فولاد ضد زنگ چیست؟ انواع و ویژگی های آن

از جمله مهم ترین عناصری که در صنعت ساخت و ساز از آن استفاده می شود، می توان به فولاد ضد زنگ اشاره کرد. این محصول در بازار آهن آلات با نام استنلس استیل (Stainless Steel) نیز معرفی می شود. استنلس استیل یکی از آلیاژهای بسیار محکم و ساخته شده از عناصر آهن، کربن و کروم می باشد. در برخی موارد ممکن است از عناصری مانند نیکل، سیلیسیم و منگنز نیز استفاده کنند. ترکیب استفاده شده بر روی مقاومت محصول نهایی اثرگذار می باشد.

این محصولات در ترکیب شیمیایی خود، مقدار قابل توجهی عنصر کروم دارند که این میزان در کمترین حالت 11 درصد می باشد. علت اضافه شدن کروم به ترکیب فولاد ضد زنگ، افزایش مقاومت آهن در برابر خوردگی می باشد. لازم به ذکر است در هنگام خرید مقاطع فولاد ضد زنگ، حتماً به درصد کروم آن توجه کنید؛ زیرا مقدار آن نباید کمتر از 11 درصد باشد. بهتر است پیش از خرید محصولات ضد زنگ، بهتر است با ویژگی ها و انواع آن ها آشنا شوید تا درک بهتری از اطلاعات ذکر شده داشته باشید.

انواع فولاد ضد زنگ

افزودن عنصر کروم در فولاد ضد زنگ سبب استحکام آن در برابر خوردگی و زنگ زدگی خواهد شد، اما افزایش یک عنصر به فلز ممکن است همیشه هم تأثیر مثبتی نداشته باشد. همان طور که اشاره کردیم، فولاد ضد زنگ با حداقل میزان کروم در حدود 5/10 درصد در وجود خود به چند نوع مختلف تقسیم بندی می شوند که به صورت زیر تعریف می شود و در ادامه به شرح هر کدام می پردازیم:

فولاد ضد زنگ آستینتی 

این دسته از فولاد های ضد زنگ شامل ترکیبات شیمیایی 16 درصد عنصر کروم و 7 درصد نیکل در خود می باشد. فولاد استنیتی  (Austenitic) از جمله پر استفاده ترین ترکیبات فولاد ضد زنگ می باشد که میزان نیکل موجود در آن سبب انعطاف پذیری و مقاومت بیشتر آن خواهد شد.

کاربرد این آلیاژها مانند ورق سیاه در دسته محصولات مسطح فولادی، بیشتر برای جوشکاری مناسب بوده و از این جهت در صنعت خودروسازی و صنایع شیمیایی از آن استفاده زیادی می شود. البته بهتر است بدانید محصولات گرم یا سیاه دارای گریدها و آلیاژهای مختلفی هستند که هر کدام کاربردهای خاصی را به خود اختصاص می دهند. با این وجود قیمت ورق سیاه نسبت به تنوعی که از نظر آلیاژ و ابعاد دارد، مقرون به صرفه است.

فولاد ضد زنگ فریتی

ترکیب شیمیایی این نوع از فولاد شامل 11 تا 30 درصد کروم می باشد. همچنین فولاد ضد زنگ فریتی  (Ferritic) علاوه بر داشتن مقدار قابل توجهی از عنصر کروم درون خود، از مقداری نیکل نیز تشکیل شده است. با این حال درصد نیکل آن بسیار کم بوده و انجام کار گرم بر روی این محصول به هیچ عنوان پیشنهاد نمی شود. محصولاتی که به سبب فولاد ضد زنگ فریتی تولید می شوند شامل اگزوز خودروها، ظروف پخت و پز و انواع لوازم خانگی می شوند.

حتما بخوانید:ورق سیاه چیست؟انواع و مشخصات آن

فولاد ضد زنگ مارتینزیتی

ترکیب شیمیایی این دسته از فولادهای ضد زنگ شامل 11 تا 18 درصد کروم، یک درصد کربن و بدون هیچگونه نیکل می باشد. همچنین این محصول از لحاظ استحکام، سختی و مقاومت بسیار درجه بالایی دارد، اما میزان استقامت آن در برابر خوردگی متوسط می باشد. این محصول از لحاظ داشتن قابلیت جوشکاری و شکل پذیری در درجه میانی قرار دارد. از سوی دیگر کاربرد فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic) در ساخت قاشق، چنگال، وسایل جراحی، تیغه چاقو، شیرآلات و ... می باشد.

