فولادهای زنگ نزن یا فولادهای ضد زنگ ( Stainless steels ) گروهی از فولادهای آلیاژی هستند که مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی عالی دارند .

فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) حاوی حداقل ۱۰/۵ درصد کروم هستند و فقط تعداد کمی از این فولادها بیشتر از ۳۰ درصد کروم یا کمتر از ۵۰ درصد آهن دارند .

خاصیت زنگ نزن یا ضد زنگ این فولادها ناشی از تشکیل یک لایه‌ی سطحی اکسیدی غنی از کروم ( چسبنده و نامرئی ) است . این اکسیدها در حضور اکسیژن بصورت خودبخودی تشکیل می‌شوند . برای بهبود سایر خواص فولادهای زنگ نزن ، عناصر دیگر مانند نیکل ، مولیبدن ، مس ، تیتانیم ، آلومینیوم ، سیلیسیم ، نیوبیوم ، نیتروژن ، گوگرد و سلنیم به آن‌ها افزوده می‌شود . کربن معمولا در محدوده کمتر از ۰/۰۳ درصد و بالاتر از ۱/۰ درصد در گریدهای مارتنزیتی خاص وجود دارد .

انتخاب فولادهای زنگ نزن می‌تواند بر اساس مواردی همچون مقاومت به خوردگی ، مشخصات ساخت ، قابلیت دسترسی ، خواص مکانیکی در محدوده دمایی ویژه و هزینه محصول صورت گیرد . با این حال مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی معمولا مهمترین فاکتور در انتخاب گرید‌ها در یک کاربرد خاص است [۱] .

انواع فولادهای زنگ نزن

این فولادها انواع مختلفی دارند که عبارتند از :

• فولاد زنگ نزن آستنیتی با درصد نیکل کم سری‌های ۲۰۰

( Austenitic stainless steel with low nickel 2xx series )

• فولاد زنگ نزن آستنیتی سری‌های ۳۰۰ ( Austenitic stainless steel 3xx series )

• فولاد زنگ نزن فریتی سری‌های ۴۰۰ ( Ferritic stainless steel 4xx series )

• فولاد زنگ نزن دوبلکس ، دابلکس ، دوپلکس ، داپلکس ( Duplex stainless steel )

• ، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی سری‌های ۴۰۰ ( Martensitic stainless steels 4xx series )

• فولادهای زنگ نزن پیرسختی شده سری‌های ۶۰۰

( Precipitation strengthening stainless steels 6xx ( xx-x PH ) )

• فولادهای ابزار ( Tool steels )

• فولادهای مقاوم به حرارت ( دمای بالا ) ( Heat – resistant steels )

• فولادهای مقاوم به سایش ( ضد سایش ) ( Wear-resistant steels ( Austenitic manganese steels ) )

• فولادهای با استحکام فوق‌العاده بالا ( Ultrahigh-strength steel , Maraging steel ) .

خواص فولادهای زنگ نزن

مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن

بر خلاف فولادهای ساده کربنی ، فولادهای زنگ نزن هنگامی که در معرض محیط‌های مرطوب قرار بگیرند ، دچار خوردگی یکنواخت نمی‌شوند . فولاد ساده کربنی هنگامی که در معرض ترکیبی از هوا و رطوبت قرار بگیرد ، به راحتی زنگ می‌زند . لایه سطحی اکسید آهن ایجاد شده ، متخلخل و شکننده است . علاوه بر این ، از آنجا که اکسید آهن حجم بیشتری از فولاد اصلی را اشغال می‌کند ، این لایه منبسط شده و تمایل به پوسته پوسته شدن و از بین رفتن دارد و فولاد زیرین را در معرض حمله بیشتر قرار می‌دهد . در عوض ، فولادهای زنگ نزن دارای مقادیر کافی از کروم هستند تا بتوانند واکنش‌ها و انفعالات را تحمل کنند .

در اثر واکنش فولاد زنگ نزن با اکسیژن موجود در هوا و حتی مقدار اندکی از اکسیژن محلول در آب ، یک فیلم میکروسکوپی خنثی و نازکی از اکسید کروم در سطح تشکیل می‌شود . این فیلم غیر فعال ( Passive ) از گسترش خوردگی جلوگیری می‌کند . این امر باعث انسداد نفوذ اکسیژن به سطح فولاد شده و در نتیجه مانع گسترش خوردگی به درون بالک ماده می‌شود . این فیلم در هر شرایطی تمایل به خود ترمیم شوندگی دارد ؛ حتی اگر خراشیده شود یا موقتا در یک محیط نامناسب ( که میزان خوردگی آن بالاتر از مقاومت به خوردگی ذاتی آن گرید است ) قرار گیرد [۳] .

