همه چیز در مورد محصولات استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ یا زنگ نزن یا استنلس استیل گروهی از آلیاژهای برپایه آهن هستند که حداقل ۱۱٪ کروم دارند؛ ترکیبی که از زنگ زدگی و خوردگی آهن جلوگیری می کند و همچنین خواص مقاوم در برابر حرارت را فراهم می آورد.

انواع مختلف فولاد زنگ نزن شامل عناصر کربن (از ۰٫۰۳ درصد تا بیشتر از ۱٫۰۰ درصد)، نیتروژن، آلومینیوم، سیلیکون، گوگرد، تیتانیوم، نیکل، مس، سلنیوم، نیوبیوم و مولیبدن است.

لیست قیمت های ورق استیل آلیاژ 304

کروم؛ برگ برنده فولادهای ضد زنگ

مقاومت فولاد ضد زنگ در برابر زنگ زدگی ناشی از وجود کروم در آلیاژ است که یک فیلم غیرفعال (Passive) را تشکیل می دهد که فولاد را در برابر حمله اجزای خورنده محیط محافظت کرده و می تواند در حضور اکسیژن ترمیم شود. مقاومت در برابر خوردگی می تواند علاوه بر این توسط راهکارهای زیر افزایش یابد:

1. افزایش محتوای کروم به مقادیربالاتر از ۱۱٪ ؛
2. افزودن ۸٪ یا مقادیر بالاتر نیکل ؛
3. افزودن مولیبدن (که همچنین مقاومت در برابر "خوردگی حفره ای" را نیز بهبود می بخشد).

همچنین افزودن نیتروژن مقاومت در برابر خوردگی حفره ای را بیشتر کرده و مقاومت مکانیکی را افزایش می دهد.

بنابراین، گریدهای مختلفی از فولاد ضد زنگ با درصد عناصر مختلفی از جمله کروم و مولیبدن وجود دارد که متناسب با محیطی که آلیاژ باید در سرویس دهی باشد، مورد استفاده قرار می گیرد.

چرا فولاد ضد زنگ؟

مقاومت در برابر خوردگی و لکه ای شدن، نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر و درخشندگی سطح قابل قبول، فولاد ضد زنگ را به یک ماده ایده آل برای بسیاری از کاربردها تبدیل می کند که هم مقاومت فولاد و هم مقاومت در برابر خوردگی مهم است. علاوه بر این، فولاد ضد زنگ را می توان به شکل ورق استیل، صفحات، میله ها، سیم و لوله ها در بازار فولاد تهیه کرد.

شکل های مختلف فولادهای ضد زنگ را می توان در ساخت ظروف آشپزی، کارد و چنگال، وسایل جراحی، مصالح ساختمانی در ساختمان های بزرگ، تجهیزات صنعتی (به عنوان مثال در کارخانه های تولید کاغذ، کارخانه های شیمیایی، تصفیه آب) و مخازن و تانکرهای ذخیره مواد شیمیایی و محصولات غذایی استفاده کرد.

مقاومت در برابر خوردگی مواد، سهولت تمیز کردن و استریل آن در بخار و عدم نیاز به پوشش های سطحی باعث استفاده از فولاد ضد زنگ در آشپزخانه ها و کارخانه های فرآوری مواد غذایی شده است.

جالب است بدانید که رقیب اصلی محصولات استیل، فولادهای گالوانیزه شده است. به طور مثال، بههنگام خرید ورق استیل، همواره یکی از پیشنهادات و گزینه های مرسوم میان خریداران، ورق گالوانیزه میباشد که قابلیت خوبی در محافظت از خوردگی ورق دارد.

