معرفی کامل فولاد ضد زنگ و کاربرد آن ها

یکی از آلیاژ‌های اصلی آهن که به همراه چند عنصر دیگر ترکیبی بسیار پرکاربرد و جالب را ایجاد می‌کند، فولاد ضد زنگ نام دارد. از اصلی‌ترین ویژگی‌هایی که این نوع آلیاژ را نسبت به آهن یا فولاد ساده متمایز می‌کند، مقاومت آن در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی است. خوردگی فرآیندی طبیعی بوده که می‌تواند هزینه‌های مالی و گاه جانی را در پی داشته باشد و همواره برای جلوگیری و کاهش سرعت این پدیده طبیعی و غیرقابل حذف، از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود. این آلیاژ آهن کاربردهای بسیاری دارد و در عین حال اقتصادی است. اگر می‌خواهید با این آلیاژ پرمصرف بیشتر آشنا شوید و انواع و کاربردهای آن را بشناسید، حتما تا انتهای مطلب را دنبال کنید.

فولاد ضد زنگ یا فولاد استنلس چیست؟

فولاد ضد زنگ، فولاد زنگ نزن یا فولاد استنلس در علم متالورژی به دسته‌ای بزرگ و گسترده از فولاد گفته می‌شود که در ساختار خود حداقل ۱۱ درصد کروم داشته باشد. همچنین حداکثر میزان کربن در چنین فولادهایی ۱.۲ درصد است. در تعریفی ساده، فولاد استنلس فولادی است که از سه عنصر اصلی آهن، کروم و کربن تشکیل شده است. این عناصر، لایه‌ای غیرفعال را روی سطح فلز ایجاد کرده و در واقع مانند سدی بین محیط و فلز عمل می‌کنند. از این رو فولاد ضد زنگ از خوردگی در امان می‌ماند. همچنین در صورت وجود آسیب یا خراش روی این نوع فولاد، ترمیم به صورت خودکار انجام می‌شود و دیگر ویژگی این آلیاژ به شمار می‌رود.

به غیر از عناصر اصلی، از عناصر آلیاژی دیگری نیز می‌توان در فولاد ضدزنگ استفاده کرد که باعث خواص و ویژگی‌های جدیدی می‌شود.

خواص و مزایای فولاد ضد زنگ

شاید تصور این باشد که تنها ویژگی فولاد ضد زنگ، مقاومت خوب آن در برابر خوردگی است. اما باید بدانید که این ترکیب جالب، خواص کاربردی دیگری را هم دارد. مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر حرارت از دیگر خواص آن هستند.

از مهم‌ترین مزایای فولاد زنگ نزن باید به ویژگی‌ها و خواص مکانیکی برتر آن نسبت به دیگر مواد، زیبایی و ظاهر مناسب به دلیل قابلیت ایجاد سطح صیقلی، مات، رنگ آمیزی، دمای بحرانی ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد، قابلیت تمیز کردن راحت، قابلیت بازیافت کامل و… اشاره کرد.

معرفی انواع فولاد ضد زنگ

در این بخش به معرفی انواع فولاد ضدزنگ می‌پردازیم. به طور کلی دسته‌بندی‌های مختلفی برای این نوع آلیاژ وجود دارد و با توجه به گستردگی انواع آن، ممکن است تا به حال با تقسیم‌بندی‌های مختلفی نیز روبه‌رو شده باشید. اما کامل‌ترین دسته‌بندی این نوع فولاد که بر اساس استاندارد ملی ایران نیز صورت گرفته است، بر اساس خواص، عناصر آلیاژی و ریزساختار صورت می‌گیرد که در ادامه هر کدام از این موارد را به دقت بررسی می‌کنیم.

انواع فولاد ضد زنگ بر اساس خواص و کاربرد

فولادهای زنگ نزن را می‌توان بر اساس خواص و کاربرد آن‌ها به سه دسته مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر خزش تقسیم کرد.

• فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی

به طور کلی فولاد استنلس با داشتن حداقل ۱۰.۵% کروم در برابر خوردگی مقاوم خواهد شد. اما می‌توان این قابلیت را با اضافه کردن برخی دیگر از عناصر آلیاژی بیشتر کرد. کروم موجود در ساختار، با اکسیژن محیط واکنش داده و لایه اکسید کروم به شکل غیرفعال تشکیل شده و از فلز محافظت می‌کند. بسته به محیط استفاده، مقاومت این نوع فولاد نیز متفاوت خواهد بود که باید حتما در این خصوص بررسی لازم صورت گیرد.

• فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت

این نوع فولاد بیشتر به فولاد زنگ نزن فریتی یا آستنیتی اشاره دارد. مقاومت آن در برابر حرارت به دلیل ایجاد لایه‌ محافظ اکسیدی از کروم، سیلیسیم و آلومینیوم در محیط اکسیدی روی سطح است.

• فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر خزش

این نوع فولاد نیز درحقیقت همان فولاد آستنیتی و مارتنزیتی است که در برابر تغییر شکل تحت تنش‌های مکانیکی در دماهای بسیار بالا مقاومت خوبی دارد.

انواع فولاد ضد زنگ بر اساس عناصر آلیاژی

دسته‌بندی دیگری برای فولاد استنلس وجود دارد که آن‌ها را بر اساس عناصر آلیاژی موجود طبقه‌بندی می‌کنند.

• کروم و نیکل

از جمله اصلی‌ترین عناصر تشکیل‌دهنده این آلیاژ کاربردی همین دو عنصر هستند. کروم برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و نیکل برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، افزایش سختی، بهبود چقرمگی و… افزوده می‌شوند.

• مولیبدن

عنصر مولیبدن برای مقاومت در برابر خوردگی تحت شرایطی که یون کلر در محیط وجود دارد و امکان خوردگی موضعی بالا است، افزوده می‌شود. البته وجود این عنصر در اسیدهای اکسیدکننده و محیط اکسیدکننده در دمای بسیار بالا مناسب نیست.

• منگنز

منگنز را به عنوان جایگزین نیکل به فولاد ضد زنگ اضافه می‌کنند و باعث افزایش سختی، استحکام کششی بالا و سختی‌پذیری می‌شود. همچنین این عنصر بعد از ترکیب با گوگرد به شکل سولفید منگنز درآمده و از مشکلات آن شامل تردی و شکنندگی داغ جلوگیری می‌کند.

• نیتروژن

نیتروژن را نیز می‌توان به عنوان جایگزین نیکل در فولاد استنلس استفاده کرد و باعث بالا رفتن استحکام و مقاومت در برابر حفره دار شدن می‌شود.

• کم کربن

حین سرد کردن آهسته پس از انجام عملیات حرارتی یا حتی جوشکاری، ممکن است کاربیدهای کروم در مرزدانه‌ها رسوب کرده و خوردگی بین دانه‌ای را ایجاد کنند. برای جلوگیری از این مشکل، فولاد را با مقدار کربن برابر یا کمتر از ۰.۰۳ درصد تهیه می‌کنند که به آن فولاد کم کربن نیز گفته می‌شود.

• گوگرد

اضافه کردن گوگرد به فولاد زنگ نزن باعث بهبود قابلیت ماشین‌کاری می‌شود. فولادهای ضد زنگ با گوگرد بین ۰.۱۵ تا ۰.۳۵ درصد در بین فولادهای خوش‌تراش قرار می‌گیرند. البته افزودن گوگرد در شرایطی که استحکام بالا و همچنین مقاومت به خوردگی بالا مورد نیاز باشد، مناسب نیست.

فولادهای ضدزنگ بر اساس ریز ساختار

درنهایت فولاد ضد زنگ را می‌توان بر اساس ریزساختار موجود در آن دسته‌بندی کرد. درحقیقت این نوع دسته‌بندی یکی از اصلی‌ترین و شناخته‌شده‌ترین دسته‌بندی‌های برای این آلیاژ پرکاربرد نیز است. ۵ دسته مختلف در این بخش وجود دارند که در زیر به آن‌ها اشاره می‌شود.

• فریتی

فولاد استنلس فریتی که از ساختار اتمی مکعبی مرکزدار بهره می‌برد، فولادی مغناطیسی است که برخی گریدهای ۴۰۰ و ۵۰۰ نیز از این نوع فولاد هستند. این نوع فولاد به منظور جلوگیری از تشکیل آستنیت و ترد شدن نیاز به پایداری دارد. پایداری سازی نیتروژن و کربن به وسیله افرودن تیتانیم، نیوبیوم و زیرکونیوم صورت می‌گیرد. این نوع فولادها به دلیل حساسیت بالا به خوردگی بین دانه‌ای و تردی در ناحیه جوش، قابلیت جوشکاری مناسبی ندارند. به دلیل وجود کروم و مولیبدن، مقاومت در برابر خزش، خوردگی تنشی و خوردگی در شرایط اسیدی خوبی برای این نوع فولاد ضد زنگ ایجاد می‌شود که آن را برای کاربردهایی همچون خطوط انتقال مواد نفتی، اگزوز خودرو، لوازم آشپزخانه و… مناسب می‌کند.

