مواد تشکیل دهنده استنلس استیل چیست؟

همه چیز درباره استنلس استیل و مشخصات آن

 مخزن استیل پروسس تا حد زیادی پرمصرف‌ترین ماده در صنایع مختلف جهان محسوب می‌شود و در تولید همه چیز از سوزن خیاطی گرفته تا مخازن نگهداری مواد غذایی کاربرد دارد. ویژگی مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت ضد زنگ بودن استنلس استیل باعث محبوبیت زیاد آن شده و براساس ترکیب شیمیایی به گریدهای مختلفی مانند ۳۰۴، ۳۱۶، ۴۲۰ و .. طبقه‌بندی می‌شود که هرکدام ویژگی و کاربرد خاصی را ارائه می‌دهند. آلیاژ استیل به سه شکل لوله، ورق و میلگرد استیل تولید می‌شود.

استنلس استیل یک آلیاژ فلزی از ترکیب آهن، کروم، نیکل و سایر عناصر است. کروم مهمترین عنصر در استیل محسوب می‌شود. زیرا هنگام قرار گرفتن در معرض هوا و رطوبت با تشکیل لایه اکسید کروم از زنگ زدگی استیل جلوگیری می‌کند. تمام فولادهای ضد زنگ دارای محتوای کروم حداقل ۱۰٫۵٪ هستند. علاوه بر این، با افزایش محتوای کروم، مقاومت در برابر خوردگی نیز افزایش می‌یابد. جهت اطلاع از نحوه ساخت مخزن استیل کوچک لطفا کلیک کنید.

استنلس استیل چیست؟

مهمترین عناصر تشکیل دهنده استنلس استیل (Stainless Steel) یا فولاد زنگ نزن آهن، کروم و نیکل می‌باشد. وجود حداقل میزان ۱۰٫۵ درصد   آن را در برابر خوردگی محافظت می‌نماید. همچنین حداکثر درصد جرمی کربن در این آلیاژ فولادی ۱٫۲ درصد است. از خواص فولاد ضد زنگ می‌توان به مقاومت در برابر خوردگی و حرارت، ظاهر جذاب، قابلیت بازیافت به طور کامل و عمر طولانی و مفید اشاره نمود.

وجود این میزان کروم باعث ایجاد یک لایه غیرفعال بر روی سطح‌ فولاد می‌شود که به شدت به ماده زیرین پیوند خورده‌ و از تماس بیشتر ماده با محیط اطراف جلوگیری می‌کند که این خاصیت موجب حفاظت فولاد در برابر زنگ زدگی می‌شود. اگر خراشی بر روی این سطح ایجاد و لایه از بین برود، فولاد می‌تواند خودش را ترمیم کند و اگر گرید به درستی برای محیط کاری انتخاب شده باشد این لایه غیرفعال دوباره تشکیل می‌شود. در غیر اینصورت فولاد زنگ‌نزن، زنگ زده و خورده خواهد شد. اطلاعات تخصصی درباره این ماده محبوب در صنعت را می توانید از اینجا دریافت کنید.

عناصر تشکیل دهنده استیل

آهن، کروم و نیکل اصلی‌ترین عناصر تشکیل دهنده استیل هستند و با افزودن عناصر دیگر، گریدهای مختلف استنلس استیل تشکیل می‌شوند.  استاندارهای متفاوتی برای طبقه‌بندی استیل‌ها وجود دارد اما به طور کلی استیل‌ها به دوسته بگیر و نگیر طبقه‌بندی می‌شوند که منظور از این نام، خاصیت جذب شدن یا جذب نشدن آن‌ها توسط آهنربا است.

مغناطیسی بودن یا نبودن استیل به ریزساختار آن بستگی دارد. فولادهای ضد زنگ پایه ساختاری به نام “فریتی” دارند مانند استیل سری ۴۰۰ که آنها را قادر می سازد مغناطیسی باشند و توسط آهنربا جذب شوند. در استیل بگیر افزودن عنصر کروم منجر به ساختار فریتی می‌شود. علاوه بر این افزودن کربن، فولاد را سخت کرده و آن را به عنوان یک فولاد مارتنزیتی واجد شرایط می کند. چاقوهای فولادی ضد زنگ معمولاً مارتنزیتی هستند.

فولاد مارتنزیتی با رایج‌ترین فولادهای زنگ نزن مورد استفاده در جهان متفاوت است که به آنها آستنیتی می‌گویند. در فولاد آستنیتی وجود درصد کمتری از کروم و حضور عنصر نیکل، آن را به فولاد غیر مغناطیسی یا نگیر تبدیل می‌کند مانند استیل سری ۳۰۰٫

کاربرد استیل استنلس

فولاد زنگ‌نزن به شکل ، ، سیم و ساخته می‌شود تا در ساخت وسایل آشپزی، کارد و چنگال، دستگاه‌های جراحی، لوازم خانگی بزرگ، مصالح ساختمانی، تجهیزات صنعتی، مخازن ذخیره آب و مخازن مواد شیمیایی و محصولات غذایی مورد استفاده قرار گیرد.

تاریخچه استنلس استیل

در سال ۱۸۲۱ پیر برتیر مهندس فرانسوی مشاهده کرد با افزایش مقدار مشخصی کروم به آهن، سختی و مقاومت به خوردگی اسیدی آن بسیار افزایش می‌یابد. در سال ۱۹۰۹، لئون گویله و آلبرت پورتوین به‌طور مستقل در فرانسه میکرواستراکچر یا ریزساختار آلیاژهای آهن-کروم و آهن-کروم-نیکل را بررسی کردند و در سال ۱۹۱۳ هری بریرلی متالوژیست انگلیسی برای اولین بار، با صنعتی سازی فولاد مارتنزیتی، این کشف را تجاری سازی نمود.

