برای اینکه آهن زنگ نزند چه عناصری به آن اضافه می کنند

برای اینکه آهن زنگ نزند چه عناصری به آن اضافه می کنند را از سایت پشتوک دریافت کنید.

پنجمی ها

به نام خدا

موضوع : اهن زنگ نزن

تهیه و تنظیم : مهدی حکیمی

آهن زنگ نزن

اصطلاح آهن زنگ نزن به چه معناست؟ به علت فعال بودن فلز آهن وقتی در مجاورت اکسیژن و رطوبت قرار می گیرد ، اصطلاحا ((زنگ می زند)). در واقع آهن با اکسیژن تشکیل اکسید آهن داده که قرمز رنگ بوده و روی آن را می پوشاند. برای استفاده بهتر از آهن و جلوگیری از زنگ زدن آن، آن را گالوانیزه می کنند . در این روش آهن را با فلز روی پوشش می دهند و در نتیجه زمانی که آهن گالوانیزه در معرض محیط مرطوب قرار می گیرد زنگ نمی زند.

اصطلاح آهن زنگ نزن در مورد این فلز اشتباه رایجی است. زمانی که کربن به آهن اضافه شود ، تبدیل به آلیاژ می شود و از حالت عنصری خارج می شود. به این آلیاژ، فولاد گفته می شود که خواصی بهتر از آهن دارد. یک نوع از این فولادها، فولاد زنگ نزن هستند که علاوه بر آهن و کربن عناصری دیگری مانند کروم به آن اضافه شده که باعث ایجاد مقاومت در برابر زنگ زدن در آنها می شود.

پس اصطلاح آهن زنگ نزن اشتباه بوده و فولاد زنگ نزن صحیح می باشد.

موارد کاربرد:

مخازن نگهدارنده موادشیمیایی – لوازم آشپزخانه – لوله های صنعتی –نمای خارجی بناها – استراکچرها

صنایع پتروشیمی – کاغذسازی – قند و نیشکر همچنین کشتی سازی این دسته ازفولادهای ضدزنگ هردو ساختارمتالورژیکی مربوط به فاز های فریت و آستنیت را همزمان درخودداشته ازاینرو آنها را فولادهای ضدزنگ duplex نیز نامگذاری کرده اند این فولادها حاوی مقادیری ازعنصرنیکل به منظور پایدارکننده فازآستنیت و حصول خواص انعطاف پذیری همچنین مقادیری از عنصر کرم به منظورپایدارکننده فازفریت و حصول خواص استحکام و چقرمگی مناسب درفولادمی باشند.

آهن زنگ نزن

فرایند زنگ زدن

زنگ زدن عبارتی است که به اکسیداسیون آهن اطلاق می‌شود. اکسیداسیون آهن معمولا از طریق واکنش با اکسیژن صورت می‌گیرد اما نوع‌های دیگری از زنگ زدن وجود دارد که حاصل واکنش آهن و کلر است که به آن زنگ سبز می‌گویند. “زنگ” نام متداول یکی از ترکیبات بسیار رایج یعنی اکسید آهن با فرمول Fe2O3 است. این نام رایج است زیرا آهن به سرعت با اکسیژن ترکیب شده و تشکیل زنگ آهن را می دهد. در حقیقت آهن را به ندرت می توان به صورت خالص در طبیعت پیدا کرد. زنگ آهن (یا فولاد) نمونه ای از فرایند خوردگی است: فرایند الکتروشیمیایی شامل آند (یک قطعه فلز که به راحتی الکترون از دست می دهد)، الکترولیت (مایعی که به حرکت الکترون ها کمک می کند) و یک کاتد (یک قطعه فلز که به راحتی الکترون می پذیرد) است. وقتی فلزی خورده می شود، الکترولیت به تولید اکسیژن در آند کمک می کند. سپس اکسیژن با فلز ترکیب شده و الکترون آزاد می شود. وقتی الکترون ها از طریق الکترولیت به سمت کاتد جریان می یابند، آند با جریان الکتریکی حذف می شود یا به کاتیون های فلزی تبدیل شده و زنگ تشکیل می شود.

اکسیده شدن آهن

برای این که آهن اکسید شود به سه ماده نیاز است: آهن، آب و اکسیژن. و اما فرایند زنگ زدن: با افتادن یک قطره آب بر روی اشیای آهن فورا دو اتفاق می افتد. نخست آن که آب به عنوان یک الکترولیت خوب با دی اکسیدکربن موجود در هوا واکنش داده و اسید کربنیک که یک اسید ضعیف است تشکیل می شود. اسید کربنیک نسبت به آب، الکترولیت بهتری است. پس از تشکیل اسید و حل شدن آهن در آن، ملکول های آب به اجزای سازنده آن یعنی اکسیژن و هیدروژن تبدیل می شود. اکسیژن آزاد و آهن حل شده با هم پیوند داده و اکسید آهن را تشکیل می دهند. در این فرایند الکترون آزاد می شود. الکترون های آزاد از بخش آند که همان آهن است به سمت کاتد که ممکن است فلزی با واکنش پذیری کمتر از آهن یا بخش دیگری از سطح آهنی باشد، جریان می یابد. مایعاتی مانند باران های اسیدی، آب دریا و افشانه نمکی برای ذوب کردن برف جاده های یخی به علت ترکیبات موجود در آنها نسبت به آب الکترولیت های قوی تری هستند. به همین دلیل آهن و فلزات دیگر در این محیط ها با سرعت بیشتری زنگ زده و خورده می شوند.

چرا آهن زنگ می زند؟

آیا توجّه کرده اید که بعضی از فلزات زنگ می زنند و بعضی دیگر٬زنگ نمی زنند؟آهن معموأ زنگ می زند. به همین علّت است که وقتی رنگ قسمتی از بدنه اتومبیل از بین می رود٬هوا باعث می شود که آهن زیر قسمت رنگ شده خیلی زود زنگ بزند.

