تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ در مشخصات فیزیکی، ترکیب شیمیایی، کاربردها، استحکام کششی و استحکام خستگی است. فولاد آلیاژی در انواع مختلفی تولید میشود که شامل فولاد پر آلیاژ، فولاد مارجینگ، فولاد کم آلیاژ و فولاد ابزار میشود. این در حالی است که انواع فولاد ضد زنگ شامل فولادهای آستنیتی، مارتنزیتی، فریتی، دوبلکس و … است. در این مقاله، ضمن بررسی تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ، انواع و کاربردهای مختلف آنها را مورد بحث قرار خواهیم داد. برای خواندن ادامه مطلب، مجله کارآهن را دنبال کنید.
فولاد آلیاژی چیست؟
فولاد آلیاژی حاوی بیش از یک عنصر آلیاژی است. هرگاه هر عنصر را اضافه می‌کنید، اغلب ویژگی‌های جدیدی را معرفی می‌کند یا خواص مواد خاصی را بهبود می‌بخشد.
به طور کلی، تمام فولادهای پایه دارای محتوای آهن و درصد کمی کربن هستند. کروم یک عنصر آلیاژی رایج است که سازندگان آن را به عناصر دیگر اضافه می‌کنند تا خواص مقاومت در برابر خوردگی را افزایش دهند.
سایر عناصر رایج مناسب با فولاد آلیاژی عبارتند از وانادیم، نیکل، منگنز، مولیبدن، تیتانیوم و تنگستن. عناصر خاصی که به فولاد آلیاژی اضافه میشود اغلب خواص آن را تعیین می‌کند.
به عنوان مثال، منگنز شکل‌پذیری، مقاومت در برابر سایش و سخت شدن فولاد آلیاژی را بهبود می‌بخشد. از سوی دیگر، کروم چقرمگی، سختی و مقاومت فولاد آلیاژی در برابر سایش را افزایش می‌دهد.
انواع فولاد آلیاژی
در ادامه به انواع فولاد آلیاژی اشاره می‌کنیم:
۱- فولاد پُر آلیاژ
این نوع فولاد آلیاژی معمولا حاوی مقدار زیادی (بیش از ۵ درصد از ترکیب کل) یک یا چند عنصر آلیاژی برای چقرمگی، سختی و استحکام مناسب هستند. عناصر آلیاژی رایج برای این دسته فولاد آلیاژی عبارتند از منگنز، کروم، وانادیم، نیکل و مولیبدن. فولاد ضد زنگ نمونه کاملی از فولاد پُر آلیاژ است که بسته به عیار آن حداقل ۱۲ درصد کروم دارد.
۲- فولاد کم آلیاژ
فولاد کم آلیاژ حاوی بخش کمتری از یک یا چند عنصر آلیاژی (حداکثر ۵ درصد از ترکیب کل) هستند که چقرمگی، استحکام، سختی یا کیفیت های دیگر را بهبود می‌بخشد. نمونه‌های معمولی از عناصر آلیاژی در این دسته عبارتند از تنگستن، مولیبدن، مس، کروم، منگنز، بور و نیکل.
علاوه بر این، کاربردهای معمولی برای فولادهای کم آلیاژ شامل تجهیزات معدنی و ساختمانی است.
۳- فولاد ماریجینگ
این فولاد به دلیل چقرمگی و استحکام بالای خود مشهور است. سازندگان، این فولادها را در کاربردهایی که نیاز به خواص با مقاومت بالا دارند، از جمله کاربردهای نظامی و هوافضا مورد استفاده قرار می‌دهند.
۴- فولاد ابزار
فولاد ابزار معمولا به عنوان فولاد آلیاژی مناسب برای کاربردهای ابزار و قالب شناخته میشود. فولادهای ابزار می‌توانند در برابر سایش و سختی مقاومت کنند؛ حتی زمانی که در معرض دماهای بالا قرار گیرند.
کاربرد فولاد آلیاژی
- صنایع ساختمانی
- خودروسازی
- نفت و گاز
- هوافضا
- راکتورها
- توربین بادی
مزایای فولاد آلیاژی نسبت به فولاد ضد زنگ
تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ از نظر مزایا، این گونه است که فولاد آلیاژی مزایای خاصی نسبت به فولاد ضد زنگ دارد. به همین دلیل آن را به ماده‌ای ارزشمند برای کاربردهای مختلف تبدیل می‌کند. در ادامه به برخی از این مزایا اشاره می‌کنیم:
- نسبت قدرت به وزن مناسبی را ارائه می‌دهد.
