فولاد چیست؟

در عصر جدید استفاده از فولاد بسیار زیاد شده است و فرآورده های آن در شکل های مختلف مورد استفتده قرار می گیرد.فولاد از ترکیبهای گوناگونی تهیه و تولید می شود که دارای خاصیت های متفاوت و مختلف می باشد.خواص فولاد از ویژگی های عنصر آلیاژ شده با فولاد بدست می آید. 

فولاد در حقیقت آلیاژی است که از ترکیب عنصر آهن با عناصر کربن، کروم، نیکل دیگر عنصرها بدست می آید. آهن جز مهم ترین قسمت های سازنده هسته ی زمین و کره ی ماه می باشد.

تعریف مختصری درمورد آلیاژ :

آلیاژ به آمیخته شدن یا محلول جامد فلزی تشکیل شده از یک فلز مهم که آن ‌را فلز پایه می نامند با یک یا چند "عنصر فلزی و یا غیرفلزی" می گویند.آهن خودش تنها در صنعت ساختمان مخصوصاً در قسمت بخش های سازه ای خیلی استفاده نمی شود یکی از اصلی ترین علت های آن مقاوم نبودن و وضعیت عوض شدن شکل پذیری آن می باشد.با افزودن کربن به آهن و بوجود آوردن فولاد می توان حجم سختی و عوض شدن فرم آن در مقابل نیروهای وارد شده را به میزان معلومی مطیع تغییرات کرد.

 

قسمت بندی آلیاژهای فولادی:

فولادهای ساده کربنی به آلیاژهایی از فولاد گفته می شود که کربن اثرگذارترین عنصر شکل پذیری آن می باشد اما درباره ی فولاد آلیاژی بعلاوه کربن، عنصرهای دیگری مانند کروم و نیکل در شکل پذیری آن تأثیرگذار است.اگر حجم کربن استفاده شده در ترکیب با آهن پایین تر از 2.06 درصد باشد، کالایی که بدست می آید را فولاد می نامیم و اگر حجم کربن میان 2.06 تا 4.5 درصد باشد کالای درست شده چدن خواهد بود. طبق توضیح اساسنامه آیین نامه ملی ساختمان، فولاد های کربنی به سه بخش زیر تقسیم می شود:

1- میزان کربن پایین تر از 2/0 درصد

2- میزان کربن بین 2/0-5/0 درصد

3- میزان کربن بالاتر از 5/0 درصد

فولادها با دقت به شکل مصرفی که از آن ها توقع داریم دارای اشکال گوناگونی هستند مانند فولاد هایی که در ساختن ابزار های صنعتی مصرف می شوند و به انها فولاد ابزار می گویند و یا فولاد ضد زنگ که همان گونه که از نام آن مشخص است ویژگی روبرویی با خورندگی در مقابل عامل های جوی را از آن توقع داریم. کلاً آن چیزی که سبب زنگ زدن فلزات می شود هم جواری آن ها با دو عامل اکسیژن و آب (رطوبت) می باشد. قرار گرفتن آهن در کنار اکسیژن و آب سبب عمل شیمیایی با آن ها شده و نتیجه ی این عوض شدن ،هویت و طبیعت فولاد گریبانگیر گوناگونی شده که اصلی ترین آن کم شدن دوام فولاد است که در بیشتر پروژه ها چیزی مشابه به رویداد ناگوار است! پس برای پیشگیری از این اتفاق لازم است تا از فولاد در مقابل عامل های محیطی که وجود آن ها در بیشتر موارد پیشگیری ناپذیر هست خودداری کنیم.

 

فولاد ضد زنگ یا استلس استیل چیست؟

ضد زنگ یا استنلس استیل یک نوع فولاد آلیاژی می باشد که درصد عنصرهای نیکل و کروم آن بسته به دیگر عنصرهای شکل دهنده آن بیشتر است .کلاً اگر حجم کروم فولاد از ۱۰٫۵درصد بالاتر باشد آن را استنلس استیل می نامند. این حجم کروم سبب می شود که در زمان خوردگی یک لایه نازک روی فولاد شکل گرفته شود و همین لایه سبب ممانعت از خوردگی های بعدی می شود و در عمل سبب بازسازی خوردگی می شود . در ضمن کربن آن پایین تر از ۱٫۵ درصد می باشد .اين آلياژ ها علی رغم فولاد هاي معمولی در برابر هوا و رطوبت لکه نمی شود و به همین دلیل زنگ نمی زنند.استنلس استيل آلياژهايي از آهن با دست کم 11 % كروم در (Cr ) می باشد . کروم در فولاد سبب خلق خاصيت حفظ يا رويي شدن در برابر خوردگي مي گردد. دلیل پدید آمدن اين خاصيت،شکل گیری لايه اكسيد كروم خیلی چسبنده با ضخامت حدودی 100آنگستروم بر سطح فولاد مي باشد كه اكسيژن موجود در هوا براي تشکیل آن كافي است.