برای آن که آهن با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود و اکسیدآهن قرمز رنگ را (که همان زنگ آهن است) تولید می کند. در هر صورت نوعی آهن وجود دارد که زنگ نمی زند. اختراع یاکشف این آهن امری تصادفی بود! در سال۱۹۱۳ هری بریرلی٬ که متخصص ذوب فلزات بود٬ برای ساختن لوله تفنگ٬ دنبال فلزی مناسب می گشت. از این رو فلزات گوناگون را با هم ترکیب کردو آلیاژهای مختلفی به دست آورد. امّا پس از انجام آزمایش ها٬ تمام نمونه ها را به گوشه ای انداخت. چند ماه بعد متوجّه شد در حالی که همه نمونه های دور ریخته شده٬ زنگ زده اند٬ یکی از آنها زنگ نزده است! بریرلی این آلیاژ را با دقّت بررسی کرد و فهمید که ۱۴٪ آن کروم است.

به این ترتیب فلز زنگ نزن یا استنلس استیل وارد زندگی بشر شد. امروزه اغلب لوازم آشپزخانه ها از آهن زنگ نزن هستند. جنس بیشتر دیگ ها٬ کتری ها٬ ماهی تابه ها٬ قاشق و چنگال ها٬ چاقو ها و لگن ظرفشویی آشپزخانه ها از آهن زنگ نزن است؛ همین طور بسیاری از لوازم جرّاحی و قطعات خودرو ها از این فلز ساخته می شوند. فولاد زنگ نزن ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

نکته:کروم یا کرومیوم فلزی سخت٬خاکستری و دیر گداز است با علامت اختصاریcr.

نکته:آلیاژ فلزی است که از ترکیب دو یا چند فلز به دست می آید.

کاربردهای آهن

کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آن استفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها ، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساختمانها اجتناب ناپذیر می‌کند. فولاد معروف‌ترین آلیاژ آهن است و تعدادی از گونه‌های آهن به شرح زیر می‌باشد:

• آهن خام که دارای 5%- 4% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد ، سیلیکون و فسفر است و اهمیت آن فقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد قرار دارد.

• چدن ، شامل 5/3%-2% کربن و مقدار کمی منگنز می‌باشد. ناخالصی‌های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفی قرار می‌دهد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می‌باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند. چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده می‌باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می‌شود.

• فولاد کربن شامل 5/1% – 5/0% کربن و مقادیر کم منگنز ، گوگرد ، فسفر و سیلیکون است.

• آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از 5/0% کربن می‌باشد و محصولی محکم و چکش‌خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربن است ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود، به‌سرعت تیزی خود را از دست می‌دهد.

فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانند کروم ، وانادیم ، مولیبدن ، نیکل ، تنگستن و … می‌باشد. اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول هم حفظ می‌کنند.

انواع پوشش های محافظ آهن

پوشش های رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد. آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوشش های فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند. این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوشش های اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد. همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن “سیاه‌کاری آهن یا فولاد” می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوشش های گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است. در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و … مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوشش های قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و … بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوشش های کادمیم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند. روکش کادمیم مخافظ خوبی برای کالاهای آهنی و فولادی در برابر زنگ زدگی و فسادتدریجی در اثر هوا می باشد. روکش کادمیم بیشتر قسمت های اساسی هواپیماها و کشتی ها و کالاهایی که در آب و هوای گرمسیری مصرف دارد، به کار برده می شود. پوشش های کادمیم مخصوصا در محیط های طبیعی موثرند. مقاومت این پوشش ها در مقابل فساد تدریجی در مناطق روستایی بیشتر از مناطق صنعتی است.

===================

روش های کنترل زنگ زدن فلزات

ماده ای که به طور ذاتی نسبت به محیط اطراف خود مقاومت نشان می دهد و پوسیده نمی شود (البته به طور ایده آل)، اولین انتخاب در نیازهای مکانیکی و اقتصادی خواهد بود؛ متاسفانه اغلب چنین نیست و بسیاری از مواد به روشی برای کنترل زنگ خوردگی خود نیاز دارند؛ به همین دلیل سه روش عمده برای این کار وجود دارد:

اصلاح محیط اطراف ماده ای که در معرض این محیط قرار دارد

روش های کنترل الکتریکی

استفاده از روکش های محافظ

لایه نشانی و روکش به روش اسپری حرارتی برای کنترل زنگ زدن:

روکش محافظی که به روش حرارتی روی ماده مورد نظر اسپری می شود، برای بسیاری از مواد مورد استفاده است. در این روش، گزینه های لازم برای روکش کردن مواد و اسپری بسیار زیاد است. این روش به سه گروه اصلی تقسیم می شود:

روکش آندی

روکش کاتدی

روکش خنثی یا بی طرف

محافظت کاتدی یا قربانی شدن روکش

سد محافظ در برابر محیط اطراف

حال به توضیح این روش ها می پردازیم.

روکش قربانی:

یک روش پیچیده تر برای روکش کردن، اعمال اندکی بار منفی به فلز است؛ پس واکنش این فلز به صورت M → M²⁺ + 2e^-سخت تر اتفاق خواهد افتاد. برای این کار می توان  با فراهم کردن بار منفی و اعمال آن به روکشی از یک فلز فعال تر ، به این هدف دست یافت.  یعنی یک روش  رایج برای  محافظت فولاد،  لایه نشانی آن  با لایه نازکی از روی است ؛  این  فرایند ” گالوانیزه کردن” نامیده می شود. روکش روی، واکنش پذیری بیش تر از آهن دارد و تمایل دارد به طور انتخابی زنگ بخورد. حل شدن این روکش قربانی ، الکترون هایی را به جا می گذارد که در آهن جمع می شوند و آن را کاتدی می کنند؛ بنابراین از خوردگی و حل شدن آهن جلوگیری می شود(شکل پایین، سمت چپ).

تأثیر روکش کردن آهن با یک فلز که واکنش پذیری کم تری دارد، یک پدیده جالب به وجود می آورد. یک مثال خوب از این حالت، روکشی از قلع است(شکل بالا، سمت راست). تا جایی که روکش قلع دست نخورده باقی می ماند، همه چیز خوب است؛ اما حتی اگر قسمت کوچکی از آهنی که در زیر قلع قرار گرفته، در معرض رطوبت محیط اطراف قرار بگیرد، پوسیدگی آغاز می شود. الکترون ها از آهن آزاد شده و به سمت قلع می آیند و آهن را آندی تر می کنند؛ پس اکنون قلع، پوسیدگی آهن را بیش تر می کند! حتما زنگ خوردن قوطی کنسروها را بعد از باز شدن درب آن ها دیده اید.