- فولاد آلیاژی در برابر دمای بالاتر مقاومت نشان می‌دهد.
- فولادهای آلیاژی امکان ماشینکاری بالاتری را فراهم می‌کنند.
- شکل‌پذیری بالاتری دارد.
- یک گزینه مقرون به صرفه است.
فولاد ضد زنگ چیست
فولاد ضد زنگ یک فولاد آلیاژی با حداقل ۱۰.۵ درصد کروم است. عنصر کروم از فولاد ضد زنگ، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی ارائه می‌دهد و آن را با کاربردهای گسترده اعم از تجهیزات پزشکی گرفته تا ظروف آشپزی سازگار می‌کند.
علاوه بر این، به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، یک انتخاب رایج برای مصرف‌کنندگان محسوب میشود. با این حال، توجه به این نکته مفید خواهد بود که فولاد ضد زنگ دارای گریدهای مختلف با مجموعه‌ای از کیفیت‌های متفاوت است.
انواع فولاد ضد زنگ
اگرچه هزاران نوع فولاد ضد زنگ وجود دارد، اما می‌توان آنها را با موفقیت در دسته‌های زیرطبقه‌بندی کرد:
۱- فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولادهای آستنیتی معمولا حاوی ۸ تا ۲۰ درصد نیکل و ۱۷ تا ۲۵ درصد کروم حداقل هستند (فولاد ضد زنگ گرید ۳۰۴ پایه حاوی ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل است).
این گریدهای فولادی معمولا غیر مغناطیسی هستند و تولیدکنندگان به دلیل مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی، لکه و خوردگی پس از قرار گرفتن در معرض آب، از آنها در تجهیزات فرآوری مواد غذایی و کارخانه‌های شیمیایی استفاده می‌کنند.
گریدهای فولادهای زنگ نزن آستنیتی مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی، چقرمگی، جوش‌پذیری و شکل‌پذیری بالا دارند. از نمونه‌های خوب فولاد ضد زنگ این گروه می‌توان به ۲۵۳، ۳۰۴/۳۰۴L و ۳۱۶/۳۱۶L اشاره کرد.
۲- فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی
این دسته از فولاد ضد زنگ حاوی ۱۴ تا ۱۸ درصد کروم و مقدار متعادل کربن در محدوده ۰.۲ و ۲ درصد است. شما می‌توانید فولاد ضد زنگ مارتنزیتی را مانند فولاد کربنی، نرم و سخت کنید. به همین ترتیب، آنها انعطاف‌پذیری و جوش‌پذیری کمتری دارند. نمونه‌های معمولی گریدهای فولاد ضد زنگ این گروه شامل ۴۳۱، ۴۲۰C و ۴۳۱ است.
۳- فولاد ضد زنگ فریتی
گروه فریتی حاوی ۱۱ تا ۲۷ درصد کروم و نیکل کمتر یا بدون آن است. فولاد ضد زنگ فریتی به دلیل داشتن کروم بالا نسبت به فولاد زنگ نزن آستنیتی، مقاومت کمتری در برابر خوردگی دارد. شما می‌توانید این نوع ضد زنگ را از طریق آنیل تقویت کنید.
با این حال، فولاد ضد زنگ فریتی فاقد چقرمگی است که کاربردهای ساختاری آن را کاهش می‌دهد. این نوع فولاد ضد زنگ فقط در سیم پیچ و ورق موجود است. این گروه از فولادهای ضد زنگ، دارای گرید ۴۳۰ و ۴۰۹ هستند.
۴- فولاد ضد زنگ دوبلکس
فولادهای ضد زنگ دوبلکس دارای کروم بین ۱۸ تا ۲۸ درصد و عنصر آلیاژی نیکل بین ۳.۵ تا ۵.۵ درصد است. فولاد ضد زنگ در این گرید دارای قسمت‌های مساوی فریت و آستنیت است و در برابر تنش حفره‌ای و کلرید مقاومت زیادی دارد.
