آهن ضد زنگ چیست؟
فولاد ضد زنگ، آلیاژی مقام است که در درجه اول از آهن و کربن ساخته می شود. آنچه که فولاد ضد زنگ را متفاوت می کند افزودن عنصر کروم (Cr) و سایر عناصر آلیاژی مانند نیکل (Ni) برای ایجاد یک محصول مقاوم در برابر خوردگی است. هنگامیکه کروم به فولاد افزوده می شود، اکسید کروم تشکیل می گردد که مانند یک سطح محافظ برای جلوگیری از زنگ زدگی هوا و رطوبت عمل می کند، همانگونه که در فولاد معمولی اتفاق می افتد. بیش از 100 درجه مختلف از فولاد زنگ نزن وجود دارد اما می توان آن ها در پنج نوع گروه بندی کرد:
بیشتر بخوانید: آشنایی با فلز اگزوز ماشین
فولاد ضد زنگ آستنتیک (Austenitic)
پرکاربرد ترین فولاد ضد زنگ آستنتیک است. این فولاد دارای مقاومت در برابر خوردگی و حرارت عالی با خواص مکانیکی خوب در دامنه وسیعی از دما است. از فولاد آستنیتی در ظروف خانگی، لوله های صنعتی و شناورها و نمای ساختمان استفاده می شود.
فولاد ضد زنگ فریتیک (Ferritic)
فولاد ضد زنگ فریتیک ویژگی هایی مشابه فولاد ملایم (متداول ترین فولاد) را دارد، اما مقاومت بالایی در برابر خوردگی، گرما و ترک خوردگی دارد. از فولاد فریتیک معمولا در ماشین لباسشویی، دیگ های بخار و معماری داخلی استفاده می شود.
فولاد ضد زنگ دوبلکس (Duplex)
فولاد ضد زنگ دوبلکس ترکیبی از فولادهای آستنیتی و فریتی است که قابلیت استحکام و منعطف بودن را دارا می باشد. فولاد دوبلعکس در صنایع کاغذ، خمیر کاغذ، کشتی سازی و پتروشیمی استفاده می شود. گرید های جدید دوبلکس برای طیف گسترده ای از برنامه ها در حال توسعه اند.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic)
فولاد های مارتنزیتی یا آستنیتی را نیز می توان به عنوان فولاد های ضد زنگ سخت‌کننده، طبقه‌بندی کرد. این فولاد با افزودن عناصری مانند آلومینیوم، مس و نیوبیم بسیار مقاوم ساخته شده اند.
مقاومت در برابر خوردگی مزیت اصلی فولاد های ضد زنگ است، اما تنها مورد نیست. فولاد ضد زنگ شامل:
- مقاوم در برابر دمای بالا و پایین
- قوی و بادوام
- از نظر زیبا شناسی جذاب است
- سازگار با محیط زیست و قابل بازیافت
علاوه بر کروم، فولادهای ضد زنگ با آلیاژ های سیلیسیم، نیکل، کربن، نیتروژن و منگنز ساخته می شوند. به عنوان مثال نیتروژن خاصیت کششی مانند شکل پذیری را بهبود می بخشد. نیکل به فولاد آستنیتی اضافه می شود تا انعطاف پذیرتر گردد. این آلیاژ ها در مقادیر و ترکیبات مختلف برای تامین برنامه های خاص استفاده می شوند به همین دلیل برای تولیدکنندگان فولاد ضد زنگ بسیار مهم است که درصد آلیاژ استفاده شده را تایید کنند.
