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] .
نفوذ پذیری مغناطیسی برخی از گریدهای فولادهای زنگ نزن آستنیتی
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] .
ارقام جهانی تولید فولاد زنگ نزن در سالهای مختلف
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
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.” .