همه چیز درباره فولاد ضد زنگ

مقدمه

فولاد ضد زنگ(به انگلیسی Stainless Steel) نام عمومی برای گروهی از فولادها است که در برابر خوردگی مقاوم بوده و حداقل 10.5 درصد کروم دارند. اثر این سطح حداقل، لایه ای از اکسید کروم روی سطح ایجاد می کند که یک سد اکسیژنی خود ترمیم است که از اکسیداسیون بیشتر جلوگیری می کند. زیر 10.5 درصد کروم، فیلم اکسیدی برای خود ترمیمی به اندازه کافی بادوام نیست.

فولادهای ضد زنگ در اکثر صنایع از جمله ساخت و ساز، دریایی، هوافضا، خودرو و کالاهای مصرفی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. این ماده استحکام، دوام و مقاومت بالایی در برابر خوردگی را ارائه می دهد و آن را برای بسیاری از اجزای آرایشی و محیط باز ایده آل می کند. فولاد Stainless در گریدهایی بر اساس مقدار آلیاژ آنها عرضه می شود. گرید انتخاب شده برای یک کاربرد به عواملی مانند محیطی که در آن استفاده می شود، استحکام و دوام مورد نیاز و استاندارد زیبایی شناسی مورد نظر بستگی دارد. این مقاله این موارد را تعریف خواهد کرد: فولاد ضد زنگ چیست؟ ترکیب، انواع، گریدها، خواص و کاربردهای آن.

فولاد ضد زنگ چیست؟

فولاد ضد زنگ عمدتا از فولاد با کربن متوسط و کم ساخته می شود. آنها با طیف وسیعی از فلزات برای تغییر خواص حاصل، آلیاژ می شوند. به عنوان مثال، کروم و نیکل مقاومت در برابر خوردگی و سختی را به ارمغان می آورند. سایر فلزات چکش خواری، سختی، شکل پذیری، استحکام کششی و برشی و سایر خواص را بهبود می بخشند.

فولادهای Stainless به طور کلی استحکام بالایی دارند و برخی از نمونه ها از بالاترین استحکام کششی و تسلیم در بین تمام فلزات هستند. آنها همچنین به طور کلی در برابر خوردگی مقاوم هستند و عملکرد استثنایی در محیط های خاص بسته به نوع گرید / آلیاژ دارند. علاوه بر این، فولادهای ضد زنگ بسته به گرید قادر به عملکرد در دماهای بالا و پایین، از دماهای بسیار سرد تا 2000 درجه سانتیگراد هستند.

با توجه به تعریف، حداقل 60 و احتمالاً بیش از 100 نوع متمایز از فولاد Stainless وجود دارد که همچنان برای اهداف عمومی و خاص توسعه می یابند. مطالعه فولاد ضد زنگ یکی از فعال ترین حوزه های تحقیقات متالورژی است. این گریدها تحت پوشش استانداردهای ملی و بین المللی مختلفی قرار می گیرند که به تدریج در حال متحد شدن هستند و به طور کلی آلیاژها / خواص نزدیک یا یکسان را تعریف می کنند.

تاریخچه فولاد ضد زنگ

تاریخچه فولاد ضد زنگ به سال 1912 بازمی‌گردد، زمانی که هری برارلی، متالورژیست انگلیسی سرپرست آزمایشگاه‌های براون فیرث در شفیلد، در حال تحقیق بر روی فولادهای مقاوم در برابر سایش برای بهبود لوله‌های تفنگ بود. برخی از آلیاژهای آزمایشی او مشاهده شد که در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند و او پیامدهای گسترده‌تر کار خود را دید و فهمید. او شروع به آزمایش با ترکیبات مختلف فولاد کرد و دریافت که افزودن کروم به آلیاژ بیشترین تأثیر را بر مقاومت حاصل در برابر خوردگی ایجاد می‌کند.

برارلی آلیاژ جدید خود را تحت عنوان “فولاد زنگ نزن” (بعداً به فولاد ضد زنگ تغییر نام یافت) در سال 1915 به ثبت رساند. صاحبان آزمایشگاه تحقیقاتی تولیدکنندگان فولاد شفیلد بودند که شهرت اصلی آنها در زمینه سلاح‌ها و چاقوهای سفره بود. این بازار بود که اولین کاربرد فولاد Stainless در آن توسعه یافت و از نقاط قوت آلیاژهای جدید به خوبی استفاده کرد. در طول جنگ جهانی اول، فولاد ضد زنگ نیز در کاربردهای نظامی مانند موتورهای هواپیما و قطعات تفنگ استفاده شد.

فولاد ضد زنگ اکنون یک ماده اصلی در اکثر بخش‌های صنعتی، از جمله لوازم خانگی، تجهیزات پزشکی، قطعات خودرو و مصالح ساختمانی است. مقاومت آن در برابر خوردگی، به همراه استحکام و دوام آن، به طور فزاینده‌ای آن را به یک انتخاب محبوب برای بسیاری از صنایع تبدیل می‌کند.

