گروه گسترده ای از آلیاژهای پایه فولادی که به منظور مقاومت در برابر خوردگی ساخته و توسعه یافته اند را استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ می نامند.
از جمله ويژگي هاي ممتاز براي اين دسته از آلياژها شکل پذيري عالي، چقرمگي زياد در دماي اتاق و دماي پايين و مقاومت خوب در برابر پوسته شدن، اکسايش و خزش در دماي بالا مي باشد که خواص خود را نيز تا دماهاي بالاحفظ می کنند.
به طور کلی استنلس استیل ، یک آلیاژ کم هزینه برای مدت طولانی ، قابل بازیافت ، بادوام است که البته بیش از 60 درصد استنلس استیل جدید از ذوب قراضه استنلس استیل تهیه میشود که این نشان می دهد این فلز قابلیت بازیافت را دارد.
هم اکنون کشور ترکیه یکی از بزرگ ترین وارد کننده های قراضه استنلس استیل دنیا است که در حال حاضر نیاز به استنلس استیل را در درون کشور خود با این روش تا حدود قابل توجهی بر طرف کرده است.
فولادهاي ضد زنگ جزء دسته فولادهاي آلياژي حاوي مقادير قابل توجه کروم مي باشند.
حداقل کروم متعارف در اين دسته از فولادها 11 % مي باشد و براي اينکه آلياژهاي آهني خاصيت زنگ نزن داشته باشند ميزان کروم در آنها نبايد کمتر از اين مقدار باشد.
حضور کروم در فولاد باعث ایجاد خاصیت ضدزنگ می شود که این مساله بدلیل بوجود آمدن خاصیت رویینگی در روی سطح استنلس استیل رخ می دهد.این لایه جهت تشکیل تنها به حضور اکسیژن نیاز دارد. با تخریب و ساییدگی این لایه یک لایه جدید با توجه به حضور کروم در لایه های پایینی تشکیل می شود. نتیجه این می شود که در مدت طولانی با توجه به این مساله همیشه سطح توسط لایه رویین محافظت می شود.
بنابراين کروم عنصر آلياژي بهبود دهنده مقاومت به خوردگي فولادهاي زنگ نزن است.
علاوه بر کروم، عناصر شيميايي ديگري نيز در ترکيب فولادهاي ضد زنگ بکار مي روند که اصلی ترین آن ها ميتوان به مولیبدن و نیکل اشاره نمود.
نيکل عمدتا موجب انعطاف پذيري و فرم پذيري را در فولاد ضد زنگ باعث می گردد.
اولین فولاد ضد زنگ به صورت آلیاژ، مارتنزیتی Fe-Cr-C توسط دانشمند انگلیسی به نام هاری بررلی (Harry Brearley)در 1912 تهیه گردید.
اولین ریخته گری تجارتی فولاد ضد زنگ در سال 1913 در شفیلد انگلستان به تولید رسید و حق ثبت آمریکایی جهت این اختراع در سال 1916 به آقای هاری بررلی اهدا گردید.
آیا استنلس استیل ، زنگ می زند؟
در واقع این موضوع که استیل، زنگ نمی زند یک تصور نادرستی است. این برداشت ناصحیح برخی موارد منجر به مشاجرات و حتی تعقیب قانونی بین کارفرمایان و پیمانکاران می شود. فولادهای ضد زنگ فقط در شرایطی خاص نظیر محیط های غیرآلوده و آب شیرین یا آب دریا (به صورت جاری) بدون زنگ باقی می مانند.
در هوای مرطوب دریایی یا در داخل آب ساکن (راکد) فولاد ضد زنگ نوع 304 زنگ می زند، و اغلب به صورت موضعی دچارخوردگی حفره ای می گردد. به طور کلی ماهیت محیط و ترکیب شیمایی فولاد هر دو در تشکیل زنگ و خوردگی حفره ای فولاد ضد زنگ نقش تعیین کننده ای دارند.
