فولاد ضد زنگ از مهمترین آلیاژهای فولادی در صنعت و حتی زندگی روزمره است که خواص مقاومت به خوردگی آن منجر به کاربردهای خاص آن شده است. از ظروف آشپزخانه گرفته تا صنعت خودرو و مخازن ذخیره مواد شیمیایی در صنعت، کاربرد انواع فولاد ضد زنگ دیده می‌شود.
نامگذاری انواع فولاد زنگ نزن که در بازار کشور ما به ضد زنگ معروف است، به خاصیت مقاومت به خوردگی آن برمی‌گردد. اما این خاصیت از کجا سرچشمه می‌گیرد؟
با مراجعه به متالکست، امکان مطالعه و کسب دانش متالورژیکی در حوزه‌های مختلف برای شما فراهم آمده است. چراکه مهمترین موضوعات را پوشش می‌دهیم. این مقاله نیز، با توجه به اهمیت آلیاژ استیل در صنعت، در پاسخ به سوال فولاد ضد زنگ چیست، چه کاربردها، خواص و انواعی دارد، تدوین شده است. همراه ما باشید.
آلیاژ فولاد ضد زنگ چیست؟
اصلا نیاز نیست حتما در بازار آهن رفت و آمد داشته باشید تا نام استیل به گوشتان خورده باشد. احتمالا شما هم مثل من، حتی برای خرید یک ظرف آشپزخانه هم که رفته باشید، این نام را شنیده‌اید. در بازار فولاد ایران، استیل به همان فولاد زنگ نزن یا ضد زنگ برمی‌گردد که دو نام دیگر آن، به دلیل خاصیت مقاومت به خوردگی آن ایجاد شده‌اند (در حقیقت، نام کامل آن استنلس استیل Stainless Steel که به طور خلاصه، استیل گفته می‌شود.).
در پاسخ به سوال استیل ضد زنگ چیست، باید بگوییم که فولادی با مقادیر بالای کروم (حداقل ۱۱ درصد) در ترکیب شیمیایی خود است. کروم در کنار دیگر عناصر آلیاژی به ویژه نیکل، خاصیتی در فولاد ایجاد می‌کند که بدون شک معرکه است.
فولاد معمولی، به خودی خود مقاومت به خوردگی مناسبی ندارد و از همین رو، استفاده از آن در بسیاری از محیط‌ها پاسخگوی نیاز صنعت نیست. پس از تحقیقات گسترده، دانشمندان دریافتند که افزودن حداقل ۱۱ درصد کروم به این ترکیب آلیاژی، منجر به افزایش خوردگی آن در بسیاری از محیط‌ها می‌شود.
در کنار این عنصر، نیکل و مولیبدن از دیگر عناصر ایجادکننده خاصیت مقاومت به خوردگی به شمار می‌روند که البته روی ساختار آلیاژ نیز اثر می‌گذارند. تاثیر عناصر آلیاژی بر فولادهای زنگ نزن، نه تنها در ساختار و خواص خوردگی، بلکه در سایر ویژگی‌ها از جمله خاصیت مغناطیسی آلیاژ نیز قابل مشاهده است. با کلیک روی لینک، می‌توانید درباره این آثار بیشتر بخوانید.
انواع فولاد ضد زنگ
ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن، ساختار و نوع آنها را تعیین می‌کند. وابسته به این ترکیب، به طور کلی ۵ دسته مهم از انواع فولاد ضد زنگ وجود دارد:
- آستنیتی (Austenitic)
- مارتنزیتی (Martensitic)
- فریتی (Ferritic)
- فولاد داپلکس یا آستنیتی- فریتی (Duplex or ferritic-austenitic)
- رسوب سختی (Precipitation-Hardening or PH)
شکل ۱، راهنمای شما در خصوص شناخت این انواع خواهد بود:
هر یک از این انواع را در ادامه معرفی خواهیم کرد:
استیل آستنیتی
بزرگترین گروه انواع استیل، گروه فولادهای زنگ نزن آستنیتی است که فاز پایدار ساختار آن آستنیت یا آهن با ساختار FCC است. استیل با چنین ساختاری، ضمن داشتن مقاومت به خوردگی مناسب، شکل‌پذیری خوبی هم دارد. این گروه، حاوی بیش از ۱۸ درصد کروم، حدود ۸ درصد نیکل و در برخی موارد، مقادیر کمی مولیبدن، تیتانیوم و نیتروژن هستند. به طور کلی مقاومت به خوردگی خوب و قابل قبولی دارند و حدود ۶۰ درصد از کل تولید استیل را به خود اختصاص داده‌اند.