 

چه موقع فولاد ضد زنگ می شود؟

استیل وقتی ضد زنگ نامیده می شود که حداقل10.5درصد کروم داشته باشد.کروم بعد از مخلوط شدن با اکسیژن هوا اکسید کروم شکل می دهد که لایه ایروی استنلس استیل تشکیل می دهد.این لایه به چشم دیده نمی شود اما سبب می شود رابطه میان هوا و فلز از میان رفته و استیل سالم بماند.حجم زیادتر کروم و همینطور بعضی دیگر ازعنصرهای موجود در آلیاژ نظیر نیکل و مولیبدن این لایه را نیرومند ساخته و خاصیت ضد زنگ بودن استنلس استیل را شدت بخشیده و سبب تقویت شکل پذیری فولاد ضد زنگ همینطور شدت مقاومت در مقابل خوردگی به آن می شود. فولاد ضد زنگ خاصیت های خود را از عنصرهای تشکیل دهنده خود می گیرد. خاصیت عنصرهای موجود در آن عبارتند از :

🔸کروم : اصلی ترین عنصر فولاد ضدزنگ است. ثبات گرمایی فولاد ، دوام آن در مقابل پوسیدگی و سختی پذیری عمیق آن را زیاد می کند و کلاً زنگ نزن می شوند.

🔸کربن : دوام کششی و حد تسلیم فولاد را شدت می دهد و در حقیقت فولاد را محکم می کند.

🔸منگنز : دوام کششی و تنش تسلیم فولاد را زیاد می کند. در حقیقت این عنصر، موجب افزایش دوام در دمای زیاد و مدت زمان حرارت دادن به آن ، در شکل فولاد می شود.

🔸سیلیسیم : عنصر سیلیسیم میل زیادی به ترکیب شدن با اکسیژن دارد. از آنجایی اکسیژن سبب اکسید شدن فولاد می شود، از سیلیسیم برای عنصر اکسیژن زدا استفاده می گردد.

🔸مولیبدن : شکنندگی فولاد را کم می کند ، توانایی سختی پذیری عمیق و دوام گرمایی فولاد را زیاد می کند. 

🔸نیکل : این عنصر هم سبب بتر شدن سختی پذیری عمیق فولاد می شود.

فولاد ضد زنگ در شکل های ورق، صفحه، میله، سیم و لوله درست می‌شود .

کاربرد های فولاد ضد زنگ:

در وسایل آشپزی، چنگال، کارد مصالح ساختمانی در ساختمان‌های بزرگ ،دستگاه‌های جراحی، لوازم خانگی بزرگ، تجهیزات صنعتی (برای مثال در کارخانجات ، تصفیه آب)؛ و مخازن برای مواد شیمیایی ، مخازن ذخیره‌سازی آب، محصولات غذایی (به عنوان مثال، تانکرهای شیمیایی و تانکرهای کامیونی) مورد استفاده قرار می گیرد.توانایی در مقابل خوردگی، تمیز کردن آسان آن و استریل نمودن با بخار و نیاز نداشتن به یک پوشش سطحی، مصرف از فولاد زنگ‌نزن را در آشپزخانه‌های تجاری و صنعتی رایج کرده‌است.

 

روند ساخت فولاد ضد زنگ :

روند ساخت فولاد ضد زنگ به این شکل است که که هنگامی که فولاد ضد زنگ بریده می شود، کروم آن اکسید شده و محوطه بریده شده را می پوشاند. همین خصوصیت خود ترمیمی کروم است که فولاد را ضد زنگ می کند. ولی باور غلط است که ضد زنگ بودن را به معنی همیشگی و دائمی فولاد بدانیم. در حقیقت فولاد ضد زنگ تا هنگامی که در محیط هایی که آلوده نباشند، داخل آب شیرین یا آب دریا قرار بگیرد، زنگ نمی زند ولی در اگر در آب راکد یا محیط مرطوب دریایی، قرار بگیرد زنگ می زند. در حقیقت خاصیت زنگ نزدن فولاد به موقعیت محیطی که در آن هست و ترکیبات شیمیایی آن بستگی زیادی دارد.

