فولاد زنگ نزن نام عمومی برای مجموعه‌ای از فولادها است که عمدتاً به خاطر مقاومتشان در برابر خوردگی استفاده میشوند. عنصر کلیدی که همه آنها را به هم مرتبط می‌کند، عنصر کروم است که در این نوع فولادها حداقل درصد تشکیل دهنده بایستی 10.5 درصد باشد. در حالی که عناصر دیگری مانند نیکل و مولیبدن برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی اضافه میشوند، کروم همیشه عامل تعیین‌کننده است.
ورق‌های فولاد زنگ نزن به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد اولیه در صنایع مختلف، به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، جایگاه ویژه‌ای دارند. با توجه به مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، این ورق‌ها به عنوان یک انتخاب ایده‌آل برای کاربردهای متنوع شناخته میشوند. همچنین، استفاده از این فولادها در زیرساخت‌های یک کشور می‌تواند به افزایش دوام و کاهش هزینه‌های نگهداری این زیر ساخت ها کمک کند. با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژیکی و تحقیقات در زمینه بهبود خواص این آلیاژ، انتظار می‌رود که کاربردهای این نوع فولاد در آینده گسترش یابد و بهبود یابد.
مزیت منحصر به فرد فولاد زنگ نزن
برای انواع مختلفی از کاربردها، فولاد زنگ نزن با فولادهای کربنی که پوشش‌های محافظ دارند و همچنین سایر فلزات مانند آلومینیوم، برنج و برنز رقابت می‌کند. موفقیت فولاد زنگ نزن به این واقعیت بستگی دارد که این فولاد یک مزیت منحصر به فرد دارد: کروم در فولاد زنگ نزن تمایل زیادی به اکسیژن دارد و در سطح فولاد در سطح مولکولی یک فیلم اکسید کروم تشکیل می‌دهد. این فیلم حدود ۱۳۰ آنگستروم ضخامت دارد (یک آنگستروم برابر با یک میلیونیم سانتی‌متر است) و مانند یک ساختمان بلند است که با سقفی به ضخامت یک ورق کاغذ معمولی از باران محافظت میشود. این لایه به عنوان غیرفعال، چسبنده و خودتجدیدشونده توصیف میشود.
- غیرفعال: به دیگر مواد واکنش نشان نمی‌دهد یا بر آنها تأثیر نمی‌گذارد.
- چسبنده: به لایه فولاد می‌چسبد و به راحتی منتقل نمی‌شود.
- خودتجدیدشونده: اگر آسیب ببیند یا به زور برداشته شود، کروم بیشتری از فولاد در معرض هوا قرار می‌گیرد و اکسید کروم بیشتری تشکیل می‌دهد.
این به این معنی است که در طول سال‌ها، یک چاقوی فولاد زنگ نزن می‌تواند به طور واقعی با استفاده روزانه و تیز کردن بر روی سنگ تیزکن فرسوده شود و هنوز هم زنگ نزند. در مقابل، قاشق و چنگال‌های نقره‌ای در نهایت به آلیاژ پایه خود فرسوده میشوند، اما قاشق و چنگال‌های فولاد زنگ نزن نمی‌توانند فرسوده شوند.
فولادهای زنگ نزن به طور کلی دارای دسته بندی متنوعی هستند که این طبقه بندی بر اساس ترکیب شیمیای و ساختار میکروسکپی این فولادها میباشد.
ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی
فولاد زنگ نزن معمولاً شامل عناصر زیر است:
- کروم (Cr): حداقل 10.5 درصد، که موجب ایجاد لایه‌ای محافظ از اکسید کروم بر روی سطح فولاد میشود و از زنگ‌زدگی جلوگیری می‌کند.
- نیکل (Ni): معمولاً بین 8 تا 12 درصد، که به بهبود خواص مکانیکی و شکل‌پذیری فولاد کمک می‌کند.
- مولیبدن (Mo): در برخی از انواع فولاد زنگ نزن، برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون در دماهای بالا به کار می‌رود.
- کربن (C): معمولاً در مقادیر کم برای حفظ استحکام و سختی فولاد استفاده میشود.
ساختار میکروسکوپی فولاد زنگ نزن می‌تواند شامل فازهای آستنیتی، فریتی و مارتنزیتی باشد. این ساختارها بر خواص مکانیکی و شیمیایی آلیاژ تأثیر می‌گذارند.