یک روش عالی برای این که  بارهای الکتریکی منفی به طور پیوسته در روی فلز باقی بمانند، آن است که از حل شدن و از بین رفتن یون های مثبت جلوگیری شود. از آن جایی که کل سطح به وضعیت کاتدی در می آید، این روش را” محافظت کاتدی” می گویند. منبع الکترون ها می تواند یک منبع تغذیه جریان مستقیم خارجی باشد (این روش برای محافظت خط لوله های نفت و دیگر تجهیزات زیر خاک به کار می رود) یا می تواند زنگ خوردگی فلز فعال دیگری مانند تکه ای آلومینیوم یا روی در زیر زمین و در کنار فلز اصلی باشد؛ در مخزن پروپان شکل زیر در زیر زمین چنین کاری صورت گرفته است:

روکش خنثی:

مواد خنثایی مانند آلومینیوم یا سرامیک های اکسید کروم با حذف محیط بسیار خورنده از ماده ای که استعداد زنگ زدن را دارد، محافظ های خوبی برای زنگ زدگی هستند. معمولا یک ماده خنثی، حتی اگر روکش آن تا اندازه ای نشت پذیر باشد (یک استثنا برای این حالت، فولاد زنگ نزن است که حذف اکسیژن می تواند باعث زنگ زدن شکاف دار آن ها شود و روکش های پیوندی نیکل کروم برای جلوگیری از زنگ زدن چنین موادی مناسب هستند) سرعت زنگ زدن را زیاد نمی کنند. اما در هر حالت برای محافظت بیش تر، ضخیم ترین و متراکم ترین روکش های اسپری پلاسما لازم اند.

منبع مطلب : panjomiha.blog.ir

مدیر محترم سایت panjomiha.blog.ir لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

آهن زنگ نزن

آهن زنگ نزن-صفحه ی25 علوم ششم ابتدایی

کشف این آلیاژ جدید، بدین گونه رخ داد که روزی دانشمندان متوجه شدند که اگر بر فولاد، حدود 10 تا 20 درصد فلز « کُرُم » و اندکی « نیکل » بیفزایند، فولادی به دست می آید که در برابر اکسایش و زنگ زدگی و حمله اسیدها، مقاومت خواهد کرد.

مصارف فولاد زنگ نزن بسیار است. ما در زندگی روزانه ی خود با صدها جنس سر و کار داریم که همه از فولاد زنگ نزن، ساخـته شده اند. مانند: چاقو، دستگیره ی در،  سر چوگان گلف، لوازم برقی، وسایل ماهی گیری و بسیاری از چیزهای دیگر. فولاد  زنگ نزن بسیار خوب صـیقل می خورد و براق می شود. از این رو، می توان از آن  به جای آینه و نورافکن نیز استفاده کرد.

در جایی که آینه شیشه ای، در معرض شکستن باشد به جایش فولاد زنگ نزن را همچون آینه، قرار می دهند، پس فولاد زنگ نزن همان فولاد معمولی است که مقداری کرم و گاهی نیز اندکی نیکل بر آن افزوده اند

آیا توجّه کرده اید که بعضی از فلزات زنگ می زنند و بعضی دیگر٬زنگ نمی زنند؟آهن معموأ زنگ می زند.به همین علّت است که وقتی رنگ قسمتی از بدنه اتومبیل از بین می رود٬هوا باعث می شود که آهن یر قسمت رنگ شده خیلی زود زنگ بزند .

چرا آهن زنگ می زند؟برای آن که آهن با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود و اکسیدآهن قرمز رنگ را(که همان زنگ آهن است)تولید می کند.در هر صورت٬نوعی آهن وجود دارد که زنگ نمی زند.اختراع یا کشف این آهن امری تصادفی بود!در سال۱۹۱۳ ٬هری بریرلی٬ که متخصص ذوب فلزات بود٬برای ساختن لوله تفنگ٬دنبال فلزی مناسب می گشت.از این رو فلزات گوناگون را با هم ترکیب کردو آلیاژهای مختلفی به دست آورد.امّا پس از انجام آزمایش ها٬تمام نمونه ها را به گوشه ای انداخت.چند ماه بعد متوجّه شد در حالی که همه نمونه های دور ریخته شده٬زنگ زده اند٬یکی از آنها زنگ نزده است !

نکته: آلیاژ فلزی است که از ترکیب دو یا چند فلز به دست می آید .

بریرلی این آلیاژ را با دقّت بررسی کرد و فهمید که ۱۴٪آن کروم است.به این ترتیب فلز زنگ نزن یااستنلس استیل وارد زندگی بشر شد.امروزه اغلب لوازم آشپزخانه ها از آهن زنگ نزن هستند.جنس بیشتر دیگ ها٬کتری ها٬ماهی تابه ها٬قاشق و چنگال ها٬چاقو ها و لگن ظرفشویی آشپزخانه ها از آهن زنگ نزن است؛همین طور بسیاری از لوازم جرّاحی و قطعات خودرو ها از این فلز ساخته می شوند .