• فولاد ضد زنگ در ظروف آشپزخانه

انواع فولادهای ضد زنگ در بازار

پنج گروه اصلی وجود دارد که در درجه اول از نظر ساختار کریستالی طبقه بندی می شوند:

1. آستنیتی
2. فریتی
3. مارتنزیتی
4. دوبلکس
5. رسوب سخت شونده

که در ادامه برای شناخت بهتر هر کدام از آن ها به تفصیل پرداخته ایم:

فولاد ضد زنگ آستنیتی

فولاد ضد زنگ آستنیتی بزرگترین خانواده از فولاد ضد زنگ است که تقریباً دو سوم کل تولید فولاد ضد زنگ را تشکیل می دهد. این فولادهای ضد زنگ دارای ریزساختار آستنیتی هستند که یک ساختار بلوری مکعب مرکز وجوه پر(FCC) است. فولادهای زنگ نزن آستنیتی با عملیات حرارتی قابل سخت شدن نیستند زیرا در همه دماها ریز ساختار یکسانی دارند.

فولادهای ضد زنگ آستنیتی را می توان به دو زیر گروه سری ۲۰۰ و ۳۰۰ تقسیم کرد: سری ۲۰۰ آلیاژهای کروم-منگنز-نیکل هستند که استفاده از منگنز و نیتروژن را به حداکثر می رساند تا استفاده از نیکل را به حداقل برساند. به دلیل افزودن نیتروژن، تقریباً ۵۰ درصد ، مقاومت تسلیم بالاتری نسبت به ورق های سری ۳۰۰ فولاد ضد زنگ دارند.

سری ۳۰۰ نیز آلیاژهای کروم-نیکل هستند که تقریباً به طور ویژه با آلیاژکردن با نیکل به ریزساختار آستنیتی می رسند.

برخی از گریدهای پرآلیاژ، حاوی مقداری نیتروژن برای کاهش نیاز به نیکل هستند. سری ۳۰۰ بزرگترین گروه بوده و بیشترین استفاده را دارد.

فولادهای زنگ نزن فریتی

فولادهای زنگ نزن فریتی دارای ریزساختار فریت مانند فولاد کربنی هستند که یک ساختار بلوری مکعب مرکز پر دارد و حاوی ۱۰٫۵٪ تا ۲۷٪ کروم با نیکل بسیار کم یا بدون آن است. این ریزساختار به دلیل افزودن کروم در همه دماها وجود دارد، بنابراین با عملیات حرارتی قابل سخت شدن نیستند. این نوع فولادها مغناطیسی هستند و با کار سرد نمی توان به همان گریدهای فولادهای ضد زنگ آستنیتی تقویت کرد.

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی طیف گسترده ای از خواص را ارائه می دهند و به عنوان فولادهای ضد زنگ مهندسی، فولادهای ضد زنگ ابزار و فولادهای مقاوم در برابر خزش استفاده می شوند.

مغناطیسی هستند و به دلیل کم بودن کروم در برابر خوردگی مانند فولادهای زنگ نزن فریتی و آستنیتی مقاوم نیستند و به چهار دسته تقسیم می شوند

• ۱- گریدهای Fe-Cr-C. اولین گریدهای مورد استفاده بوده و به طور گسترده در کاربردهای مهندسی و مقاوم در برابر سایش مورد استفاده قرار می گیرند.
• ۲- گریدهای Fe-Cr-Ni-C. مقداری کربن با نیکل جایگزین می شود. چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی بالاتری را ارائه می دهند.
• ۳- گریدهای رسوب سخت شونده EN 1.4542، شناخته شده ترین گرید بوده و ترکیبی از سخت شدن مارتنزیتی و سخت شدن رسوبی است. از مقاومت و استحکام بالایی برخوردار بوده و حوزه هوافضا از جمله کاربردهای آن است.
• ۴- گریدهای مقاوم در برابر خزش. افزودن مقدار کمی نیوبیوم، وانادیوم، بور و کبالت باعث افزایش استحکام و مقاومت در برابر خزش تا حدود ۶۵۰ درجه سانتیگراد (۱۲۰۲ درجه فارنهایت) می شود.

فولاد ضد زنگ دوبلکس

فولادهای ضد زنگ دوبلکس دارای ریزساختار آستنیت و فریت هستند که نسبت ایده آل آن ۵۰:۵۰ است، اگرچه آلیاژهای تجاری ممکن است نسبت های ۴۰:۶۰ را داشته باشند.

مشخصه آنها کروم بالا (۱۹-۳۲٪) و مولیبدن (تا ۵٪) و مقدار نیکل کمتر از فولادهای ضد زنگ آستنیتی است.