مقاومت این فیلم در برابر خوردگی به ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن ، مخصوصا محتوای کروم در آن‌ها بستگی دارد . اشکال خوردگی عبارتند از : خوردگی یکنواخت ( Uniform ) ، خوردگی موضعی ( حفره‌ای ) ( Localized ( Pitting ) ) ، خوردگی گالوانیک  ( Galvanic )و خوردگی SCC ( ترک ناشی از خوردگی تنشی ) . هر یک از این اشکال خوردگی زمانی رخ خواهد داد که گرید فولاد زنگ نزن برای محیط کار مناسب نباشد [۳] .

خواص خوردگی فولادهای زنگ نزن در محیط‌های مختلف

خواص خوردگی این فولادها در محیط‌های مختلف در جدول زیر ارائه شده است [۲] .

خواص خوردگی فولادهای زنگ نزن در محیط‌های مختلف [۲] .

• 

خواص الکتریکی و مغناطیسی فولادهای زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن ( مانند سایر فولادها ) رسانایی الکتریکی نسبتا ضعیفی دارند . رسانایی الکتریکی آن‌ها بطور قابل توجهی پایین‌تر از مس است . مقاومت تماس الکتریکی ( ECR ) ایجاد شده در فولاد زنگ نزن ، بدلیل حضور لایه اکسیدی محافظ در آن است . این مقاومت عملکرد فولاد‌ را در اتصالات الکتریکی کاهش می‌دهد . اتصالات پوشش داده شده با آلیاژهای مس و نیکل ECR کمتری دارند و برای کاربردهای الکتریکی ترجیح داده می‌شوند .  با این حال ، اتصالات فولاد زنگ نزن در شرایطی که بهECR  پایین‌تر و مقاومت به خوردگی بالا نیاز باشد ( مانند محیط‌های دما بالا و اکسید کننده ) ، مورد استفاده قرار می‌گیرند [۳] .

خواص مغناطیسی فولادهای زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و فریتی خاصیت مغناطیسی دارند [۳] .

فولاد فریتی که متشکل از کریستال‌های فریت است ، نوعی آهن با حداکثر ۰۲۵/۰ درصد کربن است . بدلیل ساختار کریستالی مکعبی این فولادها ( یک اتم آهن در چهار گوشه و یک اتم در مرکز ) ، مقدار اندکی کربن در آن‌ها وجود دارد . اتم مرکزی در این فولادها ، باعث ایجاد خاصیت مغناطیسی در آن‌ها می‌شود . گریدهایی از این فولاد با میدان فشار کم Hc ، در شیرهای الکتریکی بکار رفته در لوازم خانگی و سیستم‌های تزریق در موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده قرار می‌گیرد [۳] .

فولادهای زنگ نزن آستنیتی آنیل شده معمولا غیر مغناطیسی هستند ، اما در اثر کار سخت شدن ( توسط کار سرد ) خاصیت مغناطیسی اندکی در آن‌ها ایجاد می‌شود . در برخی مواقع ، اگر فولاد آستنیتی خم یا بریده شود ، بدلیل بازآرایی ساختار بلوری ، در امتداد لبه‌ی آن خاصیت مغناطیسی ایجاد می‌شود [۳] .

نفوذ پذیری مغناطیسی برخی از گریدهای فولاد زنگ نزن آستنیتی بعد از ۲ ساعت آنیل در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی گراد در جدول زیر ارائه شده است [۳] .

نفوذ پذیری مغناطیسی برخی از گریدهای فولادهای زنگ نزن آستنیتی [۳] .

• 

جوش سرد Galling در فولادهای زنگ نزن

جوش سرد یک نوع سایش چسبان شدید است که هنگامی رخ می‌دهد که سطح دو فلز در حرکت نسبی با یکدیگر و تحت فشار شدید باشند . بست‌های فولاد زنگ نزن آستنیتی معمولا در معرض جوش سرد شیاری قرار دارند . با بکار بردن مواد غیر مشابه ( برنز در برابر فولاد زنگ نزن ) یا استفاده از فولادهای زنگ نزن مختلف ( مارتنزیتی در برابر آستنیتی ) می‌توان این مورد بین دو سطح را کاهش داد .  علاوه بر این ، بوسیله روغنکاری اتصالات رزوه‌ای می‌توان بین دو سطح ، یک فیلم ایجاد کرد و از جوش خوردگی آن‌ها جلوگیری کرد . فولاد زنگ نزن Nitronic 60 ، که توسط عناصر آلیاژی منتخب از جمله منگنز ، سیلیسیم و نیتروژن ساخته شده است ، تمایل کمتری به این مورد از خود نشان می‌دهد [۳] .