ویژگی‌های کلیدی ورق‌های فولاد زنگ نزن
- مقاومت در برابر خوردگی: وجود کروم و تشکیل لایه اکسید کروم به ورق‌های فولاد زنگ نزن این امکان را می‌دهد که در برابر محیط‌های خورنده، مانند اسیدها و نمک‌ها، مقاومت کنند.
- استحکام و سختی: ورق‌های فولاد زنگ نزن به دلیل ساختار میکروسکوپی خاص خود، دارای استحکام و سختی بالایی هستند. این ویژگی‌ها باعث میشود که این ورق‌ها در کاربردهای صنعتی و ساختمانی بسیار مورد استفاده قرار گیرند.
- قابلیت شکل‌پذیری و جوش‌پذیری: ورق‌های آستنیتی به دلیل وجود نیکل، قابلیت شکل‌پذیری و جوش‌پذیری بالایی دارند، که آنها را برای ساخت قطعات پیچیده و جوشکاری مناسب می‌سازد.
- پایداری دما: ورق‌های فولاد زنگ نزن در دماهای بالا و پایین، پایداری خوبی از خود نشان می‌دهند و دچار تغییر شکل نمی‌شوند.
انواع فولاد زنگ نزن
فولادهای زنگ نزن به چهار دسته اصلی تقسیم میشوند:
- آستنیتی (Austenitic): این نوع ورق‌ها با ترکیب بالای نیکل و کروم، دارای خواص مکانیکی عالی و مقاومت بالا در برابر خوردگی هستند. آنها معمولاً در صنایع غذایی و تجهیزات پزشکی به کار می‌روند.
- فریتی (Ferritic): این ورق‌ها معمولاً حاوی کروم بالا و نیکل کم هستند و به دلیل خواص مغناطیسی، در کاربردهای خاصی مانند ساخت قطعات خودرو و لوازم خانگی استفاده میشوند. این نوع فولادها در سطح جامعه به نام فولاد استیل نگیر نیز شناخته میشوند.
- مارتنزیتی (Martensitic): این ورق‌ها دارای استحکام و سختی بالایی هستند و معمولاً در ساخت ابزارهای برش و قطعاتی که نیاز به استحکام دارند، به کار می‌روند.
- دو فازی (Duplex): این نوع ورق‌ها ترکیبی از ساختار آستنیتی و فریتی دارند و به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و استحکام بیشتر، در صنایع شیمیایی و نفت و گاز کاربرد دارند.
کاربردها
در تولید و ذخیره سازی مواد غذایی از فولادهای زنگ نزن استفاده میشود. کاربردهای معمول شامل کارخانه‌های لبنی، ذخیره‌سازی شیر، نگهداری گوشت، و ذخیره‌سازی ماهی منجمد و نمک‌زده است. دستگاه‌های برش مواد غذایی از فولاد با گرید ۴۲۰ و ۴۴۰ ساخته میشوند. در تولید مواد غذایی، فولاد زنگ نزن نه به خاطر اینکه خود غذا خورنده است، بلکه به خاطر اینکه استفاده از فولاد زنگ نزن اجازه می‌دهد تا تمیز کردن سریع‌تر و کارآمدتری انجام شود، به کار می‌رود. به عنوان مثال، در تولید بستنی، ۳۱۶ مشخص شده است تا سیستم‌های تمیزکننده و شستشوی ضد باکتری قوی‌تری استفاده شود. یکی از مزایای بزرگ فولاد زنگ نزن این است که هیچ طعمی به غذایی که با آن در تماس است نمی‌دهد. این امر یک تناقض جالب ایجاد کرده است.
پمپاژ و نگهداری روغن‌ها، گازها و اسیدها بازار بزرگی برای مخازن، لوله‌ها، پمپ‌ها و شیرهای فولاد زنگ نزن ایجاد کرده است. ذخیره‌سازی اسید نیتریک رقیق یکی از اولین موفقیت‌های بزرگ برای فولاد زنگ نزن ۱۸/۸ بود، زیرا می‌توانست در مقاطع نازک‌تر استفاده شود و از سایر مواد مقاوم‌تر بود. گریدهای خاصی از فولاد زنگ نزن برای داشتن مقاومت بیشتر در برابر خوردگی توسعه یافته‌اند. اینها در کارخانه‌های نمک‌زدایی، تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، سکوهای نفتی دریایی، پشتیبانی‌های بندر و پروانه‌های کشتی‌ها استفاده میشوند.
