ورق فولادی ضد زنگ، یک ماده پایه که به طور گسترده در کاربردهای صنعتی و غیرنظامی مدرن استفاده می شود، دارای خواص و کاربردهایی است که به شدت به ترکیب شیمیایی و ریزساختار مواد اولیه آن بستگی دارد. ماده اصلی صفحه فولاد ضد زنگ آهن است. افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم (کروم)، نیکل (نیکل) و مولیبدن (Mo) یک فیلم غیرفعال{2}مقاوم در برابر خوردگی ایجاد میکند که در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و فرآیندپذیری عالی ایجاد میکند. بر اساس ترکیب آلیاژ و تفاوت عملکرد، ورق فولادی ضد زنگ را می توان به چهار نوع اصلی طبقه بندی کرد: فولادهای زنگ نزن آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی و دوبلکس. هر نوع برای کاربردهای خاص طراحی شده است.
فولاد ضد زنگ آستنیتی: نماینده مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری بالا
فولاد ضد زنگ آستنیتی تولید شده ترین و پرمصرف ترین نوع ورق فولادی ضد زنگ است که معمولاً با سری های 304 (06Cr19Ni10) و 316 (06Cr17Ni12Mo2) نشان داده می شود. ویژگیهای اصلی آن محتوای کروم 16%-26% و محتوای نیکل 8%-12% (316 حاوی 2%-3% مولیبدن است) که منجر به تشکیل دانههای آستنیتی مکعبی (FCC) میشود. افزودن نیکل به طور قابل توجهی چقرمگی مواد را افزایش می دهد و شکل پذیری عالی را از 196- درجه تا 800 درجه حفظ می کند. کروم و مولیبدن به طور هم افزایی یک فیلم غیرفعال سازی متراکم Cr2O3 را تشکیل می دهند که مقاومت در برابر خوردگی قوی را به هوا، بخار آب و محیط های اسیدی و قلیایی ضعیف می بخشد{22}} فولاد ضد زنگ به طور گسترده در تجهیزات مواد غذایی، دکوراسیون معماری، و ظروف شیمیایی به دلیل مقاومت عمومی مقرون به صرفه و مقاومت در برابر خوردگی عالی استفاده می شود. افزودن مولیبدن مقاومت 316 را در برابر حفره یونی کلرید افزایش می دهد و آن را به انتخابی ارجح برای مهندسی دریایی، دستگاه های پزشکی و تجهیزات شیمیایی پیشرفته تبدیل می کند. علاوه بر این، فولاد زنگ نزن آستنیتی غیر مغناطیسی است و به دلیل کار سرد تمایل شدیدی به سخت شدن نشان میدهد و به آن اجازه میدهد تا از طریق فرآیندهایی مانند مهر زنی و خمش به اشکال پیچیده تبدیل شود تا نیازهای طراحی متنوع را برآورده کند.
فولاد ضد زنگ فریتی: یک انتخاب برتر برای هزینه کم و مقاومت در برابر خوردگی تنش.