فرآیندهای اتصال در فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) بسیار گسترده است ، اما متداول‌ترین فرآیند ، فرآیند جوشکاری و چسب کاری است [۳] . در ادامه توضیحات مختصری در خصوص اتصالات فولاد زنگ نزن توسط جوشکاری ارائه شده است.

جوشکاری فولادهای زنگ نزن

فولاد زنگ نزن آستنیتی توسط قوس الکتریکی ، به فلزات پایه‌ای که خواص جوشکاری مشابهی با آن‌ها دارند ، ( به آسانی ) جوش داده می‌شوند . فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی را هم می‌توان بوسیله قوس الکتریکی جوش داد ؛ اما چون در هنگام سرد شدن ، در منطقه متاثر از حرارت  ( Heat-Affected Zone ( HAZ ) )و منطقه ذوب ( Fusion Zone ( FZ ) )  قطعه مارتنزیت تشکیل می‌شود ، برای جلوگیری از ترک خوردگی جوش باید اقدامات احتیاطی صورت گیرد . عملیات حرارتی بعد از جوشکاری تقریبا همیشه مورد نیاز است ؛ اما در برخی از موارد پیش گرم کردن قبل از جوشکاری نیز ضروری است [۳] .

جوشکاری قوس الکتریکی فولادهای زنگ نزن فریتی ۴۳۰ منجر به رشد دانه در منطقه متاثر از حرارت ( HAZ )  می‌شود ؛ در نتیجه شکنندگی و تردی در قطعه افزایش می‌یابد . این مشکل در گریدهای فریتی پایدار شده ، که در آن‌ها عناصر نیوبیوم ، تیتانیوم و زیرکونیوم رسوباتی را تشکیل می‌دهند که از رشد دانه جلوگیری می‌کند ، تا حد زیادی برطرف شده است . جوشکاری فولاد زنگ نزن دوبلکس توسط قوس الکتریکی رایج بوده اما به کنترل دقیق پارامترهای فرآیند نیاز دارد . در غیر این صورت ، فازهای بین فلزی نامطلوب رسوب کرده و باعث کاهش چقرمگی در محل جوش می‌شود [۳] .

اتصال توسط چسب در فولادهای زنگ نزن

اتصالات در فولاد زنگ نزن می‌تواند با چسب‌هایی مانند سیلیکون ، پلیمرهای اصلاح شده با سیلیل و اپوکسی‌ها انجام شود . در برخی موارد نیز از چسب‌های اکریلیک و پلی اورتان استفاده می‌شود [۳] .

فرآیند تولید فولادهای زنگ نزن

اکثر فرآیندهای تولید فولاد زنگ نزن در جهان به شرح زیر است [۳] :

• کوره قوس الکتریکی ( Electric arc furnace ( EAF ) ) : قراضه‌های فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) ، سایر قراضه‌های آهنی و آلیاژهای آهنی ( Fe – Cr , Fe – Ni , Fe – Mo , Fe – Si ) با هم ذوب می‌شوند ؛ سپس این فلزات مذاب در بوته یا پاتیل ریخته شده و به ظرف AOD منتقل می‌شوند .

کربن زدایی اکسیژن آرگون  ( Argon oxygen decarburization ( AOD ) ) فرآیندی است که در ساخت فولادهای زنگ نزن و سایر آلیاژهایی که دارای عناصر قابل اکسید مانند کروم و آلومینیوم هستند ، استفاده می‌شود.

 پس از ذوب اولیه ، فلز به ظرف AOD ، که در آن سه مرحله کربن زدایی ( Decarburization ) ، کاهش ( Reduction )  و گوگرد زدایی ( Desulfurization ) انجام می‌شود ، منتقل می‌شود . در این فرآیند مخلوطی از گازهای آرگون و اکسیژن به فولاد مذاب تزریق می‌شود . با تغییر نسبت اکسیژن و آرگون امکان حذف کربن در فولاد وجود دارد .

