آهن زنگ نزن چیست ؟ انواع فولاد ضد زنگ
در این مطلب قصد داریم به بررسی نوعی از فولاد بپردازیم که در مقابل زنگ‌زدگی مقاوم است. به این نوع از فولاد، فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل می‌گویند. فولاد زنگ نزن گروهی از آلیاژهای ویژه است که به منظور افزایش مقاومت در برابر زنگ‌زدگی معرفی شده‌اند. از ویژگی‌های مهم این محصول فولادی می‌توان به مقاومت بالا در برابر اکسید شدن، پوسته شدن و تغییر شکل در دماهای بالا اشاره کرد. در این مطلب قصد داریم به بررسی این محصول و انواع آن بپردازیم، با ما همراه باشید.
فولاد زنگ نزن چیست؟
فولاد ضدزنگ (آهن زنگ نزن ) یا به اصطلاح استنلس استیل در ترکیب خود مقدار زیادی کروم دارد. حداقل کروم مصرفی در فولاد ضدزنگ حدود ۱۱ درصد است. این کروم به فولاد ساده خاصیت مقاومت در برابر خوردگی می‌دهد. این فلز با افزودن عناصر دیگر مانند مولیبدن، نیکل و ازت مقاومت خود را در برابر خوردگی و همچنین مقاومت در برابر حرارت را افزایش می‌دهد. برای اینکه این نوع از فولاد بتواند در برابر زنگ‌زدگی از خود واکنش نشان دهد و به خوبی عمل نماید، نباید میزان کروم استفاده شده در آن از این مقدار کمتر باشد. زیرا وجود همین مقدار از کروم در فولاد باعث ایجاد خاصیت ضدزنگ می‌گردد.
در مقایسه با گالوانیزه، این محصول مقاومت بهتری در برابر اسید و باز داشته و گزینه مناسبی برای استفاده در محیط‌های دریایی می‌باشد. اما نباید از فولاد زنگ نزن در اطراف استخر یا مکان‌هایی که در معرض کلر قرار دارند، قرار بگیرد؛ زیرا باعث از بین رفتن پوشش روی فولاد و زنگ زدن آن می‌شود. هر دوی فولاد گالوانیزه و فولاد ضد زنگ از محافظت بسیار خوبی در برابر خوردگی برخوردارند؛ ولی مقاومت فولاد ضد زنگ بالاتر است. قیمت آهن امروز در بازار به نسبت هفته گذشته کاهش یافته است ؛ به گونه‌ای که قیمت فولاد ضد زنگ چهار تا پنج برابر بیشتر از فولاد گالوانیزه می‌باشد. البته از طرفی دیگر، دسترسی به فولاد گالوانیزه راحت‌تر است.
از جمله این ترکیبات می‌توان به مولیبدن و نیکل اشاره کرد. نیکل به منظور ایجاد انعطاف و افزایش فرم‌پذیری در فولاد ضدزنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. کشف فولاد ضدزنگ به این صورت بود که دانشمندان دریافتند با افزودن حدود ۱۰ الی ۲۰ درصد کروم و نیکل به فولاد موجود، نوعی دیگر از فولاد به دست می‌آید که در برابر اسیدها و زنگ‌زدگی مقاوم هستند. در زندگی روزمره خود با مواردی روبه‌رو می‌شویم که از فولاد تولید شده‌اند؛ مانند لوازم برقی، وسایل ماهی‌گیری و بسیاری دیگر. این نوع از فولاد براق است و به راحتی صیقل داده می‌شود. بدین منظور از آهن ضدزنگ به عنوان جایگزینی برای نورافکن‌ها و آینه‌ها استفاده می‌کنند.
انواع فولادهای زنگ نزن
فولادهای ضد زنگ بر مبنای ترکیبات شیمیایی و متالوژیکی، معمولا در پنج کلاس مختلف دسته‌بندی می‌شوند:
- مارتنزیتی (Martensitic)
- فریتی (Ferritic)
- آستنیتی (Austenitic)
- آستنیتی- فریتی یا دو فازی (Duplex or ferritic-austenitic)
- رسوب سختی (Precipitation-Hardening or PH)
در ادامه هر کدام را به صورت جداگانه توضیح می‌دهیم. این نوع گروهی از آلیاژهای ضد زنگ است که آلیاژ سه‌گانه‌ای از آهن، کروم و کربن است و ساخته شده تا در برابر خوردگی و عملیات حرارتی مقاوم باشد. تمام گریدهای مارتنزیتی، فولادهای کروم مستقیم بدون نیکل هستند. به عبارت دیگر در این نوع از فولاد ضدزنگ نیکل وجود ندارد و عملیات سخت‌گردانی به صورت حرارتی انجام می‌شود. میزان کروم موجود در این فولاد می‌تواند از ۱۱ تا تا ۱۸ درصد باشد و همچنین مقدار یک درصد نیز کربن دارد. استحکام، سختی و مقاومت در برابر خستگی در این نوع از استنلس استیل (آهن زنگ نزن) بالا است. از نظر انعطاف‌پذیری و استحکام در سطح خوبی قرار دارد، ولی در برابر خوردگی مقاومت متوسطی را داراست؛
فریتی (Ferritic) به طور کلی فولادهای فریتی مقدار کروم بالاتری نسبت به فولادهای مارتنزیتی دارد و به طور نرمال درصد کروم آن بین ۱۱ تا ۳۰ درصد وزنی است. اما درصد نیکل آن یا خیلی کم است و یا بدون نیکل است. ساختار کریستالی این نوع فولاد Bcc است و این فولادها مغناطیسی بوده اما عملیات حرارتی‌پذیر نمی‌باشند. این فولادها عموما در کاربردهای غیرساختاری مورد استفاده قرار می‌گیرد که نیاز به مقاومت به خوردگی بالایی دارد. فولادهای ضد زنگ فریتی از مقاومت حرارتی و خوردگی خوبی برخوردار هستند اما به طور خاص و ویژه‌ای از مقاومت بالایی در برابر کلراید برخوردار است.