مقاومت تسلیم فولادهای ضد زنگ دوبلکس تقریباً دو برابر فولاد ضد زنگ آستنیتی است. ریزساختار آنها در مقایسه با فولاد ضد زنگ آستنیتی انواع ۳۰۴ و ۳۱۶ مقاومت بهتری در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش کلرید را فراهم می کند.

گریدهای دوبلکس معمولاً بر اساس مقاومت در برابر خوردگی به سه زیر گروه تقسیم می شوند:

1. دوبلکس ضعیف
2. دوبلکس استاندارد و دوبلکس فوق العاده.

خواص فولادهای ضد زنگ دوبلکس با محتوای آلیاژ کمتری نسبت به گریدهای فوق آستنیتی با عملکرد مشابه به دست می آید و استفاده از آنها را برای بسیاری از کاربردها مقرون به صرفه می کند.

صنعت کاغذ و پالپ یکی از اولین صنایع مصرفی گسترده فولاد ضد زنگ دوبلکس است.

لیست قیمت های ورق استیل آلیاژ 316

امروزه صنعت نفت و گاز بزرگترین هدف مورد استفاده است و به دنبال گریدهای مقاوم در برابر خوردگی بیشتر بوده و منجر به تولید گریدهای دوبلکس و هایپر دوبلکس شده است.

دوبلکس های ضعیف ارزان قیمت (و کمی مقاوم در برابر خوردگی)، عمدتا برای کاربردهای ساختمانی در صنعت ساخت و ساز (میله های تقویت کننده بتن، صفحات پل، کارهای ساحلی) و در صنعت آب تولید شده است.

فولادهای ضد زنگ رسوب سخت شونده

فولادهای ضد زنگ رسوب سخت شونده دارای مقاومت به خوردگی قابل مقایسه با انواع فولاد ضد زنگ آستنیتی هستند، اما می توانند به مقاومت های بالاتر حتی در مقایسه با سایر گریدهای مارتنزیت سخت شوند. سه نوع فولاد ضد زنگ رسوب سخت شونده وجود دارد:

۱- مارتنزیتی ۱۷-۴ PH (AISI 630 EN 1.4542) حاوی حدود ۱۷٪ Cr ، ۴٪ Ni ، ۴٪ Cu و ۰٫۳٪ Nb است. عملیات محلول سازی در حدود ۱۰۴۰ درجه سانتیگراد (۱۹۰۰ درجه فارنهایت) و به دنبال آن کوئنچ انجام می شود که منجر به ایجاد ساختار مارتنزیتی نسبتاً شکل پذیر می گردد. عملیات پیرسازی بعدی در دمای ۴۷۵ درجه سانتیگراد (۸۸۷ درجه فارنهایت) فازهای غنی از Nb و مس را رسوب می دهد که مقاومت را تا بیش از ۱۰۰۰ مگاپاسکال استحکام تسلیم افزایش می دهد. این نوع فولاد ضد زنک در کاربردهای پیشرفته مانند هوا فضا استفاده می شود. یکی دیگر از مزایای مهم این فولاد این است که پیری، برخلاف عملیات تمپرینگ، در دمایی انجام می شود که می توان روی قطعات (تقریباً) تمام شده بدون اعوجاج و تغییر رنگ اعمال کرد.

۲- نیمه آستنیتی ۱۷-۷PH (AISI 631 EN 1.4568) حاوی حدود ۱۷٪ Cr ، ۷٫۲٪ Ni و ۱٫۲٪ Al است. عملیات حرارتی معمول شامل عملیات محلول سازی و کوئنچ است. در این مرحله، ساختار آستنیتی باقی می ماند. تحول مارتنزیتی سپس یا با یک عملیات برودتی (cryogenic treatment) در دمای ۷۵ درجه سانتیگراد (−۱۰۳ درجه فارنهایت) یا با کار شدید سرد (تغییر شکل بیش از ۷۰ درصد، معمولاً با نورد سرد) بدست می آید. پیر شدن در دمای ۵۱۰ درجه سانتیگراد (۹۵۰ درجه فارنهایت) - که فاز بین فلزی Ni3Al را رسوب می دهد - روی قطعات تقریباً تمام شده انجام می شود. سپس به سطح تنش تسلیم بالاتر از ۱۴۰۰ مگاپاسکال می رسد.