• فرآیند کربن زدایی اکسیژن آرگون ( Argon oxygen decarburization ( AOD ) ) : کربن موجود در فولاد مذاب با تبدیل شدن به گاز مونوکسید کربن حذف می‌شود . همچنین در این فرآیند ، اصلاحات شیمیایی دیگری برای دستیابی به ترکیب شیمیایی انواع فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) ( مورد نظر ) انجام می‌شود .
• ریخته گری پیوسته ( CC ) : برای تولید محصولات تخت و مسطح ، فلز مذاب به شکل تختال ( Slab ) و شمشه ( Bloom ) جامد می‌شود .
• نورد گرم ( HR )  : تختال‌ها و شمشه‌های فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) مجددا در کوره گرم شده و تحت نورد گرم قرار می‌گیرند .
• پرداختکاری سرد ( CF ) : این فرآیند به نوع محصول نهایی بستگی دارد . بعنوان مثال سیم پیچ‌های استیل های زنگ نزن که تحت نورد گرم بودند ، در محلول اسیدی غوطه ور شده تا پوسته‌های اکسیدی روی سطح آن‌ها از بین برود . سپس مجددا تحت نورد سرد قرار گرفته و در یک اتمسفر حفاظت شده ( تا زمانی که ضخامت و پرداختکاری مطلوب حاصل شود ) آنیل می‌شوند . عملیات بعدی مانند برش و تشکیل لوله با تجهیزات مربوطه انجام می‌شود . همچنین میله‌های نورد گرم صاف و سپس ماشینکاری شده تا پرداخت سطحی و تلورانس مطلوب در آن‌ها حاصل شود .

میزان تولید فولادهای زنگ نزن

ارقام جهانی تولید فولاد زنگ نزن در سال‌های اخیر توسط مجمع بین‌المللی فولاد زنگ نزن ( International Stainless Steel Forum ) منتشر و در جدول زیر ارائه شده است [۳] .

ارقام جهانی تولید فولاد زنگ نزن در سال‌های مختلف [۳] .

• 

تفکیک تولیدات خانواده‌ فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) در سال ۲۰۱۷ [۳] :

فولاد زنگ نزن آستنیتی کروم – نیکل ( سری ۳۰۰ هم نامیده می‌شود ) : ۵۴ درصد .

فولاد زنگ نزن آستنیتی کروم – منگنز ( سری ۲۰۰ هم نامیده می‌شود ) : ۲۱ درصد .

فولاد زنگ نزن مارتنزیتی و فریتی ( سری ۴۰۰ هم نامیده می‌شود ) : ۲۳ درصد .

کاربردهای فولادهای زنگ نزن

کاربرد استیل های ضد زنگ در معماری

استفاده از فولاد زنگ نزن در ساختمان‌ها می‌تواند هم جنبه کاربردی و هم جنبه زیبایی داشته باشد . این فولادها در بسیاری از ساختمان‌های دنیا استفاده شده‌اند و بدلیل ماندگاری آن‌ها بسیاری از این ساختمان‌ها ظاهر خود را حفظ کرده‌اند . از استیلهای زنگ نزن ( Stainless steels ) در ساخت و ساز ساختمان‌های مدرن مانند نمای خارجی برج‌های دوقلوی پتروناس و ساختمان جین مائو استفاده شده است .

مجلس پارلمان استرالیا در کانبرا یک میله پرچم از جنس فولاد زنگ نزن با وزن بالاتر از ۲۲۰ تن دارد . بزرگترین ساختمان فولاد زنگ نزن در آمریکای شمالی ساختمان هوادهی در تاسیسات کمپوست کمپانی ادمونتون است . علاوه بر موارد ذکر شده در بسیاری از ساخت و سازهای دنیا از فولاد زنگ نزن استفاده شده است [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در هنر و بناهای تاریخی

آمریکا

دروازه ابر که توسط آنیش کاپور ساخته شده است ( شیکاکو ، ایالات متحده ) . طاق دروازه بطور کامل از فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) ( 304 ) پوشیده شده است ( سنت لوئیس ، ایالات متحده ) . مجسمه باشکوه مسیح که ساخت آن از سال ۲۰۰۷ آغاز و در سال ۲۰۱۱ خاتمه یافت ( ایالت چیاپاس در جنوب کشور مکزیک ) . Metamorphosis اثر داوید چرنی (David Černỳ ) ساخته شده در سال ۲۰۱۱ ( شارلوت ، ایالات متحده ) . یونیسفر ، ساخته شده بعنوان نماد نمایشگاه جهانی نیویورک ۱۹۶۴ ، که از فولادهای زنگ نزن ۳۰۴L کروی با قطر ۳۷ متر ساخته شده است ( شهر نیویورک ، ایالات متحده ) . یادبود نیروی هوایی ایالات متحده که دارای روکشی از فولاد زنگ نزن آستنیتی است ( آرلینگتون ، ایالات متحده ) [۳] .

آسیا

Blossom pavilion اثر ژان وانگ ( Zhan Wang ) ساخته شده در سال ۲۰۱۵ ( شانگهای چین ) [۳] .