فولاد ضد زنگ فریتی حاوی کروم به عنوان عنصر آلیاژی اولیه (10.5%-30%)، با گریدهای معمولی شامل 430 (10Cr17) و 444 (00Cr18Mo2) است. ریزساختار آن متشکل از دانه های فریت با ساختار مکعبی (BCC) است. از آنجایی که حاوی مقادیر کمی از نیکل نیست یا حاوی مقدار کمی است (معمولا<0.5%), its cost is significantly lower than that of austenitic stainless steel. The greatest advantage of ferritic stainless steel is its excellent resistance to stress corrosion cracking, particularly in hot water environments containing chloride ions (such as water heaters and heat exchangers). Furthermore, its high thermal conductivity (approximately twice that of austenite) and low coefficient of thermal expansion make it suitable for temperature-sensitive industrial components. However, ferritic stainless steel has relatively low strength and toughness, is prone to embrittlement during cold working (especially embrittlement at 475°C and sigma phase precipitation), and has poor formability. Therefore, it is typically used to manufacture components with high corrosion resistance requirements but simple shapes, such as building curtain walls, automotive exhaust pipes, and kitchen appliances.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی: نمونه بارز مقاومت بالا و مقاومت در برابر سایش.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی، از طریق ترکیب کربن بالا (0.1%-1.2%) و کروم (11٪ -18%)، پس از خاموش شدن، ساختار مارتنزیت سخت اما شکننده ای را تشکیل می دهد. نمرات نماینده شامل 410 (12Cr13) و 440C (11Cr17Mo) است. ویژگی های اصلی آن استحکام بالا (استحکام کششی می تواند به 800-1500 مگاپاسکال برسد)، سختی بالا (سختی راکول 45-60 HRC) و مقاومت در برابر سایش عالی است که آن را برای کاربردهایی که در معرض بارهای زیاد یا اصطکاک قرار دارند مناسب می کند. در حالی که محتوای کروم برای تشکیل یک لایه اولیه مقاوم در برابر خوردگی کافی است، افزودن کربن بیش از حد باعث کاهش پایداری لایه غیرفعال می شود. بنابراین، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی مقاومت خوردگی ضعیف تری نسبت به آستنیت و فریت از خود نشان می دهد. این در درجه اول در کاربردهایی استفاده می شود که خواص مکانیکی بالا مورد نیاز است اما مقاومت در برابر خوردگی الزامی نیست، مانند ابزارهای برش، یاتاقان ها، شیرها و اجزای مکانیکی. شایان ذکر است که برخی از فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی (مانند 420J2) می توانند با تنظیم محتوای کربن و فرآیندهای عملیات حرارتی به تعادل بین استحکام و مقاومت در برابر خوردگی دست یابند و کاربرد خود را در ظروف غذاخوری و محیط های با خورندگی خفیف گسترش دهند.
فولاد ضد زنگ دوبلکس: پیشرفتی در عملکرد جامع
فولاد ضد زنگ دوبلکس (مانند 2205 یا 00Cr22Ni5Mo3N) یک ساختار کامپوزیتی متشکل از آستنیت و فریت است که هر کدام تقریباً 50٪ از هر فاز را تشکیل می دهند. خواص آن با تعادل دقیق کروم (22%-26%)، نیکل (4%-7%)، مولیبدن (2%-3%) و نیتروژن (0.1%-0.3%) تکمیل میشود. چقرمگی بالای آستنیت را با مقاومت خوردگی بالای فریت ترکیب میکند و به یک ارزش معادل مقاومت حفرهای (PREN) بیش از 30 دست مییابد که بسیار بیشتر از مواد آستنیتی یا فریتی به تنهایی است. مقاومت فوق العاده ای در برابر آب دریا، محلول های ترشی و محیط های حاوی کلر ارائه می دهد. فولاد ضد زنگ دوبلکس تقریباً دو برابر فولاد زنگ نزن آستنیتی معمولی استحکام دارد و جوش پذیری بسیار خوبی را ارائه می دهد که باعث می شود به طور گسترده در محیط های سخت مانند صنعت پتروشیمی، تجهیزات کاغذسازی و سکوهای دریایی استفاده شود. فولاد ضد زنگ دوبلکس علیرغم هزینه بالاتر، به انتخابی غیرقابل جایگزین برای کاربردهای پیشرفته تبدیل شده است که به تعادل مقاومت، مقاومت در برابر خوردگی و مقرون به صرفه بودن نیاز دارند.
نتیجه گیری
مواد اولیه مورد استفاده در ورق فولادی ضد زنگ از طریق طراحی آلیاژی متمایز به تطابق دقیقی از مقاومت در برابر خوردگی، استحکام، هزینه و قابلیت پردازش دست می یابند. از اقلام روزمره گرفته تا تجهیزات پیشرفته{1}، صفحات فولادی ضد زنگ با مواد مختلف مزایای منحصر به فردی را ارائه میدهند که نیازهای صنعتی و غیرنظامی گوناگون را برآورده میکند. با پیشرفت در علم مواد، توسعه فولادهای فوق ضد زنگ جدید (مانند فولادهای دوبلکس آلیاژی نیتروژن و فولادهای آستنیتی با مولیبدن بالا) مرزهای کاربرد فولاد ضد زنگ را در محیطهای شدید بیشتر خواهد کرد و پشتیبانی حیاتی مستمر را برای تولید مدرن فراهم میکند.
