فولاد ضد زنگ ،👷♂️ خواص ، ویژگی‌ها و موارد استفاده از آن!!
فولاد ضد زنگ، یک آلیاژ فولادی مقاوم در برابر خوردگی بالا به دلیل وجود کروم زیاد در ترکیب آن می‌باشد. لازم به ذکر است که در شرایط معمولی، اغلب آلیاژها در محیط‌های کمی تهاجمی، ضد زنگ هستند. با این حال، آن دسته از آلیاژهایی که دارای کروم بیش از 17 درصد می‌باشند، در محیط های اکسید کننده تهاجمی نیز دارای قابلیت ضد زنگ می‌باشند. در میان سایر عناصر آلیاژی مهم، فولاد ضد زنگ ممکن است حاوی مقداری فرومنگنز ، فروسیلیس ، فرو سیلیکو منگنز ، فرو مولیبدن ، نیکل، نیتروژن، فرو تیتانیوم باشد. لازم به توضیح است که مقاومت بالا در برابر خوردگی به دلیل وجود یک لایه اکسیدی بسیار نازک و نامرئی است که سطح فولاد را می‌پوشاند. این فیلم (اکسید کروم) از فولاد در برابر محیط‌های تهاجمی محافظت کرده و در صورتی که آسیب ببیند، خود به خود ترمیم می‌شود!
نحوه عملکرد فولاد ضد خوردگی
همانطور که در بالا به آن اشاره شد، فولاد ضد زنگ، یک فولاد مقاوم در برابر خوردگی و دارای محتوی کروم (Cr) است. در این فولاد، برهمکنش اکسیژن و کروم، لایه‌ای را روی سطح فولاد تشکیل می‌دهد که از محصول نهایی در برابر تاثیرات نامطلوب شیمیایی، حرارتی و مکانیکی محافظت می‌کند. فولادهای مقاوم در برابر خوردگی، فولادهایی هستند که در محیط های تهاجمی (بخار، اسید، نمک و سایر مواد شیمیایی) اکسید نمی شوند.
در فولاد معمولی ، اکسیژن با اتم‌های آهن موجود واکنش می‌دهد که منجر به تشکیل یک سطح متخلخل می‌شود که واکنش بیشتر را تسهیل کرده و منجر به زنگ زدگی کامل قطعه می‌شود. اما در فولاد ضد زنگ، اکسیژن با اتم‌های کروم (که در غلظت های نسبتا بالایی در فولاد وجود دارد) واکنش داده و اتم‌های کروم و اکسیژن، یک لایه اکسید ضخیم را تشکیل می‌دهند که از توسعه بیشتر واکنش جلوگیری می‌کند. در واقع، در فولادهای ضد زنگ ، لایه‌های بسیار نازک اکسیدهای پیچیده بر روی سطح فلز به شدت به سطح فلز می‌چسبند و از نفوذ مواد تهاجمی به عمق فلز جلوگیری میکنند. شایان ذکر است که تمام فولادهای مقاوم در برابر خوردگی به دو گروه فولادهای کروم و فولادهای کروم نیکل تقسیم می شوند. فولادهای کروم نیکل، ساختار آستنیتی دارند. این فولادها در برابر اسیدهای مختلف از مقاومت خوبی برخوردار می‌باشند.
ویژگی‌های فولاد ضد زنگ
مهمترین ویژگی‌های فولاد ضد زنگ را می‌توان به شرح زیر ارائه داد:
- مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و دوام بالا.
- مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا.
- بهداشتی (بدون منافذ و ترک برای نفوذ آلودگی و باکتری).
- مقاوم در برابر آتش.
- زیبایی ظاهر سطح فولاد.
خواص فولاد ضد خوردگی در چه زمینه هایی قابل استفاده است؟
لازم به ذکر است که فولاد ضد زنگ دارای خواص ضد خوردگی بالایی است که به آن امکان می‌دهد در ساخت انواع قطعاتی که برای عملکرد در شرایط نامطلوب طراحی شده‌اند، استفاده شود. استفاده از این فولاد تقریبا در تمام زمینه های صنعتی از جمله صنایع شیمیایی، غذایی، هوانوردی، برق، مهندسی و پ حمل و نقل رایج می‌باشد. برخی از برندها حتی تحت تاثیر دماهای بالا(دماهایی بیش از 800 درجه سانتیگراد) نیز می توانند خواص خود را حفظ کنند. ( ورق سیاه چیست؟ )
محبوب ترین درجه‌ها و کاربردهای فولاد ضد زنگ
تمام گریدهای فولاد ضد زنگ را می‌توان به چند کلاس 200، 300، 400 طبقه بندی نمود. هر یک از این کلاس‌ها شامل چندین نوع فولاد ضد زنگ است. به عنوان مثال، نام تجاری AISI 201 ، متعلق به گرید و کلاس 200 است. لازم به ذکر است که این فولاد عملا با کلاس‌های بالا تفاوتی ندارد، اما از نظر خواص ضد خوردگی، مقداری از آنها پایین تر است. با این حال، از نظر قیمتی، تفاوت بسیار چشمگیری با کلاس‌های بالا دارد. برندهای زیر متعلق به سری 300 هستند:
AISI 304 :
این فولاد به دلیل جوش پذیری خوب، کاربرد گسترده‌ای در صنایع غذایی یافته است.