۳- آستنیتی A286 (ASTM 660 EN 1.4980) حاوی حدود Cr 15٪ ، Ni 25٪ ، Ti 2.1٪ ، Mo 1.2٪ ، V 1.3٪ و B 0.005٪ است. این ساختار در همه دماها به صورت آستنیتی باقی می ماند. عملیات حرارتی معمول شامل عملیات محلول سازی و کوئنچ و به دنبال آن پیر شدن در ۷۱۵ درجه سانتیگراد (۱۳۱۹ درجه فارنهایت) است. پیری باعث تشکیل رسوبات Ni3Ti می شود و مقاومت تسلیم را در دمای اتاق به حدود ۶۵۰ مگاپاسکال افزایش می دهد. برخلاف گریدهای فوق، خصوصیات مکانیکی و مقاومت در برابر خزش این فولاد در دمای حداکثر ۷۰۰ درجه سانتیگراد (۱،۲۹۲ درجه فارنهایت) بسیار خوب باقی می ماند.

در نتیجه، A286 به عنوان سوپر آلیاژ بر پایه آهن طبقه بندی می شود که در موتورهای جت، توربین های گازی و قطعات توربو مورد استفاده قرار می گیرد.

مقاومت به خوردگی فولادهای ضد زنگ

بر خلاف فولادهای کربنی، فولادهای ضد زنگ در معرض محیط مرطوب دچار خوردگی یکنواخت نمی شوند.

فولاد کربنی بدون پوشش هنگام قرار گرفتن در معرض ترکیبی از هوا و رطوبت به راحتی زنگ می زند. لایه سطحی اکسید آهن متخلخل و شکننده است.

علاوه بر این، از آنجا که اکسید آهن حجم بیشتری از فولاد را اشغال می کند، این لایه منبسط می شود و تمایل به پوسته پوسته شدن و از بین رفتن دارد، و فولاد زیرین را در معرض حمله بیشتر قرار می دهد.

در مقایسه، فولادهای ضد زنگ دارای کروم کافی برای تحریک شدن در اثر انفعال هستند و در اثر واکنش با اکسیژن موجود در هوا و حتی مقدار کمی اکسیژن محلول در آب، یک فیلم سطح میکروسکوپی نازک از اکسید کروم تشکیل می دهند. این فیلم منفعل با جلوگیری از نفوذ اکسیژن به سطح فولاد، از خوردگی بیشتر جلوگیری می کند و بنابراین از گسترش خوردگی به قسمت عمده فلز محافظت می شود.

این فیلم به صورت خود ترمیم عمل می کند حتی اگر خراشیده شود یا به طور موقت در اثر یک وضعیت متخاصم در محیط، مختل شود. انواع خوردگی در فولاد ضد زنگ

فرایند تولید فولادهای ضد زنگ

بیشتر تولید فولاد ضد زنگ جهان توسط فرآیندهای زیر تولید می شود:

۱- کوره قوس الکتریکی (EAF): قراضه های فولاد ضد زنگ، سایر قراضه های آهنی و آلیاژهای آهنی (Fe Cr ، Fe Ni ، Fe Mo ، Fe Si) با هم ذوب می شوند. سپس فلز مذاب به فرآیند AOD منتقل می شود .

۲- کربوراسیون اکسیژن - آرگون (AOD): کربن موجود در فولاد مذاب (با تبدیل آن به گاز مونوکسیدکربن) برداشته می شود و سایر تنظیمات ترکیبی برای دستیابی به ترکیب شیمیایی مورد نظر انجام می شود.

۳- ریخته گری مداوم (CC): فلز مذاب به صورت اسلب برای محصولات مسطح (یک قطعه معمولی ۲۰ سانتی متر (۸ اینچ) ضخامت و ۲ متر (۶٫۶ فوت) عرض) یا بلوم (اندازه ها به طور گسترده ای تغییر می کنند اما ۲۵ در ۲۵ سانتی متر اندازه متوسط ​​است) منجمد می شود.

