مقاوم ترین آلیاژ آهن، استیل ضد زنگ یا ورق سیاه؟

مصرف استیل ضد زنگ در صنعت به طور میانگین سالیانه 5 درصد افزایش می یابد. در سال ۲۰۱۹ مجموع محصولات ساخته شده از این آلیاژ شامل لوله استیل و پروفیل استیل در سرتاسر دنیا بالاتر از ۵۲ میلیون تن بوده است. اگر چه قیمت استیل ضدزنگ از قیمت ورق روغنی و قیمت ورق سیاه بشتر است اما خواص بی نظیر آن باعث افزایش طول عمر و کاهش هزینه چرخه می شود که  هزینه اولیه زیاد آن را طی زمان جبران می کند.

فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است. استیل ضد زنگ گروهی از فولاد است که نسبت به سایر آلیاژها مقاومت بیشتری در برابر زنگ زدگی دارد. استیل ضد زنگ برای توصیف گروهی متشکل از ۲۰۰ نوع آلیاژ فولاد استفاده می شود که در برابر حرارت و زنگ زدگی مقاوم اند، درصد کربن آنها از ۰.۰۳ تا ۱.۲  است و ویژگی متمایز کننده آنها میزان کروم بالایشان است (حداقل ۱۰.۵%). 

گسترش بازار و افزایش تقاضا، باعث افزایش تولید استیل ضد زنگ و در پی آن مقرون به صرفه شدن قیمت ها شده است. قیمت لوله استیل و قیمت پروفیل استیل که یکی از پرکاربرد ترین محصولات ساخته شده از این آلیاژ هستند به طور مستقیم تحت تاثیر قیمت ورق استیل است و کاهش قیمت، آنها را تبدیل به گزینه ای مناسب برای استفاده در صنایع تولیدی کرده است. استیل ضد زنگ ماده ای سازگار با محیط زیست و ۱۰۰% قابل بازیافت است.  نیمی از تولیدات آن مثل لوله استیل و پروفیل استیل از منابع بازیافتی است.

انواع استیل ضد زنگ:

استیل ضد زنگ براساس ریزذراتش به 4 دسته اصلی تقسیم می شود. 

1. استیل ضد زنگ آستنیتی: ۷۰% از استیل های ضد زنگ از نوع آستنیتی هستند که حاوی حداقل ۱۶%کروم و ۶% نیکل اند. غیرمغناطیسی است، با عملیات حرارتی سخت نمی شود و مقاومت آن در برابر زنگ زدگی با توجه به شرایط محیطی متفاوت است.
2. استیل ضد زنگ فریتی: معمولا فقط کروم را با درصدی از 10.5 تا 18 به عنوان عنصر آلیاژی در خود دارد. خاصیت مغناطیسی و مقاومتی خوب در برابر زنگ زدگی دارند اما عملیات حرارتی هم کمکی به بهبود ساخت ضعیفشان نمی کند.
3. استیل ضد زنگ دوبلکس: ترکیبی از دو نوع آستنیتی و فریتی است. دارای غلظت بیشتری از کروم و کمتری از نیکل اند، قدرت کششی بالا ، قابلیت جوش خوردگی و مقاومت خوبی در برابر زنگ زدگی دارد. 
4. استیل ضد زنگ مارتنزیتی: دارای کربن بیشتر و کروم کمتر است. همچون رده ی فریتی خاصیت مغناطیسی دارد و مقاومت بالا آن با عملیات حرارتی می تواند بهتر هم بشود. 
5. استیل ضد زنگ سخت شده: ترکیبی از خواص مارتنزیتی و آستینی را داراست. با افزودن یک یا چند عنصر مثل آلومینیوم ، مولیبدن ، نیوبیوم ، تیتانیوم و مس سخت تر می شود. با عملیات حرارتی میتوان استحکام کششی بالایی در آن ایجاد کرد. دارای کروم و نیکل به عنوان عناصر آلیاژی است.

