
فولاد آلیاژی متشکل از آهن و کربن با حداکثر محتوای 2.1 درصد کربن میباشد. فولاد زنگنزن گروهی از فولادها هستند که از طریق افزودن عناصر آلیاژی در برابر خوردگی مقاوم میشوند. اصطلاح فولاد زنگنزن برای توصیف خانواده ای در حدود 200 آلیاژ فولاد با مقاومت قابل توجه در برابر حرارت و خوردگی استفاده می شود. برای آشنایی بیشتر با فولاد ضد زنگ با ما همراه باشید.
آشنایی با فولاد زنگ نزن (فولاد ضد زنگ)
فولاد زنگ نزن با اسم استنلس استیل نیز شناخته می شود. برای تولید این فولاد از میزان بالایی کروم (دست کم 11 درصد) استفاده می شود. وجود کروم در فولاد به آن خاصیت ضد خوردگی می دهد.
به دلیل خواص موثر کروم و مقاومت بالای آن در برابر زنگ زدگی میزان مصرف آن در این نوع آلیاژ نباید از 11 درصد کمتر باشد زیرا کروم باعث تقویت فولاد و افزایش استحکام آن در برابر عوامل زنگ زدگی و خوردگی می شود.
به جز کروم از آلیاژهای دیگری نیز برای تولید این نوع فولاد مصرف می شود که از آن جمله می توان به نیکل، ازت و مولبیدن اشاره داشت. از نیکل برای افزایش انعطاف و شکل گیری فولاد ضد زنگ مصرف می شود.
تاریخچه
فولاد ضد زنگ برای اولین بار در سال 1913 کشف شد. برای تولید این فلز، 12.8% کروم را به آهن اضافه کردند تا آلیاژی مقاوم در برابر پوسیدگی تهیه کنند. عنصر کروم در برابر خوردگی مقاومت بسیار بالایی دارد؛ با این حال مقاومت چندانی در برابر ضربه ندارد. اما وقتی با فولاد ترکیب میشود، مقاومت کروم در برابر پوسیدگی با مقاومت آهن در برابر ضربه به تعادل میرسد.
البته در سالهای بعد تلاشهای بیشتری برای تولید فولاد زنگ نزن صورت گرفت تا محصول بهتری بدست آید. در نهایت در سال 1930 یک فلز با ترکیبات فولاد آستنیتی و فریتی بدست آمد که مقاومت، صافی و زیبایی ظاهری بیشتری داشت.
خواص فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ خواص خود را از عناصر تشکیل دهنده خود می گیرد. خواص عناصر موجود در آن عبارتند از :
کروم
مهمترین عنصر برای فولادی ضدزنگ می باشد. استحکام گرمایی فولاد ، مقاومت آن در برابر پوسته شدن و سختی پذیری عمقی آن را افزایش می دهد و به طور کلی زنگ نزن می شوند.
کربن
استحکام کششی و حد تسلیم فولاد را افزایش می دهد و در واقع فولاد را سخت می کند.
منگنز
استحکام کششی و تنش تسلیم فولاد را افزایش می دهد. در واقع این عنصر، مقاومت به دمای بالا و مدت زمان حرارت را، در ساختار فولاد افزایش می دهد.
سیلیسیم
عنصر سیلیسیم تمایل بالایی به ترکیب با اکسیژن دارد. از آنجایی اکسیژن موجب اکسید شدن فولاد می شود، از سیلیسیم به عنوان عنصر اکسیژن زدا استفاده می گردد.
مولیبدن
شکنندگی فولاد را کاهش می دهد، قابلیت سختی پذیری عمقی و مقاومت گرمایی فولاد را افزایش می دهد
نیکل
این عنصر نیز باعث بهبود سختی پذیری عمقی فولاد می شود.
فرآیند فولاد ضد زنگ نیز به این ترتیب است که زمانی که فولاد ضد زنگ بریده می شود، کروم آن اکسید شده و ناحیه بریده شده را می پوشاند. همین خاصیت خود ترمیمی کروم است که فولاد را ضد زنگ می کند. اما باور اشتباهی است که ضد زنگ بودن را به مفهوم همیشگی و دائمی فولاد بدانیم. در واقع فولاد ضد زنگ تا زمانی که در محیط های غیرآلوده، درون آب شیرین یا آب دریا قرار بگیرد، زنگ نمی زند ولی در صورت قرارگیری در آب راکد یا محیط مرطوب دریایی، زنگ می زند. در واقع خاصیت زنگ نزدن فولاد بستگی زیادی به شرایط محیطی و ترکیبات شیمیایی دارد.
انواع فولاد ضد زنگ
با توجه به اینکه فلز در چه محیطی باید مقاومت داشته باشد، گریدهای مختلفی از فولاد زنگنزن موجود است. بر اساس ریزساختار و خواص فولاد زنگنزن میتوان آنها را به چهار دسته اصلی تقسیم کرد:
آستنیتی- فریتی یا دو فازی (Duplex or ferritic-austenitic)
فولادهای فریتی معمولا فقط دارای کروم به عنوان عنصر آلیاژی هستند. محدوده محتوای کروم در بین 10.5 تا 18 درصد میباشد. مقاومت این نوع از فولادها در مقایسه با فولاد زنگنزن آستنیتی در برابر خوردگی کمتر است. روشهای عملیات حرارتی نیز برای سخت شدن فولاد زنگ نزن فریتی کارساز نیست. بطور کلی قابلیتهای مهندسی فولاد زنگنزن فریتی در مقایسه با آستنیتی بهتر میباشد. برخلاف فولادهای آستنیتی آنها مغناطیسی هستند. فولادهای زنگنزن فریتی مقاومت خوبی در برابر خوردگی تنشی دارد.
فولاد زنگنزن مارتنزیتی (سری 400 و 500)
فولاد زنگنزن مارتنزیتی دارای کربن زیاد و کروم کم میباشد. آلیاژهای مارتنزیتی حاوی 12 تا 14 درصد کروم، 0.2 تا 1 درصد مولیبدن و مقدار قابل توجهی نیکل هستند. این نوع از فولادها مانند فولاد زنگنزن فریتی مغناطیسی هستند. قابلیت جوشپذیری آنها در مقایسه با سایر فولادهای زنگنزن کمتر و قابلیت سخت شدن آن بیشتر است و برای بهبود خواص میتوان آن را تحت عملیات حرارتی قرار داد. فولاد زنگ نزن مارتنزیتی در مقایسه با فولادهای فریتی و آستنیتی با محتوای کروم و آلیاژ مشابه دارای مقاومت به خوردگی کمتری خواهد بود.
فولاد ضد زنگ رسوب سختی (Precipitation-Hardening or PH)
فولادهای ضد زنگ PH حاوی حدود 17٪ کروم و 4٪ نیکل هستند. عملیات حرارتی باعث تقویت فولادهای PH در سطوح بالا میشود. این فولادها میتوانند با افزودن عناصری مانند مس، نیوبیوم و آلومینیوم به فولاد، مقاومت بسیار بالایی داشته باشند. البته درجات آلومینیوم متفاوت هستند و هر کدام برای کاربردهای خاصی انتخاب میشوند.
فولاد زنگنزن دوپلکس
دوپلکس ترکیبی از فولاد زنگ نزن آستنیتی و فریتی میباشد، بنابراین خواص هر دو ماده تشکیلدهنده آن را دارد. مقدار کروم این فولاد بالا و غلظت نیکل آن پایین است. فولادهای ضد زنگ دوبلکس ترکیبی از چند نوع آلیاژ 19 تا 28٪ کروم، 0 تا 5٪ مولیبدن و 5 تا 7٪ نیکل هستند.
فولاد زنگنزن دوپلکس با استحکام کششی و قابلیت جوشکاری مطلوب مزایای بینظیری را ارائه میدهند. این نوع از فولادها مقاومت خوبی در برابر خوردگی تنشی دارند اما نه به اندازه فولاد زنگنزن فریتی! سختی فولاد زنگ نزن دوپلکس از فولاد فریتی بیشتر و از فولاد آستنیتی کمتر است.
