فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل چيست؟

گروه وسيع و گسترده اي از آلياژهاي ويژه اي که بيشتر براي مقاومت در برابر خوردگي توسعه يافته اند را فولادهاي زنگ نزن نامند.

از جمله ويژگي هاي ممتاز براي اين دسته از آلياژها شکل پذيري عالي، چقرمگي زياد در دماي اتاق و دماي پايين و مقاومت خوب در برابر پوسته شدن، اکسايش و خزش در دماي بالا مي باشد که خواص خود را نيز تا دماهاي بالاحفظ می کنند.

به طور کلی استنلس استیل، فلز بادوام، کم هزینه جهت نگهداری و صد درصد قابل بازیافت می باشد و بیشاز 60 درصد استنلس های جدید از ذوب قراضه استنلس استیل تهیه می گردند.

فولادهاي ضد زنگ جزء دسته فولادهاي آلياژي حاوي مقادير قابل توجهي کرم مي باشند.

حداقل عنصر کرم متعارف در اين دسته از فولادها 11 % مي باشد و براي اينکه آلياژهاي آهني خاصيت زنگ نزن داشته باشند ميزان کرم در آنهانبايد کمتر از اين مقدار باشد. عنصر کرم موجب مي گردد فولاد خاصيت ضد زنگ داشته باشد بدين معنا که مقاومت به خوردگي در آن بهبود يابد. بنابراين کرم عنصر آلياژي بهبود دهنده مقاومت به خوردگي فولادهاي زنگ نزن است که اين بهبود مقاومت در برابر خوردگي به لحاظ تشکيل لايه محافظ از اکسيد کرم روي سطح فولاد ضد زنگ مي باشد. اين لايه نازک سرتاسري تحت شرايط مساعدفولاد را در برابر مواد و محيط هاي خورنده محافظت مي نمايد. علاوه بر کرم، عناصر شيميايي ديگري نيز در ترکيب فولادهاي ضد زنگ بکار مي روند که از آن جمله ميتوان به موليبدن و نيکل اشاره نمود. نيکل عمدتا موجب انعطاف پذيري و فرم پذيري را در فولاد ضد زنگ باعث می گردد.

فولاد های ضد زنگ به گروهی از آلیاژها با پایه آهنی گفته می شود که حاوی حداقل 11 درصد کروم (Cr) باشند.

کروم (Cr) عنصری اساسی است که با تشکیل یک فیلم اکسید کروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ می سازد.

هنگامی که فولاد ضد زنگ بریده یا خراش داده می شود، کروم موجود در سطح سریعا اًکسید می شود و فیلم اکسید ناحیه صدمه دیده را ترمیم می کند. به دلیل همین خاصیت خود ترمیمی است که فولادرا بدون زنگ می نامند.

اولین فولاد ضد زنگ به صورت آلیاژ، مارتنزیتی Fe-Cr-C توسط دانشمند انگلیسی به نام هاری بررلی (Harry Brearley) در 1912 تهیه گردید.

اولین ریخته گری تجارتی فولاد ضد زنگ در سال 1913 در شفیلد انگلستان به تولید رسید و حق ثبت آمریکایی جهت این اختراع در سال 1916 به آقای هاری بررلی اهدا گردید.

آیا استیل ، زنگ می زند؟

در واقع این موضوع که استیل، زنگ نمی زند یک تصور نادرستی است. این برداشت ناصحیح برخی مواردمنجر به مشاجرات و حتی تعقیب قانونی بین کارفرمایان و پیمانکاران می شود. فولادهای ضد زنگ فقط در شرایطی خاص نظیر محیط های غیرآلوده و آب شیرین یا آب دریا (به صورت جاری) بدون زنگ باقی می مانند. در هوای مرطوب دریایی یا در داخل آب ساکن (راکد) فولاد ضد زنگ نوع 304 زنگ می زند، و اغلب به صورت موضعی دچارخوردگی حفره ای می گردد. به طور کلی ماهیت محیط و ترکیب شیمایی فولاد هر دو در تشکیل زنگ و خوردگی حفره ای فولاد ضد زنگ نقش تعیین کننده ای دارند.

دلیل پاک شدن لایه کروم در عملیات حرارتی چیست؟

در عملیات حرارتی و یا جوش کاری، دمای فولاد ضد زنگ به حدود 550 الی 850 درجه سانتیگراد می رسد. کروم و کربن با یکدیگر وارد واکنش می شود و کاربایدکروم(Chromium Carbide)تولید می گردد که در امتداد مرز دانه ها رسوب می کند.به همین دلیل کروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحیه مرزی) تخلیه می شود.ناحیه مرزی که کروم آن تخلیه شده ( فقیر نسبت به کروم ) نسبت به سایر مناطق سالم سطح فلز که کروم آن مناطق تخلیه نشده اند دربرابر خوردگی مقاومت کمتری دارد.

فولاد ضد زنگی را که در ساختار بلوری آن کار باید کروم به وجود آمده باشد “حساس شده ( Sensitized) می نامند.فولاد های حساس شده نسبت به خوردگی مرزدانه ای یا فساد جوش بیشتر مستعد می شوند.

