تاریخچه فولاد زنگ نزن

فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل (به انگلیسی: Stainless Steel) به فولادهایی با مقدار عناصر آلیاژی بالا گفته می‌شود که توانایی مقاومت به خوردگی در اتمسفرهای خورنده و دماهای بالا را داشته باشند. فولادهای ضد زنگ معمولی حاوی حداقل ۱۱ درصد کروم هستند که عامل اصلی مقاومت به خوردگی آنهاست.

پیر بارتیه[۱] مهندس فرانسوی در سال ۱۸۲۱، مشاهده کرد که با افزایش مقدار مشخصی کروم به آهن، سفتی و مقاومت به خوردگی اسیدی آن بسیار افرایش می‌یابد. در ۱۹۰۹، لئون گویله[۲] و آلبرت پورتوین[۳] بطور مستقل در فرانسه ریزساختار آلیاژهای Fe-Cr و Fe-Cr-Ni را بررسی کردند.

معرفی فولاد ضد زنگ

فولادهای زنگ نزن گروه وسیع و گسترده ای ازآلیاژهای ویژه اند که بیشتر برای مقاومت دربرابر خوردگی توسعه یافته اند.ازجمله ویژگیهای ممتازبرای این دسته ازآلیاژها شکل پذیری عالی ، چقرمگی زیاد دردمای اتاق و دمای پایین و مقاومت خوب دربرابر پوسته شدن ، اکسایش و خزش دردمای بالا می باشد که خواص خود را نیز تادماهای بالا حفظ می کنند.

فولادهای ضدزنگ Stainless Steel جزء دسته فولادهای آلیاژی حاوی مقادیر قابل توجهی کرم می باشند. حداقل عنصر کرم متعارف دراین دسته ازفولادها ۱۱ % می باشدو برای اینکه آلیاژهای آهنی خاصیت زنگ نزن داشته باشند میزان کرم درآنها نباید کمترازاین مقدارباشد. عنصر کرم موجب می گردد فولاد خاصیت ضدزنگ داشته باشد بدین معنا که مقاومت به خوردگی درآن بهبود یابد بنابراین کرم عنصر آلیاژی بهبوددهنده مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن است که این بهبود مقاومت دربرابر خوردگی به لحاظ تشکیل لایه محافظ ازاکسیدکرم روی سطح فولاد ضدزنگ می باشد.این لایه نازک سرتاسری تحت شرایط مساعد فولاد رادربرابر موادومحیط های خورنده محافظت می نماید . علاوه بر کرم ، عناصرشیمیایی دیگری نیز درترکیب فولادهای ضدزنگ بکارمی روند که ازآن جمله می توان به مولیبدن ، نیکل اشاره نمود. نیکل عمدتا” موجبات انعطاف پذیری و فرم پذیری را درفولاد ضدزنگ باعث می گردد.

درواقع کشف این آلیاژ جدید، بدین گونه رخ داد که روزی دانشمندان متوجه شدند که اگر بر فولاد، حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد فلز«کُرُم» و اندکی«نیکل» بیفزایند، فولادی به دست می آید که در برابر زنگ زدگی و حمله اسیدها، مقاومت خواهد کرد. پس فولاد ضد زنگ همان فولاد معمولی است که مقداری کرم و گاهی نیز اندکی نیکل بر آن افزوده اند. مصارف فولاد ضد زنگ بسیار است. ما در زندگی روزانه ی خود با صدها جنس سر و کار داریم که همه از فولاد زنگ نزن، ساخـته شده اند. مانند: چاقو، دستگیره ی در، سر چوگان گلف، لوازم برقی، وسایل ماهی گیری و بسیاری از چیزهای دیگر. فولاد ضد زنگ بسیار خوب صـیقل می خورد و براق می شود. از این رو، می توان از آن به جای آینه و نورافکن نیز استفاده کرد. در جایی که آینه شیشه ای، در معرض شکستن باشد به جایش فولاد ضد زنگ را هم چون آینه، قرار می دهند.

انواع استنلس بگیر (مغناطیسی)

پرمصرف‌ترین آنها ۱٫۴۰۱۶ می‌باشد. استفاده از آلیاژهایی با کروم پائین در مواردی که حفظ ظاهر در اولویت نیست و شرایط سخت محیطی وجود ندارد، امکان‌پذیر است. افزایش کروم و مولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می‌شود. افزایش تیتانیوم و نیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می‌دهد.

