این عنصر استفاده می شود.

عنصر کبالت (Co)

در فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی به منظور افزایش سختی و مقاموت به باز پخت به ویژه در دماهای بالا، عنصر کبالت به ترکیب اضافه می شود.
عنصر وانادیوم (V)
وانادیوم تنها در فولادهای زنگ نزن سختی پذیر به کار رفته است و مقامت به بازخورد را بالا می برد. این عنصر فریت را در زیرساختار توسعه داده و چقرمگی را بالا می برد. وانادیوم در دماهای پایین ترکیبات نیتریدی و کاربیدی تشکیل می دهد.

عنصر تنگستن (w)

در برخی گریدهای خاص عنصر تنگستن برای اصلاح مقاومت به خوردگی حفره ای اضافه می شود، مثل فولاد زنگ نزن سوپر داپلکس 4501.
اکنون تگستن به عنوان یک ناخالصی در بیشتر فولادهای زنگ نزن معرفی شده است.

عنصر سریوم (Ce)

یکی از فلزات کم یاب، سریوم است. این عنصر درمقادیر کم به گریدهای مقاوم به حرارت اضافه می شود تا مقاومت به اکسیداسیون در دماهای بالا را افزایش دهد.

کاربردهای استنلس استیل

برخی از مهمترین کاربردهای فولاد ضد زنگ عبارتند از:

• تولید مواد شیمیایی
• فراوری مواد غذایی
• فناوری های دریایی و کشتی سازی
• معماری و ساختمان سازی
• تجهیزات نیروگاهی و تولید برق
• تجهیزات بیمارستانی
• محیط زیست، کشاورزی و صنعت آب
• دارو و دارو سازی
• سیستم های حمل و نقل و خودرو
• صنایع هوا – فضا
• ماشین آلات مورد استفاده در نساجی

خرید استنلس استیل

از فولادهای زنگ نزن برای ساخت محصولات و مقاطع فولادی مختلفی استفاده می‌شود. برای خرید فولاد ضد زنگ، یا دریافت قیمت استنلس استیل، هم می‌توانید به صفحه‌ی محصولات مورد نظر، در بخش بالای صفحه مراجعه کنید، یا با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید.