مدت‌ها است که فولاد ضد زنگ در زندگی ما حضور پررنگی دارد. از دهه 1990، بسیاری از بخش‌ها و صنایع از فولاد ضدزنگ برای ساخت آسمان‌خراش‌ها، بناهای تاریخی و حتی وسایل آشپزخانه استفاده می‌کنند. به احتمال زیاد شما هم هر روز در محیط کار یا در خانه خود با مصنوعاتی از جنس فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) سروکار دارید و حتی ممکن است با سوال فولاد ضد زنگ در جدول روزنامه ها هم مواجه شده باشید. همچنین ابزارهایی مانند ظروف آشپزخانه، نرده‌ها، نوک قلم، ساعت، سیستم‌های اگزوز و بسیاری محصولات دیگر معمولاً از جنس فولاد ضدزنگ هستند.
برای اولین بار در سال 1821 پیر برتیر مهندس فرانسوی بود که متوجه شد با افزایش مقدار مشخصی کروم به آهن، سختی و مقاومت به خوردگی اسیدی آن به‌شدت زیاد می‌شود. سپس در سال ۱۹۰۹، لئون گویله و آلبرت پورتوین به‌طور جداگانه در فرانسه میکرواستراکچر یا ریزساختار آلیاژهای آهن-کروم و آهن-کروم-نیکل را مورد مطالعه قرار دادند؛ اما این هری بریرلی متالوژیست انگلیسی بود که برای اولین بار در سال 1913، با صنعتی سازی فولاد مارتنزیتی، فولاد ضدزنگ را تجاری‌سازی کرد.
فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل یکی نوع فولاد آلیاژی است که درصد عنصرهای نیکل و کروم در ترکیباتشان بیشتر است. معمولاً اگر مقدار کروم یک آلیاژ فولادی از 5/10 درصد بیشتر بوده و مقدار کربن آن کمتر از 5/1 درصد باشد، به آن «فولاد ضدزنگ» می‌گویند. وقتی این مقدار کروم در یک آلیاژ فولادی باشد سبب خواهد شد هنگام خوردگی یک لایه‌نازک روی فولاد تشکیل شود که از خوردگی‌های بعدی جلوگیری خواهد کرد.
فولاد ضد زنگ چیست و چه خواصی دارد؟
فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل یکی نوع فولاد آلیاژی است که درصد عنصرهای نیکل و کروم در ترکیباتشان بیشتر است. معمولاً اگر مقدار کروم یک آلیاژ فولادی از 5/10 درصد بیشتر بوده و مقدار کربن آن کمتر از 5/1 درصد باشد، به آن «فولاد ضدزنگ» می‌گویند. وقتی این مقدار کروم در یک آلیاژ فولادی باشد سبب خواهد شد هنگام خوردگی یک لایه‌نازک روی فولاد تشکیل شود که از خوردگی‌های بعدی جلوگیری خواهد کرد.
فولاد معمولی می‌تواند دچار 4 نوع خوردگی شود که در لیست زیر از آن‌ها نام برده شده است:
- خوردگی گالوانیک
- خوردگی دما بالا
- خوردگی ناحیه‌ای
- خوردگی یکنواخت
فولاد ضد زنگ خاصیت‌های خود را از عنصرهای تشکیل‌دهنده خود می‌گیرد و خاصیت اصلی آن جلوگیری از بروز انواع خوردگی های بالا است. خاصیت عناصر تشکیل دهنده فولاد ضد زنگ عبارت‌اند از:
- کروم: اصلی‌ترین عنصر فولاد ضد زنگ کروم بوده که عامل اصلی مقاومت در برابر خوردگی است. ثبات گرمایی، دوام در مقابل پوسیدگی و سختی‌پذیری عمیق فولاد نیز به حضور این عنصر بستگی دارد.
- کربن: استحکام، دوام کششی و حد تسلیم فولاد به میزان کربن موجود در آلیاژ فولادی وابسته است.
- منگنز: حضور این عنصر دوام کششی و تنش تسلیم فولاد را در دماهای بالا افزایش می‌دهد.