اروپا

روکش آلومینیومی کره‌ها و لوله‌های Atomium با روکشی از فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) در سال ۲۰۰۶ بازسازی شد ( بروکسل ، بلژیک ) . یادبود Juraj Jánošík ( اسلواکی ) . La danse de la fontaine émergente اثر چن ژن که در سال ۲۰۰۸ ساخته شده است ( پاریس ، فرانسه ) . مجسمه مرد فولادی  ( The Steel Man )که در حال حاضر در حال ساخت است ( روترهام انگلیس ) . مجسمه یادبود سیبلیوس که کاملا از لوله‌های فولاد زنگ نزن ساخته شده است ( هلسینکی فنلاند ) . مسافر خورشید ( Sun Voyager ) اثر گونار آرناسون ( Gunnar Arnason ) با ابعاد ۹ متر × ۱۸ متر × ۷ متر که در سال ۱۹۹۰ ساخته شده است ( ریکیاویک ، ایسلند ) . Big Elk اثر لیندا باکه ( Linda Bakke ) در نروژ . Kelpies  ( فالکرک ، اسکاتلند ) [۳] .

شکل زیر برخی از کاربردهای فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) را در بناها و مجسمه‌های دنیا نشان می‌دهد [۳] .

• 

برخی از کاربردهای فولاد زنگ نزن در بناهای موجود در جهان [۳] .

کاربرد فولادهای ضد زنگ در آب

بدلیل مقاومت به خوردگی عالی فولادهای زنگ نزن ، استفاده از این فولادها در کاربردهایی که در تماس با آب هستند ، سابقه طولانی دارد . برخی از این کاربردها شامل لوله کشی ، آب آشامیدنی ، تصفیه فاضلاب ، نمک زدایی و تصفیه آب شور است . فولاد زنگ نزن ۳۰۴ و ۳۱۶ مواد استانداردی برای ساخت و سازهای در تماس با آب هستند . با این حال ، با افزایش محتوی کلرید ، فولاد زنگ نزن با درصد آلیاژ بالاتر مانند ۲۲۰۵ و فولادهای ضد زنگ فوق آستنیتی و فوق دوپلکس استفاده می‌شوند . ملاحضات مهم برای دستیابی به عملکرد خوردگی بهینه شامل موارد زیر است [۳] :

• انتخاب گرید مناسب با محتوای کلرید آب
• جلوگیری از ایجاد شکاف ( در صورت امکان ) با طراحی خوب
• پایبندی به روش‌های ساخت خوب
• زهکشی سریع پس از هیدروتستینگ ( Hydrotesting )

استفاده از لوله‌های فولاد زنگ نزن به کاهش هدر رفت آب در توکیو ، سئول و تایپه کمک کرده است [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در خمیر کاغذ ، کاغذ و تبدیل زیست توده

استیل ضد زنگ بدلیل مقاومت به خوردگی بالا در برابر مواد شیمیایی مختلف بکار رفته در فرآیند کاغذ سازی ، بطور گسترده در صنعت کاغذ و خمیر کاغذ ، به منظور جلوگیری از آلودگی آهن به محصول ، استفاده می‌شود . بعنوان مثال فولادهای زنگ نزن دوپلکس در هضم کننده‌ها برای تبدیل تراشه‌های چوب به خمیر چوب استفاده می‌شود . از سوپر آستنیت‌ها حاوی ۶ درصد مولیبدن در دستگاه سفید کننده و از نوع ۳۱۶ نیز در دستگاه کاغذ بطور گسترده استفاده می‌شود [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در فرآیندهای پتروشیمیایی و شیمیایی

فولادهای زنگ نزن بدلیل مقاومت به خوردگی بالا در محیط‌های آبی ، گازی و دما بالا و بدلیل خواص مکانیکی مطلوب در همه دماها و سایر خصوصیات فیزیکی ویژه بطور گسترده در صنایع پتروشیمی و شیمیایی استفاده می‌شوند [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در غذا و نوشیدنی

فولاد زنگ نزن آستنیتی ( سری ۳۰۰ ) ، مخصوصا ۳۰۴ و ۳۱۶ ، ماده منتخب در صنعت غذا و نوشیدنی است ، اگر چه که فولادهای مارتنزیتی و فریتی ( سری ۴۰۰ ) هم برای این کاربرد استفاده می‌شوند . فولادهای ضد زنگ بدلیل اینکه تاثیری بر طعم محصول ندارند و به آسانی تمیز و استریل می‌شوند ( تا از ایجاد آلودگی‌ باکتریایی در غذاها جلوگیری کند ) و بدلیل دوام بالایی که دارند در صنایع غذا و نوشیدنی بسیار پر کاربرد هستند [۳] .