چگونه فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود؟

فولاد ضد زنگ از عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و تیتانیوم ساخته می‌شود تا خواص خاصی مانند مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، استحکام کششی بالاتر یا شکل‌پذیری بهتر به دست آورد. ترکیب دقیق فولاد Stainless بسیار گسترده است و تغییرات کوچک در فلزات تشکیل‌دهنده آن می‌تواند تنظیمات قابل‌توجهی در خواص ایجاد کند.

فولاد ضد زنگ با روش‌های مختلف ذوب تولید می‌شود که معمولاً در اکثر فرآیندهای متالورژی استفاده می‌شوند. سه روش رایج عبارتند از:

1. کوره قوس الکتریکی: در این روش، جریان قوی بین دو الکترود کربنی عبور کرده و مواد اولیه را گرم می‌کند. عناصر آلیاژی مانند قراضه فولاد، کروم و غیره به همراه سنگ آهن و افزودنی‌های لازم برای تصفیه این ماده به کوره اضافه می‌شوند تا آلیاژ فولاد ضد زنگ ایجاد شود. ذوب و تصفیه در کوره انجام می‌شود و ناخالصی‌ها به صورت سرباره شناور می‌شوند.
2. کوره بلند: در این روش، سنگ آهن مخلوط با کک در کوره ذوب می‌شود و اکسیژن از طریق آهن مذاب دمیده می‌شود تا ناخالصی‌هایی که به صورت سرباره شناور می‌شوند، حذف شوند. پس از تصفیه سنگ آهن، کروم و سایر عناصر آلیاژی به فلز مذاب اضافه می‌شوند تا آلیاژ فولاد Stainless ایجاد شود.
3. ذوب القایی خلاء و ذوب قوس خلاء: این روش‌ها فلزات بسیار خالصی را از مواد اولیه تصفیه شده تولید می‌کنند (یعنی سنگ آهن اضافه نمی‌شود). این روش به کنترل دقیق‌تر ترکیب آلیاژهای فولاد ضد زنگ امکان می‌دهد.

پس از ذوب و تصفیه فولاد Stainless، معمولاً به صورت بیلت‌های خام ریخته‌گری می‌شود. این بیلت‌ها سپس با استفاده از طیف وسیعی از فرآیندهای تولید، از جمله موارد زیر، به اشکال و اندازه‌های مختلف شکل داده می‌شوند:

1. ریخته‌گری فولاد ضد زنگ: شامل ریختن فلز مذاب در یک حفره ریخته‌گری است که فلز به آن شکل می‌دهد و پس از سرد شدن، شکل حفره را حفظ می‌کند.
2. نورد فولاد ضد زنگ: شامل عبور بیلت‌های خام از یک سری غلتک‌های دقیق برای کاهش ضخامت و شکل دادن فولاد به ورق‌ها یا اشکال دیگر است. این فرآیند می‌تواند به صورت گرم یا سرد انجام شود تا انواع مختلف مواد نهایی با استحکام‌ها و ساختارهای کریستالی متنوع تولید شود.
3. آهنگری فولاد ضد زنگ: نیازمند گرم کردن و سپس شکل دادن فولاد با چکش‌کاری یا پرس کردن آن به شکل دلخواه است.
4. ماشینکاری فولاد ضد زنگ: امکان برش و شکل‌دهی فولاد با استفاده از ماشین‌های مختلف مانند تراش و فرز را فراهم می‌کند.

پس از شکل‌دهی نهایی فولاد Stainless، ممکن است برای بهبود خواص آن فرآیندهای اضافی مانند عملیات حرارتی، پولیش‌کاری یا پوشش‌دهی انجام شود.

خواص فولاد Stainless

برخی از ویژگی‌های فولاد ضد زنگ عبارتند از:

1. معمولاً بسیار مقاوم در برابر خوردگی.
2. قوی و بادوام – مقاوم در برابر خم شدن، ترک خوردن و شکستن.
3. غیر متخلخل و غیر واکنشی – به راحتی تمیز و اتوکلاو می‌شود.
4. می‌تواند طیف وسیعی از پرداخت‌های باکیفیت را به دست آورد.
5. می‌تواند بدون تخریب در برابر دمای بالا مقاومت کند.
6. مناسب برای استفاده در دمای بسیار سرد.
7. مواد پایدار، زیرا 100% قابل بازیافت بدون از دست دادن یا تخریب هستند.

رنگ و ظاهر فولاد ضد زنگ

فولادهای Stainless به طور طبیعی به رنگ نقره‌ای یکنواخت هستند، اگرچه شرکت‌های مختلف فرآیندهای اختصاصی “رنگ‌آمیزی فولاد ضد زنگ” را ارائه می‌دهند که مشابه آندایزینگ هستند. می‌توان با گرم کردن فولاد Stainless در کوره تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد در جو اکسیژن، طیف وسیعی از رنگ‌های برنزی تا طلایی به دست آورد. این منجر به تشکیل اکسیدهای آهن در لایه سطحی می‌شود که بسته به دما و زمان، با سایه‌های زرد، طلایی و قهوه‌ای رنگ‌آمیزی می‌شود. فولاد ضد زنگ همچنین با گرم شدن تا 250 درجه سانتی‌گراد در هوا، به رنگ آبی نیز در می‌آید.