فولاد ضد زنگ آلیاژ دوبلکس

خواص شیمیایی و مکانیکی این فولاد تقریباً بین فولاد ضد زنگ فریتی و آستنیتی قرار می گیرد. استفاده از ترکیب این دو نوع فولاد سبب ایجاد خاصیت مقاومت در برابر ترک خوردگی، استحکام و استقامت در برابر خوردگی بیشتری شده است. همچنین مغناطیسی بودن آلیاژ دوبلکس (Duplex or ferritic-austenitic) باعث به وجود آمدن قابلیت جوشکاری و شکل پذیری متوسطی خواهد شد. کاربرد فولاد ضد زنگ دو فازی بیشتر در صنایع پتروشیمی می باشد.

فولاد ضد زنگ رسوب سختی

عناصر تشکیل دهنده این آلیاژ شامل کروم، نیکل، مس، تیتانیوم و مولبیدن می باشند. فولاد ضد زنگ رسوب سختی  (Precipitation-Hardening or PH) انعطاف پذیری بسیار بالایی دارد و دیگر مزیت آن مقاومت در برابر خوردگی می باشد. همچنین این محصولات به علت داشتن استحکام بالا، در صنایع هوافضا و دیگر موارد مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایای فولاد ضدزنگ

بهتر است بدانید پیش از مراجعه به موارد زیر، هر کدام از مزیت های فولاد ضد زنگ با درصد متفاوتی در آلیاژهای ذکر شده وجود دارند؛ از این رو می توان آن ها را در موارد زیر خلاصه کرد:

• قابلیت بازیافت: یکی از مهم ترین مزیت هایی که می توان برای یک محصول فولادی در نظر گرفت، قابلیت بازیافت می باشد؛ زیرا امروزه با کمبود مواد اولیه به خصوص از نوع فولادی مواجه هستیم و بازیافت فولاد ضد زنگ به عنوان یک فلز با ارزش، مزیت مهمی به شمار می آید.
• استحکام: دوام و استحکام فولاد ضد زنگ از نظر خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی، زنگ زدگی، اکسیداسیون و ... بسیار بالا بوده و این موضوع حتی تأثیری در بازیافت شدن این مواد نخواهد داشت.
• عدم خطر برای سلامتی : فولاد زنگ نزن، به راحتی تمیز و پاکسازی شده و در محیط باقی نمی ماند و تجزیه می گردد. از این رو قابلیت بازیافت آن وجود دارد و کاربردهای گسترده ای را نیز به خود اختصاص داده است.
• قیمت مقرون به صرفه: ممکن است فولاد ضد زنگ نسبت به سایر ورق های فولادی و آهنی، ارزش بالاتری داشته باشد، اما قیمت آن نسبت به ویژگی ها و مزیت هایی که ارائه می دهد، صرفه اقتصادی دارد. ماندگاری بالا، قابلیت رنگ آمیزی و نگهداری آسان نیز از سایر مزیت های فولاد زنگ نزن به شمار می آید.

مشخصات فولاد ضد زنگ

در مورد مشخصات فنی فولاد ضد زنگ می توان گفت این موضوع بسته به گرید و بازه ضخامتی این محصول اشاره کرد. به طور مثال استیل 304 و 316 دو نوع از گریدهای فولاد ضد زنگ هستند که تنها گروه تقسیم بندی آن ها با یک دیگر تفاوت دارد. عناصر شیمیایی فولاد ضد زنگ، نقش بسیار مهمی در مشخصات این ماده دارند؛ به طور مثال عنصر مولبیدن سبب ایجاد خاصیت مقاومت در برابر خوردگی به خصوص در مقابل عواملی مانند کلریدها و حلال های صنعتی خواهد شد.

دارا بودن خواص ارتجاعی، استحکام، زیبایی و درخشندگی سطحی، خواص جوش پذیری و ... نیز از دیگر ویژگی های فولاد ضد زنگ به شمار می آید. ممکن است در برخی مواقع استنلس استیل با ورق روغنی فولادی نیز از نظر شباهت ظاهری اشتباه گرفته شود؛ با این وجود بهتر است بدانید قیمت ورق روغنی مقرون به صرفه تر بوده و از سوی دیگر سطح فولاد ضد زنگ دارای خط هایی به شکل صیقلی می باشد. همچنین مقاومت محصولات روغنی، به سبب پوششی است که بر سطح آن ها اعمال می شود؛ در صورتی که استحکام فولاد ضد زنگ به عناصر آلیاژی ترکیبات باز می گردد.