فولادهای زنگ نزن در صنایع غذا و آشامیدنی بطور گسترده در ظروف پخت و پز ، پردازش مواد غذایی تجاری ، آشپزخانه‌های تجاری ، تهیه آبجو ، مشروب سازی و فرآوری گوشت استفاده می‌شود [۳] .

برای جلوگیری از خوردگی حفره‌ای توسط کلرید در غذاهای اسیدی با نمک بالا ، مانند سس گوجه فرنگی ، و چاشنی‌هایی با نمک بسیار بالا ، مانند سس سویا ، ممکن است به فولادهایی با درصد آلیاژ بالاتر نیاز باشد ( مثلا سوپر آستنیت حاوی ۶ درصد مولیبدن ) [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در وسایل نقلیه

اتومبیل‌ها

شرکت Allegheny Ludlum با همکاری Ford ، از دهه ۱۹۳۰ تا ۱۹۷۰ ، بر روی اتومبیل‌های مختلف با بدنه‌هایی از استیل های زنگ نزن فعالیت کرده است . کادیلاک الدورادو بروگام ( Cadillac Eldorado Brougham ) 1957 و ۱۹۵۸ ، سقفی از جنس فولاد زنگ نزن داشت . در سال ۱۹۸۱ و ۱۹۸۲ ، اتومبیل تولیدی DMC DeLorean از فولاد زنگ نزن ۳۰۴ در قطعات بدنه استفاده کرد . در ساخت اتوبوس‌های بین شهری ( که توسط صنایع اتوبوس‌های مسافربری تولید می‌شوند ) تا حدی از استینلس استیل استفاده شده است . صفحات بدنه پشتی مدل پورشه کیمن ( Porsche Cayman ) از فولاد زنگ نزن ساخته شده است . بدلیل انحناها و زوایای زیاد کیمن ، در نمونه سازی اولیه بدنه مشخص شد که فولاد معمولی بدلیل ترک خوردگی برای این منظور مناسب نیست . بنابراین پورشه مجبور به استفاده از فولاد زنگ نزن شد [۳] .

بیشترین استفاده استیل ضد زنگ در اتومبیل ، خطوط اگزوز است . از الزامات حفاظت از محیط زیست ، استفاده از فولادهای زنگ نزن فریتی با هدف کاهش آلودگی و سر و صدا در ماشین‌ها ، است . این فولادها در کاربردهای کلکتور ( collector ) ، لوله ، صدا خفه کن ، مبدل کاتالیزوری و لوله اگزوز استفاده می‌شوند .

گریدهای مقاوم به حرارت این فولادها مانند EN1.4913  یا EN1.4923 در بخش‌هایی از توربو شارژرها استفاده می‌شود ، در حالی که سایر گریدهای مقاوم به حرارت برای چرخش مجدد گاز و دریچه‌های ورودی و خروجی اگزور استفاده می‌شوند . علاوه بر این ، سیستم‌های تزریق ریلی مشترک و انژکتورهای آن‌ها به فولادهای زنگ نزن متکی هستند . ثابت شده است که فولاد زنگ نزن بهترین انتخاب برای کاربردهای مختلف مانند تیغه‌های برف پاک کن ، فنرها ، بست‌ها و غیره است . برخی از تولید کنندگان خودرو از فولاد زنگ نزن بعنوان هایلایت‌های تزئینی در وسایل نقلیه خود استفاده می‌کنند [۳] .

قطارهای سبک شهری

در حال حاضر از فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) بعنوان یک ماده در تراموا ( واگن برقی ) به همراه آلیاژهای آلومینیوم و فولاد ساده کربنی استفاده می‌شود . برای این منظور ، گریدهای دوپلکس بدلیل مقاومت به خوردگی و استحکام بالاتر ارجحیت دارند [۳] .

قطارهای مسافربری

بدلیل افزایش استحکام در قطارها ، معمولا در ساخت آن‌ها از صفحاتی از فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) دارای اعوجاج استفاده می‌شود . استفاده از فولاد زنگ نزن در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ محبوبیت ویژه‌ای داشت ؛ اما از آن زمان تاکنون محبوبیت آن کاهش یافته است . یکی از نمونه‌های قابل توجه ، Pioneer Zephyr بود . بسیاری از واگن‌های ریلی در ایالات متحده هنوز با فولاد زنگ نزن تولید می‌شوند . در هند نیز ، جایی که زیرساخت‌های راه آهن در حال توسعه است ، واگن‌های ریلی جدید فولاد زنگ نزن در حال استفاده هستند . علاوه بر این ، آفریقای جنوبی در حال راه اندازی واگن‌های ریلی فولاد زنگ نزن است [۳] .