قطعات فولاد ضد زنگ اغلب با الکتروپولیش به پرداخت آینه‌ای پولیش می‌شوند. این منجر به رنگ بازتابنده و به طور کلی نقره‌ای می‌شود، اما می‌توان آن را همانطور که در بالا توضیح داده شد، رنگ کرد. همچنین می‌توان انواع و سطوح مختلف بافت را به اجزای فولاد Stainless اضافه کرد – از سندبلاست تا شات پینینگ، پرداخت برس تا حکاکی عکس.

یک پرداخت برس‌کاری شده یا لینیش شده اغلب در مبلمان خیابانی و پوشش ساختمان استفاده می‌شود تا کاهش ظاهر تخریب ناشی از خراش‌ها را کاهش دهد. شکل زیر قطعات فولاد ضد زنگ را نشان می‌دهد:

انواع مختلف فولاد ضد زنگ

نام‌گذاری پایه برای گریدهای گسترده فولاد Stainless به شرح زیر است:

1.فولاد ضد زنگ آستنیتی

فولاد Stainless آستنیتی رایج‌ترین طبقه‌بندی است که مقاومت بالا در برابر خوردگی، شکل‌پذیری و استحکام را ارائه می‌دهد. این با حداقل 16 درصد کروم و 6 درصد نیکل آلیاژ می‌شود، با سایر فلزات/غیرفلزات مانند منگنز، نیتروژن و گاهی مولیبدن. این فولادها می‌توانند در معرض نمک قرار گیرند، اگرچه برخی لکه‌های قهوه‌ای ممکن است ایجاد شود.

2.فولاد Stainless مارتنزیتی

این نوع فولاد ضد زنگ به طور کلی قوی‌تر و سخت‌تر است اما مقاومت در برابر خوردگی کمتری دارد. آنها حاوی 12-18 درصد کروم و همچنین ممکن است حاوی نیکل یا مولیبدن باشند.

3.فولاد ضد زنگ فریتی

فولادهای Stainless فریتی می‌توانند طیف گسترده‌ای از محتوای کروم (10.5-27%) داشته باشند و از فولادهای با کربن بالاتر نسبت به انواع آستنیتی استفاده کنند. این گروه کمتر شکل‌پذیر و سخت‌تر است، اما همچنان مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد و اغلب برای کاربردهای خودرو استفاده می‌شود. این فولادها واکنش کمتری به نمک نشان می‌دهند و معمولاً در محیط‌های دریایی استفاده نمی‌شوند.

4.فولاد ضد زنگ دوبلکس

فولادهای ضد زنگ دوبلکس، فولادهای Stainless آستنیتی و فریتی را با نسبت‌های دقیق تنظیم شده از هر دو نوع ساختار کریستالی ترکیب می‌کنند. آنها استحکام بالاتری همراه با مقاومت عالی در برابر خوردگی ارائه می‌دهند و اغلب در فرآوری شیمیایی و کاربردهای نفت و گاز استفاده می‌شوند.

5.فولاد ضد زنگ رسوب سخت شده

فولاد Stainless رسوب سخت شده با تشکیل ذرات کوچک، رسوب داده شده در داخل ماده، که با القای تنش شبکه‌ای، استحکام و سختی آن را افزایش می‌دهند، به دست می‌آید. این معمولاً می‌تواند 3-4 برابر استحکام فولاد ضد زنگ آستنیتی پایه را ارائه دهد.

گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ

در جداول زیر، گریدهای مختلف فولاد Stainless آستنیتی فهرست شده‌اند. توجه داشته باشید که سیستم‌های نام‌گذاری مختلفی برای فولادهای ضد زنگ وجود دارد. در اینجا، از سیستم‌های SAE (انجمن مهندسان خودرو) و UNS (سیستم شماره یکپارچه) استفاده شده است.

