فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰  ( Ferritic stainless steels ۴xx series ) گروهی از فولادهای زنگ نزن است که خواص مغناطیسی و قابلیت جوشکاری مطلوبی دارند .

فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰ از همان ابتدا کشف شده بود ؛ اما در دهه ۱۹۸۰ شرایط رشد آن فراهم شد . با توسعه این فولاد :

امکان دستیابی به سطوح کربن بسیار پایین در مراحل ساخت فولاد فراهم شد .

گریدهای قابل جوشکاری رشد یافت .

امکان استفاده از گریدهای ارزان‌تر با ثبات قیمت بیشتر ، هنگامی که تغییرات زیادی در قیمت نیکل وجود داشت ، برای مصرف کننده‌های نهایی ( مانند بازارهای لوازم خانگی ) فراهم شد [۱] .

آلیاژهای پایه آهن برای اینکه بتوانند در گروه فولادهای زنگ نزن قرار بگیرند باید حداقل حاوی ۱۰.۵ درصد کروم باشند . دیاگرام فازی آهن – کروم ( شکل زیر ) نشان می‌دهد که فولاد زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰ حاوی حدود ۱۳ درصد کروم ، دگرگونی‌های پی در پی را متحمل می‌شود و با سرد شدن از فاز مایع به ترتیب به فاز فریت ( α ) ، فاز آستنیت (γ) و مجددا فاز α تبدیل می‌شود . هنگامی که مقداری کربن در فولاد وجود دارد و سرعت سرد شدن هم بالا باشد ، مقداری از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود . تمپر یا آنیل کردن ساختار مارتنزیت را به فریت و کاربید تبدیل می‌کند . فولادی با محتوی بالاتر از ۱۷ درصد کروم در همه دماها ساختار فریتی دارد . در محتوای کروم بالاتر از ۲۵ درصد ، فاز سیگما ممکن است برای مدت نسبتا طولانی ظاهر شود و باعث ایجاد تردی در دمای اتاق شود [۱] .

• 

                                                           دیاگرام فازی آهن – کروم [۱] .

انواع فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰

انواع این فولادها در ادامه معرفی شده‌اند [۲] .

۴۰۵ : دارای محتوی کروم پایین با افزودنی آلومینیوم .

۴۰۹ : دارای محتوی کروم پایین ، برای کاربردهای اگزور اتومبیل .

۴۳۰ : فولاد زنگ نزن فریتی رایج .

۴۳۰F : قابلیت ماشینکاری خوب بدلیل گوگرد و فسفر بالاتر .

۴۳۰Se : حاوی افزودنی سلنیم برای بهبود سطوح ماشینکاری شده .

فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰  آلیاژ ۴۳۴ : حاوی افزودنی مولیبدن برای بهبود مقاومت به خوردگی .

۴۳۶ : حاوی افزودنی‌های مولیبدن ، نیوبیوم و تانتالیم برای بهبود مقاومت به خوردگی و حرارتی .

۴۳۹ : محتوی کربن پایین و حاوی افزودنی تیتانیم برای به حداقل رساندن Sensitization .

۴۴۲ : کروم بالاتر برای بهبود مقاومت در برابر ایجاد پوسته‌های اکسیدی .

۴۴۴ : محتوی کربن پایین ، مولیبدن برای افزایش مقاومت به خوردگی ، تیتانیم و نیوبیوم برای به حداقل رساندن Sensitization .

۴۴۶ : دارای بالاترین محتوی کروم برای افزایش مقاومت در برابر پوسته شدن .

خواص فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰

این فولادها مانند فولادهای ساده کربنی ( لینک داخلی ) دارای ریزساختار فریتی و ساختار کریستالی BCC هستند . بدلیل افزودنی کروم ، این ریزساختار در همه دماها وجود دارد ؛ بنابراین این فولادها با عملیات حرارتی سخت نمی‌شوند . علاوه بر این ، برخلاف فولادهای زنگ نزن آستنیتی ، این فولادها با کار سرد هم سخت نمی‌شوند . فولاد ضد زنگ فریتی خاصیت مغناطیسی دارد و حاوی ۱۰.۵ تا ۲۷ درصد کربن همراه با مقدار اندکی ( یا اصلا ) نیکل است . افزودنی‌های نیوبیوم (Nb) ، تیتانیم (Ti) و زیرکونیوم (Zr) به استیل ۴۳۰ ، قابلیت جوشکاری خوبی به آن می‌بخشد [۳] .

ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰

ترکیب شیمیایی عناصر اصلی موجود در استیل های فریتی سری ۴۰۰ در جدول زیر ارائه شده است [۱] .

ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰ [۱] .

• 

مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰

مقاومت به خوردگی حفره‌ای فولادهای زنگ نزن توسط مقاومت در برابر تعداد حفرات معادل ( Pitting Resistance Equivalent Number = PREN ) سنجیده می‌شود .

PREN = % Cr + 3.3 % Mo + 16 % N

تعداد حفرات معادل ( PREN ) به ترتیب به محتوای ( درصد وزنی ) کروم ، مولیبدن و نیتروژن در فولاد وابسته است . نیکل هیچ نقشی در مقاومت به خوردگی حفره‌ای ندارد ؛ بنابراین فولاد ضد زنگ فریتی در برابر این نوع خوردگی ، مقاوم‌تر از فولادهای زنگ نزن آستنیتی است . علاوه بر این ، گریدهای فریتی فولاد زنگ نزن در برابر ترک ناشی از خوردگی تنشی ( SCC ) بسیار مقاوم است [۱] .

خواص فیزیکی فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰

این فولادها دارای خاصیت مغناطیسی هستند . در جدول زیر خواص فیزیکی فولادهای زنگ نزن فریتی رایج ارائه شده است [۱] .

خواص فیزیکی فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰ [۱] .

• 

فولاد زنگ نزن فریتی در مقایسه با فولاد زنگ نزن آستنیتی رسانایی حرارتی بهتری دارد و در مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود . ضریب انبساط حرارتی آن‌ ، مشابه فولادهای ساده کربنی ، قابلیت جوشکاری را  بهبود می‌بخشد [۱] .

خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰

خواص مکانیکی این فولادها در جدول زیر ارائه شده است [۱] .

خواص مکانیکی ( نورد سرد ) [۱] .

• 

کاربردهای فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴xx

کاربردهای فولاد ضد زنگ فریتی عبارتند از [۱] :

• ظروف آشپزخانه کم هزینه
• کالاهای سفید
• دستگاه‌های گرمایش خورشیدی
• قلاب‌های تخته سنگ
• سکه‌ها

بدلیل عدم وجود نیکل ، فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴۰۰ ارزان‌تر از فولاد زنگ نزن آستنیتی است و در بسیاری از محصولات استفاده می‌شود . برخی از کاربردهای این فولادها عبارتند از : لوله‌های اگزوز اتومبیل ( فولاد ۴۰۹ و ۴۰۹Cb در آمریکای شمالی و فولاد ۴۳۹ و ۴۴۱ در اروپا برای این منظور استفاده می‌شوند ) ، کاربردهای معماری و ساخت و ساز ( فولاد ۴۳۰ حاوی ۱۷ درصد کروم ) ، اجزای ساختمان مانند قلاب‌های تخته سنگ ، سقف و مجاری دودکش ، صفحات الکتریکی در پیل‌های سوختی اکسید جامد که در دماهای حدود ۷۰۰ درجه سانتی گراد کار می‌کنند ( فولادهای زنگ نزن فریتی پر کروم شامل ۲۲ درصد کروم ) [۳] .

فولادهای زنگ نزن فریتی سری ۴xx گروهی از فولادهای زنگ نزن است که بدلیل نداشتن نیکل ، نسبت به فولادهای حاوی نیکل ارزان‌تر است . ارزان بودن این فولادها باعث افزایش کاربرد آن‌ها در قسمت‌های مختلف از جمله لوازم خانگی شده است .

منابع

[۱]         “https://en.wikipedia.org/wiki/Ferritic_stainless_steel.” .

[۲]         Myer kutz, Handbook of Materials Selection. .

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