هواپیما

دو هواپیمای Budd شامل Budd BB-1 Pioneer و Budd RB-1 Conestoga  از لوله‌ها و ورق‌های فولاد زنگ نزن ساخته شده‌ است . RB-2 نیز تقریبا از فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) ساخته شده است ( بجز سطوح کنترل ) . هواپیمای دوزیستی Fleetwings Sea Bird آمریکایی در سال ۱۹۳۶ با استفاده از بدنه‌ای از جنس فولاد زنگ نزن ( دارای جوش نقطه‌ای ) ساخته شده است . شرکت هواپیمایی بریستول ( Bristol ) هواپیمای تحقیقاتی پر سرعت Bristol 188 را ، که اولین بار در سال ۱۹۶۳ پرواز کرد ، کاملا از فولاد زنگ نزن ( بدلیل پایداری حرارتی ) ساخت . علاوه بر این ، در ساختار خارجی هواپیمای بمب افکن آمریکایی XB70 Valkyrie بدلیل گرمای بیش از حد زیاد در سرعت بالا ، از فولاد زنگ نزن استفاده شده است [۳] .

فضاپیما

فولادهای زنگ نزن در فضاپیماها کاربرد دارند . در تانک‌های سوخت موشک‌های اولیه اطلس از فولاد زنگ نزن استفاده می‌شد . روکش خارجی ماژول‌ها و خرپاهای ایستگاه فضایی بین‌المللی از آلیاژهای فولاد زنگ نزن ساخته شده است . در اجزای سیستم پرتاب فضایی آینده و پوسته ساختاری SpaceX Starship که به ترتیب دومین و سومین موشک خواهند بود ، از فولاد زنگ نزن استفاده می‌شود ( نیاز به منبع بهتر ) [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در پزشکی

بدلیل دوام و قابلیت استریل در اتوکلاو فولادهای زنگ نزن ، از آن‌ها در ساخت ابزارهای جراحی و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود . علاوه بر این ، ایمپلنت‌های جراحی مانند تقویت کننده‌ها و جایگزین کننده‌های استخوان با آلیاژهای خاصی ( که با هدف مقاومت به خوردگی ، سایش مکانیکی و واکنش بیولوژیکی فرموله شده‌اند ) ساخته می‌شوند [۳] .

فولادهای زنگ نزن کاربردهای متنوعی در دندانپزشکی دارند . این ماده در بسیاری از ابزارهایی که نیاز به استریل کردن دارند قابل استفاده است . مثال‌هایی از این ابزارها شامل سوزن‌ها ، قطعات فلزی در ریشه دندان ، سیم‌های قوس دار و براکت‌ها در ارتودنسی و غیره هستند . آلیاژهای فولاد زنگ نزن جراحی ( مانند فولاد کم کربن  316 ) نیز در برخی از ایمپلنت‌های اولیه دندان استفاده می‌شود [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در انرژی

فولادهای زنگ نزن بطور گسترده در همه انواع نیروگاه‌های هسته‌ای و خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند . این ماده اغلب بعنوان تقویت کننده مکانیکی در واحدهای تولید برق ، زمانی که نیاز به مایعات و گازها باشد ، مورد استفاده قرار می‌گیرد ( مانند فیلترها در خنک کردن آب یا تصفیه گازهای داغ ) . فولاد زنگ نزن در الکترولیزرها ( غشاهای تبادل پروتون و الکترولیزرهای اکسیدی جامد ) کاربرد دارد . الکترولیز آب باعث تبدیل انرژی الکتریکی به گاز هیدروژن می‌شود . از طرف دیگر ، فولاد زنگ نزن در پیل‌های سوختی که واکنشی متضاد دارند ، استفاده می‌شود . در پیل‌های سوختی ، هیدروژن و اکسیژن برای تولید آب و انرژی الکتریکی با هم ترکیب می‌شوند [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در آشپزخانه

فولادهای زنگ نزن بدلیل سختی ، دوام ، مقاومت در برابر حرارت و سهولت نظافت اغلب در سینک‌های آشپزخانه مورد استفاده قرار می‌گیرد . در برخی موارد نیز فولاد ضد زنگ نویزهای صوتی را کنترل می‌کند و ارتعاشات را کاهش می‌دهد . این مواد همچنین بعنوان روکش در سطوحی مانند لوازم و کاشی کاری‌های آشپزخانه مورد استفاده قرار می‌گیرد . وسایل آشپزی و قنادی ممکن است با فولاد ضد زنگ روکش داده شوند تا قابلیت تمیزکاری و دوام آن‌ها را در ابزارهای پخت و پز القایی ( که نیاز به یک گرید مغناطیسی فولاد زنگ نزن مانند ۴۳۲ نیاز دارد ) افزایش دهد .