جدول 1: فولاد Stainless آستنیتی

SAE	UNS equivalent	نام رایج (فارسی)	کاربردهای اصلی
201	S20100	201	ظروف آشپزخانه، قطعات خودرو
202	S20200	202	سیم، فنر
205	S20500	205	قطعات خودرو، مبلمان
254	S31254	254	محیط‌های دریایی، تجهیزات شیمیایی
301	S30100	301	قطعات خودرو، نوارهای فنری
302	S30200	302	کاربردهای عمومی، قطعات خودرو
302B	S30215	302B	کاربردهای عمومی، مقاوم در برابر خزش
303	S30300	303	ماشین‌کاری آسان
303Se	S30323	303Se	ماشین‌کاری آسان، مقاوم در برابر خوردگی حفره ای
304	S30400	304	کاربردهای عمومی، ظروف آشپزخانه، قطعات ساختمانی
304L	S30403	304L	کاربردهای جوشکاری، مخازن تحت فشار
304Cu	S30430	304Cu	مقاومت به خوردگی در محیط‌های حاوی مس
304N	S30451	304N	استحکام بالا، مقاومت به خزش
305	S30500	305	محیط‌های با دمای پایین
308	S30800	308	سیم جوش برای 304
309	S30900	309	دمای بالا
309S	S30908	309S	دمای بالا، کربن پایین
310	S31000	310	دمای بسیار بالا
310S	S31008	310S	دمای بسیار بالا، کربن پایین
314	S31400	314	مقاومت به خوردگی در اسید نیتریک
316	S31600	316	محیط‌های دریایی، صنایع شیمیایی
316L	S31603	316L	کاربردهای جوشکاری، مخازن تحت فشار
316F	S31620	316F	مقاومت به خوردگی حفره ای
316N	S31651	316N	استحکام بالا، مقاومت به خزش
317	S31700	317	مقاومت به خوردگی در اسیدهای کلریدریک و سولفوریک
317L	S31703	317L	کاربردهای جوشکاری، مخازن تحت فشار
321	S32100	321	مقاومت به خوردگی بین دانه‌ای
329	S32900	329	مقاومت به خوردگی بین دانه‌ای، استحکام بالا
330	N08330	330	دمای بسیار بالا
347	S34700	347	مقاومت به خوردگی بین دانه‌ای
348	S34800	348	مقاومت به خوردگی بین دانه‌ای، تیتانیوم پایدار شده
384	S38400	384	مقاومت به خوردگی در اسید نیتریک

توجه: این جدول تنها بخشی از گریدهای فولاد ضد زنگ آستنیتی را نشان می‌دهد و گریدهای دیگری نیز وجود دارند. کاربردهای ذکر شده در این جدول تنها نمونه‌هایی هستند و ممکن است بسته به شرایط استفاده، کاربردهای دیگری نیز داشته باشند.

نکات مهم:

• نام رایج (فارسی): در بسیاری از موارد، گریدهای فولاد Stainless با شماره شناخته می‌شوند و نام رایج فارسی مشخصی ندارند.
• کاربردهای اصلی: کاربردهای ذکر شده در جدول تنها نمونه‌هایی هستند و ممکن است بسته به شرایط استفاده، کاربردهای دیگری نیز داشته باشند.
• عوامل موثر بر انتخاب گرید: انتخاب گرید مناسب فولاد ضد زنگ به عوامل مختلفی مانند محیط کاری، دمای کارکرد، بارگذاری، مقاومت مورد نیاز در برابر خوردگی و هزینه بستگی دارد.

جدول 2: فولاد ضد زنگ فریتی

SAE	UNS equivalent	نام رایج (فارسی)	کاربردهای اصلی
405	S40500	405	قطعات خودرو، مبلمان
409	S40900	409	اگزوز خودرو، قطعات ساختمانی
429	S42900	429	محیط‌های با دمای بالا
430	S43000	430	ظروف آشپزخانه، قطعات تزئینی
430F	S43020	430F	مقاومت به خوردگی در اسیدهای آلی
430FSe	S43023	430FSe	مقاومت به خوردگی در اسیدهای آلی، ماشین‌کاری آسان
434	S43400	434	مقاومت به خوردگی در اسید نیتریک
436	S43600	436	مقاومت به خوردگی در اسید سولفوریک
442	S44200	442	مقاومت به خوردگی در دمای بالا
446	S44600	446	مقاومت به خوردگی در دمای بسیار بالا

نکات:

• نام رایج (فارسی): همانطور که قبلاً ذکر شد، بسیاری از گریدهای فولاد Stainlessبا شماره شناخته می‌شوند و نام رایج فارسی مشخصی ندارند.
• کاربردهای اصلی: کاربردهای ذکر شده در جدول تنها نمونه‌هایی هستند و ممکن است بسته به شرایط استفاده، کاربردهای دیگری نیز داشته باشند.
• ویژگی‌های کلی فولادهای فریتی: فولادهای فریتی معمولاً مغناطیسی هستند و مقاومت به خوردگی خوبی در محیط‌های اکسید کننده دارند. آنها به دلیل مقاومت به خزش در دماهای بالا نیز استفاده می‌شوند.

