همراه با گسترش تکنولوژی، فلزاتی که در طبیعت یافت می‌شدند، پاسخگوی تمام نیازهای بشر نبودند به همین دلیل دانشمندان با توجه به ویژگی‌های مورد نیازشان شروع به آلیاژسازی با عناصر مختلف کردند. تا کنون فرآیند آلیاژسازی به پیشرفت تکنولوژی در صنعت کمک شایانی کرده است.
از این رو آلیاژهای فلزی به دو دسته ی اصلی تقسیم شدند: آلیاژهای آهنی و آلیاژهای غیر آهنی.
آلیاژهای آهنی نیز به دو صورت دسته بندی می‌شوند: فولادها و چدن‌ها. پایه‌ی تمامی این آلیاژها عنصر آهن است و با توجه به دسته بندی ترکیبات آلیاژی آن‌ها با هم متفاوت خواهد بود.
تمامی آلیاژهای ساخته شده بر پایه عنصر آهن را فولاد یا استیل می‌گویند. اگر درصد عناصر آلیاژی در ترکیب فولاد مورد نظرمان مقادیر زیادی داشته باشند به این دسته فولادهای پرآلیاژ می‌گوییم.
فولادهای ضد زنگ در دسته فولادهای پرآلیاژی جای می‌گیرند. در شکل زیر می توانید دسته بندی آلیاژهای فلزی را مشاهده کنید:
دلایل نامگذاری استیل ضد زنگ و ویژگی آن
در مقالات قبلی اشاره شد که فولاد ضد زنگ (استنلس استیل – stainless steel) جزو دسته فولادهای پرآلیاژی است. دلیل اصلی نام گذاری این نوع فولاد با عنوان ” ضد زنگ” مقاومت شیمیایی بالای این دسته از آلیاژها در شرایط خورنده و محیطی است. به عبارت دیگر این سری از فولادها مقاومت به خوردگی بالایی دارند و نسبت به عناصر تشکیل دهنده‌ی خودشان، مقاومت های متفاوتی را از خود نشان می‌دهند. عناصر آلیاژی اصلی در این فولادها، دو فلز کروم (بین 16 تا ۲۰ درصد) و نیکل ( بین ۸ تا 5/10 درصد) هستند که نقش اصلی ضد زنگ بودن را ایفا می کنند.
حال می‌دانیم که وجود عنصر کروم (Cr) در فولاد سبب افزایش مقاومت آن در مقابل زنگ زدگی می‌شود ولی در واقع چه اتفاقی با اضافه شدن کروم رخ می‌دهد که موجب عدم زنگ زدن فولاد می‌گردد؟
کروم موجود در فولاد در تماس با هوا و در دمای محیط تشکیل اکسید کروم سه ظرفیتی (Cr2O3) می‌دهد که بصورت یک لایه بسیار نازک و غیرقابل تشخیص روی سطح فولاد را می‌پوشاند. لایه اکسید کروم تشکیل شده مانع نفوذ اکسیژن به داخل فولاد می‌گردد و در صورت خراشیدگی و از بین رفتن نیز مجددا و بلافاصله تشکیل می‌شود. در واقع وجود این لایه است که سبب ضد زنگ شدن فولاد می‌گردد چرا که از نفوذ اکسیژن و ترکیب آن با آهن و ایجاد اکسید آهن (زنگ زدگی آهن) ، جلوگیری می‌کنند.
طبیعی است که هر چه درصد عناصر آلیاژی حد بیشتری داشته باشد، فولاد مورد نظر از کیفیت بالاتری برخوردار خواهد بود.
و در آخر این سوال مطرح می شود که چرا برخی از انواع استیل مانند 316 L در مقابل اسیدها مقاومتر نسبت به خوردگی هستند؟
گفته شد وجود کروم (Cr) در فولاد ضدزنگ در مجاورت اکسیژن هوا سبب تشکیل لایه محافظ اکسید کروم (Cr2O3) می‌شود. اضافه نمودن مواد آلیاژ ساز مانند مولیبدن (Mo) به دلایل زیر سبب تقویت لایه محافظ شده و همین موضوع باعث مقاومت‌تر شدن فولاد در مقابل برخی اسیدها با غلظت مشخص می‌شود:
افزایش غلظت کروم و مولیبدن در لایه محافظ و پایدارتر شدن لایه
ضخیم تر شدن لایه محافظ
پوشاندن نقاط بدون لایه محافظ از طریق تشکیل اکسیدهای مولیبدن
به همین دلیل می‌توان از این دسته از فولادهای ضد زنگ در صنایع شیمیایی جهت نگهداری و ارتباط با مواد اسیدی استفاده نمود. البته باید توجه داشت که نوع اسید و غلظت آن در انتخاب نوع فولاد ضد زنگ بسیار موثر است.