از آنجا که فولادهای زنگ نزن رسانایی حرارتی ضعیفی دارند ، اغلب از آن‌ها بعنوان روکش سطحی نازک بر روی هسته مس یا آلومینیوم ( که گرما را با سرعت بیشتری هدایت می‌کند ) استفاده می‌شود . بدلیل سهولت در تمیز کاری ، سمیت ناچیز و توانایی جلوگیری از طعم دادن به غذا در فولاد زنگ نزن ، از آن در ساخت کارد و چنگال استفاده می‌شود [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در جواهرسازی

از فولادهای زنگ نزن ۳۱۶L در ساخت جواهرات و ساعت استفاده می‌شود . اکسید کردن فولاد زنگ نزن به آن رنگ‌های درخشانی می‌بخشد که می‌تواند در کاربردهایی که نیاز به جلوه‌های رنگی دارند ، مورد استفاده قرار گیرد . از وانادیم ، فولاد زنگ نزن و آلیاژ ۱۲ درصد نیکل در ساخت حلقه‌های نظامی و گروهی استفاده می‌شود [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در اسلحه گرم

برخی از سلاح‌های گرم دارای اجزای فولاد زنگ نزن بعنوان جایگزینی برای فولاد آبی ( Blued ) یا پارکرایزینگ ( Parkerized ) هستند . برخی از مدل‌های تپانچه مانند Smith & Wesson Model 60 و Colt M1911 کاملا از فولادهای زنگ نزن ساخته می‌شوند . این امر می‌تواند جلای ظاهری بالایی ، مشابه آبکاری نیکل ، ایجاد کند . در هنگام استفاده از فولاد زنگ نزن ( برخلاف آبکاری ) قطعات در معرض پوسته پوسته شدن ، لایه برداری ، سایش در اثر مالش یا زنگ زدگی در هنگام خراشیدن نیستند [۳] .

کاربرد فولادهای زنگ نزن در چاپ سه بعدی

برخی از ارائه دهندگان پرینترهای سه بعدی ، فولاد زنگ نزن اختصاصی را برای استفاده در نمونه سازی سریع تولید کرده‌اند . یکی از گریدهای محبوب استیل های ضد زنگ که در چاپ سه بعدی استفاده می شود ، فولاد زنگ نزن ۳۱۶L  است . بدلیل گرادیان درجه حرارت بالا و سرعت سریع انجماد ، محصولات فولاد زنگ نزنی که از طریق پرینتر سه بعدی ساخته می‌شوند ، ریزساختار ریزتری دارند ؛ این امر منجر به خواص مکانیکی بهتر در آن‌ها می‌شود [۳] .

تاثیر فولادهای زنگ نزن ( Stainless steels ) در سلامتی

جوشکاری

تحقیقات موجود نشان می‌دهد که احتمال افزایش سرطان ( به ویژه سرطان ریه ) در اثر استنشاق بخارات تولید شده در هنگام جوشکاری فولاد زنگ نزن وجود دارد . جوشکاری فولادهای زنگ نزن باعث ایجاد بخارات سرطان‌زا از اکسیدهای کادمیوم ، نیکل و کروم می‌شود . بر طبق تحقیقات شورای سرطان استرالیا ( Cancer Council Australia ) در سال ۲۰۱۷ ، تمام بخارات تولید شده در حین جوشکاری ، بعنوان ماده سرطان‌زای گروه ۱ طبقه‌بندی می‌شوند [۳] .

پخت و پز

بطور کلی فولادهای زنگ نزن از نظر بیولوژیکی خنثی تلقی می‌شوند . با این حال ، در ظروف فولاد زنگ نزن جدید ، در حین پخت و پز مقادیر اندکی از نیکل و کروم به داخل غذاهایی با خاصیت اسیدی بالا وارد می‌شود . نیکل می‌تواند در احتمال ابتلا به سرطان – به ویژه سرطان ریه و سرطان بینی نقش داشته باشد . اما تاکنون ، هیچ ارتباطی بین ظروف فولادی زنگ نزن و سرطان گزارش نشده است [۳] .

فولادهای ضد زنگ فولادهایی هستند که عمدتا حاوی مقادیر بالایی از کروم ( حداقل ۵/۱۰ درصد ) هستند . این فولادها مقاومت به خوردگی بالایی دارند و در کاربردهای مختلف قابل استفاده هستند .

منابع

[۱]         “https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=kts&NM=65.” .

[۲]      کاویانی‌نژاد، فریدون, انتخاب مواد و طراحی برای مهندسین مواد- مکانیک- شیمی. موسسه آموزشی و تحقیقاتی صنایع دفاعی.

[۳]         “https://en.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel.” .