اما این گروه آلیاژی به استیل نگیر هم معروف است. علت آن، به نبود خاصیت مغناطیسی در این ساختار آهن برمی‌گردد. فولاد ضد زنگ آستنیتی که آلیاژهای سری ۲۰۰ و ۳۰۰ استیل را شامل می‌شود، با قابلیت جوش‌پذیری ضعیف تولید می‌شود. به همین دلیل، تولیدکنندگان با کاهش کربن آن، نوع کم کربن را نیز تولید می‌کنند تا جوش‌پذیری بهبود یابد.
فولاد آستنیتی ویژگی‌ها و خواص بسیار گسترده‌تری دارد که در این مقاله نمی‌گنجد. به همین علت، در متالکست مقاله‌ای مجزا را به بررسی آن اختصاص داده‌ایم. با کلیک روی لینک می‌توانید درباره فولاد آستنتیتی مطالعه عمیق‌تری داشته باشید.
استیل فریتی
این فولاد ضد زنگ، همانطور که از نامش پیداست، ساختاری با فاز فریت دارد که فاز پایدار آهن BCC است. این گروه که استیل‌های سری ۴۰۰ را شامل می‌شوند، با محتوای نیکل کمتر نسبت به استیل آستنیتی ساخته شده و به همین دلیل، ارزان‌تر هستند. میزان کروم موجود در آنها نیز از حدود ۱۰.۵% تا ۲۷% متغیر است. ساختار BCC آنها نیز منجر به داشتن خاصیت مغناطیسی آنها شده است. به همین علت در بازار آنها را با نام بگیر نیز می‌شناسند.
اگرچه مقاومت به خوردگی نسبتا خوبی دارند، اما ضعف آنها در برابر خواص مکانیکی، موجب می‌شود که در کاربردهایی که در برابر تنش بالا قرار دارند، استفاده نشوند. یکی از مهمترین ویژگی‌های فولاد ضد زنگ فریتی، مقاومت در برابر دمای بالا است که کاربرد آنها در صنایع مختلف افزایش داده است.
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
این دسته از فولادهای زنگ نزن، با سختی بسیار بالا تولید می‌شوند و البته، ساخت آنها دشوار است. علت آن، وجود کربن بالا (حدود ۱.۲ درصد) است که نه تنها استحکام آلیاژ را افزایش می‌دهد، بلکه منجر به افزایش مقاومت به سایش و سختی عالی می‌شود اما انعطاف‌پذیری و جوش‌پذیری آلیاژ را کاهش می‌دهد. در ترکیب شیمیایی نوع مارتنزیتی حدود ۱۱.۵ تا ۱۸ درصد کروم استفاده می‌شود و برخی اوقات نیز مقداری نیکل به آن افزوده می‌شود.
در خصوص فولاد مارتنزیتی، در یکی از مقالات متالکست به تفصیل بحث کرده‌ایم. این فولادها با خواص مکانیکی بسیار بهبود یافته، قابلیت استفاده در شرایط ویژه را دارند. با کلیک روی لینک می‌توانید بیشتر درباره آنها بخوانید.
استیل دوپلکس یا دو فازی
در این نوع آلیاژ استیل، دو فاز فریت و آستنیت به طور همزمان پایدار هستند. وجود همزمان این دو فاز، موجب می‌شود که ضعف‌های یکدیگر را پوشش دهند. بنابراین، فولادی با مقاومت به خوردگی خوب، مقاومت کششی و استحکام تسلیم بهبود یافته و همچنین مقاومت قابل قبول در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش (SCC) خواهیم داشت. مقاومت بالا در برابر خوردگی حفره‌ای، به عنوان یکی از خطرناک‌ترین انواع خوردگی نیز از ویژگی‌های فولاد دوپلکس است.
به طور معمول، در ترکیب شیمیایی این آلیاژ از ۲۲-۲۶ درصد کروم، ۴-۷ درصد نیکل، تا ۴.۵ درصد مولیبدن و عناصر دیگری چون مس و نیتروژن استفاده می‌شود. کاهش کربن این آلیاژ به کمتر از ۰.۰۶ درصد، به طور قابل توجهی بر بهبود مقاومت به خوردگی آن اثر می‌گذارد.
فولاد ضد زنگ رسوب سختی
یکی دیگر از انواع خانواده بزرگ استیل، فولادهای زنگ نزن رسوب سختی، آلیاژی آهنی حاوی عناصر کروم و نیکل و افزودنی‌هایی چون مس، مولیبدن، تیتانیوم و نیوبیوم هستند. این نوع استیل، حاصل فرایند پیر شدن یک محلول جامد آنیل شده است که منجر به افزایش قابل توجه استحکام استیل می‌شود. مقاومت به خوردگی این آلیاژ مطلوب و مشابه استیل ۳۰۴ است.
برای مطالعه درباره فولاد زنگ نزن رسوب سختی، به عنوان یکی از آلیاژها با خواص مکانیکی بسیار ویژه، می‌توانید روی لینک کلیک کرده و در خصوص آن در متالکست بیشتر بخوانید.