اشکال مختلف فولاد ضد زنگ و قیمت آن
استیل ضدزنگ به اشکال مختلفی از جمله ورق، لوله، پروفیل، میلگرد، تسمه و … در می‌آیند تا در صنعت به کار برده شوند. ورق استیل یکی از اشکال اساسی مورد استفاده در کارهای فلزی است و معمولاًبیشتر از دیگر اشکال کاربرد دارد چرا که می‌توان آن را برش داده و به شکل های مختلف و دلخواه خم کرد.
استیل ضد زنگ معمولاً به شکل رول یا ورق، بسته بندی و حمل می‌شوند و قیمت ورق استیل با توجه به قیمت جهانی نیکل تغییر می‌کند ( و البته که اتفاقات سیاسی در جهان نیز بر روی قیمت جهانی آن نیز تاثیر دارد) و در نهایت ابعاد و وزن آن قیمت پایانی را مشخص می‌سازد. در بازار داخلی ایران نیز با توجه هزینه های متحمل شده در واردات این نوع کالا، قیمت گذاری انجام می شود.
روش تولید فولاد ضد زنگ
تولید این نوع آلیاژها با ذوب ضایعات آهنی شروع و سپس با افزودن عناصر آلیاژی و تعیین ترکیب شیمیایی آن، گرید آلیاژی مشخص می‌شود. به عبارتی ابتدا مواد خام، قراضه های آهنی یا فولاد ضد زنگ بازیافت شده و در یک کوره قوس الکتریکی با ظرفیتی بالغ بر ۱۶۰ تن تبدیل به مذاب می‌شود. سپس فلز مذاب به یک مبدل منتقل می‌شود که برای حصول ترکیب شیمیایی مورد نظر، عناصر آلیاژی به آن اضافه گردد. آلیاژ مذاب در طول فرآیند ریخته گری، به صورت پیوسته ریخته گری، سرد و منجمد می‌شود. در این مرحله عرض حداکثری برای ورق‌ها مشخص می‌شود و سپس رول‌های استیل ضد زنگ با عرض‌ها و ضخامت‌های مختلف آمده اند. پس از آن برای داشتن ورق با ابعاد مختلف می‌توان از طریق هوا برش رول‌ها را به ابعاد مورد نظر برید. به ورقه هایی که توسط کارخانه برش داده می‌شوند، ورق فابریک گویند. این نوع ورق ها عاری از هرگونه تنش و خش است به همین دلیل مورد استقبال بیشتری قرار می‌گیرند.
همچنین می‌توان از نورد گرم برای تولید ورق‌هایی نازکتر و بلندتر استفاده کرد. ضخامت به تدریج از طریق این فرآیند کاهش می‌یابد. عملیات حرارتی آنیل نهایتاً خواص مورد نیاز را با توجه به درخواست و نیاز مشتری به ورق استیل می‌دهد. همچنین با کمک فرآیند نورد سرد، می‌توان سطوح ورق استیل را صاف و براق کرد به همین دلیل از ورق‌های کار سرد استیل برای کاربردهای زیبایی مانند طراحی دکوراسیون و یا ساخت لوازم منزل استفاده شود.
انواع فولادهای ضد زنگ
فولادهای ضدزنگ به دلیل تفاوت در ترکیب شیمیایی ، در سری های (گریدهای) مختلفی دسته بندی می‌شوند. به طور خلاصه خواهیم داشت:
- فولاد ضدزنگ آستنیتی (گروه 100 و 200 و 300): غیر قابل عملیات حرارتی اند و 8 % نیکل و 18 % کروم، علاوه بر این‌ها حاوی مقداری مولیبدن نیز هستند. عناصر پایدار کننده ی آستنیت: نیکل و منگنز
- فولاد ضدزنگ فریتی (گروه 400): غیر قابل عملیات حرارتی اند و مقدار 13 % کروم دارند.
- فولاد ضدزنگ مارتنزیتی (گروه‌های 400 و 500): غیر قابل عملیات حرارتی اند و مقدار 11 % کروم دارند.
- فولاد ضدزنگ آستنیتی – فریتی (داپلکس) : نسبت به گروه فولادهای آستنیتی، هم نسبت به خوردگی (در بیشتر محیط‌ها) و هم ترک خوردگی – تنشی، مقاومت بیشتری دارند. از این فولادها در کارگاه‌های عملیات آبی و قطعات مبدل حرارتی استفاده می‌شود.
- فولاد ضدزنگ سخت گردانی رسوبی: این فولادها حاوی کروم و نیکل، همراه با مس، آلومینیوم، تیتانیوم یا مولیبدن اند. مقاومت به خوردگی و انعطاف‌پذیری خوبی دارند و در دماهای بالا از استحکام زیاد برخوردارند.کاربرد عمده آن‌ها در هواپیما و قطعات سازه‌ای فضایی است.