اثر عناصر آلیاژی بر فولاد زنگ نزن
همان‌طور که اشاره کردیم افزودن نیکل به آهن زنگ نزن مقاومت به خوردگی را در محیط‌های خنثی و یا اکسیدکننده ضعیف بهبود میبخشد؛ اما قیمت آن‌ها را نیز افزایش می‌دهد. همچنین مقدار کافی نیکل قابلیت انعطاف و شکل‌پذیری فولادها را بالا میبرد؛ زیرا امکان نگهداری آستنیت (FCC) در دمای محیط را میسر می‌سازد. افزایش مولیبدن به فولادهای زنگ نزن مقاومت به خوردگی را در حضور یون‌های کلر افزایش می‌دهد، حال آن‌که افزایش آلومینیوم مقاومت به پوسته شدن را در دماهای بالا بهبود میبخشد. کروم نیز برای افزایش مقاومت به خوردگی آن اضافه می‌شود. برای تقویت فولاد زنگ نزن، عناصر آلیاژی مثل نیکل و کروم را به آن اضافه می کنند.
تفاوت‌های فولاد ضد زنگ با فولاد گالوانیزه
اگرچه نمی‌توان مقاومت و استحکام هر دوی این محصولات را انکار کرد ولی هرکدام جوانب منفی و مثبتی دارند که باعث می‌شود با توجه به نوع کاربرد، یکی را به گزینه مناسب‌تری جهت انتخاب تبدیل کند. فولاد گالوانیزه با یک لایه نازک روی پوشش داده شده که به محافظت در برابر خوردگی کمک می‌کند. این محصول می‌تواند در برابر آب به خوبی مقاومت کند. از سوی دیگر فولاد ضد زنگ با افزودن کروم به فولاد مذاب ساخته می‌شود. به دلیل استحکام و مقاومت آن در برابر زنگ‌زدگی، این نوع از فولاد به عنوان فلز اصلی در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
رایج‌ترین فولادهای زنگ نزن و تفاوت‌های آن‌ها
گرید ۳۰۴ از گروه آستنیتی رایج‌ترین نوع فولاد ضد زنگ است. گرید ۳۱۶ نیز نوع متداول بعدی است که آن نیز از گروه آستینی می‌باشد و تقریبا همان خصوصیات فیزیکی و مکانیکی نوع ۳۰۴ را دارد. تفاوت این دو در این است که ۳۱۶ حدود دو یا سه درصد مولبیدن را در خود جای داده که این موضوع مقاومت در برابر خوردگی به خصوص در برابر کلریدها و سایر حلال‌های صنعتی را افزایش می‌دهد. به عبارت دیگر اساسی‌ترین تفاوت بین ۳۰۴ و ۳۱۶ حضور مولبیدن در گرید ۳۱۶ می‌باشد. مولبیدن عنصری شیمیایی است که برای تقویت و سخت شدن فولاد استفاده می‌شود
و عملکرد اصلی آن در گرید ۳۱۶ کمک به مبارزه در برابر خوردگی از کلرید است. ضد زنگ ۳۱۶ حاوی نیکل بیشتری نسبت به ۳۰۴ است؛ در حالی که ۳۰۴ حاوی کروم بیشتری نسبت به ۳۱۶ است. ۳۰۴ معمولا از ۱۸ درصد کروم و هشت درصد نیکل و استیل ۳۱۶ از ۱۶ درصد کروم و ۱۰ درصد نیکل و دو درصد مولبیدن تشکیل شده است. هر دو فولاد از دوام بالایی برخوردارند و مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند. ۳۰۴ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و ارزان‌تر بودن پرکاربردترین و پر مصرف‌ترین فولاد ضد زنگ در جهان است. دلیل گران‌تر بودن استیل ۳۱۶ این است که مقاومت بالاتری در برابر خوردگی خصوصا در برابر کلریدها و محلول‌های کلر دارد.