نکاتی درباره استنلس استیل

فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل از خانواده ی آلیاژهای پایه آهنی است که حداقل حدود 11 درصد کروم دارد. در حقیقت ترکیب این آلیاژ به صورتی است که آهن را از خوردگی محافظت می کند، در حالی که خواص مقاوم به حرارت نیز ایجاد می کند.

انواع آلیاژهای زنگ نزن در مقدار کربن با یک دیگر تفاوت دارند که این مقدار کربن از 0/3 درصد تا بالاتر از 1 درصد می تواند باشد. هم چنین علاوه بر مقدار کربن می توانند در مقدار عناصر نیتروژن، آلومینیوم، سیلیسیم، گوگرد، تیتانیم، نیکل، مس، سلنیم، نایوبیم و مولیبدن نیز متفاوت باشند. انواع فولاد زنگ نزن معمولا با سه عدد اختصاری مشخص می شوند برای مثال فولاد زنگ نزن 304 یکی از پرکاربردترین انواع فولاد زنگ نزن است.

مقاومت دربرابر خوردگی در استنلس استیل

همان طور که اشاره شد فولادهای زنگ نزن دارای کروم هستند و به همین علت در برابر تشکیل اکسید آهن مقاوم هستند. زیرا کروم باعث می شود تا یک لایه ی غیرفعال یا passive روی فولاد تشکیل شود و آن را از خوردگی محافظت کند. میزان مقاومت به خوردگی در فولاد زنگ نزن قابل افزایش است.

با افزایش میزان کروم در آلیاژ به بیش از 11 درصد و یا مقدار نیکل بیش از 8 درصد، باعث افزایش مقاومت به خوردگی می شود. همچنین افزودن عنصر مولیبدن و نیتروژن نیز باعث افزایش مقاومت به خوردگی حفره ای می شود.

افزودن عنصر نیتروژن علاوه بر افزایش مقاومت به خوردگی، استحکام مکانیکی را نیز افزایش می دهد. بنابراین تعداد فراوانی گریدهای فولاد زنگ نزن با مقادیر متفاوت کروم و مولیبدن وجود دارد که آلیاژ را برای عملکرد در شرایط محیطی متعدد سازگار می کند.

خواص فولاد زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن همان طور که از نامشان به نظر می رسد دارای مقاومت به خوردگی بالایی هستند. این فولادها نرخ کارسختی، چقرمگی، استحکام و سختی بالایی نسبت به فولادهای کربنی دارند. علاوه برآن، ظاهر زیباتری نسبت به فولاهای کربنی دارند. از طرفی چون مقاومت به خوردگی آنها بالا است نیاز به نگه داری کم تری به منظور جلوگیری از آسیب دیدن آن دارند.

باید خاطر نشان شد که در دماهای بالا نیز استحکام بالایی دارند و همین باعث افزایش دمای کاری آن ها می شود. فولادهای زنگ نزن خاصیت مغناطیسی دارند. البته خانواده ی فولادهای زنگ نزن آستنیتی به طورکلی غیر مغناطیس هستند مگر در مواردی که کار سرد شوند مقدار کمی از خود خاصیت مغناطیسی نشان می دهند.

کاربرد فولاد زنگ نزن

فولاد زنگ نزن شکل پذیری خوبی دارد و می تواند به اشکال ورق، بشقاب، میله، سیم و لوله دربیاید. کاربرد استنلس استیل در ساخت وسایل آشپزخانه، تجهیزات جراحی، سازه ها و ساختمان ها، تجهیزات صنعتی، محفظه ی نگه دارنده ی مواد شیمیایی و محصولات غذایی می باشد.

علت این کاربرد گسترده فولاد زنگ نزن در این است که مقاومت به خوردگی بالای این آلیاژ باعث می شود تا به راحتی با بخار تمیز و استریلیزه شود. از طرفی عدم نیاز به استفاده از پوشش سطحی باعث می شود فولاد زنگ نزن در تجهیزات آشپزخانه به کار برود.