نحوه تولید فولاد ضد زنگ
تولید فولاد ضد زنگ شامل یک سری فرآیندها است که عبارتند از:
ذوب مواد اولیه
تمامی مواد اولیه شامل قراضه های فولادی و آلیاژهای آهنی شامل فروکروم، فرونیکل، فرومنگنز، فرومولبیدن و فروسیلیس در کوره قوس الکتریکی (EAF) مخلوط و ذوب می شوند. با جداسازی سرباره و مواد ته نشین شده، مذاب تصفیه شده و آماده مرحله بعدی می شود.
کربن زدایی از مذاب
بسته به نوع گریدی که در ترکیب فولاد باید وجود داشته باشد، کربن موجود در آن تنظیم شده و مابقی در واکنش با گاز اکسیژن به صورت مونوکسید کربن از ساختار حذف می شود. اکسیژن مورد نیاز به وسیله دمش در گاز تامین می شود. واکنش حذف کربن از مذاب به صورت زیر است:
4 Cr(bath) + 3 O2 → 2 Cr2O3(slag)
Cr2O3(slag) + 3 C(bath) → 3 CO(gas) + 2 Cr(bath)
ریخته گری پیوسته (CC)
مذاب تصفیه شده به صورت پیوسته در قالب ریخته گری می شود و پس از انجماد به صورت تختال (Slab)، شمشال (Billet) یا شمشه (Bloom) برش داده می شود.
شکل دهی
در مرحله بعد، شمش تولید شده به کارگاه های شکل دهی برده می شود تا به محصول نهایی تبدیل شود. این عملیات با نورد داغ محصولات فولادی آغاز می شود. در ابتدا تختال یا شمشال حرارت داده می شود و در ادامه از بین غلتک هایی بزرگ عبور داده می شود. شمشال و شمشه پس از شکل دهی به میله و سیم مفتول تبدیل می شوند، اما تختال معمولا به محصولاتی مثل صفحه، ورق و کویل تبدیل می شود.
عملیات حرارتی
پس از عملیات ریخته گری و شکل دهی، مشکلاتی نظیر تنش های پسماند و دانسیته بالایی از عیوب در قطعه به وجود می آیند که انرژی آن را افزایش داده و شکل پذیری آن را دچار مشکل می کنند. به همین دلیل عملیات حرارتی آنیل بر روی قطعات انجام می شود تا تنش های پسماند آزاد شده و انرژی کاهش یابد.
علاوه بر این، برخی از گریدهای فولاد ضد زنگ نیاز به عملیات ویژه ای دارند تا به خواص مکانیکی مناسب دست پیدا کنند. نمونه ای از این عملیات را می توانیم برای فولادهای زنگ نزن رسوب سخت شونده مارتنزیتی مشاهده کنیم که با عملیات رسوب سختی، استحکام آن افزایش پیدا می کند. اجرای این عملیات به نوع ساختار فولاد بستگی دارد که در بخش بررسی کردیم و برای هر دسته متفاوت است.
حذف اکسیدهای سطحی
با وجود مزایای فراوانی که فرایند آنیل دارد، اما در طی این فرایند، به علت واکنشی که بین سطح قطعه و اکسیژن اتفاق می افتد؛ سطح قطعه اکسید شده که علاوه بر تاثیرات نامناسب بر خواص مکانیکی، از زیبایی سطح قطعه می کاهد. به همین دلیل باید این اکسیدها از روی سطح حذف شوند. این کار می تواند به صورت مکانیکی با توسط سایش سطح قطعه یا با استفاده از محلول های اسیدی و قلیایی انجام شود.
برشکاری
پس از حذف اکسیدهای سطحی، تختال های بزرگ به ابعاد کوچکتری برش داده می شوند تا آماده مصرف برای صنایع تولیدی شوند. برشکاری می تواند به صورت مکانیکی با استفاده از دستگاه های برش مثل گیوتین انجام شود یا با استفاده از حرارت، پلاسما و … صورت پذیرد.