فرآیند تولید فولاد ضد زنگ

به طور کلی برای ساخت فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل مراحل کم، اما پیچیده ای وجود دارد؛ زیرا این محصول علاوه بر کاربردهای صنعتی، برای مواردی نیز به کار برده می شود که سطح ظاهری بسیار حائز اهمیت است. از این رو در ادامه به بررسی این مراحل پرداخته ایم تا درک بهتری از پیچیدگی ساخت استنلس استیل داشته باشید:

1. ابتدا باید مواد اولیه مانند قراضه آهن به همراه آهن اسفنجی و مواد سرباره مورد نیاز در کوره های قوس الکتریکی ذوب شوند تا ناخالصی های آن ها از بین رفته و فولاد مذاب به وجود آید. در مرحله بعدی باید کربن اضافی مواد که با پردازش فولاد در مبدل اکسیژن زدایی انجام می گیرد، حذف شود. معمولاً این عملیات با افزودن مخلوطی از اکسیژن و آرگون به مواد سبب کاهش کربن خواهد شد.
2. سپس فولاد به دست آمده در مرحله بعدی برای مشخص شدن عرض به بخش ریخته گری وارد شده تا شمش های منجمد به صورت شمشال برشکاری شوند. گام بعدی بسته به شکل نهایی که مد نظر خریداران قرار دارد، انجام شده و سبب تبدیل محصول به اشکال مستطیل، گرد، مربع، میله و لوله خواهد شد.
3. قطعات به دست آمده تحت فرآیند نورد گرم یا عملیات حرارتی و دمای بسیار بالا به فولاد های ضد زنگ تبدیل می شوند. این فرآیند برای تولید ورق های ضد زنگ از غلطک های مخصوصی استفاده می کند که سبب کاهش ضخامت قطعات خواهد شد. مرحله بعدی در جهت ساخت ابعاد خاصی از فولاد ضد زنگ انجام گرفته و نورد سرد نام دارد. این عملیات در دمای معمولی فضا انجام شده و سبب تحت فشار و کشش قرار گرفتن قطعات خواهد شد.
4. مرحله بعدی شامل انجام آنیلینگ بر روی قطعات ضد زنگ است که سبب افزایش فرم پذیری و شکل گیری ساختار داخلی فولاد خواهد شد. سپس باید بعد از آنیل کاری عملیات رسوب زدایی بر روی ورق های استنلس استیل انجام شود؛ زیرا فرآیند قبلی سبب به وجود آمدن اکسیدهای سطحی بر روی فولاد خواهد شد. این سطوح سبب ایجاد خواص نامناسب و تغییرات شیمیایی در فلز خواهند شد که با از بین بردن آن ها از طریق رسوب زدایی دچار این عیوب نخواهند شد.
5. مراحل پایانی نیز شامل برشکاری و تکمیل عملیات هستند. برشکاری در جهت تبدیل فولاد به ابعاد مورد نظر خریدار انجام گرفته و می تواند به وسیله چاقو های گیوتین یا دایره ای و یا تیغه های پرسرعت صورت گیرد. البته برای صیقلی شدن سطح فولاد ضد زنگ از چرخ های مخصوص آسیاب یا تسمه های ساینده استفاده می نمایند.
6. در نهایت نیز تکمیل عملیات با پرداخت سطح فلز انجام شده تا از نظر ظاهری برای ارسال به خریدار مناسب باشد.

حتما بخوانید:ورق روغنی چیست؟بررسی کاربرد و انواع آن

کاربرد های فولاد ضدزنگ

فولادهای ضد زنگ به سبب مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی کاربردهای بسیاری را در صنایع به خود اختصاص می دهند. این ویژگی استنلس استیل برگرفته از عناصر آلیاژی ترکیبات آن می باشد؛ در صورتی که برای ورق گالوانیزه یک پوشش از جنس فلز روی اعمال می گردد و سپس با رنگ آمیزی و فرآیند فرمینگ استحکام این فلزات در برابر خوردگی و زنگ زدگی افزایش می یابد.