انواع فولاد زنگ نزن

همان طور که اشاره شد فولاد زنگ نزن گریدهای متعددی دارد اما به چهار خانواده ی اصلی تقسیم می شود که این تقسیم بندی بر اساس ساختار کریستالی است.

فولاد زنگ نزن آستنیتی

فولاد زنگ نزن آستنیتی بزرگ ترین خانواده ی فولادهای زنگ نزن است که دو سوم محصولات فولاد زنگ نزن به این گروه اختصاص دارد. این گروه ریزساختار آستنیتی دارند، ساختار کریستالی آن مکعب مرکز پر fcc است.

در ترکیب شیمیایی این آلیاژ عناصری نظیر نیکل و یا منگنز و نیتروژن وجود دارند. این عناصر پایدار کننده ی فاز آستنیت هستند و باعث می شوند تا فاز آستنیت در محدوده ی دمایی وسیع تری پایدار باشد. فولاد زنگ نزن آستنیتی تا زمانی که در تمام دماها ریز ساختار یکسانی داشته باشد، قابلیت سختی پذیری به وسیله ی عملیات حرارتی ندارد.

استحکام تسلیم این خانواده کم و در حدود 200 الی 300 مگاپاسکال است. همین امر باعث محدود شدن کاربردشان در سازه ها و قطعاتی که نیاز به تحمل نیرو دارند می شود. ازدیاد طول زیادی دارند که اجازه می دهد تا در فرآیندهای ساخت شکل پذیری خوبی داشته باشند.

همچنین از طریق تمام روش ها قابلیت جوشکاری دارند و اغلب از روش جوش قوس الکتریکی جوشکاری می شوند. ورق های نازک و لوله های با قطر کم از جنس فولاد زنگ نزن آستنیتی می توانند به وسیله ی کار سرد استحکام دهی شوند.

فولاد زنگ نزن فریتی

ریزساختار این فولاد مانند فولادهای کربنی، فریت است. ساختار کریستالی فریت، مکعب مرکز پر bcc است. مقدار عنصر کروم در فولاد زنگ نزن فریتی بین 5/10 الی 27 درصد با مقدار بسیار کم نیکل و یا حتی بدون نیکل است.به علت افزودن کروم این ریزساختار در تمامی دماها پایدار است به طوری که قابلیت سختی پذیری به وسیله ی عملیات حرارتی را ندارند.

همچنین قابلیت استحکام دهی به وسیله ی کار سرد را نیز ندارند. فولادهای زنگ نزن فریتی مغناطیسی هستند. به دلیل عدم وجود یا مقدار بسیار کم نیکل، نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی ارزان تر هستند و از این رو بیش تر قطعات فولادی از آن ساخته می شوند.

فولاد زنگ نزن مارتنزیتی

فولادها زنگ نزن مارتنزیتی محدوده ی گسترده ای از خواص را دارند. این گروه فولاد دارای خاصیت مغناطیسی است. علاوه بر آن این فولاد به اندازه ی فولاد زنگ نزن آستنیتی و فریتی مقاومت به خوردگی ندارد زیرا در فولاد زنگ نزن مارتنزیتی مقدار کروم کم است.

فولاد زنگ نزن دو فازی

در این گروه از فولاد زنگ نزن ریزساختار ترکیبی از آستنیت و فریت است که نسبت ایده آل 50، 50 است یعنی 50 درصد ریز ساختار فاز آستنیت و 50 درصد دیگر فاز فریت باشد. اما این نسبت برای آلیاژهای تجاری 40 به 60 است.

یعنی 40 درصد آستنیت و 60 درصد فریت باشد. این فولادها مقدار بالاتری کروم در حدود 19 الی 32 درصد و هم چنین میزان بالاتری مولیبدن بالای 5 درصد و مقدار کم تری نیکل نسبت به فولاد زنگ نزن آستنیتی دارند. استحکام تسلیم فولاد زنگ نزن دو فازی دو برابر فولاد زنگ نزن آستنیتی است.