انواع فولاد ضد زنگ

پنج دسته اصلی از فولادهای استیل استنلس وجود دارد که توسط ساختار کریستالی آن‌ها طبقه‌بندی شده‌اند. در ادامه به بررسی ساختار این فولادها می‌پردازیم.

 – فولادهای ضد زنگ آستنیتی

فولاد زنگ‌نزن آستنیتی (Austenitic) بزرگترین خانواده از فولاد ضد زنگ است. این فولادها دارای یک میکرو ساختار آستنیتی می‌باشند که ساختار کریستال مکعبی وسط-وجهی (Face-Centered) دارند. این ریز ساختار با آلیاژ کردن نیکل و/یا منگنز و نیتروژن کافی برای حفظ ریزساختار آستنیتی در تمام دماها از ناحیهٔ کرایوژنیک تا نقطه ذوب به دست می‌آید. این فولاد در همه‌ی دماها دارای یک نوع ریز ساختار یکسان است به همین دلیل قابل سخت‌کاری از طریق عملیات حرارتی نیست. این فولاد به دو زیرگروه سری ۲۰۰ و سری ۳۰۰ نیز تقسیم می‌شود:

سری ۲۰۰
سری ۲۰۰ فولادها حاوی نیتروژن اضافی هستند تا فاز آستنیتی را پایدارتر کرده و بتوان خواص استحکام بالای مورد نیاز برخی کاربردها را تأمین کرد. همچنین از مس برای افزایش پایداری فاز آستنیتی و همچنین افزایش خواص کارسرد در این سری فولادها استفاده می‌گردد. استفاده از نیتروژن باعث شده که استحکام تسلیم سری ۲۰۰ نسبت به سری ۳۰۰ نزدیک به ۵۰ درصد بیشتر باشد اما از طرفی به دلیل میزان نیکل کمتر، مقاومت به خوردگی بالایی ندارند.

سری ۳۰۰
حدود ۸۰ درصد کاربرد بین فولادهای ضد زنگ به این نوع فولاد تعلق دارد. فولادهای زنگ نزن سری ۳۰۰ آلیاژی از کروم-نیکل هستند، که تقریباً تمام ریزساختار آستنیتی آن به دلیل وجود نیکل می‌باشد. در بعضی گریدهای آلیاژ بالا برای کاهش میزان نیکل مورد نیاز از نیتروژن استفاده می‌شود.

فولادهای سری ۳۰۰ بزرگترین گروه و پرکاربردترین فولادهای زنگ نزن مورد استفاده هستند. معروف‌ترین گرید آن فولاد زنگ نزن ۳۰۴ است که با نام فولاد ۱۸/۸ یا ۱۸/۱۰ نیز شناخته می‌شود که در آن ۱۸٪ کروم و ۸ یا ۱۰٪ نیکل استفاده می‌شود. دومین فولاد زنگ نزن آستنیتی پرکاربرد فولاد ۳۱۶ می‌باشد. افزودن ۲٪ مولیبدن به آن باعث شده که این فولاد مقاومت به خوردگی در برابر اسید و مقاومت به خوردگی ناحیه ای توسط یون‌های کلر بیشتری از خود نشان دهد.

 – فولادهای ضد زنگ آهنی سری ۴۰۰

فولادهای زنگ‌نزن آهنی(Ferritic) دارای یک ریزساختار فریتی مانند فولاد کربنی است که یک ساختار کریستالی مکعبی مرکز-بدنی (body-centered cubic) محسوب می‌شود و حاوی ۱۰.۵ تا ۲۷ درصد کروم و مقدار بسیار کمی نیکل یا بدون نیکل است. این ریزساختار به علت اضافه شدن کروم، در تمام درجه حرارت‌ها وجود دارد و مانند فولاد ضدزنگ آستنیتی با عملیات حرارتی سخت‌کاری نمی‌شود. مانند فولاد ضدزنگ آستنیتی آن‌ها را نیز با کار سرد نمی‌توان تقویت کرد.

این فولادها مانند فولاد کربنی مغناطیسی هستند. فولادهای زنگ‌نزن فریتی معمولاً خود به ۴ زیرخانواده طبقه‌بندی می‌شوند که در استراکچرها و فولادهای بامقادیر حدودا ۱۷ درصد کروم بیشتر در بویلرها، ماشین های لباسشویی، دکوراسیون داخلی و لوازم خانگی بکار می‌روند.

 – فولاد ضد زنگ مارتنزیتی

فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی طیف وسیعی از خواص را ارائه می‌دهد و به عنوان فولاد زنگ‌نزن مهندسی، فولاد زنگ‌نزن ابزاری و فولاد مقاوم در برابر خزش استفاده می‌شود. از کاربردهای این استنلس استیل می‌توان برای ساخت انواع تیغه ها، انواع ابزارهای ماشین کاری و توربین های بخار اشاره نمود.

 – فولادهای زنگ‌نزن رسوب سخت شونده

معروف‌ترین گرید این فولاد PH 17-4 است که تقریباً ۱۷ درصد کروم و ۴ درصد نیکل دارد. فولادهای زنگ‌نزن رسوب سخت شونده مقاومت به خوردگی در حدود فولادهای آستنیتی دارند، اما می‌توان آن‌ها را توسط فرایند سخت‌کاری رسوبی، سخت‌کاری کرد.