آنها قابل جوش، آسان برای ساخت، مغناطیسی هستند و در برابر خوردگی، مقاومت بهتری نسبت به گرید آستنیتی دارند. به عنوان مثال می‌توان به گریدهای فولاد ضد زنگ S32750 و ۲۲۰۵ اشاره کرد.
۵- فولاد ضد زنگ سخت شدن بارش
فولاد ضد زنگ سخت شدن بارش حاوی حدود ۱۲ تا ۱۶ درصد کروم، ۳ تا ۸ درصد نیکل و نسبت کمی از عناصر آلیاژی دیگر مانند مس، آلومینیوم و تیتانیوم هستند که قادر به تشکیل رسوب است.
این نوع فولاد ضد زنگ معمولا بسیار قوی و انعطاف‌پذیر است و قابل عملیات حرارتی بالایی دارد. آنها در شرایط آنیل شده ابتدا ماشینکاری شده و سپس تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
تفاوت فولاد ضد زنگ و فولاد آلیاژی از نظر مزایا
فولاد ضد زنگ یکی از مواد برجسته با کاربرد گسترده است. مزایای گسترده ای نسبت به فولاد آلیاژی دارد که عبارتند از:
- قابلیت بازیافت دارد.
- نیاز به نگهداری کمی دارد.
- مقاومت در برابر خوردگی بالاتری را ارائه می‌دهد
- فولاد ضد زنگ جذابیت بهتری دارد.
کاربرد فولاد زنگ نزن
مهم‌ترین کاربردهای فولاد ضد زنگ عبارتند از:
- ظروف آشپزخانه
- تجهیزات پزشکی
- صنایع شیمیایی
- صنایع پتروشیمی
- اجاق گاز
- سینک ظرف‌شویی
- صنایع غذایی و آشامیدنی
- صنعت هوافضا
- قطعات الکترونیکی
- تجهیزات راه‌آهن
- مخازن شیمیایی
- سیستم‌های گرمایشی
- سقف ساختمانی
- ناودانی
- در و پنجره
- تجهیزات کوره
- مبدل‌های حرارتی
- لوله
عناصر آلیاژی رایج و کاربرد آنها
تولیدکنندگان در میان صنایع، خواص مکانیکی فولاد کربنی را با کمک بیش از ۲۰ عنصر آلیاژی بهبود می‌بخشند. هر یک از این عناصر آلیاژی، خواص متمایزی را ارائه می‌دهند. در ادامه به ۵ عنصر آلیاژی رایج اشاره می‌کنیم:
۱- کروم
تأثیر کروم به عنوان یک عنصر آلیاژی اغلب با درصد آن تعیین میشود. به عنوان مثال، این نوع آلیاژ می‌تواند سختی یک ماده را در صورت استفاده در بخش کوچکتر، مانند ۰.۲ تا ۲ درصد افزایش دهد. در عین حال، هنگامی که در درصد بالاتری مانند ۴ تا ۱۸ درصد استفاده میشود، مقاومت مواد را در برابر خوردگی بهبود می‌بخشد.
۲- منگنز
استفاده از منگنز با مقدار کم گوگرد و فسفر، تضمین می‌کند که فولاد شکل گرفته شما شکل‌پذیرتر و کمتر شکننده باشد.
۳- تنگستن
این عنصر آلیاژی ترکیب ساختاری آلیاژ فولاد تشکیل شده را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، مقاومت حرارتی را بهبود می‌بخشد و در نتیجه نقطه ذوب بالاتری ایجاد می‌کند.
۴- نیکل
نیکل بر اساس درصد استفاده شده، در خواص مکانیکی فولاد تاثیر می‌گذارد. هنگامی که حدود ۵ درصد استفاده می‌کنید، استحکام آلیاژ فولاد تشکیل شده را افزایش می‌دهد. همچنین استفاده از درصد بالاتر بالای ۱۲ درصد، باعث افزایش مقاومت به خوردگی آلیاژ تشکیل شده میشود.
۵- وانادیوم
وانادیم می‌تواند مقاومت حرارتی، استحکام و ساختار دانه کربنی فولاد کربنی را در صورت استفاده در ۰.۱۵ درصد افزایش دهد. با این حال، هنگام استفاده با کروم، سختی بهبود یافته را بدون به خطر انداختن شکل‌پذیری ایجاد می‌کند.