AISI 316 :
تفاوت آن با نام تجاری قبلی این است که حاوی مولیبدن (2٪) است که موجب می‌شود فولاد در برابر خوردگی مقاوم‌تر شود. این فولاد، قادر به حفظ خواص خود تحت تاثیر دماهای بالا و محیط‌های اسیدی است. استفاده از این فولاد در کشتی سازی، صنایع شیمیایی و نفت و گاز بسیار رایج است.
AISI 316T :
تیتانیوم موجود در این فولاد، استفاده از آن را در دمای بالا و تحت تاثیر یون‌های کلرید ممکن می‌سازد. این فولاد در صنایع شیمیایی، گاز و مواد غذایی کاربرد بسیاری دارد.
AISI 321 :
این فولاد حاوی مقدار زیادی تیتانیوم است. به همین دلیل قادر به تحمل دمای بالا تا 800 درجه سانتیگراد می‌باشد. استفاده از این فولاد ضد زنگ برای جوشکاری و همچنین ساخت لوله های بدون درز، بسیار مناسب می‌باشد.
شایان ذکر است که فولادهای سری 400 ، با این واقعیت متمایز می‌شوند که عملا هیچ عنصر اضافی در آنها وجود ندارد و تمام انواع فولادهای این سری، دارای مقدار زیادی کروم و مقدار بسیار کمی کربن می‌باشند. آلیاژ سری 400 ، بسیار انعطاف پذیر بوده و به خوبی جوش می شود. فولاد این کلاس با برند AISI 430 نمایندگی می‌شود. ( ورق رنگی چیست؟ )
قوانین علامت گذاری فولاد ضد زنگ
در علامت گذاری فولاد ضد زنگ ، نامی ایجاد می شود که حاوی اعداد و حروف است. عدد دو رقمی اول، وجود کربن و مقدار آن را نشان می‌دهد. این اعداد، با حروفی همراه می شود که نشان دهنده وجود مواد افزودنی آلیاژی است. پس از تعیین این عناصر به صورت عدد، تعداد آنها به نزدیکترین عدد صحیح گرد می‌شود. لازم به ذکر است که هر حرفی که در علامت فولادی ضد زنگ موجود است معنای خاص خود را دارد:
- X : بیانگر محتوای کروم است.
- H : بیانگر محتوای نیکل است.
- T : بیانگر محتوای تیتانیوم است.
- B : بیانگر محتوای تنگستن است.
- G : بیانگر محتوای منگنز است.
- M : بیانگر وجود مولیبدن است.
کاربردهای فولاد ضد زنگ
در ادامه به برخی از مهمترین کاربردهای فولاد ضد زنگ در صنایع مختلف پرداخته می‌شود:
- استفاده از میله ها و آهن‌های ساخته شده از فولاد ضد زنگ و مقاوم در برابر خوردگی، برای ساخت قطعاتی که در محیط های تهاجمی کار میکنند ، بسیار حیاتی است.
- استفاده از فولاد سخت شده و مقاوم در برابر خوردگی در مهندسی مکانیک موجب کاهش مصرف انرژی و سختی کار در تولید قطعات می‌شود.
- اخیرا استفاده از فولادها و آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی کم کربن در صنایع شیمیایی، برودتی، غذایی و صنایع سبک، به دلیل مقاومت بالای آنها در محیط های تهاجمی افزایش یافته است.
- استفاده از فولادهای مقاوم در برابر خوردگی کم کربن، برای ساخت تجهیزات جوش داده شده و خطوط لوله که در تماس با اسید نیتریک و نیترات آمونیوم کار میکنند، بسیار رایج است.
- کابل های فولادی ضد زنگ در شرایطی که نباید خوردگی اتفاق بیفتد و همچنین در شرایط دمای بالا مانند قایق رانی، هوانوردی، صنایع شیمیایی و غذایی استفاده می‌شود.
- علیرغم ارزش نسبی کوچک حجم تولید فولادهای ضد زنگ، این فولادها عملا رکن‌های اساسی تشکیل دهنده صنعت به شمار می‌روند. به عنوان مثال، توسعه صنایعی مانند هوافضا، پتروشیمی، مواد غذایی، پزشکی و خانگی به طور مستقیم به بازار فولاد ضد خوردگی بستگی دارد.
- فولاد ضد خوردگی در مهندسی کشاورزی، خودروسازی، خودروسازی، هوافضا، پتروشیمی، پزشکی، صنایع غذایی (از جمله صنایع نوشیدنی )، در مهندسی هسته ای، در مهندسی قدرت، در طراحی و دکوراسیون، در کشتی سازی، در کارخانه های تعمیرات اساسی حمل و نقل، در تولید لوازم خانگی بسیار پرکاربرد می‌باشد.
آیا فولاد ضد زنگ می تواند زنگ بزند؟
هنگامی که صحبت از فولاد ضد زنگ با محتوای کروم بیش از 10.5٪ می شود، وقوع زنگ‌زدگی را نمی‌توان به طور کامل رد کرد. حتی فولادهای آستنیتی با محتوای کروم بیش از 20 درصد و محتوای نیکل بیش از 8 درصد نیز در صورت استفاده نادرست می‌توانند دچار زنگ زدگی شوند.