• آستنیتی

این فولادها دارای عناصر نیکل، منگنز و کروم هستند. این نوع آلیاژ ساختار مکعب وجوه مرکزدار داشته و خواص مغناطیسی ندارد. گفتنی است گریدهای ۲۰۰ و ۳۰۰ فولادها از این دسته‌بندی هستند.

انعطاف‌پذیری مناسب از دیگر ویژگی‌های این آلیاژ است. باید گفت که فاز آستنیتی با عملیات حرارتی امکان سخت شدن ندارد؛ چرا که نیکل در تمامی دماها به شکل پایدار و غیرقابل تغییر است. از عناصری مثل نیکل، کربن و نیتروژن برای بهبود ساختار آستنیت استفاده می‌کنند. نیکل تاثیر مثبتی روی این فولاد دارد؛ افزایش استحکام و حفظ آن در دمای بالا و افزایش مقاومت به خوردگی از تاثیرات این عنصر آلیاژی است.

• مارتنزیتی

دسته معروف دیگر از فولاد ضد زنگ، فولاد مارتنزیتی نام دارد که گریدهای ۴۰۰ و ۵۰۰ را شامل می‌شود. این فاز از فاز آستنیت در زمان عملیات حرارتی با با انجام کار سرد تشکیل می‌شود. استحکام بسیار بالا و خاصیت مغناطیسی از ویژگی‌های این فاز است. میزان کربن در این نوع فولاد بین ۰.۰۸ تا ۱ درصد است. برای افزایش قابلیت جوشکاری، از کربن تا حداکثر ۰.۰۶ درصد به همراه نیکل بین ۳ تا ۶ درصد برای ساخت این فولاد استفاده می‌شود. همچنین گفته می‌شود به دلیل وجود کربن بالا در نوع معمول فولاد مارتنزیتی، این نوع فولاد برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت به خوردگی بالا وجود دارد، مناسب نیست. اما برای مواردی که نیاز به استحکام بالا، سختی مناسب، چقرمگی مناسب و مقاومت خستگی بالا است، استفاده از این نوع پیشنهاد می‌شود.

از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی برای ساخت وسایل جراحی، قاشق و چنگال، شیرآلات و… استفاده می‌شود.

• داپلکس یا دو فازی

این نوع فولاد ضد زنگ که به آن آستنیتی فریتی هم گفته می‌شود، دارای فریت بین ۳۰ تا ۵۰ درصد است. استحکام آن‌ها بیشتر از نوع آستنیتی خالص بوده و از این رو برای تغییر شکل سرد به نیروی بیشتری هم نیاز است. مقاومت در برابر ترک ناشی از خوردگی تنشی دیگر مزیت این نوع از فولادهای زنگ نزن به حساب می‌آید. از این نوع بیشتر برای ساخت قطعات مبدل حرارتی استفاده می‌شود.

• رسوب سختی

فولاد ضدزنگ رسوب سختی آخرین دسته‌بندی از انواع فولاد‌های استنلس است که به معرفی آن‌ می‌پردازیم. درحقیقت با انجام عملیات حرارتی مناسب در دماهای پایین، که به آن رسوب سختی نیز گفته می‌شود، می‌توان خواص مکانیکی فولاد را بهبود بخشید. این نوع از فولادها برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت به خوردگی بالا و همچنین استحکام زیاد در دمای محیط تا دمای ۳۱۵ درجه سانتی‌گراد است مناسب است. از این نوع بیشتر برای ساختن قطعات سازه‌ای فضایی و همچنین ساخت انواع هواپیما استفاده می‌شود.

ویژگی های فولاد ضدزنگ در دسته بندی‌های مختلف

کاربردهای فولاد ضد زنگ

کاربردهای فولاد ضد زنگ به حدی زیاد است که حتی در چندین هزار کلمه نوشته نیز نمی‌گنجد! ممکن است به هر سمت و سویی که نگاه کنید، نوعی از این آلیاژ محبوب را مشاهده کنید. اما در بخش انتهایی این مطلب سعی می‌شود مهم‌ترین کاربردهای آن را بررسی کنیم.