جدول تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ
در ادامه به تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ از نظر مشخصات فیزیکی، ترکیب شیمیایی، کاربردها، استحکام کششی و استحکام خستگی بررسی می‌کنیم:
| جدول تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ | ||
| معیار | فولاد آلیاژی | فولاد ضد زنگ |
| مشخصات فیزیکی | فولاد آلیاژی به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا و دوام آن مشهور است. همچنین، سختی را در دماهای بالا حفظ می‌کند و مقاومت خوبی در برابر سایش و خوردگی ارائه می‌دهد. | فولاد ضد زنگ به راحتی تمیز میشود و در برابر خوردگی و لکه بسیار مقاوم است. این نوع فولاد غیر مغناطیسی، بادوام، رسانای الکتریکی است و در برابر دماهای بالا، مقاومت می‌کند. |
| ترکیب شیمیایی | عناصر آلیاژی فولاد آلیاژی شامل مقدار زیادی کروم، مولیبدن و سایر عناصر آلیاژی است. استفاده از عناصر آلیاژی بالاتر به عملیات حرارتی آلیاژها تا طیف وسیعی از سطح سختی کمک می‌کند. | فولاد ضد زنگ در برابر اسیدها، بازها و سایر محلول‌های آلی بسیار مقاوم است. ترکیبات اولیه آن شامل کروم، کربن و آهن میشود. با این حال، انواع خاصی از این نوع فولاد اغلب حاوی نیکل، منگنز، سیلیکون و عناصر دیگر هستند. |
| کاربردها | تولیدکنندگان اغلب از فولادهای آلیاژی در صنایع ساختمانی، خودروسازی، نفت و گاز، هوافضا و تولید استفاده می‌کنند. | کاربردهای معمول فولاد ضد زنگ شامل ظروف آشپزخانه، تجهیزات پزشکی، صنایع شیمیایی، پتروشیمی، غذایی و آشامیدنی است. |
| استحکام کششی | فولاد آلیاژی بسیار بادوام است و استحکام کششی آن حدود ۹۶۰ مگاپاسکال است. | فولاد ضد زنگ دوام کمتری دارد و استحکام کششی آن، ۶۲۱ مگاپاسکال است. |
| استحکام خستگی | استحکام خستگی بالاتری نسبت به فولاد ضد زنگ دارد. | فولاد ضد زنگ از استحکام خستگی کمتری نسبت به فولاد آلیاژی برخوردار است. با این وجود، گریدهای فولاد ضد زنگ مانند فولاد ضد زنگ دوبلکس به دلیل ریزساختار آن، استحکام خستگی بالایی از خود نشان می‌دهند. |
بهترین جایگزین فولاد آلیاژی
علاوه بر فولاد ضد زنگ، سایر جایگزین‌های فولاد آلیاژی عبارتند از:
۱- کروم وانادیوم
ترکیب اتم‌های وانادیوم با کروم ساختارهای شبکه‌ای به همراه نسبت‌های مقاومت به وزن عالی را تشکیل می‌دهد. این امر، کروم وانادیوم را برای کاربردهای مختلفی که نیاز به مواد قوی و سبک وزن دارند، ایده‌آل می‌کند. با این حال، به دلیل استحکام آن، اکثر تولید کنندگان از کروم وانادیوم برای تولید ابزارهای برشی استفاده م‌کنند.
۲- آلومینیوم
آلومینیوم یک ماده معمولی است که به طور گسترده در صنعت خودروسازی استفاده میشود. محصولات آلومینیومی مانند فلزات بر پایه آهن، در برابر خوردگی و آب مقاومت می‌کنند. همچنین آلومینیوم برای ساخت پانل‌های بدنه و سایر اجزای ساختاری وسایل نقلیه بسیار مناسب است. زیرا هم قدرتمند است و هم سبک.
۳- فولاد کربنی
فولاد کربنی یکی از انواع معروف فولاد است. معمولا به دلیل دوام و استحکام بالایی که ارائه می‌دهد، شناخته میشود. تولیدکنندگان عموما از فولاد کربنی برای چندین کاربرد استفاده می‌کنند. زیرا هزینه کمتری نسبت به فولاد ضد زنگ دارد.