جدول 3: فولاد Stainless مارتنزیتی

SAE	UNS equivalent	نام رایج (فارسی)	کاربردهای اصلی
403	S40300	403	تیغه‌های چاقو، ابزارهای جراحی
410	S41000	410	پمپ‌ها، شیرآلات، قطعات خودرو
414	S41400	414	فنرها، قطعات ساعت
416	S41600	416	پیچ و مهره، قطعات خودرو
416Se	S41623	416Se	قطعات دریایی، پمپ‌های شیمیایی
420	S42000	420	تیغه‌های چاقو، ابزارهای برش
420F	S42020	420F	تیغه‌های چاقو، ابزارهای برش، مقاوم در برابر خوردگی
422	S42200	422	قطعات خودرو، فنرها
431	S41623	431	فنرها، قطعات تزئینی
440A	S44002	440A	ابزارهای برش، یاتاقان‌ها
440B	S44003	440B	ابزارهای برش، قالب‌ها
440C	S44004	440C	ابزارهای برش با دقت بالا، تیغ جراحی

توضیحات:

• فولاد ضد زنگ مارتنزیتی: این نوع فولاد به دلیل سختی و استحکام بالا شناخته شده است. با عملیات حرارتی می‌توان سختی آن را افزایش داد.
• کاربردها: این فولادها معمولاً در کاربردهایی که نیاز به استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و حفظ لبه تیز دارند، استفاده می‌شوند.
• نام رایج: مانند فولادهای آستنیتی، نام‌های رایج فارسی برای گریدهای مارتنزیتی کمتر استفاده می‌شود و معمولاً با شماره شناخته می‌شوند.

جدول 4: فولاد Stainless مقاوم در برابر حرارت

SAE	UNS equivalent	نام رایج (فارسی)	کاربردهای اصلی
501	S50100	501	قطعات کوره، اجزای موتور جت
502	S50200	502	قطعات کوره، صنایع شیمیایی
Duplex	Duplex	دوبلکس	محیط‌های دریایی خورنده، صنایع شیمیایی
2205	–	2205	دوبلکس، مقاومت بالا در برابر خوردگی
Super duplex	Super duplex	سوپر دوبلکس	محیط‌های بسیار خورنده، صنایع نفت و گاز
2507	S32750	2507	سوپر دوبلکس، مقاومت بالا در برابر خوردگی حفره ای
420F	S42020	420F	تیغه‌های چاقو، ابزار جراحی
422	S42200	422	پمپ‌ها، شیرآلات
431	S41623	431	فنرها، قطعات تزئینی
440A	S44002	440A	تیغه‌های چاقو، ابزار دقیق
440B	S44003	440B	یاتاقان‌ها، ابزار دقیق
440C	S44004	440C	ابزارهای برش، قالب‌ها

توضیحات:

• فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت: این نوع فولادها برای کاربرد در دماهای بالا طراحی شده‌اند و معمولاً حاوی مقادیر بالایی از کروم و سایر عناصر آلیاژی هستند که به آنها مقاومت در برابر اکسیداسیون و خزش در دماهای بالا می‌دهند.
• دوبلکس و سوپر دوبلکس: این فولادها ترکیبی از ساختارهای آستنیتی و فریتی هستند و مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی، به ویژه در محیط‌های دریایی و شیمیایی، دارند.
• کاربردها: کاربردهای ذکر شده در جدول تنها نمونه‌هایی هستند و ممکن است بسته به شرایط استفاده، کاربردهای دیگری نیز داشته باشند.

سیستم طبقه‌بندی فولاد ضد زنگ

سیستم طبقه‌بندی فولاد Stainless تلاش می‌کند تا آلیاژها را از نظر استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و ترکیب شیمیایی متمایز کند. اولین سیستم طبقه‌بندی توسط SAE (انجمن مهندسان خودرو آمریکا) با استفاده از یک کد 3 رقمی، با گریدهایی متعلق به طبقه‌بندی‌های سری 100، 200، 300، 400، 500 و 600 توسعه یافت. این سیستم توسط ASTM (انجمن آمریکایی آزمایش و مواد) به یک کد 6 رقمی، شناخته شده به عنوان شناساگرهای UNS (سیستم شماره یکپارچه) ارتقا یافت. در اکثر موارد، شناساگرهای UNS همان سه رقم اول معادل AISI (موسسه آهن و فولاد آمریکا) را دارند.

بهترین گرید برای یک کاربرد، تصمیم‌گیری است که نیازمند بررسی دقیق الزامات برای استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، هزینه، روش‌های کار و ابزارها است. اینها ملاحظات معمولی هستند که باید در فرآیند انتخاب مواد برای یک گرید فولاد ضد زنگ برای هر کاربرد، از جمله سطح شکل‌پذیری مورد نیاز و درجه مقاومت در برابر خوردگی، ادغام شوند.

خواص فولاد Stainless

با وجود ارزیابی‌های دقیق از تمام خواص تمام گریدها و انواع فولاد ضد زنگ، مهم‌ترین آن‌ها در ادامه بررسی می‌شوند:

خواص فیزیکی فولاد Stainless

خواص فیزیکی فولاد ضد زنگ در جدول 5 زیر نشان داده شده است:

مشخصه	مقدار/توضیحات
چگالی	۷.۷۵ × ۱۰³ تا ۸.۰۵ × ۱۰³ کیلوگرم بر متر مکعب
شکل‌پذیری	فولاد ضد زنگ آستنیتی آنیل شده معمولی، 70 درصد ازدیاد طول در هنگام پارگی را ارائه می‌دهد.
چکش‌خواری	در حالت آنیل شده بسیار چکش‌خوار است، برخی گریدها به سرعت کارسختی می‌شوند و چکش‌خواری خود را از دست می‌دهند.
استحکام کششی (گریدهای معمولی)	۵۰۰-۷۵۰ مگاپاسکال
تنش تسلیم (گریدهای معمولی)	۵۰۰-۶۵۰ مگاپاسکال
استحکام کششی (رسوب سخت شده)	۸۵۰-۱۷۰۰ مگاپاسکال
تنش تسلیم (رسوب سخت شده)	۵۲۰-۱۵۰۰ مگاپاسکال
نقطه ذوب	۱۳۷۰-۱۴۲۰ درجه سانتی‌گراد
هدایت حرارتی (معمولی)	۱۵ وات بر متر کلوین
هدایت الکتریکی (معمولی)	۱.۳۳ میکرو زیمنس بر میلی‌متر مربع
نفوذپذیری مغناطیسی – آستنیتی (بسیار متغیر بر اساس گرید و کارسختی)	۱.۰۰۳ تا ۱.۰۰۵ در اندازه‌گیری با نیروی مغناطیزه کننده ۲۰۰ اورستد (۱۶ کیلوآمپر بر متر)
نفوذپذیری مغناطیسی – فریتی (بسیار متغیر بر اساس گرید و کارسختی)	تا ۶.۰ برای گرید ۳04 آنیل شده، در اندازه‌گیری با نیروی مغناطیزه کننده ۲۰۰ اورستد (۱۶ کیلوآمپر بر متر)

خواص شیمیایی فولاد ضد زنگ

خواص شیمیایی فولاد ضد زنگ در جدول 6 زیر فهرست شده است:

مشخصه	توضیحات
مقاومت در برابر خوردگی	بسته به گرید، از خوب تا متوسط در محیط‌های بدون نمک، از خوب تا متوسط در محیط‌های حاوی نمک و از خوب تا ضعیف در محیط‌های داغ/نمک/قلیایی/اسیدی متغیر است.
مقاومت شیمیایی	به طور کلی بالا تا بسیار بالا، گریدهای مختلف مقاومت خاصی دارند که برای محیط‌های دشوار انتخاب شده مناسب است.
مقاومت در برابر حرارت	به طور کلی بالا تا بسیار بالا، تا ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد برای گرید ۳۳۰
مقاومت در برابر سرما	-200 درجه سانتی‌گراد برای گرید غیر تثبیت شده 304
خوردگی بین‌دانه‌ای	در گریدهای 304 و 316 در محل جوش‌ها می‌تواند جدی باشد – نیاز به حرارت کم و پرکننده‌های کم کربن دارد.

نکات مهم:

• خواص ذکر شده در جداول برای گریدهای معمولی فولاد ضد زنگ است و ممکن است برای سایر گریدها متفاوت باشد.
• برای اطلاع دقیق از خواص یک گرید خاص، به منابع معتبر مانند استانداردهای ASTM و SAE مراجعه کنید.
• انتخاب گرید مناسب فولاد ضد زنگ به عوامل مختلفی مانند کاربرد، محیط کاری و الزامات فنی بستگی دارد.

کاربردهای فولاد ضد زنگ

برخی از کاربردهای فولاد ضد زنگ عبارتند از:

1.وسایل آشپزخانه و لوازم خانگی:

فولاد ضد زنگ یک انتخاب گسترده در تجهیزات آشپزخانه از همه نوع است. این یک ماده بادوام و طولانی‌مدت است که می‌تواند در آشپزخانه استفاده سنگین و مداوم را تحمل کند. این ماده در برابر خوردگی مقاوم است که در محیط غذایی که در معرض مداوم آب و مایعات دیگر قرار دارد، مهم است. این منجر به عدم آلودگی غذا می‌شود. این یک ماده بهداشتی است که به راحتی تمیز و نگهداری می‌شود و در برابر سخت‌ترین تمیزکاری‌ها مقاومت می‌کند. این ماده بوها یا طعم‌های غذا را جذب نمی‌کند و در برابر لکه‌ها مقاوم است.

2.تجهیزات پزشکی:

فولاد ضد زنگ یک انتخاب گسترده در بخش پزشکی برای انواع تجهیزات و دستگاه‌ها است. یکی از عوامل اصلی این امر مقاومت در برابر خوردگی آن است که از تخریب سطح توسط افزودن یا حفر جلوگیری می‌کند. این باعث تولید محصولات بادوام می‌شود که می‌توانند فرآیندهای تمیز کردن اتوکلاو و استریلیزاسیون شیمیایی تهاجمی مورد نیاز برای تجهیزات پزشکی را تحمل کنند.

از آنجایی که غیر متخلخل است، به راحتی تمیز می‌شود تا استانداردهای بهداشتی شدید را برآورده کند. فولاد ضد زنگ همچنین یک ماده زیست‌سازگار است، بنابراین هنگام کاشت در بیماران به ندرت به طور فعال رد می‌شود. این خاصیت باعث می‌شود فولاد ضد زنگ در ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های پزشکی که با بدن انسان در تماس مستقیم هستند، تحمل‌پذیر و بادوام باشد.