تمام کاری
در مرحله آخر عملیات پرداخت سطحی بر روی فولاد انجام می شود تا صافی سطح قطعه بالاتر رفته و ظاهر زیباتری داشته باشد.
تاثیر عناصر آلیاژی بر روی فولاد ضد زنگ
- آلیاژ کروم: که به عنوان اصلیترین آلیاژ فولاد ضد زنگ مورد استفاده قرار میگیرد دارای خاصیت ضدخوردگی است. برای استفاده از این آلیاژ آن را با اکسیژن واکنش داده، اکسید کروم بوجود آمده را روی سطح مقاطع فولادی مورد نظر میزنند. برای اینکه لایهی پوشاننده از مقاومت بالایی برخوردار باشد، حداقل از 11 درصد کروم استفاده میشود.
- دومین آلیاژ مورد استفاده برای تولید فولاد ضدزنگ، نیکل است. نیکل نیز به منظور حصول خواص خوردگی مناسب به خصوص در محیط اسید سولفوریک اضافه می گردد. زمانی که لایه مقاوم تخریب و یا از بین رود حضور نیکل به منظور ایجاد مقاومت به خوردگی ضروری است. نیکل همچنین از طریق استحکام دهی محلول جامد سبب افزایش استحکام فولاد می شود.
- مولیبدن: به منظور مقاومت به خوردگی شیاری در محیط های کلریدی و مقاومت به خوردگی حفره ای به فولاد زنگ نزن اضافه میشود. همچنین تمایل لایه اکسیدی به تجزیه را کاهش می دهد.
- برای تشکیل ترکیبات اکسیدی و سولفیدی به منظور بهبود مقاومت نسبت به اکسیداسیون و جلوگیری از تشکیل ناخالصی های سولفیدی که عامل پارگی داغ است، به فولاد زنگ نزن آلیاژ منگنز را اضافه میکنند.
- آلیاژ کربن: به عنوان پایدارکننده آستنیت شناخته شده و افزایش استحکام فولاد ضد زنگ را شامل میشود. البته از آنجایی که تمایل این آلیاژ به ترکیب کاربید کروم و در نتیجه کاهش مقاومت محصول نهایی به خوردگی زیاد است، میزان کربن استفاده شده در فولاد زنگ نزن پایین تعبیه میشود.
- آلیاژ نیتروژن: برای اینکه محصول نهایی در برابر خوردگیهای موضعی، خوردگی بین دانهای و حفره دار شدن مقاطع، به ترکیبات اضافه شده است. این آلیاژ به خصوص در ترکیب با فولادهای کم کربن باعث بوجود آمدن استحکام بسیار بالا میشود. نیروزن قیمت پایینی را دارا بوده و میتواند به عنوان جایگزین نیکل در ترکیبات فولاد زنگ نزن اضافه شود.
آلیاژهای مهم فولاد ضد زنگ
کروم و آهن اصلیترین عناصر برای تولید فلزات ضدزنگ هستند؛ البته مقدار ترکیبات عناصر در هر یک از انواع فلز زنگ نزن متفاوت است که پیشتر به آن پرداختیم. برای افزایش پایداری در فلز از کروم، نیکل و کربن (Fe-Cr-Ni-C) استفاده میکنند.
وقتی مقداری نیکل به فلز اضافه میکنند، آهن در برابر خوردگی مقاومت بالایی پیدا میکند؛ البته هر چه مقدار نیکل بالاتر رود، فلز نیز قیمت بالاتری خواهد داشت. نیکل انعطافپذیری و شکل پذیری فلز را نیز بیشتر میکند. مولیبدن را برای افزایش مقاومت به خوردگی در برابر یونهای کلر اضافه میکنند. آلومینیوم هم فلزی است که برای افزایش مقاومت به پوسته شدن در دمای بالا به این فلز استفاده میشود. یکی دیگر از ترکیبات موجود در فلزات ضدزنگ، کروم است که برای جلوگیری از زنگ زدگی و پوسیدگی در فلزات ضدزنگ کاربرد دارد.