گروه اصلی:

استنلس نگیر یا غیر مغناطیسی: آلیاژ آهن – کروم- نیکل با کربن کمتر از ۰٫۱٪ (شامل انواع۱٫۴۳۰۱/۳۰۴که معمولاً به عنوان ۸/۱۸ و۱۰/۱۸ نیز نام برده می‌شوند) در حالت استفاده نشده خاصیت غیر آهن‌ربایی دارد و بیش از ۶۵ درصد مصرف جهانی استنلس را به خود اختصاص داده‌است.

استنلس بگیر یا مغناطیسی: آلیاژ آهن – کروم با کربن کمتر از ۰٫۱٪ همراه با خاصیت آهن‌ربایی.

استنلس مارتنزیت: آلیاژآهن – کروم با کربن بالای ۰۱٪ و خاصیت آهن‌ربایی و سختی پذیر.

استیل دوپلکس (Super Duplex stainless steel):آلیاژ آهن-کروم و نیکل با ساختمانی از ترکیب استیل‌های مغناطیسی و غیر مغناطیسی و خاصیت آهن‌ربایی.

انواع فولادهای ضد زنگ

فولاد ضدزنگ آستنیتی : سری Austenitic 300

فولاد ضدزنگ آستنیتی بیشترین مورداستفاده را در بین انواع دیگر فولادهای زنگ نزن داشته و تقریبا ۸۰% بازارجهان را به خود اختصاص داده است. درساختار آن حداقل ۷% عنصر نیکل قرار دارد که ساختارفولاد را تماما آستنیتی نموده و باعث گردیده فولاد خاصیت انعطاف پذیر، مقاوم برای کاربرد دردماهای بالا، غیرمغناطیسی و قابلیت جوشکاری مساعد ازخود نشان دهد.
معرفی فولاد ضد زنگ

بنابراین مشخصه اصلی این طبقه از فولادهای زنگ نزن، سهولت جوشکاری و مقاومت به خوردگی عالی- نرم و انعطاف‌پذیر بودن برای کارسرد و غیرمغناطیس بودن آنها می باشد. طبق آنچه بدان اشاره گردید، فولادهای زنگ نزن را برای استفاده در محیط های اتمسفری، آب دریا و انواع مختلف محیط‌های شیمیایی انتخاب می‌کنند. اما، بستگی به نوع محیط، باید فولاد با ترکیب شیمیایی مناسب انتخاب شود. بجز مقاومت دربرابر محیط‌های خورنده خاص، فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی دارای خواص متالورژیکی

** تبدیل آستنیت به مارتنزیت دراثر کارسرد درانواع ۳۰۱ ، ۳۰۲ و۳۰۴

** کاهش کربن و عنصرآلیاژی کرم برای حذف امکان تشکیل کاربید کرم و جلوگیری از خوردگی بین دانه‌‌یی درانواع L304،L316،۳۲۱،۳۴۷

** آلیاژکردن با مولیبدن برای افزایش مقاومت دربرابر خوردگی حفره‌یی درانواع ۳۱۶

** استفاده از درصدهای بالای عناصرآلیاژی کرم و نیکل برای افزایش استحکام دردمای بالا (فولادهای نسوز) و مقاومت دربرابر پوسته شدن درانواع ۳۰۹ و ۳۱۰ نیز می‌باشند.
موارد کاربرد:

مخازن نگهدارنده موادشیمیایی – لوازم آشپزخانه – لوله های صنعتی –نمای خارجی بناها – استراکچرها

فولاد ضدزنگ فریتی : سری ۴۰۰ Ferritic

این دسته ازفولادهای ضدزنگ خاصیت مغناطیسی و خواص فیزیکی و مکانیکی مناسبی دارند.عنصرآلیاژی عمده دراین گروه کرم در حدکافی جهت پایدار کردن کامل فازفریت می باشد به منظور جلوگیری ازتشکیل فازهایی که دررابطه با انعطاف پذیری و چقرمگی مخرب اند، سریع سردکردن این نوع فولادها که حاوی درصد زیادتری ازعناصر آلیاژی هستند الزامی است . فولادهای ضدزنگ فریتی خواصی مشابه به فولاد ساده کربنی داشته با این تفاوت که مقاومت آنها دربرابر خوردگی به مراتب بهتراست. عموما” این فولادها حاوی مقادیر بین ۱۲ تا ۱۷ درصدکرم درساختارخودمی باشند که فولادهای بامقادیر حدودا” ۱۲ درصد کرم بیشتر برای کاربرد دراستراکچرها و فولادهای بامقادیر حدودا” ۱۷ درصد کرم بیشتر در بویلرها – ماشین های لباسشویی – دکوراسیون داخلی و لوازم خانگی بکارمی روند.
معرفی فولاد ضد زنگ

