فولاد زنگ نزن معمولا در بسیاری از صنایع و محیط‌ها یافت می‌شود. از لوله‌های مورد استفاده در فضاپیمان و ظروف آشپزخانه‌های صنعتی گرفته تا دستگاه‌های پزشکی و خودرو، می‌توان پای فولاد ضد زنگ را مشاهده کرد. اما مانند همه آلیاژهای فلزی، انواع و گریدهای مختلفی از فولاد ضد زنگ وجود دارد. انواع فولاد ضد زنگ که بسیار معروف هستند، شامل فولاد آستنیتی، مارتنزیتی و فریتی می‌شود. در این مقاله، فولاد زنگ نزن آستنیتی را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد.
زمان خواندن: ۱۰ دقیقه
فولاد زنگ نزن آستنیتی چیست؟
اصطلاح آستنیت برای توصیف آلیاژهای آهن یا فولاد مکعبی (FCC) که دارای این نوع ساختار هستند، استفاده می‌شود. این نام به افتخار سر ویلیام چندلر رابرتز آستن، یک انگلیسی که به دلیل مطالعاتش در مورد خواص فیزیکی فلزات شناخته شده بود، گرفته شد.
این متداول‌ترین نوع فولاد ضد زنگ است و دلیل خوبی هم برای این موضوع دارد. با مقاومت استثنایی خود در برابر حرارت و خوردگی، به طور گسترده در بسیاری از صنایع مانند پزشکی، خودروسازی، هوافضا و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. این دسته به دلیل استحکام و شکل‌پذیری بی‌نظیر معروف است و اینکه با عملیات حرارتی سخت نمی‌گردد.
چه چیزی فولاد ضد زنگ را آستنیتی می‌کند؟
هنگامی که نیکل یا نیتروژن به فولاد اضافه شد، نهایتا به “آستنیت” تبدیل می‌شود. ترکیب شیمیایی، گرید خاص فولاد ضد زنگ را تعیین می‌کند، در حالی که ساختار کریستالی آستنیت در مواد یک ویژگی کلیدی است. در شرایط آنیل شده، توجه به این نکته مهم است که فولاد ضد زنگ آستنیتی اغلب به عنوان غیر مغناطیسی شناخته می‌شود اما فولاد آستنیتی نورد سرد، یا کاهش ضخامت و افزایش سختی آن، مقدار خاصی از مغناطیس را به مواد وارد می‌کند. این به دلیل شکل‌پذیری، ساخت و مقاومت آن در برابر خوردگی است.
ترکیب شیمیایی: فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی حداقل ۱۰.۵ درصد و ۸ تا ۱۲ درصد نیکل و همچنین نیتروژن، کربن و بسیاری از عناصر دیگر در محلول است. کروم چیزی است که به فولاد، مقاومت خوردگی بالایی می‌دهد، در حالی که نیتروژن یک عامل سفت‌کننده است.
ساختار کریستالی آستنیت: یک فولاد ضد زنگ که علاوه بر ساختار شبکه مکعبی-مکعبی، ساختار بلوری آستنیتی را نیز در دماهای سرد و گرم وجود دارد. نیکل، منیزیم و نیتروژن عناصر تثبیت کننده ساختار آستنیت هستند.
تفاوت فولاد زنگ نزن آستنیتی و مارتنزیتی
در ادامه به تفاوت این دو می‌پردازیم:
۱- فولاد زنگ نزن آستنیتی
به دلیل عناصر آلیاژی، فولادهای زنگ نزن آستنیتی از نظر ساختار اتمی Face-Center-Cubic هستند، به این معنی که سختی بالایی دارند و انعطاف‌پذیری زیادی برای خم شدن و شکل‌گیری از خود نشان می‌دهند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی سرشار از کروم و نیکل هستند. به طوری که ۱۶ تا ۳۰ درصد شامل کروم و ۲ تا ۲۰ درصد شامل نیکل است.