کاربردهای فولاد ضد زنگ
کاربرد فلز ضدزنگ بسیار متنوع است و هر یک از انواع آن براساس ترکیبات و ویژگیهایی که دارد، برای موارد متعددی استفاده میشود. این محصول در تولید لوازم خانگی، ساختمانسازی، صنایع هوا و فضا، تولید خودرو و …. استفاده میشود. به طور کلی کاربردهای فولاد ضدزنگ عبارت است از:
تولید لوازم منزل
یکی از عمدهترین کاربردهای این فلز در تولید لوازم خانگی است؛ به طوری که برای ساخت قابلمه و وسایل آشپزی، کارد و چنگال، ظروف غذاخوری، اجاق گاز، باربیکیو و حتی مبلمان منزل از آن استفاده میکنند.
استفاده برای مصارف شهری
از دیگر کاربردهای فولاد ضد زنگ برای نمای ساختمان، آسانسور و پله برقی، مترو و زیرساختهای ایستگاه است.
فولاد ضد زنگ برای صنایع
کاربرد دیگر فولاد زنگ نزن برای تجهیزات و کارگاههای صنعتی است. برای مثال میتوان به قطعات موتور خودرو و هواپیما اشاره کنیم که به طور کامل با استفاده از این فلزات تهیه میشوند. همچنین برای تجهیزات کارخانههای موادغذایی و دارویی و یا ساخت تانکرهای سوخت و شیمیایی نیز استفاده میشود.
تولید ابزار جراحی و تجهیزات پزشکی
از دیگر کاربردهایی فولاد ضدزنگ باید به استفاده در صنایع پزشکی اشاره کنیم. این محصول بهداشتی است و به راحتی میتوان آن را شستشو داد، بدون اینکه پوسیده شود یا زنگ بزند. از مقاومت بالایی نیز برخوردار است. برای تولید قیف قرص، محلولهای لولهکشی و … از فلزات ضد زنگ استفاده میکنند.
کاربرد در صنایع خودرو سازی
در ساخت برخی از قطعات خودرو مثل سیستم اگزوز و مبدل کانالیزوری از فولاد ضدزنگ استفاده میکنند. در ساخت موتور سیکلت نیز این محصول کاربرد زیادی دارد.
سایر کاربردهای فولاد زنگ نزن شامل استفاده در صنایع شیمیایی، فرآوری نفت و گاز مثل مخازن، لولهها، پمپ و شیرآلات است. از دیگر کاربردهای آن باید به ساخت تجهیزات برای تولید برق اشاره کنیم. به طوری که در تولید توربینهای گاز و بخار از این فلزات استفاده میکنند.
مزیت های فولاد زنگ نزن
- استحکام بالا
- طول عمر بالا
- مقاومت در برابر خوردگی
- سهولت در نگهداری
- درخشش بالا و زیبایی
- چکش خواری
- انعطاف پذیری بالا
- سازگاری با محیط و تجدید پذیر بودن
- ضخامت کم و دوام بالا
- تمیز بودن
- قیمت مناسب
- عدم نیاز به پوشش محافظ
رایج ترین فولادهای ضد زنگ در بازار
فولاهای استنلس استیل با دو گرید شناخته شده 304 و 316 به عنوان رایجترین نوع فولاد ضدزنگ شناخته میشوند. هر دو این محصولات در دسته آستنیتی قرار دارند. محصولات تولید شده از گرید 304 و 316 در بیشتر مواقع مشابه بوده و تنها تفاوت آنها وجود 2 الی 3 درصد مولبیدن در فولاد ضد زنگ 316 است. مولبیدن به طور کلی برای سخت کردن ترکیبات فولاد مورد استفاده قرار گرفته و به خوردگی در برابر گاز کلر نیز کمک میکند. درصد کروم و نیکل استفاده شده در این دو نیز کمی با هم متفاوت است.