فولاد ضدزنگ آستنیتی – فریتی : Austenitic-Ferritic (Duplex)

این دسته ازفولادهای ضدزنگ هردو ساختارمتالورژیکی مربوط به فاز های فریت و آستنیت را همزمان درخودداشته ازاینرو آنها را فولادهای ضدزنگ duplex نیز نامگذاری کرده اند این فولادها حاوی مقادیری ازعنصرنیکل به منظور پایدارکننده فازآستنیت و حصول خواص انعطاف پذیری همچنین مقادیری از عنصر کرم به منظورپایدارکننده فازفریت و حصول خواص استحکام و چقرمگی مناسب درفولادمی باشند.

موارد کاربرد:

صنایع پتروشیمی – کاغذسازی – قند و نیشکر همچنین کشتی سازی

فولاد ضدزنگ آستنیتی – فریتی : Austenitic-Ferritic (Duplex)

این دسته ازفولادهای ضدزنگ هردو ساختارمتالورژیکی مربوط به فاز های فریت و آستنیت را همزمان درخودداشته ازاینرو آنها را فولادهای ضدزنگ duplex نیز نامگذاری کرده اند این فولادها حاوی مقادیری ازعنصرنیکل به منظور پایدارکننده فازآستنیت و حصول خواص انعطاف پذیری همچنین مقادیری از عنصر کرم به منظورپایدارکننده فازفریت و حصول خواص استحکام و چقرمگی مناسب درفولادمی باشند.

موارد کاربرد:

صنایع پتروشیمی – کاغذسازی – قند و نیشکر همچنین کشتی سازی
معرفی فولاد ضد زنگ

فولاد ضدزنگ مارتنزیتی : Martensitic

برای بسیاری ازکاربردها که مستلزم نه تنها مقاومت دربرابر خوردگی است بلکه نیاز به استحکام بالا،سختی بالا،مقاومت به سایش و حفظ لبه های تیز و زوایا درقطعه است ، ازفولادهای مارتنزیتی استفاده می کنند این فولادها را می توان ابتدا آهنگری نمود و سپس با آستنیته و سریع سردکردن (تشکیل مارتنزیت) و بازپخت دادن عملیات حرارتی کرد. فولاد ضدزنگ مارتنزیتی خاصیت مغناطیسی داشته و قابلیت حصول محدوده متغیر ازسختی رادارد. برای ساخت بلید توربین های بخار ازاین نوع فولاداستفاده می گردد.

فولاد ضد زنگ حساس‌شده

فولاد ضد زنگ حساس‌شده، فولاد زنگ نزنی است که با فرایند گرمایی اتم‌های کروم آن از حلالیت خارج و بصورت کاربید و زیگما در مرزدانه رسوب کرده‌اند.

چنانچه اگر این فولاد در آب دریا باشد، خوردگی بین دانه‌ای در آن رخ می‌دهد.
هرگز زنگ نمی‌زند

این نوع فولاد در برابر زنگ زدگی و خوردگی بسیار مقاوم است و می‌تواند سال‌ها بدون خوردگی و زنگ زدگی باقی بماند. این دستاورد در خیلی از ساخت و سازها دیده می‌شود و دارای کاربردهای فراوان است. در ساختمان‌های بسیاری از جمله راهروهای زیر زمینی کاخ سفید آمریکا بکار رفته‌است.
آلیاژها

آلیاژهای فولاد زنگ نزن به علت داشتن مقاومت بالا نسبت خوردگی عالی یکی از پر کاربردترین مواد در مهندسی است. این مقاومت به دلیل وجود مقدار زیادی کروم درآن‌ها ناشی می‌شود. مقدار کم کروم، مثلاً ۵٪، مقاومت به خوردگی آهن را مقداری افزایش می‌دهد، اما برای رسیدن به فولاد زنگ نزن، حداقل ۱۲Cr% نیاز است. برابر با نظریه‌های کلاسیک، کروم با تشکیل یک لایه اکسید سطحی که لایه‌های زیرین را از خوردگی محافظت می‌کند، سطح آهن را زنگ نزن می‌سازد. برای ایجاد این لایه محافظ، سطح فولاد زنگ نزن باید در تماس با عوامل اکسید کننده باشد.