- مولیبدن: این عنصر سختی‌پذیری و دوام گرمایی فولاد را زیاد می‌کند.
- نیکل: نیکل نیز مانند مولیبدن سبب افزایش سختی‌پذیری فولاد می‌شود.
فولاد معمولی می‌تواند دچار 4 نوع خوردگی شود که در جدول زیر از آن‌ها نام برده شده است:
|
خوردگی گالوانیک
|
خوردگی دما بالا |
خوردگی ناحیه‌ای
|
خوردگی یکنواخت
|
فولاد ضد زنگ مغناطیسی است یا غیر مغناطیسی؟
فولاد ضد زنگ در اکثر موارد یک ماده غیر مغناطیسی است اما برخی از فولادهای ضدزنگ می‌توانند خاصیت مغناطیسی نیز داشته باشند. این موضوع در مورد همه نوع فولاد ضدزنگ صادق نیست و خصوصیات مغناطیسی فولاد ضد زنگ به ساختار آن متکی خواهد بود. تاکنون تعداد زیادی از گریدهای مختلف فولاد ضدزنگ ساخته‌شده و در حال حاضر شکل‌های مختلف از این نوع مقاطع فولادی مانند لوله فولادی، نبشی و ناودانی با قیمت‌های مختلف در بازار وجود دارد. جهت مشاهده قیمت ناودانی ، نبشی ودیگر محصولات فولادی می توانید به صفحه مرتبط با آن محصول در منوی آهنگر مراجعه کنید.
طبقه‌بندی مغناطیس و غیرمغناطیس بودن انواع فولادهای ضدزنگ مطابق با جدول زیر است:
| فولاد ضد زنگ مغناطیسی |
فولاد ضدزنگ دوفازی
|
|
فولاد ضدزنگ فریتی
|
| فولاد ضدزنگ مارتنزیتی |
| فولاد ضد زنگ غیر مغناطیسی |
فولاد ضدزنگ آستنیتی |
در ادامه به تشریح انواع فولاد استنلس استیل موجود در جهان می‌پردازیم:
فولاد ضد زنگ چه انواعی دارد؟
فولاد ضدزنگ را می‌توان به پنج گروه تقسیم کرد:
1. فولاد ضد زنگ آستینیتی (Austenitic)
فولاد ضد زنگ آستینیتی معمولاً از آلیاژ آهن با کروم، نیکل و منگنز ساخته می‌شود. این نوع فولاد ضدزنگ غیر مغناطیسی بوده و در برابر خوردگی مقاوم است. فولاد آستینیتی انعطاف‌پذیرترین فولاد ضدزنگ محسوب می‌شود که به‌راحتی شکل می‌پذیرند.
فولاد ضد زنگ آستینیتی در ساخت لوازم آشپزخانه، اتصالات، سازه‌های جوشی، تجهیزات سبک‌وزن حمل‌ونقل، تجهیزات پزشکی و داروسازی، قطعات کوره و مبدل‌های حرارتی و قطعاتی برای محیط‌های شیمیایی قوی کاربرد دارد.
2. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic)
فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی معمولاً فاقد عنصر نیکل هستند و می‌توان سختی‌پذیری آن‌ها را با عملیات حرارتی انجام داد. درصد عنصر کروم آن‌ها می‌تواند تا مقدار ۱۸٪ نیز برسد. فولادهای زنگ‌نزن مارتنزیتی مغناطیسی بوده و استحکام، سختی و انعطاف‌پذیری خوبی دارند. این نوع فولاد ضدزنگ در ساخت انواع ورق‌های فولادی، قاشق و چنگال، ابزارهای جراحی، لوازم، شیرآلات و فنرها کاربرد دارد.
3. فولاد ضد زنگ فریتی (Ferritic)
درصد کروم در فولاد ضد زنگ فریتی بسیار بالا بوده و تا 27% نیز می‌رسد. این نوع فولاد زنگ‌نزن مغناطیسی است و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد. فولادهای زنگ‌نزن فریتی توسط عملیات سردکاری سخت می‌شوند و قابل عملیات حرارتی ندارند. فولاد ضد زنگ فریتی برای کاربردهای سازه‌ای زیاد مناسب نیست و معمولاً در ساخت لوازم آشپزخانه و لوازم تزیینی خودرو به کار می‌رود.