خواص اصلی استنلس استیل ها:

• مقاومت در برابر خوردگی
• ظاهر جذاب
• مقاومت در برابر حرارت
• هزینه ناچیز در طول عمر مفید
• بصورت کامل قابل بازیافت
• از نظر قابلیتهای بیولوژیکی خنثی می باشد
• سادگی تولید محصول

انواع استیل ها:

1. استنلس استیل آستنیتی Austenitic 300
2. استنلس استیل فرریتی Ferritic 400
3. استنلس استیل آستنیت و فرریتی داپلکس Austenitic-Ferritic Duplex
4. استنلس استیل مارتنزیتی Martensitic

استنلس استیل آستنیتی Austenitic 300:

فولاد ضد زنگ آستنیتی بیشترین مورداستفاده را در بین انواع دیگر فولادهای زنگ نزن داشته و تقریبا 80 % بازارجهان را به خود اختصاص داده است. درساختار آن حداقل 7% 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.

استنلس استیل فرریتی Ferritic 400:

این دسته ازفولادهای ضدزنگ خاصیت مغناطیسی و خواص فیزیکی و مکانیکی مناسبی دارند.عنصرآلیاژی عمده دراین گروه کرم در حد کافی 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 12 تا 17 درصد کرم درساختار خود می باشند که فولادهای با مقادیرحدودا 12 درصد کرم بیشتر برای کاربرد در استراکچرها و فولادهای بامقادیر حدودا 17 درصد کرم بیشتر در بویلرها – ماشین های لباسشویی – دکوراسیون داخلی و لوازم خانگی بکارمی روند.

استنلس استیل آستنیتی – فرریتی داپلکس 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 وحصول خواص استحکام و چقرمگی مناسب درفولادمی باشند که در مواردی همچون صنایع پتروشیمی – کاغذسازی – قند و نیشکر همچنین در کشتی سازی کاربرد دارند.

استنلس استیل 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 ابتداآهنگری 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 بخارازاین نوع فولاداستفاده می گردد.

بطور کلی مشخصه اصلی این طبقه از فولادهای زنگ نزن، سهولت جوشکاری و مقاومت به خوردگی عالی- نرم وانعطاف پذیر 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 محیط های شیمیایی انتخاب می کنند. اما، بستگی به نوع محیط، باید فولاد با ترکیب شیمیایی مناسب انتخاب شود. بجزمقاومت دربرابر محیط های خورنده خاص،فولادهای زنگ نزن آستنیتی دارای خواص متالوژیکی به شرح ذیل می باشد.

1- تبدیل آستنیت به مارتنزیت دراثر کارسرد درانواع استیل 302 ، 301 و استیل 304

2-کاهش کربن و عنصرآلیاژی کرم برای حذف امکان تشکیل کاربید کرم و جلوگیری از خوردگی بین دانه ای درانواع استیل 304L،316L،321،347

3-آلیاژکردن با مولیبدن برای افزایش مقاومت دربرابر خوردگی حفره يی درانواع استیل 316

4-استفاده از درصدهای بالای عناصرآلیاژی کرم و نیکل برای افزایشاستحکام دردمای بالا (فولادهای نسوز) و مقاومت دربرابر پوسته شدن درانواع استیل 309 و 310 نیز می باشند.

استیل نگیر(غیر مغناطیسی) چیست:

آلیاژآهن – کروم- نیکل با کربن کمتر از 0.1 درصد(شامل انواع 304/ 1.4301 که معمولا عنوان 18/08 و 18/10 نیز شناخته می شوند.)در حالت کارنشده خاصیت غیرآهن ربایی دارد وبیش از 65 درصد مصرف جهانی استیل را به خود اختصاص می دهد.

استیل بگیر(مغناطیسی)چیست:

آلیاژ آهن –کروم با کربن کمتر از 0.1 % را که خاصیت آهن ربایی دارد را استیل بگیر نامیده می شود.

پرمصرف ترین آنها 1.4016 است.استفاده از آلیاژهایی با کروم پائین درمواردی که حفظ ظاهر در اولویت نبوده وشرایط سخت محیطی موجود نمی باشد،امکان پذیراست افزایش کروم ومولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود.افزایش تیتانیوم ونیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می دهد.

استنلس مارتنزیتی چیست :

آلیاژآهن-کروم با کربن بالای 1 % را گویند که خاصیت آهن ربایی وسختی پذیر را دارد.

استیل دوپلکس چیست :

آلیاژ آهن-کروم ونیکل با ساختمانی از ترکیب استیل های مغناطیسی و غیر مغناطیسی وخاصیت آهن ربایی را استیل داپلکس نامند.

استنلس استیل های دوپلکس به طور کلی از نظر مقاومت مکانیکی در سطح بالاتری نسبت به انواع معمول استیل بگیر(مغناطیسی) ونگیر(غیرمغناطیسی)قرار دارند.استنلس ها که نوع 1.4462 پرمصرف ترین آنها می باشد.