مقایسه انواع فولاد ضد زنگ
هر یک از این انواع، به دلیل ساختار و ترکیب شیمیایی که دارد، ممکن است در یک ویژگی از دیگری قوی‌تر باشد. به عنوان مثال، سختی و استحکام فولاد رسوب سختی و مارتنزیتی نسبت به نوع آستنیتی بسیار بیشتر است. یا مقاومت به خوردگی مشاهده شده در فولادهای داپلکس و آستنیتی نسبت به سایر انواع بسیار بالاتر است. جدول زیر، می‌تواند راهنمای شما در این ویژگی‌ها باشد:
| ویژگی | آستنیتی | فریتی | دابلکس | مارتنزیتی | رسوب سختی |
| استحکام | – | + | ++ | +++ | +++ |
| مقاومت سایشی | – | – | + | ++ | ++ |
| شکل پذیری | +++ | ++ | ++ | – | + |
| جوش پذیری | ++ | – | ++ | — | – |
| مقاومت به خوردگی | ++ | + | ++ | – | + |
| مقاومت به خوردگی حفره ای | ++ | + | ++ | – | + |
| مقاومت به خوردگی تنشی (کلرید) | – | ++ | ++ | – | – |
مهمترین آلیاژهای استیل (فولاد ضد زنگ) کدامند؟
استیل، خانواده بسیار بزرگی دارد و در این خانواده بزرگ، آلیاژهای متفاوت بسیاری قرار گرفته‌اند. اما در بازار و صنعت، برخی معروف‌تر و پرکاربردتر هستند. برخی از این انواع را در ادامه معرفی خواهیم کرد:
استیل ۳۰۴
استیل ۳۰۴، از معروف‌ترین انواع استیل است که به نام استیل هجده – هشت (۱۸-۸) هم معروف است. علت این نامگذاری، استفاده از ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل در ترکیب شیمیایی آن است. فولاد زنگ نزن ۳۰۴، نوعی فولاد با مقاومت به خوردگی قابل قبول است که کاربرد بسیار بالایی در صنعت دارد.
استیل ۳۱۶
یکی دیگر از معروف‌ترین‌ها در میان استیل‌های نگیر، آلیاژ ۳۱۶ است که علاوه بر کروم و نیکل، در ترکیب آن از مقادیر کمی مولیبدن هم استفاده می‌شود. این عنصر، مقاومت به خوردگی حفره‌ای آلیاژ را بهبود بخشیده و آن را به گزینه‌ای مناسب برای استفاده در محیط‌های خورنده‌ای چون آب دریا بدل کرده است.
فولاد زنگ نزن ۳۲۱
این استیل با دارا بودن تیتانیوم، مقاومت به خوردگی مرزدانه‌ای بهتری نسبت به سایر انواع دارد و البته، برای استفاده در کاربردهای دما بالا نیز توصیه می‌شود.
فولاد ضد زنگ ۳۱۰
یکی از انواع آلیاژ استیل نسوز است که این نام را به دلیل مقاومت به اکسیداسیون سطحی در دمای بالا، گرفته است.
استیل ۴۱۰
فولاد ضد زنگ ۴۱۰، از سری ۴۰۰ و دارای خاصیت مغناطیسی است. این استیل بگیر، کروم بالاتر نسبت به انواع نگیر داشته اما مقدار نیکل آن کمتر است.
استیل ۴۲۰
یکی از انواع فولاد زنگ نزن با فاز پایدار مارتنزیت است که سختی و مقاومت به سایش آن بالا است. به طور معمول در ساخت قیچی، چاقو و ابزارهای برش استفاده می‌شود.
فولاد زنگ نزن ۴۳۰
این نوع آلیاژ بگیر استیل، با دارا بودن قابلیت عملیات حرارتی، در ساخت بدنه برخی لوازم خانگی کاربرد دارد و از بهترین انواع در سری ۴۰۰ است.
خواص فولاد ضد زنگ چیست؟ (مزایا و معایب)
پس از شناخت آلیاژهای فولادی مقاوم به خوردگی در جهان، تقاضا برای تولید آن به شدت افزایش یافت. علت آن، مزایایی است که در سایر آلیاژها دیده نمی‌شود. از جمله این مزایا می‌توان موارد زیر را نام برد:
- مقاومت بالا در برابر خوردگی
- شکل‌پذیری بالا حتی در دماهای زیر صفر
- استحکام و سختی بالا به ویژه در انواع مارتنزیتی و دوپلکس
- ظاهری براق و زیبا، مناسب کاربردهای دکوراتیو
- نگهداری و تمیز کردن آسان
- مقاومت به خوردگی بالا، بدون نیاز به استفاده از پوشش‌ها
در کنار این مزایا، نمی‌توان از عیب استیل که قیمت بالای آن است چشم‌پوشی کرد. اگرچه مزایای آن موجب می‌شود که در طول زمان استفاده از آن مقرون به صرفه باشد، اما گاهی تمام نیازهای یک صنعت، با استفاده از فولاد گالوانیزه تامین می‌شود و دیگر نیاز به استیل گران قیمت نیست. بنابراین، پیش از خرید باید نیاز خود را بررسی نمایید.