۴- نورد گرم (HR): اسلب و بلوم ها در کوره و فرآیند نورد گرم مجدد گرم می شوند. نورد گرم ضخامت اسلب ها را کاهش می دهد تا کویل های ضخیم حدود ۳ میلی متر (۰٫۱۲ اینچ) تولید کند. از طرف دیگر، بلوم ها به صورت میله هایی نورد گرم شده که در نهایت در خروجی غلتک نورد به صورت طولی بریده می شوند، یا به صورت مفتول به حالت کویل در می آیند.

۵- عملیات نهایی سرد (CF) به نوع محصول درحالت نهایی بستگی دارد. کویل های نورد گرم را در محلول های اسیدی غوطه ور می کنند تا پوسته های اکسید موجود در سطح را از بین ببرند، سپس متعاقباً در کارخانه های نورد، نورد می کنند و در یک فضای محافظت شده تا زمانی که ضخامت و سطح نهایی مطلوب حاصل شود، آنیل می شوند. عملیات بعدی مانند برش و ساخت تیوب را می توان در تأسیسات پایین دست انجام داد. میله های نورد گرم صاف می شوند، سپس با تلرانس مورد نیاز ماشینکاری شده و عملیات پرداخت سطحی به پایان می رسد.

عمده کاربردهای فولادهای ضد زنگ

۱- آب

فولادهای زنگ نزن به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی، سابقه طولانی در استفاده در محیط های آبی دارند. این کابردها شامل طیف وسیعی از جمله لوله کشی، آب آشامیدنی و تصفیه فاضلاب، نمک زدایی و تصفیه آب نمک است. انواع فولادهای ضد زنگ ۳۰۴ و ۳۱۶ مواد استاندارد در تماس با آب هستند. با این حال، با افزایش محتوای کلرید، از فولادهای ضد زنگ آلیاژی بالاتر مانند نوع ۲۲۰۵ و فولادهای ضد زنگ فوق آستنیتی و فوق دوبلکس استفاده می شود.

۲- فرآیندهای تبدیل خمیر کاغذ، کاغذ و زیست توده

از فولادهای ضد زنگ برای جلوگیری از آلودگی آهن به محصول و به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در برابر مواد شیمیایی مختلفی که در فرآیند تولید کاغذ استفاده می شود، در صنعت کاغذ و خمیر کاغذ بسیار بهره گرفته می شود. به عنوان مثال، از فولادهای ضد زنگ دوبلکس در هضم کننده ها برای تبدیل تراشه های چوب به خمیر چوب استفاده می شود. از سوپر آستنیتی های دارای ۶ درصد Mo در فرآیندهای سفید کننده و از نوع ۳۱۶ به طور گسترده در ماشینهای کاغذ استفاده می شود.

۳- فرآوری شیمیایی و پتروشیمی

فولادهای ضد زنگ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در محیط های آبی، گازی و دمای بالا، خواص مکانیکی آنها در همه دماها و گهگاه برای سایر خصوصیات فیزیکی خاص، در صنایع شیمیایی و پتروشیمی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

۴- صنایع غذایی

فولاد ضد زنگ آستنیتی (سری ۳۰۰) ، به ویژه انواع ۳۰۴ و ۳۱۶ ، ماده انتخابی برای صنایع غذایی و آشامیدنی است، اگرچه از فولادهای مارتنزیتی و فریتی (سری ۴۰۰) نیز استفاده می شود. فولادهای ضد زنگ از این نظر دارای مزیت هستند، زیرا بر طعم محصول تأثیر نمی گذارد، به راحتی تمیز و استریل می شوند تا از آلودگی باکتریایی مواد غذایی جلوگیری کنند و از دوام بالایی برخوردار هستند. در صنایع غذایی و آشامیدنی، از فولاد ضد زنگ به طور گسترده ای در ظروف پخت و پز، پروسه تولید مواد غذایی، آشپزخانه های در مقیاس تجاری و فرآوری گوشت استفاده می شود.