4. فولاد ضد زنگ دوفازی (Duplex)
فولاد ضد زنگ دوفازی همان‌طور که از اسم آن پیداست از ترکیب دو فولاد ضدزنگ آستنیتی و فریتی به دست می‌آید. این نوع فولاد زنگ‌نزن استحکام خوبی داشته و نسبت به فولاد ضد زنگ آستنیتی نسبت به خوردگی مقاومت بیشتری دارد. از فولاد ضد زنگ دوفازی بیشتر در کارگاه‌های عملیات آبی و قطعات مبدل حرارتی استفاده می‌شود.
5. فولاد ضدزنگ رسوب سخت (Precipitation Hardening)
فولاد ضدزنگ رسوب سخت شامل عناصر آلیاژی کروم، نیکل، مس، آلومینیوم، تیتانیوم یا مولیبدن است. مقاومت در برابر خوردگی و انعطاف‌پذیری این فولاد زنگ‌نزن قابل‌قبول بوده و در دماهای بالا از استحکام زیادی برخوردار است. فولاد ضدزنگ رسوب سخت معمولاً در ساخت هواپیما و قطعات سازه‌ای فضایی به کار می‌رود.
توانایی پایداری فولاد ضد زنگ چقدر است؟
فولاد ضد زنگ از خانواده‌ی مواد مقاوم در برابر خوردگی و اکسیداسیون محسوب می‌شود و در برابر زنگ‌زدگی بسیار مقاوم است. فولاد ضدزنگ در مجاورت هوا لایه‌ای از اکسید نازک بر روی خود ایجاد کرده که هنگام قرار گرفتن در معرض اکسیژن و رطوبت بیشتر، از فولاد محافظت می‌کند. البته فولاد ضدزنگ نیز تا ابد در برابر خوردگی مقاوم نخواهد بود. درواقع با گذشت زمان، لایه محافظ از بین رفته و درنتیجه خوردگی ایجاد خواهد شد. برای حفظ خاصیت مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ باید مرتباً سطح آن را تمیز کرده و مطمئن شد که این فلز دارای منبع مناسب اکسیژن است.
فولاد ضد زنگ چگونه منقبض و منبسط می‌شود؟
به دلیل مقاومت بالای فولاد ضد زنگ در برابر اکسید شدن در دماهای بالا، این آلیاژ فلزی در صنایع هسته‌ای و صنایع هوایی بسیار پرکاربرد است. اگرچه فولاد زنگ‌نزن استحکام بسیار بیشتری نسبت به دیگر فلزات دارد، اما وقتی دما تغییر می‌کند دچار انقباض و انبساط می‌شود. به همین دلیل، باید در هنگام ساخت سازه‌های فلزی که قرار است از این نوع فولاد در آن‌ها استفاده شود تغییرات دمایی را به‌طور دقیق محاسبه نمود. به‌عنوان‌مثال، برج ایفل در طول تابستان حدود 300 متر ارتفاع دارد (بدون آنتن)؛ اما همین برج فولادی در روزهای سرد حدود 15 سانتی‌متر کوتاه‌تر است.
فولاد ضدزنگ یکی از بیشترین مواد بازیافتی کره زمین
اخیراً انجمن آهن و فولاد آمریكا اعلام کرده است که تقریباً 88 درصد از فولاد جهان بازیافت می‌شود. علاوه بر این مقدار دو سوم از فولاد تولیدی جدید از فولادهای بازیافتی ساخته‌شده است. در صنعت فولاد فرآورده‌های جانبی فولاد را نیز بازیافت می‌کنند که شامل براده‌های فولادی، سرباره‌های فولادی و فولاد باقی‌مانده در پردازش‌های مایع می‌شود. همچنین می‌توان از براده‌های سازه‌های فلزی برای ایجاد سایر فلزات، مانند روی استفاده کرد.