3.صنعت خودرو:

فولاد ضد زنگ به دلیل استحکام، دوام و مقاومت در برابر خوردگی عمومی خود، یک انتخاب مهم در بسیاری از اجزای خودرو است. این در سیستم‌های اگزوز، مخازن سوخت، کاربردهای تزئینی/تمام‌کاری خارجی و گاهی در ساخت کل بدنه (مونوکوک) استفاده می‌شود. یکی از مزایای اصلی فولاد ضد زنگ در کاربردهای خودرو، مقاومت در برابر خوردگی است. محیط اغلب پرنمک منجر به خوردگی سریع حتی فولادهای پایه به خوبی محافظت شده می‌شود و به سرعت خودروها را تخریب می‌کند.

فولاد ضد زنگ در برابر زنگ زدگی و خوردگی مقاوم است و آن را به یک انتخاب ایده آل برای اجزای خودرو که در معرض شرایط سخت قرار دارند، تبدیل می‌کند، علی‌رغم آسیب‌پذیری نمک خفیف برخی آلیاژهای کم هزینه. در قطعات اگزوز، موتور، تعلیق و انتقال، بادوام است و می‌تواند در برابر دماهای بالا و تنش‌های مکانیکی مقاومت کند. در سیستم‌های اگزوز، می‌تواند بدون شکستگی یا خوردگی، کاربردهای با دمای بالا و لرزش بالا را تحمل کند.

4.صنعت ساختمان:

فولادهای ضد زنگ در بخش ساخت و ساز از این جهت مهم هستند که به طور گسترده به صورت ورق برای اهداف پوشش‌دهی استفاده می‌شوند و مقاومت بالای محیطی را ارائه می‌دهند، اما به عنوان اجزای ساختاری استفاده نمی‌شوند. فولادهای ضد زنگ همچنین به طور گسترده در اجزای “تمام‌کاری” مانند فلشینگ‌ها برای نصب پنجره‌ها و درها و همچنین به عنوان اجزای ساختاری و عملکردی برای درها، پنجره‌ها و نرده‌ها استفاده می‌شوند. فولادهای ضد زنگ به طور گسترده در لوله‌های کاربردی و مجرای خارجی استفاده می‌شوند، جایی که مقاومت در برابر خوردگی هم از علل محیطی و هم از مواد بالقوه آلوده حمل شده در لوله‌ها بسیار مهم است.

5.صنعت هوافضا:

فولادهای ضد زنگ کاربرد گسترده‌ای در فناوری‌های توربین گازی دارند که یکی از عوامل اصلی تحقیق در مورد آلیاژها و روش‌های پردازش با عملکرد بالاتر، مانند آلیاژهای رسوب سخت شده، بوده‌اند. مواد با تحمل‌های شدید و استحکام به قطعات آسیب‌پذیر در کاربردهای با بالاترین تنش و دمای بالاتر، برای جبران وزن نسبتاً بالای خود عمل می‌کنند. استفاده از فولاد ضد زنگ در چرخ‌های فرود نیز بسیار مهم است – تحمل تنش بالا مهم است، اما چرخ‌های فرود با شرایط سخت با مکانیک پیچیده که در معرض محیط‌های باند فرودگاه قرار دارند، مواجه می‌شوند که خیس، ساینده و اغلب آلوده به مواد شیمیایی هستند.

6.صنعت شیمیایی و پتروشیمی:

فولاد ضد زنگ در این بخش‌ها بسیار مورد توجه است زیرا انتخاب آلیاژ خوب و روش‌های پردازش صحیح، اجزای بسیار پایدار و بادوام برای شرایط سخت ایجاد می‌کنند. این به لوله‌ها، دنده‌های شیر، مخازن و قطعات ساختاری، تحمل دمای بالا، مقاومت بالا در برابر خستگی لرزشی، مقاومت شیمیایی عالی و نیازهای نگهداری کم را ارائه می‌دهد.

7.صنعت دریایی:

فولاد ضد زنگ ستون فقرات اجزای کوچک در بخش دریایی است. محیط‌های دریایی سخت هستند زیرا مواد نوسانات دمای بزرگ، قرار گرفتن در معرض نمک مرطوب مداوم و تنش‌های مکانیکی بالا را تجربه می‌کنند. این ماده به طور گسترده برای قطعات موتور، اتصالات عمومی، لنگر/زنجیرها، کاپستان‌ها، عناصر ساختاری و موارد بسیار دیگر – از قایق‌های تفریحی کوچک تا نفتکش‌های غول‌پیکر استفاده می‌شود. انتخاب آلیاژ بسیار مهم است، زیرا برخی آلیاژها حساسیت زیبایی و حتی سوراخ سوزن/حفره‌دار به محیط‌های نمک دارند. استفاده از آلیاژهای شیمیایی مقاوم‌ترین برای دوام طولانی مدت و دلایل زیبایی کوتاه مدت مهم است.