نکته:کروم یا کرومیوم فلزی سخت٬خاکستری و دیر گداز است با علامت اختصاری( cr)

=============

آهن زنگ نزن

منبع مطلب : zanyar1380.blogfa.com

مدیر محترم سایت zanyar1380.blogfa.com لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

فولاد زنگ‌نزن

در متالوژی، فولاد زنگ‌نزن یا فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل (به انگلیسی: Stainless Steel)، که Inox نیز خوانده می‌شود، آلیاژی از فولاد می‌باشد، که اصلی‌ترین عناصر تشکیل دهنده آن آهن، کروم و نیکل است که حداقل درصد جرمی کروم در آن ۱۰٫۵ درصد و حداکثر درصد جرمی کربن آن ۱٫۲ درصد می‌باشد.^[۱]

فولادهای زنگ‌نزن به دلیل خاصیت غیرفعال شدن خود می‌توانند مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی از خود نشان دهند. این فولادها به دلیل شکل گرفتن یک لایه غیرفعال بر روی سطح‌شان که به شدت به ماده زیرین پیوند خورده‌است و از تماس بیشتر ماده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند چنین خاصیتی دارند. برای اینکه این پدیده غیرفعال سازی به‌طور پایدار در فولاد اتفاق بیفتد نیاز است که حداقل ۱۰٫۵ درصد از ماده را کروم تشکیل دهد. با داشتن چنین سطحی از کروم حتی اگر خراشی بر روی سطح فولاد ایجاد شود و این 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 شکل می‌گیرد.^[۲] در غیر اینصورت شکست غیرفعالی رخ می‌دهد و فولاد زنگ‌نزن، زنگ زده و خورده می‌شود.

فولادهای زنگ‌نزن به خاطر مقاومت در برابر خوردگی خود بسیار مورد توجه هستند که این خاصیت با افزایش میزان کروم افزایش می‌یابد. افزودن عنصر مولیبدن باعث افزایش مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ‌نزن در مقابل اسیدهای کاهنده و در برابر خوردگی در محلول‌های کلرایدی می‌شود. به همین دلیل، انواع مختلفی از فولاد زنگ‌نزن با میزان مختلف کروم و مولیبدن برای مطابقت با محیطی که آلیاژ باید تحمل کند وجود دارد. مقاومت فولاد زنگ‌نزن به خوردگی و زنگ زدگی، نیاز به نگهداری کم و درخشش بالا، آن را تبدیل به یک ماده ایدئال برای بسیاری از کاربردها که در آن هم نیاز به استحکام بالا و هم نیاز به مقاومت به خوردگی بالا است کرده‌است.

فولاد زنگ‌نزن به شکل ورق، صفحه، میله، سیم و لوله ساخته می‌شود تا در :وسایل آشپزی، کارد و چنگال، دستگاه‌های جراحی، لوازم خانگی بزرگ؛ مصالح ساختمانی، تجهیزات صنعتی (برای مثال در کارخانجات کاغذ، کارخانه‌های شیمیایی، تصفیه خانه آب)؛ و مخازن ذخیره آب و مخازن مواد شیمیایی و محصولات غذایی (به عنوان مثال، تانکرهای مواد شیمیایی و تانکرهای کامیونی) استفاده گردد.

مقاومت خوب در برابر خوردگی، راحتی تمیز و استریل نمودن با بخار و عدم نیاز به پوشش دادن سطحی، استفاده از فولاد زنگ‌نزن را در آشپزخانه‌های تجاری و صنعتی متداول کرده‌است.

تاریخچه[ویرایش]

پیر برتیر مهندس فرانسوی در سال ۱۸۲۱، مشاهده کرد که با افزایش مقدار مشخصی کروم به آهن، سختی و مقاومت به خوردگی اسیدی آن بسیار افزایش می‌یابد. در ۱۹۰۹، لئون گویله و آلبرت پورتوین به‌طور مستقل در فرانسه میکرواستراکچر یا ریزساختار آلیاژهای آهن-کروم و آهن-کروم-نیکل را بررسی کردند. در سال ۱۹۱۳ هری بریرلی متالوژیست انگلیسی برای اولین بار، با صنعتی سازی فولاد مارتنزیتی، این کشف را تجاری سازی کرد.^[۲]

مقاومت به خوردگی[ویرایش]

فولاد زنگ‌نزن برخلاف فولاد کربنی وقتی که در معرض محیط‌های مرطوب قرار می‌گیرد دچار خوردگی یکنواخت نمی‌شود. فولادهای کربنی محافظت نشده در هنگام ترکیب با هوا و رطوبت به راحتی زنگ می‌زنند. لایه اکسید آهن سطحی (زنگ) متخلخل و شکننده است. از آنجایی که اکسید آهن حجم بزرگتری نسبت به فولاد اصلی را اشغال می‌کند، این لایه گسترش می‌یابد و تمایل به لایه برداری دارد و باعث حمله بیشتر به لایه‌های زیرین فولاد می‌شود. در عوض، فولادهای زنگ‌نزن حاوی کروم کافی برای غیرفعال شدن هستند. این پدیده در صورت قرار گرفتن در معرض اکسیژن موجود در هوا یا آب، خود به خود اتفاق می‌افتد و باعث ایجاد یک لایه نازک از اکسید کروم خنثی روی سطح می‌شود. این لایه نازک غیرفعال با مسدود کردن مسیر اکسیژن به سطح فولاد از خوردگی آن جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود که خوردگی به قسمت داخلی فلز نرسد. این لایه نازک در صورت خراشیده شدن یا از بین رفتن (به دلیل قرار گرفتن موقتی در شرایط شدیدتر از میزان حد تحمل خوردگی)، خود را تعمیر می‌کند.

مقاومت این لایه به خوردگی بستگی به ترکیب شیمیایی فولاد زنگ‌نزن، به ویژه درصد کروم دارد.

خوردگی فولاد زنگ‌نزن می‌تواند زمانی رخ دهد که درجه یا گرید آن برای محیط کاری مناسب نباشد.

معمولاً بین ۴ نوع خوردگی تفاوت در نظر می‌گیرند: یکنواخت، ناحیه ای، گالوانیک و SCC (ترک خوردگی ناشی از تنش).