 

انواع فولاد ضد زنگ و کاربردهای آن

 

 

 

1- تعریف فولاد ضد زنگ آستنیتی : (سری300- Austenitic)

فولاد ضد زنگ آستنیتی زیادترین مورداستفاده را در بین انواع دیگر فولادهای زنگ نزن داشته و نزدیک ۸۰% بازارجهان را متعلق به خود کرده است. درقالب آن حداقل ۷% عنصر نیکل قرار دارد که ساختمان فولاد را کلاً آستنیتی کرده و سبب می شود فولاد خواص انعطاف پذیر، استوار برای استفاده دردماهای بالا، غیرمغناطیسی و توان جوشکاری مناسب ازخود نمایش دهد.. بنابراین مشخصه اصلی این طبقه از فولادهای زنگ نزن، سهولت جوشکاری و مقاومت به خوردگی عالی- نرم و انعطاف‌پذیر بودن برای کارسرد و غیرمغناطیس بودن آنها می باشد.فولادهای زنگ‌نزن را برای استفاده در محیط های اتمسفری، آب دریا و انواع مختلف محیط‌های شیمیایی انتخاب می‌کنند. اما، بسته به نوع محیط، باید فولاد با ترکیب شیمیایی مناسب انتخاب شود.

• بادوام به خوردگی

• اسانی در جوشکاری

• شکل پذیر و تغییر پذیر بودن

• مغناطیسی نیستند

 

سری 300 و کاربردهای آن

استیل 304 دارای 18درصد کروم و 8درصد نیکل است .مولیبدن سبب زیاد شدن مقاومت در مقابل خوردگی در برابر کلراید (مثل آب دریا) می شود . هم چنین 304 معمول ترین گرید استنلس استیل است که همان 8/18 کلاسیک نام دارد. استیل 316 شامل 16درصد کروم 10درصد نیکل و 2درصد مولیبدن است. این استیل بعد از 304 متداولترین گرید است و در صنایع غذایی و جراحی مورد استفاده قرار می گیرد ، علاوه بر این آلیاژ مولیبدن که در آن هست از پوسیدگی ممانعت می کند .و بخاطر دوام زیاد در مقابل کلر در مقایسه با گرید استنلس استیل 304 در صنایع دریایی هم کاربرد دارد.

کاربرد فولاد ضد زنگ آستنیتی : مخازن نگهدارنده موادشیمیایی – لوازم آشپزخانه – لوله های صنعتی –نمای خارجی بناها.

2- تعریف فولاد ضد زنگ فریتی: (سری400- Ferritic)

این گروه ازفولادهای ضدزنگ (استنلس استیل) هستند. دارای ویژگی مغناطیسی و خاصیت فیزیکی و مکانیکی خوبی هستند.عنصرآلیاژی استفاده شده در آنها بدلیل پایدار کردن کامل فازفریت بیشتر کروم می باشد.. فولادهای ضدزنگ فریتی ویژگی های شبیه به فولاد ساده کربنی دارند و اختلافشان در بیشتر بودن مقاومتشان دربرابر خوردگی است. معمولاً این فولادها دارای مقداری بین ۱۲ تا ۱۷ درصد کروم درساختمان خود هستند که فولادهای که حدودا ۱۲ درصد کروم دارند اکثراً برای استفاده در استراکچرها به کار می روند و فولادهای که حدودا ۱۷ درصد کروم دارند بیشتر در بویلرها – ماشین های لباسشویی – دکوراسیون داخلی و لوازم خانگی مصرف می شوند.

• کربن و نیکل کمی دارند

• در برابر خوردگی مقاومند

• توانایی جوشکاری دارند

• ضدزنگ می باشند

• دارای ویزگی مغناطیسی

کاربرد و عیب های فولاد ضد زنگ فریتی :از موارد استفاده آن می شود مصرف آن در لوازم خانگی ،شیرآلات،لوازم تزیینی خودر و دکوراسیون را بیان کرد. این نوع فولاد در مواقعی که عامل مهاجم خورنده مانند آب دریا وجود دارد مناسب نمی باشد. و به دلیل ضخامت نازک و سخت نبودن آن برای جوشکاری خوب نیست .