اضافه کردن نیکل به فولادهای زنگ نزن مقاومت به خوردگی را در محیط‌های خنثی یا اکسید کننده ضعیف افزایش می‌بخشد اما قیمت آن‌ها را نیز افزایش می‌دهد. هم‌چنین مقدارکافی نیکل قابلیت انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری فولادها را افزایش می‌دهد زیرا امکان نگهداری آستینت (FCC) در دمای محیط را فراهم می‌کند. افزایش مولیبدن به فولادهای زنگ نزن مقاومت به خوردگی را در حضور یون‌های کلر افزایش می‌دهد، حال آن‌که افزودن آلومینیوم مقاومت به پوسته شدن را در دماهای بالا بهبود می‌بخشد. کروم نیز برای افزایش مقاومت به خوردگی آن، اضافه می‌شود.
انواع

آلیاژهای مهم فولادهای زنگ نزن بر مبنای عنصر آلیاژی که به آن افزوده شده‌است به صورت زیر می‌باشد.

آلیاژهای آهن – کروم
آلیاژهای آهن – کروم ـ کربن
آلیاژهای آهن – کروم – نیکل – کربن

فولادهای زنگ نزن بر اساس ساختار متالورژیکی و ترکیب شیمیایی، به صورت زیر تقسیم می‌شوند:

فولاد زنگ نزن فریتی
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولاد زنگ نزن آستنیتی – فریتی (دوفازی)
فولاد زنگ نزن رسوب سختی

استیل‌های سری ۳۰۰

رایجترین نوع فولاد ضدزنگ استیل‌های سری ۳۰۰ هستند که خود به انواع مختلفی مثل ۳۰۳، ۳۰۴، ۳۰۵، ۳۱۶، ۳۲۱ و ۳۴۷ تقسیم می‌شوند و در بین آن‌ها استیل ۳۰۴ با اختلاف قابل توجهی از بقیه پرکاربردتر و رایج‌تر است. استیل ۳۰۴ و تعداد دیگری از استیل‌های این سری شامل ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل هستند و به همین دلیل به نام استیل ۸–۱۸ هم شناخته می‌شوند. البته نام استیل ۸–۱۸ اشاره به نوع خاصی از استیل ندارد چون فقط درصد دو آلیاژ نیکل و کروم را نشان می‌دهد. علاوه بر این کربن این استیل‌ها کمتر از ۰٫۰۸ درصد است و خاصیت آهنربایی ندارند.

استیل ۳۱۶ پس از استیل ۳۰۴ دومین استیل رایج در بین استیل‌های آستنیتی است. این استیل که به «استیل ضدزنگ گرید دریایی» هم معروف است و معمولاً شامل ۱۶ درصد کروم، ۱۰ درصد نیکل و ۲ درصد مولیبدن است و به همین دلیل به استیل ۱۰–۱۸ هم معروف است. تغییر در نسبت کروم و نیکل و افزودن مولیبدن باعث شده تا این استیل مقاومت بیشتری در مقابل فرسایش، به‌ویژه فرسایش ناشی از کلر داشته باشد و به همین دلیل برای وسایلی که باید در تماس زیاد با عوامل فرساینده مانند مواد شیمیایی، حلال‌ها، و آب شور باشند، مناسب است. این نوع از استیل معمولاً در ساخت کاردها و ابزارهای برنده و لوازم مرغوب آشپزخانه استفاده می‌شود و برای تاسیات دریایی نیز مناسب است.[۴]
کاربرد آن
استنلس استیل یا همان فولاد ضد زنگ کاربردهای بسیار متفاوت و متنوعی دارد. یکی از این موارد که اکثر خانواده‌ها از آن استفاده می‌کنند و شاید خودشان از این موضوع مطلع نباشند، سینک ظرفشویی است. در اکثر سینک‌های ظرفشویی که امروزه در جهان بسیار کاربرد دارد از استنلس استیل استفاده شده‌است. این فولاد ضد زنگ باعث می‌شود تا سینک ظرفشویی که همیشه در مجاورت آب است به هیچ عنوان زنگ نزند و فرم اولیه خود را از دست ندهد همچنین زیبایی و درخشندگی خاصی به سینک‌ها می‌بخشد تا محیط آشپزخانه از یکنواختی خود خارج شود.