خوردگی یکنواخت[ویرایش]

این خوردگی فقط در فولادهای زنگ‌نزن درحالت فعال رخ می‌دهد. به عبارتی زمانی‌که روی فولاد لایه اکسید غیرفعال وجود نداشته باشد. داده‌های مربوط به خوردگی یکنواخت در جداولی گردآوری می‌شود که واکنش فولادهای زنگ‌نزن را در محیط‌های اسیدی مختلف جمع‌آوری می‌کند.^[۲] از جداول خوردگی برای انتخاب صحیح گریدهای فولادهای زنگ‌نزن می‌توان استفاده کرد.^[۳]

خوردگی ناحیه‌ای[ویرایش]

چهار نوع خوردگی ناحیه‌ای برای فولادهای زنگ‌نزن در نظر می‌گیرند:

این نوع خوردگی فقط در نواحی کوچکی از فولاد رخ می‌دهد و باقی سطوح توسط لایه غیرفعال محافظت می‌شوند. در بعضی نواحی لایه غیرفعال ممکن است از بین برود و اگر این لایه خودش را ترمیم نکند خوردگی رخ می‌دهد و ممکن است به یک سوراخ کامل ختم شود.^[۲]

برای مرتبط کردن ترکیب شیمیایی فولادها به مقاومت به خوردگی حفره ای آن‌ها در محلول‌های حاوی کلراید، از رابطه ای تجربی به نام عدد PREN که مخفف عبارت Pitting Resistance Equivalent Number می‌باشد استفاده می‌گردد. این عدد برای فولادهای آستنیتی و دوپلکس به این صورت تعریف می‌شود:

PREN= Cr+3.3(Mo+0.5W) +16N

که در آن Cr بیانگر کروم، Mo مولیبدن، W تنگستن و N نیتروژن بر حسب درصد جرمی می‌باشد.^[۴]

این نوع خوردگی همان‌طور که از اسمش پیداست درون شکاف‌ها یا فضاهای بسته اتفاق می‌افتد. این نواحی باعث جمع شدن اسیدها و از بین رفتن لایه غیرفعال شده و در نتیجه باعث خوردگی می شود. وقتی PH اسید به مقداری بحرانی (Depassivation PH) می‌رسد خوردگی شروع می‌شود. از مقدار Depassivation PH برای تعیین مقاومت یک آلیاژ در محیط‌های خورنده استفاده می‌شود. هر چه این مقدار کمتر باشد مقاومت به خوردگی بیشتر است.^[۲]

بعضی از فولادها اگر تا دماهای ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه سلسیوس گرم شوند، مرز دانه‌ها می‌تواند «حساس» شده و ممکن است توسط سیال خورنده مورد حمله قرار گیرند. این پدیده معمولاً در هنگام جوشکاری و در ناحیه HAZ رخ می‌دهد.^[۲]

ترک برداشتن ناشی از تنش و خوردگی فرایندی است که در آن تنش‌های مکانیکی ناشی از بارگذاری و محیط خورنده به‌طور همزمان باعث شکل گرفتن ترک‌هایی در جسم می‌شوند. این ترک‌ها ممکن است پس از مدت زیادی قرار گرفتن در معرض سیال خورنده شکل بگیرند ولی با سرعت زیاد رشد کنند و باعث شکست ناگهانی قطعه شوند. فولادهای فریتی در مقابل این پدیده بسیار مقاوم‌اند.^[۲]

خوردگی دما بالا[ویرایش]

محلول‌های اسیدی را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد: اسیدهای کاهنده مانند: هیدروکلریک اسید و اسید سولفوریک رقیق و اسیدهای اکساینده مانند: اسید نیتریک و اسید سولفوریک غلیظ. افزایش درصد کروم و مولیبدن باعث افزایش مقاومت به اسیدهای کاهنده می‌شود، در حالیکه افزایش درصد کروم و سیلیسیم مقاومت بیشتری به اسیدهای اکساینده می‌دهد.

اسید سولفوریک یکی از بزرگترین مواد شیمیایی صنعتی تولیدی است. در دمای اتاق، فولاد نوع ۳۰۴ فقط در برابر اسید ۳٪ مقاومت دارد، در حالیکه فولاد نوع ۳۱۶ به اسید ۳٪ تا ۵۰ درجه سلسیوس و اسید ۲۰٪ در دمای اتاق مقاوم است؛ به همین دلیل فولاد نوع ۳۰۴ به ندرت در تماس با اسید سولفوریک استفاده می‌شود. فولادهای نوع 904L و Alloy 20 در برابر اسید سولفوریک در غلظت‌های بالاتر از دمای اتاق مقاوم اند.^[۵][۶]

اسید سولفوریک غلیظ دارای خاصیت اکساینده ای مانند اسید نیتریک است و در نتیجه در این محیط‌ها فولادهای زنگ‌نزن سیلیسیم دار کاربرد دارند.

هیدروکلریک اسید به هر نوع فولاد ضدزنگ آسیب می‌رساند و باید اجتناب شود.^[۷]

تمام انواع فولادهای زنگ‌نزن در برابر حمله اسید فسفریک و اسید نیتریک در دمای اتاق مقاومت می‌کنند. در غلظت‌های بالاتر و افزایش درجه حرارت حمله رخ می‌دهد و فولاد ضدزنگ آلیاژ بالاتری باید انتخاب شود.^[۸]

فولادهای ضدزنگ نوع ۳۰۴ و ۳۱۶ با هیچ‌یک از بازهای ضعیف مانند آمونیوم هیدروکسید، حتی در غلظت‌های بالا و در دماهای بالا، تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. این فولادها در معرض بازهای قوی مانند سدیم هیدروکسید در غلظت‌های بالا و درجه حرارت بالا، ممکن است به مقداری لایه برداری و ترک خوردگی دچار شوند.

افزایش درصد کروم و نیکل باعث افزایش مقاومت می‌شود.

خوردگی گالوانیک[ویرایش]

الزامات طراحی پیچیده باعث ترکیب فلزات مختلف در کنار یکدیگر می‌شود. در شرایط خاصی، این استفاده از فلزات در تماس با یکدیگر می‌تواند باعث خوردگی یکی از فلزات مورد استفاده شود. به این پدیده، خوردگی گالوانیک گفته می‌شود و در آن دو فلز مختلف یک جفت گالوانیک تشکیل می‌دهند.^[۹] در اکثر کاربردهای عملی، فولاد زنگ‌نزن پتانسیل خوردگی مثبت بیشتری دارد، در نتیجه احتمال خوردگی بیشتر در فلز جفت شده با آن می‌باشد.

مطالعات و تحقیقات بسیار زیادی در زمینه رفتار و سازگاری ترکیبات مختلف در رابطه با خوردگی گالوانیک در شرایط مختلف انجام شده‌است که شامل فولاد زنگ‌نزن نیز می‌باشد.^[۹] استاندارد DIN 50919 یکی از منابعی است که برای مطالعه رفتار خوردگی گالوانیک ترکیبات مختلف موجود است.