۲- فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
با ساختار اتمی بدنه-مکعبی، فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی بسیار سخت‌تر و با چکش خواری بسیار کمتری نسبت به آستنیتی هستند. این باعث می‌شود آنها برای ظروفی مانند چاقو و سوهان، جایی که لبه تیز مورد نیاز است، ایده‌آل باشند.
مزایای فولاد زنگ نزن آستنیتی
در ادامه به مزایای این محصول می‌پردازیم:
۱- کارایی: این نوع فولاد به لطف ساختار کریستالی خود نسبتا چکش خوار و انعطاف‌پذیر است. این بدان معنی است که برای ساخت تکنیک‌های تولید، مانند خمش، برش، مهر زنی و پانچ مناسب است.
۲- هزینه: در حالی که فولاد ضد زنگ نسبت به فولاد نرم گران‌تر است، سهولت کار، همراه با این واقعیت که نیازی به محافظت در برابر خوردگی ندارد، بنابراین می‌تواند ارزان‌تر از برخی جایگزین‌های مشابه باشد.
۳- قدرت: فولاد زنگ نزن گرید ۳۱۶ شامل استحکام کششی حدود ۵۵۰ مگاپاسکال می‌شود که تقریبا برابر با فولاد نرم گرید S355 است؛ بنابراین یک فولاد با استحکام متوسط است که در کاربردهای سازه‌ای استفاده می‌شود. این بدان معنی است که فولاد زنگ نزن می‌تواند برای سازه‌ها و سایر اجزای با تنش بالا استفاده شود. زیرا در برابر خوردگی، مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد.
معایب فولاد ضد زنگ آستنیتی
تولید فولاد زنگ نزن نسبتا آسان است اما در مقایسه با فولاد نرم به ملاحظات بیشتری نیاز دارد. از جمله معایب این محصول عبارتند از:
۱- ماشینکاری: فولاد ضد زنگ برای برش بدون سخت شدن مواد نیاز به تغذیه بالا، اما سرعت ابزار کم دارد.
۲- خوردگی: در حالی که فولاد زنگ نزن در برابر خوردگی مقاوم است، اگر با فولاد نرم تماس داشته باشد، چه با استفاده از تکیه‌گاه‌های فولادی ملایم یا ابزار، سطح فولاد ضد زنگ می‌تواند آلوده شود و علائم اکسیداسیون به مرور ظاهر خواهد شد.
۳- گرما و تاب خوردگی: فولاد ضد زنگ انبساط حرارتی بالایی دارد اما از رسانایی نسبتا پایینی برخوردار است. به این معنی که قطعات اگر اجازه خنک شدن نداشته باشند، یا به اندازه کافی در حین جوشکاری مهار شوند، می توانند به راحتی تن به خم شدن بدهند.
ویژگی‌های فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولاد ضد زنگ آستنیتی دارای ویژگی‌های مثبت بسیاری است. این محصول تقریبا سه چهارم بازار جهانی فولاد ضد زنگ را تشکیل می‌دهد که در سال ۲۰۱۸ به ارزش ۹۳.۶۹ میلیارد دلار بود و انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۵، ۵.۲ درصد افزایش یابد.
۱- استحکام در دما
فولاد ضد زنگ آستنیتی بسته به درجه حرارت تا حدود ۱۹۰۰ درجه فارنهایت می‌تواند در برابر درجه حرارت شدید مقاومت کند. برخی از گریدها در دمای ۸۰۰ درجه فارنهایت شروع به تغییر شکل، نرم شدن یا از دست دادن قدرت خود می‌کنند.
۲- ویژگی سردکاری
فولادهای زنگ نزن آستنیتی را نمی‌توان از طریق عملیات حرارتی سخت کرد. فقط کار سرد یا کاهش دما می‌تواند استحکام آستنیتی را افزایش دهد. سردکاری به شکل دادن فلز بدون حرارت دادن آن اشاره دارد که می‌توان آن را با فولاد زنگ نزن آستنیتی انجام داد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی را می‌توان قبل از سرد شدن سریع برای بازگرداندن آن به حالت اولیه آنیل کرد.