یکی از کاربردهایی که به خصوص اخیرا مورد توجه قرار گرفته است، پرینت ۳ بعدی است. آلیاژ ۳۱۶ با توجه به این که نرخ انجماد بالایی دارد و می‌تواند حرارت را به سرعت انتقال دهد در این روش به کار گرفته می‌شود. ابزارهای جنگی نیز جای دیگری هستند که از این نوع آلیاژ به دلیل مقاومت به خوردگی و مقاومت به سایش مناسب استفاده می‌شود.

یکی از گسترده‌ترین کاربردهای فولاد ضدزنگ در صنایع شیمیایی و پالایشگاه‌ها است. به دلیل آن که در این صنایع مواد خورنده بسیاری وجود دارد، استفاده از فولاد ضد زنگ می‌تواند تا حد بسیاری از خسارات و هزینه‌ها جلوگیری کند. همچنین از این فولادها در ساختمان‌سازی نیز به طور فزاینده‌ای استفاده می‌شود. به دلیل ویژگی‌های ظاهری و مقاومت بالا، در بخش‌های مختلفی از ساختمان همچون نرده، دستگیره، آسانسور و… استفاده می‌شود.

بسیاری از ظرف و ظروف موجود در آشپزخانه‌ها نیز به دلیل مقاومت بالا و تمیز شدن راحت و همچنین عدم تاثیر در طعم و ترکیب غذاها از این جنس ساخته شده‌اند. کاربرد در صنایع هوایی، صنایع فضایی، حوزه انرژی، وسایل کشاورزی، وسایل پزشکی و… نیز از دیگر زمینه‌هایی است که می‌توان لوازمی از جنس این فولادها را در آن‌ها یافت.

همچنین برای ساخت بسیاری از ابزارهای تزئینی هم از این نوع فولاد استفاده می‌شود. یکی از معروف‌ترین گریدهایی که برای این کاربرد مورد استفاده قرار می‌گیرد، گرید ۳۱۶L است. بنابراین این عنصر آلیاژی، به دلیل ویژگی‌های ظاهری، خواص و مزیت‌های بسیار، در هر صنعتی امکان استفاده را دارد.

در بسیاری از شرایط افراد برای ساخت بسیاری از تجهیزات، به سراغ استفاده از این آلیاژ می‌روند و در بسیاری از مواقع نیز تجربه کامل موفقی از بهره‌گیری از آن به دست می‌آورند.

جمع‌بندی

فولاد ضد زنگ یکی از پرکاربردترین آلیاژ‌های موجود است که در بسیاری از صنایع و بخش‌های مختلف استفاده می‌شود. در این مطلب سعی شد اطلاعات کاملی از این نوع آلیاژ و انواع آن در اختیار شما قرار بگیرد. با اطلاع از این موارد، در صورت نیاز به تهیه این نوع فلز می‌توانید با دید بهتری وارد عمل شوید و دچار سردرگمی نیز نشوید. با توجه به گستردگی بسیار زیاد این نوع آلیاژ، داشتن اطلاعات کافی در این خصوص به ویژه برای فعالان در صنایعی که با چنین آلیاژها و فلزاتی سروکار دارند کاملا ضروری است.

آسن به عنوان توزیع‌کننده انواع میلگرد ساده و آجدار، این محصولات را به قیمت کارخانه به فروش می‌رساند. این مجموعه نماینده فروش کارخانه‌هایی همچون ذوب آهن اصفهان، فولاد خراسان و ظفر بناب، آتیه خلیج فارس و … است. برای اطلاع از قیمت میلگرد و پرسش سوالات خود با کارشناسان ما در تماس باشید و مشاوره رایگان دریافت کنید.

سوالات متداول

1. فولاد استنلس چیست؟

دسته بزرگی از فولادها در علم متالوژی که بیشترین مقدار ساختارشان از آهن، ۱۱درصد کروم و ۱۲ درصد کربن تشکیل شده است.

2. کاربردهای فولاد ضد زنگ کدامند؟

گسترده ترین کاربردهای فولاد ضد زنگ در صنایع شیمایی و پالایشگاهی و همچنین در بخشهای مختلف ساختمان مانند نرده، دستگیره، آسانسور، کاربرد در صنایع هوایی، صنایع فضایی، حوزه  انرژی، تجهیزات پزشکی و ...

3. انواع فولاد ضد زنگ بر اساس عناصر تشکیل دهنده کدامند؟

کروم، نیکل، مولبیدین، منگنز، کم کربن، نیتروژن و گوگرد