در ادامه شما را با مدرن ترین کاربردهای فولاد ضد زنگ آشنا می کنیم:
استفاده از فولاد ضد زنگ در صابون!
در حال حاضر بسیاری از شرکت‌های معتبر بهداشتی، صابون‌هایی تولید می‌کنند که در آن از فولاد ضد زنگ استفاده شده است. باوجوداینکه یک صابون از جنس استنلس استیل نمی‌تواند میکروب‌ها و باکتری‌های را مانند یک صابون معمولی از بین ببرد، اما می‌تواند خاصیت بوزدایی بسیار قوی داشته باشد. اگر بعد از کار کردن با مواد غذایی همچون سیر، پیاز یا ماهی از این صابون استفاده نمایید، بوی ناخوشایند این مواد غذایی از روی دستان شما از بین خواهد رفت.
اما چرا این خاصیت خاص در فولاد ضد زنگ وجود دارد؟ برخی دانشمندان معتقدند که فولاد ضدزنگ به دلیل داشتن ترکیبات گوگرد می‌تواند خاصیت بوزدایی داشته باشد.
فولاد ضدزنگ چگونه منقبض و منبسط می‌شود؟
به دلیل مقاومت بالای فولاد ضدزنگ در برابر اکسید شدن در دماهای بالا، این آلیاژ فلزی در صنایع هسته‌ای و صنایع هوایی بسیار پرکاربرد است. اگرچه فولاد زنگ‌نزن استحکام بسیار بیشتری نسبت به دیگر فلزات دارد، اما وقتی دما تغییر می‌کند دچار انقباض و انبساط می‌شود. به همین دلیل، باید در هنگام ساخت سازه‌های فلزی که قرار است از این نوع فولاد در آن‌ها استفاده شود تغییرات دمایی را به‌طور دقیق محاسبه نمود. به‌عنوان‌مثال، برج ایفل در طول تابستان حدود 300 متر ارتفاع دارد (بدون آنتن)؛ اما همین برج فولادی در روزهای سرد حدود 15 سانتی‌متر کوتاه‌تر است.
کاربرد فولاد ضد زنگ در صنعت پوشاک چیست؟
فولاد ضد زنگ بسیار انعطاف‌پذیر است به‌طوری‌که می‌توان آن را بدون از دست دادن سختی، به یک سیم نازک تبدیل کرد. بسیاری از تولیدکنندگان فولاد ضد زنگ توانایی تولید مش‌هایی بسیار نازک و منعطف را دارند که می‌توان به‌راحتی آن‌ها را پوشید. لباس‌های استنلس استیل در مقابل تابش اشعه‌های مضر مقاوم بوده و به همین دلیل اغلب در بخش‌های برقی مورد استفاده قرار می‌گیرند. نخ‌های تولیدشده از فولاد ضد زنگ یک عنصر اساسی در بخش فناوری بوده و اغلب در دستکش‌های صفحه لمسی از آن استفاده می‌شود. لازم است در این دستکش‌ها از ماده‌ای با رسانایی الکتریکی (مانند انگشت) استفاده کرد که توسط صفحه‌های لمسی خازنی قابل تشخیص باشد. انتقال جریان توسط دستکش‌های استنلس استیل به روشی انجام می‌شود که دقیقاً شبیه رفتار انگشت انسان است. برخی از شرکت‌ها نیز از الیاف فولادی ضدزنگ در بافت فرش‌ها استفاده می‌کنند. فولاد ضد زنگ می‌تواند از ایجاد الکتریسیته ساکن جلوگیری کرده و درنتیجه احتمال شوک الکتریکی را کاهش دهد.
ازآنجاکه فولاد ضد زنگ دارای خواصی بی‌نظیر است، می‌توان از آن در شرایط مختلفی استفاده نمود. با دانستن معنای فولاد ضد زنگ در جدول و نگاهی کوتاه به اطرافتان می‌توانید متوجه شوید که این آلیاژ فولادی تا چه اندازه در زندگی شما تأثیرگذار بوده و چقدر زندگی را آسان‌تر نموده است.