فولاد ضد زنگ نورد سرد دارای چندین مزیت است: سطح بهبود یافته که سودمند است؛ زیرا فولادی با سطح بهبود یافته دارای سختی بالاتری است که در برابر انتشار ترک مقاومت می‌کند و استحکام بهتری دارد.
۳- هدایت حرارتی کم
گرما به آرامی از طریق فولاد ضد زنگ آستنیتی منتقل می‌شود. از طرف دیگر، فولاد ضد زنگ فریتی، هدایت حرارتی بالاتری دارد. این نوع فولاد معمولا مغناطیسی نیست، در حالی که فولاد ضد زنگ فریتی مغناطیسی است. شاید تعجب کرده باشید که چرا برخی از یخچال‌ها مغناطیسی هستند در حالی که برخی دیگر مغناطیسی نیستند: دلیل آن این است که آنها از فولادهای ضد زنگ مختلف ساخته شده‌اند.
۴- شکل‌پذیری
فولاد ضد زنگ آستنیتی بسیار شکل‌پذیر است. به همین دلیل برای کاربردهای مختلف و متنوع کار می‌کند. فولاد ضد زنگ آستنیتی نورد سرد باعث افزایش استحکام و کاهش شکل‌پذیری آن می‌شود. البته فولادهای ضد زنگ مختلف در کاربردهای مختلف نیز مزایایی دارند. این نوع فولاد نسبت به فریت‌ها در برابر خوردگی حساس‌تر است.
انواع فولاد زنگ نزن آستنیتی
همه فولادها حاوی کربن هستند، اما می‌توان آنها را با کربن کم یا پر کربن متمایز کرد. تفاوت بین فولاد کربن و فولاد ضد زنگ در محتوای آلیاژی آن است: فولادهای ضد زنگ حداقل ۱۰.۵ درصد کروم دارند، در حالی که فولادهای کربنی باید کمتر از آن داشته باشند تا بتوانند طبقه‌بندی فولاد کربنی را کسب کنند.
مانند اکثر مواد مدرن، گریدهای مختلفی از فولاد زنگ نزن وجود دارد که به آنها سری میگویند، این درجات از سری ۲۰۰ تا ۴۰۰ متغیر است. همچنین گریدهای فرعی مانند سری ۲۰۲، ۳۰۴، ۴۳۰ و غیره نیز در این دسته وجود دارد. گریدهای فولاد ضد زنگ آستنیتی شامل سری ۲۰۰ و ۳۰۰ هستند.
۱- سری ۳۰۰
سری ۳۰۰ مبتنی بر نیکل است. معمولا ۱۸ درصد کروم و هشت درصد نیکل دارد که حداقل مقدار نیکل مورد نیاز برای تبدیل فولاد ضد زنگ فریتی به آستنیتی در صورت وجود این مقدار کروم است. در ادامه به برخی از کاربردهای فولاد زنگ نزن آستنیتی سری ۳۰۰ اشاره می‌کنیم:
- لوله‌های مورد استفاده در صنعت هوافضا
- تانک
- تجهیزات مواد غذایی و آشامیدنی
- تجهیزات دارویی
- تجهیزات معدنی و شیمیایی
- کارد و چنگال
- سینک
- قطعات برای مبدل‌های کاتالیزوری
- کوره‌ها
۲- سری ۲۰۰
سری ۲۰۰ دارای نیکل کم و نیتروژن یا منگنز زیاد است که آن را جایگزین ارزان تری برای سری ۳۰۰ می‌کند. در ادامه به برخی از کاربردهای فولاد زنگ نزن آستنیتی سری ۲۰۰ اشاره می‌کنیم:
معماری داخلی
مخازن آب خانگی
ماشین لباسشویی
ماشین ظرفشویی
ظروف آشپزی و کارد و چنگال
قطعات خودرو
کاربردهای فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولاد ضد زنگ آستنیتی به دلیل کارایی بالا، مقاومت در برابر خوردگی عالی و سهولت در ساخت، در همه جنبه‌های زندگی یافت می‌شود. در محیط‌های پزشکی، از آن برای ساخت سینی‌ها، صفحه‌های پیشخوان و چرخ دستی‌ها و همچنین اجزای دستگاه‌های پزشکی مانند منگنه و سایر ابزارهای دستی استفاده می‌شود. کاربردهای پزشکی معمولی این نوع فولاد به شما یک ایده کلی از کاربرد آن می‌دهد که شامل سندان‌های جراحی، سوزن‌های زیر پوستی، کلاهک‌ها یا محافظ های سوزن، و اجزای تفنگ منگنه است.