در حالت کلی می‌توان گفت که بین گریدهای مختلف فولادهای زنگ‌نزن در تماس با یکدیگر خوردگی گالوانیک رخ نمی‌دهد چرا که پتانسیل خوردگی آزاد هر دو جفت یکسان است.^[۹]

انواع فولادهای زنگ‌نزن[ویرایش]

پنج دسته اصلی از فولادهای زنگ‌نزن وجود دارد که عمدتاً توسط ساختار کریستالی (بلورین) آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند:

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی[ویرایش]

فولاد زنگ‌نزن آستنیتی (Austenitic) بزرگترین خانواده از فولاد زنگ‌نزن است، که حدود دو سوم از تولید فولاد ضدزنگ را به خود اختصاص می‌دهد.^[۱۰] این فولادها دارای یک میکرو ساختار آستنیتی هستند که ساختار کریستال مکعبی وسط-وجهی (Face-Centered) دارند. این ریزساختار با آلیاژ کردن با نیکل و یا منگنز و نیتروژن کافی برای حفظ ریزساختار آستنیتی در تمام دماها از ناحیهٔ کرایوژنیک تا نقطه ذوب حاصل می‌شود. از این رو فولاد زنگ‌نزن آستنیتی قابل سخت‌کاری از طریق عملیات حرارتی نیست چرا که در همه دماها دارای یک نوع ریزساختار یکسان است.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی را می‌توان به دو زیرگروه سری ۲۰۰ و سری ۳۰۰ نیز تقسیم کرد:

نزدیک به ۵۰ سال است که تلاش‌هایی برای جایگزینی نیکل موجود در فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی با منگنز صورت می‌گیرد. هدف این است که نوسانات قیمت نیکل بر روی قیمت نهایی فولاد زنگ‌نزن از بین برده شود. نتیجه این تلاش‌ها فولادهای زنگ‌نزن سری ۲۰۰ بوده‌است. این سری از فولادها حاوی نیتروژن اضافی هستند تا فاز آستنیتی را پایدارتر کرده و بتوان خواص استحکام بالای مورد نیاز برخی کاربردها را تأمین کرد. از مس نیز برای افزایش پایداری فاز آستنیتی و همچنین افزایش خواص کارسرد در این سری فولادها استفاده می‌گردد.^[۱۱]

استفاده از نیتروژن باعث شده که استحکام تسلیم سری ۲۰۰ نسبت به سری ۳۰۰ نزدیک به ۵۰٪ بیشتر باشد اما از طرفی به دلیل میزان نیکل کمتر مقاومت به خوردگی بالایی ندارند.^[۱۲] استفاده از این فولادها در اروپا و آمریکای شمالی تا انتهای قرن اخیر بسیار محدود بوده‌است.^[۱۱]

فولادهای زنگ نزن سری ۳۰۰ فولادهای آلیاژ 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.^[۱۰]

فولادهای زنگ‌نزن آهنی (Ferritic)[ویرایش]

فولاد زنگ‌نزن آهنی 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 زیر-خانواده طبقه‌بندی می‌شوند:

گریدهای با مقاومت الکتریکی بالا Fri-Cr-Al شامل این گروه‌ها نمی‌شود، زیرا آن‌ها را برای مقاومت در برابر اکسید شدن در دمای بالا طراحی کرده‌اند.

فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی[ویرایش]

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.

آن‌ها به ۴ دسته تقسیم می‌شوند (با مقداری همپوشانی):

فولاد زنگ‌نزن دوپلکس[ویرایش]

فولاد زنگ‌نزن دوپلکس دارای میکرو ساختار ترکیبی آستنیتی و فریتی است که هدف آن معمولاً تولید ترکیب ۵۰/۵۰ است، اگر چه در آلیاژهای تجاری این نسبت می‌تواند ۴۰/۶۰ باشد. آن‌ها با کروم بالا (۱۹–۳۲ درصد) و مولیبدن (تا ۵ درصد) و درصد نیکل پایین‌تر از فولاد ضدزنگ آستنیتی مشخص می‌شوند. فولاد ضدزنگ دوپلکس در مقایسه با فولاد ضدزنگ آستنیتی تقریباً دو برابر استحکام دارد. میکرو ساختار ترکیبی آن‌ها مقاومت به ترک ناشی از خوردگی توسط کلراید بیشتری نسبت به فولاد ضدزنگ آستنیتی نوع ۳۰۴ و ۳۱۶ فراهم می‌کند.خواص فولاد زنگ‌نزن دوپلکس با مقادیر آلیاژ پایین‌تر از مقادیر فولادهای گرید فوق-آستنیتی با خواص آن مشابه است و استفاده از آن برای بسیاری از کاربردهای مهندسی مقرون به صرفه‌تر است. گریدهای فولاد دوپلکس بر اساس مقدار آلیاژ و مقاومت به خوردگی آن‌ها در گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند.

فولادهای زنگ‌نزن رسوب سخت شونده[ویرایش]

فولادهای زنگ‌نزن رسوب سخت شونده مقاومت به خوردگی در حدود فولادهای آستنیتی دارند، اما می‌توان آن‌ها را توسط فرایند سخت‌کاری رسوبی (که سخت‌کاری سنی یا سخت‌کاری ذره ای نیز نامیده می‌شود) سخت‌کاری کرد. معروف‌ترین گرید آن PH 17-4 است که تقریباً ۱۷ درصد کروم و ۴ درصد نیکل دارد.