دلیل از بین رفتن لایه کروم در عملیات حرارتی چیست؟
در عملیات حرارتی و یا جوش کاری، دمای فولاد ضد زنگ به حدود 550 الی 850 درجه سانتیگراد می رسد. کروم و کربن با یکدیگر وارد واکنش می شود و کاربیدکروم(Chromium Carbide)تولید می گردد که در امتداد مرز دانه ها رسوب می کند.به همین دلیل کروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحیه مرزی) تخلیه می شود.ناحیه مرزی که کروم آن تخلیه شده ( فقیر نسبت به کروم ) نسبت به سایر مناطق سالم سطح فلز که کروم آن مناطق تخلیه نشده اند دربرابر خوردگی مقاومت کمتری دارد.
فولاد ضد زنگی را که در ساختار بلوری آن کاربید کروم به وجود آمده باشد حساس شده ( Sensitized) می نامند.فولاد های حساس شده نسبت به خوردگی مرزدانه ای یا فساد جوش بیشتر مستعد می شوند.
خواص اصلی استنلس استیل ها :
* مقاومت در برابر خوردگی
* ظاهر جذاب
* مقاومت در برابر حرارت
* هزینه ناچیز در طول عمر مفید
* بصورت کامل قابل بازیافت
* از نظر قابلیتهای بیولوژیکی خنثی می باشد
* سادگی تولید محصول
انواع استیل ها:
استنلس استیل آستنیتی یا سری 300
استنلس استیل فرریتی یا سری Ferritic 400
استنلس استیل آستنیت و فرریتی دوپلکس Austenitic-Ferritic Duplex
استنلس استیل مارتنزیتیMartensitic
استنلس استیل آستنیتی Austenitic300:
استنلس استیل آستنیتی بیشترین مورد استفاده را در بین انواع دیگر فولادهای زنگ نزن داشته و تقریبا 80 % بازارجهان را به خود اختصاص داده است. درساختار آن حداقل 7% عنصر نیکل قرار دارد که ساختار فولاد را تماما آستنیتی نموده و باعث گردیده فولاد خاصیت انعطاف پذیر، مقاوم برای کاربرد دردماهای بالا، غیرمغناطیسی و قابلیت جوشکاری مساعد ازخود نشان دهد.
استنلس استیل فرریتی Ferritic 400 :
این دسته ازفولادهای ضدزنگ خاصیت مغناطیسی و خواص فیزیکی و مکانیکی مناسبی دارند.عنصرآلیاژی عمده دراین گروه کروم در حد کافی جهت پایدار کردن کامل فازفریت می باشد به منظور جلوگیری ازتشکیل فازهایی که دررابطه با انعطاف پذیری و چقرمگی مخرب اند، سریع سردکردن این نوع فولادها که حاوی درصد زیادتری ازعناصر آلیاژی هستند الزامی است .
تنها تفاوت چشمگیری که این آلیاژ ها با فولاد ساده کربنی دارند مقاومت به خوردگی به مراتب بهتر این آلیاژها در مقایسه با فولاد ساده کربنی است.
آلیاژهای سری 400 ممعمولا در ساختار خود مقادیر 12 تا 17 درصد کروم دارند که این مقدار در آلیاژهایی که در ساخت سازه ها استفاده می شود 12 درصد است و در آلیاژهایی که معمولا در بویلرها ، ماشین لباسشویی ، دکوراسیون داخلی و لوازم خانگی کاربرد دارند این مقدار تا 17 درصد نیز میرسد.
استنلس استیل آستنیتی - فرریتی داپلکسAustenitic-Ferritic Duplex:
این دسته ازفولادهای ضدزنگ هردو ساختارمتالورژیکی مربوط به فاز های فریت و آستنیت را همزمان درخودداشته ازاینرو آنها را فولادهای ضدزنگduplexنیز نامگذاری کرده اند به منظور پایدار کردن فاز آستنیت و رسیدن به خواص انعطاف پذیری عنصر نیکل دارند و برای پایداری فاز فریت و دستیابی به خواص استحکام و چقرمگی مطلوب در آلیاژ از عنصر کروم استفاده می کنیم.در مواردی همچون صنایع پتروشیمی کاغذسازی قند و نیشکر همچنین در کشتی سازی کاربرد دارند.