تصویر شماره 1 - ورق استیل
بیشتر بخوانید: انواع و کاربرد ورق استیل
کاربرد فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ ماده ای همه‌کاره است. اولین بار برای کارد و چنگال مورد استفاده قرار گرفت و به دلیل ویژگی ها مقاوم در برابر خوردگی خیلی سریع به صنایع شیمیایی راه یافت. امروزه مقاومت به خوردگی هنوز از اهمیت بالایی برخوردار است و به تدریج مشخصات مکانیکی مواد شناخته می شود. فولاد های ضد زنگ را می تواند به صورت کویل، شیت، میله، لوله و سیم استفاده کرد. که شامل:
کاربردهای آشپزخانه
- سینک ظرفشویی
- کارد و چنگال
- وسایل آشپزی
ابزار جراحی و تجهیزات پزشکی
- هموستات
- کاشت های جراحی
- تاج موقت (دندانپزشکی)
معماری پل ها
- بناها و مجسمه ها
- سقف های فرودگاه
برنامه های کاربردی خودرو و هوافضا
- بدنه خودرو
- واگن های ریلی
- هواپیما
کاربردهای آشپرخانه
معروفت ترین کاربرد استیل ضد زنگ، برای کارد و چنگال و ظروف آشپزخانه است. بهترین نوع کارد و چنگال استفاده از استیل 304 که شامل (18% کروم، 8، نیکل) می باشد.
تصویر شماره 2 - کاربردهای آشپرخانه از استنلس استیل
صنایع شیمیایی، فرآوری نفت و گاز
سخت گیرترین صنایعی که از فولاد ضد زنگ استفاده می کنند، صنایع شیمیایی، فرآوردهای نفت و گاز هستند و بازار بزرگی را برای مخازن، لوله ها، پمپ ها و شیرآلات ضد زنگ ایجاد کرده اند. اولین موفقیت در مورد فولاد ضد زنگ 304؛ ذخیره‌سازی اسید نیتریک رقیق به دلیل اینکه می تواند در مقاطع نازک تری مورد استفاده قرار گیرد. درجه های متعددی مخصوص فولاد های ضد زنگ برای مقاومت در برابر خوردگی بیشتر در دامنه وسیعی از دماهای مختلف تولید شده اند.
تصویر شماره 3 - صنایع شیمیایی، فرآوری نفت و گاز استنلس استیل
تولید برق
فولاد ضد زنگ و سایر آلیاژ های مقاوم در برابر خوردگی به طور گسترده در صنعت تولید برق برای مقابله با خوردگی، مخصوصا در دمای بالا استفاده می شود. به طور خاص از آلیاژ نیکل برای مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون در نیروگاه های سوخت فسیلی استفاده می شود. آلیاژ نیکل و سایر فولاد ضدزنگ به طور گسترده در واحدهای رسوب زدایی گاز دودکش استفاده می شود. در صنعت انرژی هسته ای از مقادیری زیادی ضد زنگ که اغلب با مقدار کم کبالت مشخص می شوند، هم برای تولید برق و هم برای مهار تشعشع استفاده می کند.
توربین های بخار و گاز به دلیل داشتن مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حرارت از ضد زنگ استفاده می کنند.
تصویر شماره 4 - توربین تولید برق از استنلس استیل
تولید مواد غذایی
مقادیر زیادی از فولاد ضد زنگ در تولید و ذخیره‌سازی مواد غذایی استفاده می شود. معمول ترین فولاد زنگ نزن برای این کاربرد 304 و 316 می باشد. به طور کلی استیل ضد زنگ 316 در محیط هایی که میزان سختی آن زیاد است استفاده می شود. یکی از مزایای اصلی استیل ضد زنگ در این کاربرد این است که هیچ طعمی به غذایی که با آن در تماس است نمی دهد و شست و شوی آن ظرف به راحتی امکان‌پذیر می باشد.
تصویر شماره 5 - دستگاه تولید موادغذایی از استنلس استیل
معماری، ساختمان و ساخت و ساز
اغلب ساختمان های مدرن از فولاد های ضد زنگ برای روکش، بام و نما استفاده می کنند. برای ساخت پل، بنا ها و مجسمه، سقف های فرودگاه ها کاربرد رایج دارد.
تصویر شماره 6 - پل ساخته شده از فولاد زنگ نزن
ابزار جراحی و تجهیزات پزشکی
اغلب تجیهزات پزشکی، تخت های ارتوپدی، دستگاه های معاینه به دلیل کیفیت بهداشتی و تمیز کردن آسان، از ضد زنگ به صورت استاندارد ساخته می شود. شرکت های دارویی از فولاد زنگ نزن برای قیف قرص، محلول های لوله کشی و ... استفاده می کنند.