کاربرد فولادهای زنگ‌نزن[ویرایش]

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی[ویرایش]

اصلی‌ترین کاربرد آن‌ها در مخازن ذخیره مواد غذایی و بهداشتی و بیمارستانی می‌باشد. هم‌چنین این دسته از فولادهای زنگ‌نزن متریال استاندارد در ساخت تجهیزات شیمیایی و قاشق و چنگال و لوازم آشپزخانه می‌باشد.^[۲]

فولاد ۳۰۴ متداول‌ترین فولاد زنگ‌نزن مورد استفاده است.^[۱۳] از این فولاد برای انواع کاربردهای خانگی و صنعتی از قبیل تجهیزات حمل مواد غذایی و فرآوری مواد غذایی، پیچ‌ها، اجزا و قطعات ماشین آلات استفاده می‌شود. مقاومت خوب در برابر خوردگی اتمسفریک و زنگ زدگی از ویژگی‌های این فولاد است.^[۱۴] نوع کم کربن این فولاد یعنی 304L در حالت ماکزیمم فقط حاوی ۰٫۰۳٪ کربن است که باعث می‌شود از حساس شدن فولاد (رسوب کاربید در مرز دانه‌ها) در هنگام جوشکاری جلوگیری گردد و به همین دلیل اگر نیاز به جوشکاری باشد باید از نوع 304L استفاده گردد.^[۱۳]

خواص مکانیکی بهتر از فولاد ۳۰۴ و ۳۲۱ و مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به عواملی مانند اسیدهای چرب در دماهای بالا و محلول‌های ملایم اسید-سولفوریک.^[۱۴]

فولاد 316L نوعی از فولاد ۳۱۶ می‌باشد که درصد کربن آن کم می‌باشد. (حرف L در آن نماد Low carbon Content می‌باشد) فولاد ۳۱۶ نوع کم کربن یعنی 316L در برابر رسوب کاربید در مرز دانه‌ها مقاوم است^[۱۵] (sensitisation) و به همین دلیل زمانی که نیاز به جوشکاری باشد از آن استفاده می‌شود.^[۱۶]

می‌توان از آنها در جاهایی استفاده کرد که عملیات حرارتی محلول پس از انجام جوشکاری امکان‌پذیر نیست، مانند لوله‌های اصلی بخار، لوله‌های سوپرهیترهای بخار و سیستم‌های تخلیه دود موتورهای پیستونی و توربین‌های گاز که در دماهای کاری بین ۴۲۵ تا ۸۵۰ درجه سلسیوس کار می‌کنند.^[۱۴]

نوعی از فولاد ۳۰۴ است که مقاومت به خزش بالایی دارد و حداقل میزان کربن آن برای دماهای کاری تا ۸۰۰ درجه سلسیوس هوای خشک تنظیم و استانداردسازی شده‌است.^[۱۴]

برای دماهای کاری ۹۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سلسیوس هوای خشک استفاده می‌شود. استفاده از آن در دماهای ۶۰۰ تا ۹۰۰ درجه سلسیوس ممکن است باعث تردی فولاد شود. این گرید از فولاد برای کاربردهایی استفاده می‌شود که در آن هم بارگذاری‌های مکانیکی بالا و هم دماهای بالا وجود دارد. از کاربردهای متداول آن می‌توان به پایه‌های لوله‌ها در کوره‌ها، زنگوله ای بازپخت (Annealing Bell)، جعبه‌های سخت‌کاری و سمنت کاری، و دیگ‌های بازبخت (Annealing pot) اشاره کرد.^[۱۴]

به دلیل وجود درصدهای زیاد نیکل و کروم، این فولادها درجه بالاتری نسبت به ۴۸۲۸ دارند. فولاد 310S در کاربردهایی که سرمایش و گرمایش‌های متعدد و منقطع وجود دارند استفاده می‌شوند، چرا که لایه رسوب غیرفعال آن نسبت به 309S با قدرت چسبندگی بیشتری به سطح زیرین پیوند دارد. از هر دو گرید این فولادها برای ساخت سطوح فایرباکس‌ها، آسترهای داخلی کوره‌ها، دیواره‌های انحراف جریان داخل بویلرها (Baffle)، ترموول‌ها، هیترهای کابین هواپیما و آسترهای محفظه احتراق موتورهای جت استفاده می‌شود.^[۱۴]

فولادهای زنگ‌نزن آهنی (Ferritic)[ویرایش]

فولادهای ۱۱٪ کروم در ساخت اگزوز خودروها استفاده می‌شود. گریدهای ۱۷٪ کروم آن برای ساخت تجهیزات خانگی کاربرد دارد. گریدهای ۲۹٪ کروم آن مقاومت بسیار بالایی به خوردگی دارد و در آب‌های شور دریا کاربرد دارد.^[۲]

به دلیل راحتی در دسترس بودن و خواص ساخت و شکل دهی خوب آن منجمله جوشکاری راحت، از این فولاد به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. از کاربردهای دما بالای شناخته شده آن استفاده در سیستم‌های اگزوز خودروهاست که در آن دمای فلز محفظه مبدل کاتالیتیک بیشتر از ۵۵۰ درجه سلسیوس است. از این فولاد همچنین در کانال‌های اگزوز و صدا خفه کن‌های توربین‌های گاز (Silencer) استفاده می‌شود.^[۱۴]

برای مبدل‌های حرارتی، تانکرهای آب گرم، کندانسورها و اجزای کوره‌ها استفاده می‌شود.^[۱۴]

در اجاق‌های صنعتی، دمنده‌ها، سیستم‌های اگزوز، اجزای کوره‌ها، جعبه‌های بازپخت و تف سنج‌ها (پیرومترها) استفاده می‌شود.^[۱۴]

فولادهای مارتنزیتی[ویرایش]

مانند بسیاری از فولادهای ساده کربنی این فولادها در حالت کوئنچ شده و برگشت داده شده -که سختی مناسبی دارند- استفاده می‌شوند. بستگی به گرید مورد استفاده از این دسته فولادها برای ساخت تجهیزات آشپزخانه و لوازم جراحی استفاده می‌شود.^[۲]

نوعی فولاد کاربرد عمومی است که برای شیرهای صنعتی بخار، شفت پمپ‌ها، پیچ‌ها (Bolts) و اجزای مختلفی که نیاز به مقاومت خوردگی و استحکام متوسط در دماهای کاری تا ۵۰۰ درجه سلسیوس دارند.^[۱۴]

فولاد زنگ‌نزن دوپلکس[ویرایش]

معروف‌ترین گرید آن ۱٫۴۴۶۲ یا AISI 318LN با ترکیب شیمیایی ۰٫۰۲٪کربن - ۲۲٪کروم - ۵٫۵٪نیکل - ۳٪مولیبدن، می‌باشد که اصلی‌ترین کاربرد آن در ساخت تجهیزات کارخانجات کاغذ و شیمیایی و تجهیزات روی آب دریا است.^[۲]

فولاد زنگ‌نزن حساس‌شده[ویرایش]

فولاد زنگ‌نزن حساس‌شده، فولاد زنگ‌نزنی است که با فرایند گرمایی اتم‌های کروم آن از حلالیت خارج و به صورت کاربید و زیگما در مرز بین دانه‌ها (Grain Boundary) رسوب کرده‌اند.