در دنیای خودرو به همراه گیره شلنگ و اجزای مهم ایمنی مانند محفظه مکانیزم‌های کیسه هوا و مواردی از این قبیل کاربرد دارد. اگزوزهای فولادی ضد زنگ نیز معمولا از فولاد زنگ نزن گرید ۳۱۶ ساخته می‌شوند.
هنگام بحث در مورد کاربردهای تولید خودرو از فولاد زنگ نزن آستنیتی، معمولا متوجه خواهید شد که اغلب در ریل‌های سوخت، روزنه‌ها و قطعات عمیق خودرو استفاده می‌شود. سازندگان خودرو اغلب به دلیل شکل‌پذیری و تطبیق‌پذیری آن به گریدهای آستنیتی نگاه می‌کنند.
صدها کاربرد برای فولاد ضد زنگ در صنعت هوافضا نیز وجود دارد؛ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و دماهای پایین، اغلب برای لوله‌کشی، براکت و بسیاری از کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای صنعتی این محصول در اجزای تیغ، قطعات تولید برق، فنرها و کاترها است
نحوه تولید فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولادهای زنگ نزن به طور کلی به روش های مشابه فولاد نرم ساخته می‌شوند؛ با کوره‌های قوس الکتریکی که گرما را برای ذوب مواد خام فراهم می‌کنند. با این حال فولاد ضد زنگ فرآیندی به نام کربن‌زدایی با اکسیژن آرگون پس از فرآیند تصفیه را انجام می‌دهد.
این محصول در سه مرحله کربورسازی مجدد، کاهش، گوگرد زدایی تولید می‌شود. این سه فرآیند به ترتیب کربن را حذف می‌کنند، عناصر آلیاژی مانند کروم را بازیابی کرده و سپس گوگرد را حذف خواهند کرد.
پس از اینکه فولاد ضد زنگ مذاب با عناصر آلیاژی صحیح ترکیب و تولید شد، بسته به شکل ماده نهایی، مواد به فرآیندهای تولید مختلف منتقل می‌شوند. برای تولید ورق و نوار از ریخته‌گری فشاری یا پیوسته استفاده می‌شود و برای تولید میلگردها، مقاطع و اشکال سازه‌ای، آسیاب اسلبینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کلام آخر
در این مقاله به معرفی فولاد زنگ نزن آستنیتی پرداختیم. این نوع فولاد دارای دو سری ۲۰۰ و ۳۰۰ است. با این حال، اگر به دنبال خرید و یا استعلام قیمت آهن آلات روز بازار هستید، کارآهن آماده تامین نیاز شماست. از میلگرد در سایزهای مختلف گرفته تا لوله و نبشی، همه و همه تنها در کارآهن موجود است. در ضمن تیرآهن، ناودانی، انواع پروفیل و ورق‌های فولادی نیز در سایت کارآهن به صورت آنلاین وجود دارد. همین حالا سفارش مورد نیاز خود را در سایت کارآهن ثبت کنید.