تصویر شماره 7 - تجهیزات پزشکی از فولاد زنگ نزن
صنعت خودرو
در تولید اتومبیل، در درجه اول برای سیستم های اگزوز و مبدل های کاتالیزوری و همچنین بدنه خودرو از فولاد های ضد زنگ استفاده می کنند. با توجه بیشتر به دستیابی به هزینه تعمیر و نگهداری طولانی مدت، تاثیرات زیست محیطی کمتر و نگرانی بیشتر در مورد هزینه های چزخه زندگی، بازار فولاد ضد زنگ همچنان در حال بهبود است.
تصویر شماره 8 - اگزوز موتور از فولاد زنگ نزن
نحوه تولید فولاد ضد زنگ
- ذوب مواد اولیه: در این مرحله مواد اولیه در کوره قوس الکتریکی ذوب می شوند و سپس با جداسازی سرباره و ته نشین شدن، مواد اولیه مذاب تصفیه می شوند.
- حذف مقادیر اضافی کربن: طی این مرحله کربن اضافی موجود باید حذف گردد که این عملیات را می توان با پردازش فلز مذاب در مبدل انجام داد.
- ریخته گری پیوسته: در قدم سوم باید مواد مذاب تصفیه شده را در قالب ریخته گری ریخت تا به صورت شمشال یا تختال برش داده شوند.
- در مرحله چهارم فولاد مذاب به اشکال مختلفی حالت می گیرد که این اشکال می تواند مستطیل، مربع، میله یا لوله باشند.
- عملیات نورد گرم
عملیات نورد گرم در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فولاد اتفاق می افتد. در ضمن انتخاب درجه حرارت به درجه فولاد ضدزنگ بستگی دارد.
- عملیات نورد سرد
این عملیات زمانی که به ابعاد خاصی نیاز باشد، انجام می گیرد.
- عملیات آنیل یا بازپخت
فرآیندی است برای افزایش شکل پذیری و نرم کردن فلز.
- رسوب زدایی فولاد
طی عملیات مرحله قبلی اکسید هایی بر روی سطح فلز ایجاد می شوند که سبب کاهش خواص مکانیکی فلز می گردند بنابراین باید طی عملیات رسوب زدایی اکسید ها از روی سطح فولاد برداشته شوند.
- برش کاری فلز
برشکاری کمک می کند تا محصول تولید شده بهترین شکل ظاهری را به خود گیرد؛ در ضمن برای آسیاب یا صیقل دادن از چرخ های آسیاب استفاده می شود.
- در آخرین مرحله، عملیات پرداختی بر روی فولاد انجام می گیرد تا فولاد با سطحی زیبا و صاف به دست مشتری برسد.
مزایای فولاد ضدزنگ
- برخورداری از قابلیت بازیافت
بسیاری از فلزات می توانند چندین بار بازیافت شوند بدون اینکه در خواص آن ها تغییری ایجاد شود فولاد ضدزنگ هم یکی از فلزاتی است که غیرقابل تجزیه و 100 درصد بازیافت می شود. از طرفی چون امروزه تقاضا برای فولاد ضدزنگ زیاد است همین قابلیت بازیافت سبب شده این نوع فولاد طرفدار زیادی داشته باشد.
- فولاد ضد زنگ دوام بالایی دارد
به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی و خوردگی بسیار عالی، فولاد ضد زنگ کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون دارد. زیرا این فولاد هزینه های تعمیر و نگه داری پایین تر و طول عمر قابل قبولی دارد.
- این فولاد سلامت انسان را تهدید نمی کند.
فولاد ضد زنگ به راحتی باکتری تولید نمی کند به همین دلیل از آن در صنایع غذایی و دارویی استفاده می شود. نکته ی حائز اهمیت این است که این فولاد در محیط باقی نمی ماند و تجزیه می شود بنابراین می توان نتیجه گرفت هیچ خطری سلامتی انسان را تهدید نخواهد کرد.
- برخورداری از صرفه اقتصادی
این فولاد در بدترین شرایط هم شکل خود را می تواند حفظ کند بنابراین اگر گرید صحیح برای کاربرد مورد نظر انتخاب شود، می تواند طول عمر قابل قبولی داشته باشد.
- مقاوم در برابر حرارت
- برخورداری از رسانایی الکتریکی بالا
- برخورداری از قابلیت جوشکاری