3- فولاد ضد زنگ آستنیتی – فریتی:

این نوع فولاد از ترکیب فولاد ضد زنگ آستنیتی و فریتی بدست می آید و دوام آن از این دو نوع فولاد زیادتر است .این گروه ازفولادهای ضدزنگ (استنلس استیل) هردو ساختارفریت و آستنیت را به طور همزمان درخودداشته به همین دلیل آن را فولادهای ضدزنگ duplex نیز می نامند .این فولادها از مقداری عنصرنیکل برای استوار کردن بخش آستنیت و بدست آوردن خاصیت های استقامت پذیری و همینطور مقداری عنصر کروم برای استوار کننده ی و بدست اوردن خاصیت سختی مناسب درفولاد تشکیل شده است.

• استقامت و دوام زیاد

• دوام در برابر خوردگی

• توانایی جوشکاری دارند

• سبک وزن

• دارای خاصیت مغناطیسی

کاربرد فولاد ضد زنگ آستنیتی – فریتی :این نوع فولاد بسته به ترک خوردگی ناشی از خوردگی استقامت خوبی داردو خواص مغناطیسی ضعیفی دارد. این نوع فولاد را می شود جوشکاری کرد و شکل پذیری نسبتاً خوبی دارد. در صنایع پتروشیمی – کاغذسازی – قند و نیشکر همچنین کشتی سازی مورد استفاده قرار می گیرد.

4- تعریف فولاد ضد زنگ مارتنزیتی:

 

برای خیلی ازکاربردها که نه فقط دربرابر خوردگی مقاوم است بلکه احتیاج به استحکام بالا،سختی بالا،مقاوم در ساییدگی و حفظ لبه های تیز و زاویه ها درقطعه دارد ازفولادهای مارتنزیتی استفاده می کنند این فولادها را می توان اول آهنگری کرد و بعد با آستنیته و سردکردن سریع(تشکیل مارتنزیت) و بازپخت دادن عملیات حرارتی کرد. فولاد ضدزنگ مارتنزیتی خواص مغناطیسی داشته وبرای ساخت بلید توربین های بخار ازاین نوع فولاداستفاده می گردد.

• استقامت در مقابل خوردگی محدود

• استحکام بالا

• دربرابر سایش مقاوم

• دارای خاصیت مغناطیسی

کاربرد فولاد ضد زنگ مارتنزیتی : این نوع فولاد در مقابل سایش دوام خوبی دارد و سبب حفظ لبه های تیز و زاویه های این نوع فولاد می شود. از آن در ساخت ورق ها و صفحات فولادی و همینطور برای تیغه های توربین بخار و کارد و چنگال، لوازم جراحی و... کاربرد دارد.

5- تعریف فولاد رسوب سخت شده :

فولاد ضد زنگ رسوب سخت شده، به خاطر محکم بودن به این نام معروف است، که ترکیب حدودا 10% تا 30% کروم و مقداری نیکل بعلاوه ی مس، آلومینیوم، تیتانیوم یا مولیبدن بدست می آید. این فولادها دربرابر خوردگی بسیار با دوام می باشد و اصلاً قابل مقایسه با فولادهای آستنیتی نیست و از 15 تا 17.5 درصد کروم، 3 تا 5 درصد نیکل و 3 تا 5 درصد مس تشکیل شده است. فولاد ضد زنگ رسوب سخت شده قادر است بدست عملیات حرارتی نیرومند تر شده و محکم تر شود. این گرید ترکیبی خاص از محکمی ، راحتی در استفاده از عملیات حرارتی، و با دوام در مقابل خوردگی را نمایش می دهد که در هیچ گروه دیگری از مواد پیدا نمی‌شود.

کاربرد فولاد رسوب سخت شده : این نوع فولاد در ساخت شفت های بلند در هواپیما و قطعات سازه‌ای فضایی است.

 

آینده فولاد ضدزنگ:

ممکن است  رشد فولاد ضدزنگ بیشتر شود  طوری که مزایای  استقامتی فولاد ضدزنگ به صورت وسیع تری معروف شود. کارشناسان  دریافته اند که احاطه کردن  فولاد ضد زنگ با چسب­های زیست­ ،مشخص آن را ضدباکتری می کند، به همین دلیل  این هم به لیست مزایای فراوان فولاد ضدزنگ افزوده می گردد..

 

 

                                                                                                                جدول تناوبی فولاد ضد زنگ