معماری یک بازار در حال رشد است. بسیاری از ساختمان‌های مدرن از فولاد زنگ نزن برای پوشش استفاده می‌کنند. هزینه نگهداری پایین و ویژگی‌های ضد خرابکاری فولاد زنگ نزن، بازار رو به رشدی را در حمل و نقل عمومی، دستگاه‌های بلیط‌زنی و مبلمان خیابانی فراهم می‌کند.
مقدار زیادی از تجهیزات پزشکی – مانند تخت‌های ارتوپدی، کابینت‌ها و دستگاه‌های معاینه – به طور استاندارد از فولاد زنگ نزن ساخته میشوند به دلیل ویژگی‌های بهداشتی و آسانی در تمیز کردن. شرکت‌های داروسازی از فولاد زنگ نزن برای قیف‌ها و هاپرها و برای لوله‌کشی کرم‌ها و محلول‌ها استفاده می‌کنند.
خودروها به طور فزاینده‌ای از فولاد زنگ نزن ، عمدتاً برای سیستم‌های اگزوز (گرید ۴۰۹) و کاتالیزورهای تبدیل، استفاده می‌کنند.
ورق‌های فولاد زنگ نزن به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در صنایع مختلف کاربردهای متنوعی دارند:
- صنایع غذایی: به دلیل خاصیت ضد زنگ و قابلیت تمیز شدن آسان، در ساخت تجهیزات و ظروف غذایی استفاده میشوند.
- صنایع پزشکی: در ساخت ابزارها و تجهیزات پزشکی به دلیل بهداشت و مقاومت در برابر خوردگی به کار می‌روند.
- ساخت و ساز: در ساخت سازه‌های فولادی و نمای ساختمان‌ها به دلیل زیبایی و دوام استفاده میشوند.
- صنعت خودروسازی: در تولید قطعات خودرو به دلیل استحکام و مقاومت در برابر شرایط جوی به کار می‌روند.
رویکرد استفاده از فولاد زنگ نزن در زیرساخت‌های یک شهر یا کشور
استفاده از فولاد زنگ نزن در زیرساخت‌ها به عنوان یک راهکار مؤثر برای جلوگیری از خوردگی و افزایش دوام و عمر مفید سازه‌ها شناخته میشود. در زیر به برخی از مزایای این رویکرد اشاره میشود:
- مقاومت در برابر شرایط جوی: فولاد زنگ نزن به دلیل خاصیت ضد زنگ‌زدگی، در برابر باران، رطوبت و تغییرات دما مقاوم است. این ویژگی باعث میشود که در ساخت پل‌ها، ساختمان‌ها و سایر زیرساخت‌ها، عمر مفید بیشتری داشته باشد.
- کاهش هزینه‌های نگهداری: استفاده از فولاد زنگ نزن در زیرساخت‌ها می‌تواند به کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات منجر شود. به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، نیاز به تعمیرات مکرر کاهش می‌یابد و این موضوع به صرفه‌جویی در هزینه‌ها کمک می‌کند.
- پایداری و ایمنی: زیرساخت‌های ساخته شده با فولاد زنگ نزن، به دلیل استحکام و دوام بالا، ایمنی بیشتری را در برابر حوادث طبیعی و بارهای سنگین فراهم می‌کنند.
- زیبایی و طراحی: فولاد زنگ نزن به دلیل ظاهری براق و زیبا، می‌تواند به بهبود طراحی و زیبایی زیرساخت‌ها کمک کند. این ویژگی به ویژه در پروژه‌های معماری و طراحی شهری اهمیت دارد.
در کشور ما نیاز به توسعه استفاده از فولادهای زنگ نزن روز به روز بیشتر احساس میگردد. توسعه سازه های ساحلی و فراساحلی، سازه ها و مکان های عمومی و دیگر کاربردهای از این دست که هزینه های نگهداری و طول عمر مفید بسیار مهم می باشد جایگاه ویژه ای به استفاده از این نوع فولادها داده است.
متاسفانه طی سالهای گذشته عدم توسعه تولید این نوع فولادها در داخل کشور دلیلی بر عدم رشد استفاده از فولادهای زنگ نزن شده است و خود این مسئله باعث تحمیل هزینه های بسیار زیادی ناشی خوردگی و فرسودگی سازه های عمومی و زیرساختی در کشور شده است.