چنانچه این فولاد در آب دریا باشد، خوردگی بین دانه‌ای در آن رخ می‌دهد.

انواع کیفیت و پرداخت سطح[ویرایش]

برای رسیدن به کیفیت و حد پرداخت استاندارد نورد به‌طور مستقیم می‌توان از غلتک‌ها و ساینده‌های مکانیکی استفاده کرد. در ابتدا فولاد برای رسیدن به ضخامت مورد نظر از داخل نورد عبور می‌کند و سپس فرایند بازپخت برای رسیدن به خواص مکانیکی مطلوب انجام می‌شود. اکسیدی که روی سطح تشکیل می‌شود (رسوب نورد) با اسیدشویی حذف می‌شود و یک لایه غیرفعال بر روی سطح ایجاد می‌شود. سپس می‌توان پرداخت نهایی را برای رسیدن به زیبایی مورد نظر اعمال کرد:

شماره ۰: نورد گرم، بازپخت شده، ورق‌های ضخیم

شماره ۱: نورد گرم، بازپخت شده و غیرفعال سازی شده

شماره 2D: نورد سرد، بازپخت شده، اسیدشویی و غیرفعال شده

شماره 2B: همانگونه که در بالا آمده‌است، به علاوه عبور از داخل غلتک‌های بسیار صیقلی

شماره 2BA: بازپخت روشن (BA یا 2R) همانگونه که در بالا ذکر شد، به علاوه تحت شرایط هوای آزاد بدون اکسیژن بازپخت روشن می‌شود

شماره ۳: از ساینده‌های درشت به صورت مکانیکی استفاده می‌شود

شماره ۴: پرداخت به وسیله برس

شماره ۵: پرداخت ساتنی (رسیدن به کیفیت سطح براقی مانند ساتن که به وسیله سمباده و ساینده متوسط بدست می‌آید)

شماره ۶: پرداخت مات (برس کشی اما صاف‌تر از شماره ۴)

شماره ۷: پرداخت منعکس کننده

شماره ۸: پرداخت آینه ای

شماره ۹: پرداخت با Bead Blast (پرتاب دانه‌های ریز شیشه ای صاف با فشار بالا به سطح)

شماره ۱۰: پرداخت حرارت رنگی، ارائه طیف گسترده‌ای از سطوح الکتروپولیشی و گرم رنگی

فولاد زنگ‌نزن در دماهای بالا[ویرایش]

از فولادهای زنگ‌نزن علاوه بر کاربردهای مقاوم در برابر خوردگی رطوبتی، در محیط‌های دما بالا که فولادهای کربنی و کم آلیاژ مقاومت به خوردگی یا استحکام مناسب ندارند نیز استفاده می‌شود.

در کاربردهای دمابالا معمولاً عوامل زیر مدنظر است:

نقش عناصر آلیاژی مختلف[ویرایش]

نقش میکرو ساختار^[۱۴][ویرایش]

نقش ریزساختار به اندازه ترکیب شیمیایی برای مقاومت در دماهای بالا چندان مهم نیست اما انتخاب صحیح آن نیز بی تأثیر نیست.

خواص مکانیکی در دمای بالا[ویرایش]

استحکام مواد در دماهای بالا مانند استحکام آن‌ها در دمای اتاق آزمایش نمی‌شود. در دماهای بالا مهم‌ترین خواص مکانیی خزش و استحکام ترکیدگی (شکست یا پارگی ناگهانی) است. در دماهای معمولی و اتاق اگر یک قطعه زیر تنش تسلیم تحت کشش قرار بگیرد می‌تواند تا بینهایت بدون تغییر باقی بماند اما در دماهای بالا این قطعه شروع به کش آمدن بدون وقفه می‌کند تا زمانی که از هم گسسته شود. سرعتی که فلز کش می‌آید را نرخ خزش می‌نامند. استحکام مکانیکی مواد در دماهای بالا را بر اساس خزش می‌سنجند یعنی توان ماده به مقاومت در برابر تغییر شکل در طول زمان در یک دمای بالا.

فولاد زنگ‌نزن در دماهای کرایوژنیک[ویرایش]

در دماهای خیلی پایین فولادهای فریتی، مارتنزیتی و دوپلکس تمایل به ترد شدن پیدا می‌کنند،^[۱۷] اما فولادهای آستنیتی استحکام خود را در دماهای پایین حفظ می‌کنند. فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی را می‌توان «فولادهای کرایوژنیک» طبقه‌بندی کرد.^[۱۷]

از میان فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی برخی به صورت گسترده‌ای در تجهیزاتی که در دماهای زیر صفر کار می‌کنند استفاده می‌شوند. این دماها می‌تواند حتی به دمای جوش هلیوم یعنی منفی ۲۶۹ درجه سلسیوس نیز برسد.^[۱۸]

پرکاربردترین فولادهای زنگ‌نزن در کاربردهای کرایوژنیک (دماهای مادون سرد) فولادهای ساخته شده (wrought steels) آستنیتی ۳۰۴ و 304L هستند، در حالیکه استفاده از فولادهای ۳۱۶ یا 316L و ۳۲۱ و ۳۴۷ نیز در صورت در دسترس بودن متداول است. برای کاربرد در دماهای زیر ۲۰۰ درجه سلسیوس معمولاً از انواع پایدار-نشده (non-stabilized) استفاده می‌شود.^[۱۸]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

منبع مطلب : fa.wikipedia.org

مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.