محبوبیت محصولات گالوانیزه رنگی به خصوص از نوع شیروانی که با فرآیند فرمینگ به دست می آید، در صنعت ساختمان بسیار بالا می باشد. با این وجود قیمت ورق شیروانی 6 متری بسته به وزن، استحکام، کارخانه تولیدکننده و مواردی از این قبیل دارد؛ زیرا محصول نهایی با حداقل ضایعات و قیمت مقرون به صرفه باید بتواند کارایی لازم را داشته باشد. حال در ادامه قصد بررسی کاربردهای استنلس استیل را داریم تا بتوانید درک بهتری از تفاوت کاربرد این دو محصول با یک دیگر داشته باشید:

• برای ساخت انواع لوازم آشپزخانه مانند: چاقو، چنگال، قاشق، کفگیر و دیگر وسایل آشپزی، سینک ‌های ظرفشویی
• ساخت ابزار و تجهیزات پزشکی مانند: ابزار جراحی، تاج موقت دندان، هموستات و …
• بناهای معماری مانند مجسمه‌ های فلزی، سقف سازه‌ ها از جمله سقف فرودگاه
• ساخت بدنه خودرو
• ساخت واگن ‌های قطار و هواپیما
• ساخت آسانسور و پله‌ های برقی
• نما سازی ساختمان
• مبلمان خانه
• نیروگاه ‌های هسته ای
• نیروگاه‌ های خورشیدی
• نیروگاه‌ های سوخت زیستی

آلیاژهای فولاد ضدزنگ

همان طور که در مورد هر یک از عناصر فولاد ضد زنگ توضیحاتی دادیم، خواص مکانیکی موجود در این محصولات بسته به مقدار عناصر تشکیل دهنده آن ها دارد. حال در مورد ایجاد خواص مهم هر کدام در فولادهای ضد زنگ توضیحاتی می دهیم تا با نحوه افزودن آن ها نیز اطلاعاتی به دست آورید:

• اصلی ترین آلیاژ موجود در فولاد ضد زنگ، کروم می باشد که سبب ایجاد خاصیت ضد خوردگی در آن می شود. جهت به کار بردن این عنصر، ابتدا آن را با اکسیژن واکنش می دهند تا اکسید کروم به وجود آید. سپس این اکسید را بر روی سطح مقاطع فولاد اعمال می کنند. همچنین جهت افزایش مقاومت لایه پوششی، حداقل از 11 درصد کروم استفاده می کنند.
• نیکل، دومین عنصر مورد استفاده در ترکیبات شیمیایی فولاد ضد زنگ است. وجود نیکل به دلیل ایجاد خواص مقاومت در برابر خوردگی به خصوص در محیط های حاوی اسید سولفوریک می باشد. هنگام از بین رفتن لایه پوششی، حضور این عنصر سبب جلوگیری از خوردگی محصول خواهد شد. این عنصر از طریق استحکام دهی محلول جامد نیز سبب افزایش استحکام فولاد خواهد شد.
• دیگر عنصر تشکیل دهنده ترکیبات شیمیایی فولاد ضد زنگ مولبیدن می باشد که به دلیل افزایش مقاومت به خوردگی شیاری در فضاهای کلریدی و استحکام در برابر خوردگی حفره ای اضافه می شود. همچنین سبب کاهش تمایل لایه اکسیدی به تجزیه خواهد شد.
• عنصر منگنز نیز جهت تشکیل ترکیبات اکسیدی و سولفیدی برای بهتر شدن مقاومت در برابر اکسیداسیون و جلوگیری از تشکیل ناخالصی های سولفیدی که سبب پارگی محصول در حین کار گرم می شود، نیز اضافه می شود.
• استفاده از آلیاژ کربن تحت عنوان پایدارکننده آستنیت شناخته می شود و سبب افزایش استحکام فولاد ضد زنگ خواهد شد. البته این عنصر در فولاد ضد زنگ با مقدار پایینی اعمال می شود؛ زیرا تمایل زیادی به ترکیب کاربید کروم و در نتیجه کاهش مقاومت در برابر خوردگی محصول دارد.
• کاربرد آلیاژ نیتروژن جهت مقاومت محصول نهایی در برابر خوردگی های موضعی، بین دانه ای و حفره ای می باشد. این عنصر در فولادهای کم کربن سبب افزایش استحکام نیز خواهد شد. قیمت پایین نیتروژن سبب استفاده از آن به جای آلیاژ کروم در برخی ترکیبات شده است.

تولید کنندگان فولاد ضد زنگ در جهان

امروزه پیشرفت بسیاری از صنایع داخلی و جهانی بسته به تولید کیفیت های مختلف از فولاد ضد زنگ می باشد؛ از این رو قصد معرفی کارخانه های تولیدکننده این محصول در سراسر جهان را داریم. بهتر است بدانید تقاضا برای استنلس استیل سالانه 5 درصد رشد می کند؛ در نتیجه پیش بینی می شود در 10 سال آینده این رشد به 8 درصد نیز برسد.