استنلس استیل مارتنزیتی Martensitic :
برای بسیاری ازکاربردها که مستلزم نه تنها مقاومت دربرابر خوردگی است بلکه نیاز به استحکام بالا،سختی بالا،مقاومت به سایش و حفظ لبه های تیز و زوایا درقطعه است ، از فولادهای مارتنزیتی استفاده می کنند این فولادها را می توان ابتدا آهنگری نمود و سپس با آستنیته و سریع سردکردن (تشکیل مارتنزیت) و بازپخت دادن عملیات حرارتی کرد. فولاد ضدزنگ مارتنزیتی خاصیت مغناطیسی داشته و قابلیت حصول محدوده متغیر ازسختی را دارد. برای ساخت بلید توربین بخار ازاین نوع فولاد استفاده می گردد.
بطور کلی مشخصه اصلی این طبقه از فولادهای زنگ نزن، سهولت جوشکاری و مقاومت به خوردگی عالی- نرم وانعطاف پذیر بودن برای کارسرد و غیرمغناطیس بودن آنها می باشد. طبق آنچه بدان اشاره گردید، فولادهای زنگ نزن را برای استفاده در محیط های اتمسفری ، آب دریا و انواع مختلف محیط های شیمیایی انتخاب می کنند.
توصیه مهم : حتما قبل از انتخاب گرید مورد نظر برای کاربردهای مختلف می بایست با کارشناس متالورژی مشورت کنید.
بسته به نوع و شرایط کاری از نظر خواص شیمیایی ، کلرایدی و اسیدی باید گرید مورد نظر مناسب انتخاب شود که این امر تنها با مشورت با کارشناسان متالورژ امکان پذیر است.
در ذیل برخی از خواص متالورژیکی استنلس استیل آستنیتی ها را میبینیم :
1- تبدیل آستنیت به مارتنزیت دراثر کارسرد درانواع استیل 302 ، 301 و استیل 304
2-کاهش کربن و عنصرآلیاژی کرم برای حذف امکان تشکیل کاربید کرم و جلوگیری از خوردگی بین دانه ای درانواع استیل 304L،316L،321،347
3-آلیاژکردن با مولیبدن برای افزایش مقاومت دربرابر خوردگی حفره يی درانواع استیل 316
4-استفاده از درصدهای بالای عناصر آلیاژی کروم و نیکل برای افزایش استحکام دردمای بالا (فولادهای نسوز) و مقاومت در برابر پوسته شدن درانواع استیل 309 و 310 نیز می باشند.
استیل نگیر(غیر مغناطیسی) چیست :
آلیاژآهن - کروم- نیکل با کربن کمتر از 0.1 درصد(شامل انواع 304/1.4301 که معمولا عنوان 18/08 و18/10 نیز شناخته می شوند.)در حالت کارنشده خاصیت غیرآهن ربایی دارد و بیش از 65 درصد مصرف جهانی استیل را به خود اختصاص می دهد.
استیل بگیر(مغناطیسی)چیست:
آلیاژ آهن کروم با کربن کمتر از 0.1 %را که خاصیت آهن ربایی دارد را استیل بگیر نامیده می شود.
پرمصرف ترین آنها 1.4016 است.استفاده از آلیاژهایی با کروم پائین درمواردی که حفظ ظاهر در اولویت نبوده وشرایط سخت محیطی موجود نمی باشد،امکان پذیراست افزایش کروم ومولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود. افزایش تیتانیوم و نیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می دهد.
استنلس مارتنزیتی چیست :
آلیاژآهن-کروم با کربن بالای 1 را گویند که خاصیت آهن ربایی وسختی پذیر را دارد.
استیل دوپلکس چیست :
آلیاژ آهن-کروم ونیکل با ساختمانی از ترکیب استیل های مغناطیسی و غیر مغناطیسی وخاصیت آهن ربایی را استیل دوپلکس نامند.
استنلس استیل های دوپلکس به طور کلی از نظر مقاومت مکانیکی در سطح بالاتری نسبت به انواع معمول استیل بگیر(مغناطیسی) ونگیر(غیرمغناطیسی)قرار دارند.استنلس ها از نوع 1.4462 پرمصرف ترین آنها می باشد.