با تمام این تفاصیل میتوان گفت هر دوی این محصولات بسیار کاربردی و پراستفاده هستند هرچند در بازار فعلی، فولاد ضد زنگ 304 بیشتر به فروش رسیده و مورد توجه قرار میگیرد. مقاومت بالا در کنار قیمت مناسب اصلیترین دلیل این موضوع است.
تامین کنندگان اصلی فولاد ضد زنگ
(Capital Metal Industries)
صنایع Capital Metal یک شرکت دارای گواهینامه ISO 9001-2000 است که در زمینه تأمین فلزات آهنی و غیر آهنی تخصص دارد. این شرکت در سال 1982 در بمبئی تاسیس شد و به دلیل تهیه انواع مواد با کیفیت با قیمت مقرون به صرفه، شناخته شده است. تمامی محصولات تولید شده این شرکت شامل محصولات مسی، سیم کابل، لوله و اتصالات لوله و محصولات فولاد ضد زنگ است.
(Divine Tubes Pvt Ltd)
Divine Tubes یک شرکت دارای گواهینامه ISO 9001 2000 است که در در سال 2004 تاسیس شد. لوله فولاد ضد زنگ از متداولترین محصولات تولید شده در این شرکت است.
(Kalpatech)
Kalpatech یکی از شرکتهای معتبر در زمینه تولید فلزات غیر آهنی مانند مس و آلیاژهای مس، آلیاژهای مبتنی بر نیکل و روی و همچنین آلیاژهای آلومینیوم است که در سال 2004 تاسیس شد.
شرکت صنعتی راجندرا
شرکت صنعتی راجندرا (RIC)، به عنوان یکی از معتبرترین شرکتها در زمینه تولید فولاد این فولاد است که دارای گواهینامه ISO-9001 2000 است. این شرکت به عنوان یکی از شرکتهای پیشرو در زمینه تولید لولههای فولادی ضد زنگ است. از محصولات تولیدی شرکت راجندرا میتوان در صنایع مختلف مانند صنایع دفاعی، نیروگاه، فولاد و پتروشیمیها استفاده کرد.
Manek Metal (India) Pvt. Ltd
Manek Metal یکی از شرکتهای معروف در زمینه تولید فولاد ضد زنگ است. این شرکت به عنوان یکی از شرکتهای نمونه، جایزه بهترین کیفیت محصولات را از طرف انجمن صنایع فولاد ضد زنگ All India دریافت کرده است.
تفاوت فولاد ضد زنگ با فولاد گالوانیزه
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. 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 این دو محصول در مقایسه با هم بسیار متفاوتند؛ 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.
قیمت فولاد ضد زنگ
قیمت پایین، سهولت در نگهداری و دوام بالای فولادهای زنگ نزن باعث شده است که جای مواد فولادی مانند مس یا حتی لوله های پلاستیکی را در صنایع مختلف بگیرند. از فولاد ضد زنگ در صنایع بزرگ تر مانند راه آهن ها، ایستگاه های اتوبوس، فرودگاه ها، پله های برقی و مواردی از این قبیل نیز استفاده می شود. قیمت روز این محصول را در آهنک ببینید و برای مشاوره رایگان قبل از خرید با کارشناسان ما تماس بگیرید.
آهنک مرجع بزرگی برای استعلام قیمت روز آهن است. شما میتوانید از طریق این سایت قیمت لحظه ای آهن آلات و میزان نوسان قیمت این محصولات را بررسی کنید. علاوه بر این میتوانید با بهترین قیمت خرید خود را نهایی کنید.
جمع بندی پایانی
فولاد های ضد زنگ به دلیل استحکام و مقاومت بالا در برابر خوردگی کاربرد وسیعی در صنایع و ساختمان سازی دارند و تولیدکنندگان مختلف در تلاش هستند محصولات با کیفیت با طول عمر بالا تولید کنند. انواع فولاد زنگ نزن در ترکیبات و عناصر با هم متفاوت هستند. ضمن اینکه میزان مقاومت آنها در برابر پوسیدگی، خمیدگی، مغناطیسی بودن و … نیز با هم تفاوت دارد.
ارسال نظر