8.جواهرات:

فولاد ضد زنگ به طور گسترده در جواهرات “لباس” (یعنی غیر قیمتی) استفاده می‌شود. این امکان را برای قطعات ظریف با استحکام بالا و ظاهر “نقره‌ای” پرداخت شده فراهم می‌کند، در حالی که در مقایسه با فلزات گران‌بهایی که مقاومت در برابر خوردگی کمتری دارند، هزینه استفاده از آن کم است.

مزایا و معایب فولاد ضد زنگ

مزایا:

1. مقاومت در برابر خوردگی: فولاد ضد زنگ به دلیل وجود کروم در آلیاژ، در برابر خوردگی و زنگ زدگی بسیار مقاوم است. این ویژگی باعث می‌شود که برای استفاده در محیط‌های خشن مناسب باشد و نیاز به تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد.
2. دوام: فولاد ضد زنگ یک ماده قوی و بادوام با نسبت استحکام به وزن بالا است. این ماده در برابر تغییر شکل مقاوم است و می‌تواند تنش‌های بالا را بدون شکستن یا ترک خوردن تحمل کند، و آن را برای استفاده در کاربردهای چالش‌برانگیز مناسب می‌کند.
3. ظاهر زیبا: فولاد ضد زنگ به بسیاری از کاربردها ظاهری مدرن و پایدار می‌بخشد، زیرا در اکثر کاربردها اساساً تغییرناپذیر و بدون نیاز به نگهداری است.
4. قابلیت جوشکاری: اکثر آلیاژهای فولاد ضد زنگ بسیار قابل جوشکاری هستند، که مونتاژ سیستم‌های پیچیده از قطعات منفرد را به یک فرآیند تمیز، ضد آب و دائمی تبدیل می‌کند. باید مراقب خواص تغییر یافته خوردگی مناطق جوشکاری شده بود.
5. شکل‌پذیری: فولادهای ضد زنگ به طور کلی مواد نسبتاً نرم و در بسیاری از موارد دارای شکل‌پذیری متوسط تا بالا هستند، که گزینه‌های زیادی را در فرآیندهای تولید ارائه می‌دهند که امکان تولید قطعات پیچیده و پیچیده را برای طیف گسترده‌ای از اهداف فراهم می‌کنند – از دروازه‌های شیر تا تیغه‌های توربین، از جواهرات تا ظروف آشپزخانه.

معایب:

1. هزینه: فولاد ضد زنگ می‌تواند بسته به گرید و کاربرد خاص، گران‌تر از سایر مواد مانند فولاد کربنی یا آلومینیوم باشد.
2. سختی: برخی گریدهای فولاد ضد زنگ می‌توانند برای برخی کاربردها بسیار سخت باشند و ماشین‌کاری یا شکل‌دهی آنها را دشوار کنند.
3. ترد شدن ناشی از کارسختی: اجزایی که به طور مکرر نزدیک به حد الاستیک خود تحت فشار قرار می‌گیرند، می‌توانند در برخی آلیاژها به شدت کارسختی شوند و این می‌تواند منجر به شکست ترد شود.
4. وزن: در حالی که فولاد ضد زنگ اغلب از نظر استحکام و خوردگی یک انتخاب ترجیحی است، چگالی بالای آن استفاده از آن را در بسیاری از موارد برای تجهیزات سبک غیر عملی می‌کند.
5. شکل‌دهی: کار با فولاد ضد زنگ سخت است و در مقایسه با مواد کمتر مقاوم، نیاز به ابزارها و مهارت‌های خاصی دارد.
6. محیط: در حالی که بسیار مقاوم در برابر خوردگی است، گریدها و انواع خاصی از فولاد ضد زنگ مقاومت کمتری در برابر خوردگی نمک دارند.
7. دما: برخی گریدها برای کاربردهای بسیار سرد مناسب هستند، در حالی که برخی دیگر محدودیت‌های دمای بسیار بالایی برای استفاده ایمن دارند. در مشخص کردن آلیاژها برای کاربردهای دمای شدید باید دقت شود.

فولاد ضد زنگ در مقابل فولاد معمولی

افزودن عوامل آلیاژی مانند کروم، نیکل، منگنز، مولیبدن، مس، سیلیکون و نیتروژن خواص فولاد را تغییر می‌دهد، نقاط قوت اساسی آن را بهره‌برداری می‌کند اما برخی از ضعف‌های آن را بهبود می‌بخشد. مهم‌ترین تغییر، افزودن کروم است (بدون آن آلیاژ فولاد ضد زنگ نیست). این باعث ایجاد حفاظت در برابر خوردگی بالا می‌شود، با تشکیل یک لایه اکسید کروم روی فولاد در یک پوشش خود ترمیم که هنگام خراشیده شدن (در جو اکسیژن) تجدید می‌شود.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

این مقاله فولاد ضد زنگ و گریدهای مختلف آن را مورد بحث و بررسی قرار داد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/materials/what-is-stainless-steel

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.