فولاد زنگ نزن چگونه تولید می‌شود؟
تولید فولاد ضد زنگ، به دلیل حضور عناصر آلیاژی باارزش و جلوگیری از اکسیداسیون آنها، به تکنولوژی خاص و کنترل اتمسفر کوره نیاز دارد. بنابراین، باید از یکی از کوره‌های AOD (Argon Oxygen Decarburization) یا VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) برای تولید آن استفاده کرد که البته تاکنون فناوری آن در کشور ما فراهم نشده است.
مراحل تولید استیل عبارتند از:
- تهیه مذاب آلیاژ
- کربن زدایی مذاب برای دستیابی به بهترین خواص
- سرباره زدایی
- ریخته گری فولاد ضد زنگ
- تولید محصولات نهایی از طریق روش‌های مورد نیاز هر قطعه
- حذف لایه اکسیدی مقاطع استیل
ریخته گری فولاد، یکی از مهمترین مراحل در تولید استیل به شمار می‌رود. ریخته گری این آلیاژها اصول ویژه‌ای دارد. عدم رعایت این اصول، در نهایت موجب می‌شود که قطعاتی بدون کیفیت و با عیوب مختلف ساخته شود که امنیت را نیز در صنعت به خطر می‌اندازد. پیشنهاد ما به شما، مطالعه بیشتر درباره ریخته گری فولاد است تا با اهمیت این فرایند مهم در تولید استیل بهتر آشنا شوید.
تفاوت فولاد زنگ نزن با گالوانیزه چیست؟
هنگامی که در بازار به دنبال یک آلیاژ فولادی با مقاومت به خوردگی خوب هستید، برخی به شما فولاد گالوانیزه را معرفی می‌کنند که قیمت بسیار مناسب‌تری نسبت به استیل دارد. بسیاری این سوال را دارند که تفاوت فولاد ضد زنگ با گالوانیزه چیست؟ فولاد زنگ نزن بهتر است یا گالوانیزه؟
در حقیقت، نمی‌توان به طور قطع یکی از این دو را بهتر از دیگری دانست. صنعت، نیازهای متفاوتی دارد و متناسب با آن نیازها، باید یک نوع فولاد انتخاب شود. بنابراین، داشتن شناخت کافی نسبت به هریک از این دو، راهنمای شما در خرید خواهد بود.
درباره تفاوت این دو می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- در حالی‌که فولاد گالوانیزه سطحی نقره‌ای با گل‌های ریز دارد، استیل ظاهری زیباتر، براق‌تر و شفاف‌تر دارد و گزینه‌ای مناسب در کاربردهای دکوراتیو است.
- فولاد زنگ نزن مقاومت به خوردگی به مراتب بالاتری دارد و اگر در محیطی با خورندگی بالا به یک آلیاژ فولادی نیاز دارید، احتمالا استیل برای شما گزینه مناسب‌تری باشد.
- اگرچه در شرایط معمول دارای رطوبت، فولاد گالوانیزه تا ۲۰ سال نیز پاسخگوی نیاز شما خواهد بود، اما استیل به مراتب طول عمر و دوام بالاتری دارد. سطح فولاد گالوانیزه ممکن است یا خراشیده شدن آسیب ببیند و طول عمر آن کمتر شود. از همین رو، ریسک استفاده از آن بالاتر است.
- فولاد ضد زنگ، نسبت به فولاد گالوانیزه، گرانتر است.
بنابراین، پیش از انتخاب و خرید حتما کاربرد و نیاز خود را مشخص کنید.
سخن پایانی
آنچه با نام استیل، فولاد زنگ نزن یا فولاد ضد زنگ در دنیای فلزات می‌شناسیم، خانواده‌ای بزرگ با خواص منحصر به فرد را شامل می‌شود. فولاد ضد زنگ، با خاصیت مقاومت به خوردگی بسیار خود در کنار خواص دیگری چون استحکام و شکل‌پذیری، دنیای صنعت را بهبود بخشیده است.
بنابراین، در ریخته گری بسیاری از قطعات از این آلیاژها استفاده می‌شود. متالکست مفتخر است که با یاری متخصصین و اساتید حوزه ریخته گری، امکان ساخت قطعات استیل با بهترین کیفیت را دارد. شما می‌توانید در خصوص دریافت مشاوره، اطلاعات بیشتر و همچنین قیمت ریخته گری فولاد، با کارشناسان ما در متالکست در ارتباط باشید.