شرکت نیپون استیل (Nippon Steel Corporation)

یکی از معتبرترین تولیدکنندگان ورق استیل در جهان می باشد و اصالت آن به کشور ژاپن برمی گردد. امروزه درآمد این مجموعه در حدود 177/6 تریلیون بوده و همین موضوع سبب حائز اهمیت شدن شرکت نیپتون استیل برای بورس توکیو شده است.

شرکت ای کی استیل  (AK Steel)

شرکت ای کی استیل با بیش از 120 سال قدمت، یکی دیگر از تولیدکنندگان استنلس استیل در جهان شناخته می شود. محصولات این مجموعه نقش بسیار مهمی را به خصوص در صنعت خودروسازی به خود اختصاص داده اند. در آمد آن نیز در حدود 818/6 میلیارد دلار است.

شرکت اتوکمپو  (Outokumpu)

مجموعه اتوکمپو یکی دیگر از تولیدکنندگان ورق استیل در فنلاند بوده که ظرفیت تولیدی در حدود 4/2 میلیون تن دارد. بهتر است بدانید مرغوبیت محصولات این شرکت سبب شده تا کشورهای زیادی زیر مجموعه آن از نظر تولید استیل قرار بگیرند.

شرکت پوسکو  (POSCO)

شرکت پوسکو در کره جنوبی یکی دیگر از تولیدکنندگان ورق استیل شناخته شده است که میزان تولید آن در سال 2011 حدود 1/39 میلیون تن براورد شده بود. از این رو چهارمین رتبه سازندگان فولاد و استیل در کشور را به خود اختصاص داد.

شرکت آپرام  (Aperam)

گروه جوان آپرام در سال 2011 در شهر لوکزامبورگ تأسیس شده است و قادر به تولید 5/2 میلیون تن ورق استیل در سطح اروپا و برزیل می باشد. جالب است بدانید علاوه بر استنلس استیل، شرکت آپرام آلیاژهای دیگری مانند آلیاژهای نیکل و استیل الکتریکال را نیز تولید می کند.

گروه گوانگژی چنگده  (Guangxi Chengde Group)

در گوانگژی منابع غنی از سنگ منگنز دیده می شود و همین موضوع سبب شده تا با همکاری دو گروه چینی، این شرکت تأسیس شود و یکی از تولیدکنندگان برتر ورق استیل به شمار آید.

شرکت  JFE Steel

این شرکت ژاپنی در سال 1950 تأسیس شده است. قدمت و تجربه بزرگ این مجموعه سبب شده تا یکی از با کیفیت ترین ورق های استیل جهان را تولید و عرضه نماید.

گروه باو استیل  (Baosteel Group)

گروه باو استیل نیز از دیگر تولیدکنندگان استنلس استیل در جهان به شمار می آید و از سال 1978 در چین فعالیت خود را آغاز کرده است. فناوری های نوین به کار رفته در این شرکت سبب شده تا به صورت سالیانه به تولید 40 میلیون تن فولاد ضد زنگ بپردازد و در آمد 93/79 میلیارد دلاری را در سال 2022 به خود اختصاص دهد.

شرکت آسرینوکس  (Acerinox)

یکی از رقابتی ترین تولیدکنندگان ورق استیل در کشور به شمار می آید و انواع آلیاژهای این محصول را تولید می کند. ظرفیت ذوب این مجموعه نیز 5/3 میلیون تن بوده و در مادرید قرار گرفته است.

شرکت تاتا استیل  (Tata Steel)

مجموعه تاتا استیل توانسته است تا به حال در 26 کشور مختلف نمایندگی تجاری داشته باشد. درآمد این شرکت در سال 2022 به حدود 2447 تریلیون روپیه رسیده و قادر است نیاز صنایعی از جمله خودروسازی، ساختمان، هوافضا، حفاری و انرژی را از نظر تولید استنلس استیل برطرف نماید.

جمع بندی

همان طور که در مقدمه مطلب شرح دادیم، فولاد ضد زنگ با نام استنلس استیل نیز در بازار شناخته می شود. لازم به ذکر است، اگر تولید کننده قصد بالا بردن مقاومت محصول را تا حد زیادی داشته باشد، در ترکیبات شیمیایی آن عناصری مانند نیکل، مولیبدن و ازت را نیز استفاده می کند. هر کدام از این عناصر سبب ایجاد خواص متفاوتی در محصول نهایی می شوند. از جمله پروفیل های استنلس استیل نیز می توان به میلگرد ضد زنگ، ورق ضد زنگ و ... اشاره داشت. این محصول گریدها و استانداردهای مختلفی دارد که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند. از این رو برای خرید پیشنهاد می شود با کارشناسان خبره در این زمینه به خوبی مشورت نمایید.