رده های استیل ضد زنگ

امروزه صد ها رده ی متفاوت در بازار موجود است که انتخاب درست ترین گزینه برای مصرف، بستگی به خواص و ویژگی مدنظر مصرف کننده آن دارد.

1. سری ۲۰۰ : برای نام گذاری رده ی آستینی که حاوی منگنز است ، استفاده می شود و در صنایع خودرو سازی، ساخت کارد و چنگال  و ... کاربرد دارد.
2. سری ۳۰۰: برای نام گذاری رده ی آستینی با کربن ، نیکل و مولیبدن به عنوان عناصر آلیاژی استفاده می شود. AISI 304,316 رده های معمول تری در این سری هستند. AISI 304 در صنعت با نام ۸/۱۸ شناخته می شود که حاوی ۱۸% کروم و ۸% نیکل است. 
3. سری ۴۰۰: آلیاژهای فریتی و مارتنزیتی از این سری از استیل ضد زنگ تشکیل می شوند. ترکیب خوبی از قدرت و مقاومت در برابر فرسایش دارد اما مقاومت آن در برابر زنگ زدگی کمتر از سری ۳۰۰ است.

خواص فنی استیل ضد زنگ

1. استحکام تسلیم: در رده های مختلف از استیل ضد زنگ متفاوت است اما استحکام تسلیم ورق استیل ضد زنگ به قدری بالا است که قابل مقایسه با ورق سیاه است.
2. استحکام در دمای بالا: در مقایسه با ورق سیاه در دماهای بالا تر از ۳۰۰ درجه سانتی گراد عملکرد بسیار بهتری دارد. 
3. مقاومت کششی: مقاومت کششی لوله استیل و یا پروفیل استیل بسیار بهتر از لوله و پروفیل آلومینیوم و ورق روغنی است. بهترین مقاومت کششی در رده های سخت شده و مارتنزیتی دیده می شود. 
4. مقاومت برودتی: استیل ضد زنگ آستنیتی، سختی و مقاومت کششی بالایی در دما زیر صفر دارد اما فریتی،  مارتنزیتی و سخت شده در دما پایین خوب عمل نمی کنند و سختی آنها با کاهش دما افت می کند. 
5. قابلیت چکش خواری: در رده های مختلف میتواند کاملا متفاوت باشد بعضی رده ها خاصیت شکل پذیری خوبی دارند و مناسب انجام عملیات کشش هستند.
6. نرخ سخت شوندگی: این ویژگی به توانایی فلز در افزایش استحکام و قدرت طی فرآیند نورد سرد بر می گردد. این به این معنا است که با انجام عملیات سرد کاری و یا آنیل میتوان از یک رده خاص، هم در ساخت فنر و هم در ساخت مفتول استفاده کرد. 
7. رسانایی الکتریکی و مغناطیس:  استیل ضد زنگ هم مثل همه ی فلز ها، رسانای الکتریکی است اما این توانایی در آنها بسیار کم است. 

خواص شیمیایی استیل ضد زنگ:

1. مقاومت اکسایش بالا: کروم درون این آلیاژ باعث شده در مقابل اکسایش مقاوم خوبی داشته باشد. حذف پوشش طبیعی اکسید کروم به دلیل آسیب های سطحی، با تشکیل یک پوشش جدید روی سطح ، از زنگ زدگی جلوگیری می کند.
2. زیست خنثی: استیل ضد زنگ ذاتا آلیاژی بی اثر است.
3. مقاومت دربرابر اسید نکلیویک و مواد آلی: استیل ضد زنگ در مقابل بسیاری از ترکیبات مقاوم است. مقاومت اسیدی در رده های مختلف متفاوت است. استیل ضد زنگ همچنین در برابر رطوبت ، نمک ، گوگرد، دی اکسیدکربن، ترکیبات کلورید مقاوم است و این باعث می شود در شرایط محیطی سخت برای مدت طولانی تری به نسبت سایر فلز ها دوام بیاورد.