فولاد با کربن بالا، استحکام و مقاومت منحصر به فردی در برابر سایش فراهم می‌کند که بسیاری از ابزارهای برش به آن نیاز دارند. در همین حال، فولاد کم آلیاژ تطبیقپذیری و چکش خواری را برای قطعات مورد استفاده در ماشین آلات، ظروف پخت و پز و لوله‌ها ارائه می‌دهد.
۴- فولاد ابزار
این یک نوع فولاد کربنی است که معمولا برای ساخت ابزار استفاده میشود. فولاد ابزار، سختی و مقاومت قابل توجهی در برابر سایش از خود نشان می‌دهد. در نتیجه، تولیدکنندگان از این ویژگی در تولید محصولاتی مانند مته، چاقو و اره استفاده می‌کنند.
فولاد آلیاژی بهتر است یا فولاد ضد زنگ؟
در ادامه بررسی لیست تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ با توجه به نکات زیر، شما باید بتوانید فولاد مناسب برای کاربرد خود را تعیین کنید.
۱- نیاز کاربردی
نیاز کاربردی یک محصول، نوع فولاد مناسب را تعیین می‌کند. به عنوان مثال، اگر قطعه‌ای برای به کارگیری در یک محیط دریایی مورد نیاز باشد، خاصیت مقاومت در برابر خوردگی آن یک عامل اولیه است. از این رو، فولاد ضد زنگ یک انتخاب مناسبی به نظر می‌رسد. همچنین، فولاد آلیاژی برای کاربردهای ساختاری مانند ساخت و ساز ایده‌آل است.
۲- نگهداری و طول عمر
فولاد ضد زنگ، نگهداری و طول عمر بهتری نسبت به فولاد آلیاژی از خود نشان می‌دهد. گریدهای فولاد ضد زنگ نیاز کمی به تعمیر و نگهداری دارند و به دلیل خواص ترمیم شوندگی، طول عمر بیشتری دارند. مهمتر از آن، فولاد ضد زنگ قابل بازیافت است.
۳- زیبایی شناختی
فولاد ضد زنگ به دلیل جذابیت بصری مشهور است. از این رو، طراحان و تولیدکنندگان محصولات در صنایع معماری و طراحی داخلی، معمولا از فولاد ضد زنگ برای قطعات مورد نیاز استفاده می‌کنند.
سطح بسیار بازتابنده فولاد ضد زنگ، آن را به عنوان یک فلز براق و مدرن معرفی کرده است. علاوه بر این، فولاد ضد زنگ نسبت به فولاد آلیاژی در ابعاد و اشکال مختلف در دسترس مصرف‌کنندگان قرار دارد.
۴- محدودیت بودجه
محدودیت‌های بودجه‌ای، نوع فولاد ایده‌آل برای پروژه شما را تعیین می‌کند. از نظر هزینه، فولاد آلیاژی ارزان‌تر از فولاد ضد زنگ است. با این حال، توصیه می شود کیفیت را به خاطر هزینه فدا نکنید. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره قیمت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ، به وبسایت کارآهن مراجعه کنید.
کلام آخر
در این مقاله به تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ پرداختیم و خواص متمایز آنها را مورد بحث قرار دادیم. اگرچه هر دو ماده خواص مکانیکی قابل توجهی ارائه می‌دهند که برای محصولات مدرن بسیار مهم هستند، اما بهترین کار این است که با در نظر گرفتن همه متغیرها، ماده‌ای را تعیین کنید که به بهترین وجه با پروژه شما مطابقت داشته باشد.
سوالات متداول
از نظر قیمت و هزینه، فولاد ضد زنگ گرانتر از فولاد آلیاژی است.
فولاد آلیاژی وزن بیشتری نسبت به فولاد ضد زنگ دارد.
فولاد آلیاژی اغلب در ساختمانسازی، خودروسازی، نفت و گاز کاربرد دارد. اما فولاد ضد زنگ در صنایع پزشکی، پتروشیمی، شیمیایی و غذایی استفاده میشود.
فولاد آلیاژی استحکام کششی برابر ۹۶۰ مگاپاسکال دارد. در حالی که استحکام کششی فولاد ضد زنگ، ۶۲۱ مگاپاسکال است.