مقدمه : فولاد ضد زنگ نوعی آلیاژ آهن حاوی درصد مشخصی کروم است که باعث مقاومت فولاد در برابر خوردگی می شود. مقاومت در برابر خوردگی این نوع از فولاد از طریق یک لایه نازک از اکسیدهای فلزی حاصل می شود که لایه های زیرین را در برابر مواد خورنده محافظت می کند.
فولاد ضد زنگ نوعی آلیاژ فولادی با حداقل ۱۰ درصد کروم است که آن را در برابر خوردگی مقاوم می‌کند. افزودن کروم باعث تشکیل لایه نازکی از اکسید کروم بر روی سطح فلز می‌شود که از آن در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی محافظت می‌کند. فولادهای ضد زنگ آستنیتی سری ۳۰۰ برای مقاومت در برابر خوردگی و سایش و همچنین شکل‌پذیری عالی و استحکام استثنایی در هر دما طراحی شده اند. تعیین‌کننده هر یک از گریدهای فولاد ضد زنگ سری ۳۰۰ میزان نیکل است که معمولاً بسته به نوع گرید از ۶% تا ۲۰% متغیر است و می تواند موجب تفاوت در قیمت انواع فولادهای ضد زنگ شود.
پرکاربردترین گرید فولادهای ضد زنگ سری ۳۰۰، گرید ۳۰۴ است که در بین تمامی گریدهای استنلس استیل نیز پرکاربردترین است. این گرید دارای استحکام کششی بالایی در حدود ۶۲۱ مگاپاسکال یا ۹۰ Ksi با حداکثر دمای عملیاتی ۱۵۹۸ درجه فارنهایت (۸۷۰ درجه سانتیگراد) است.
ویژگی‌ها و مزایای فولاد ضد زنگ ۳۱۶
فولاد ضد زنگ ۳۱۶ دومین فولاد ضد زنگ پرکاربرد از خانواده فولادهای ضد زنگ است. خواص مکانیکی و فیزیکی آن همانند فولاد ۳۰۴ است و از مواد مشابهی تشکیل شده است. تفاوت اصلی بین این دو وجود ۲ تا ۳ درصد مولیبدن در گرید ۳۱۶ است که مقاومت در برابر حفره‌های ناشی از اسید فسفریک، اسید استیک و محلول‌های کلرید رقیق را افزایش می‌دهد. همچنین، استحکام و چقرمگی مولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر حرارت و سایش گرید ۳۱۶ می‌شود.
با استحکام کششی ۵۴۹ مگاپاسکال یا ۸۴ Ksi و حداکثر دمای استفاده ۱۴۷۲ درجه فارنهایت (۸۰۰ درجه سانتیگراد). اگرچه سری ۳۱۶ استحکام کششی و تحمل دمایی کمتری نسبت به سری ۳۰۴ دارد، و قیمت آن از قیمت استیل ۳۰۴ بالاتر است. اما در برابر کلریدها مانند نمک مقاومت بهتری دارد که خرید فولاد ضد زنگ ۳۱۶ را به انتخاب ارجح برای کاربردهایی که در معرض کلرید و نمک هستند، تبدیل می‌کند.
تاریخچه توسعه ی استیل ۳۱۶
فولاد ضد زنگ برای اولین بار در اوایل قرن بیستم توسعه یافت. تلاش‌های اولیه برای ایجاد آلیاژی مقاوم در برابر زنگ‌زدگی منجر به کشف ترکیب‌های مختلفی از فلزات شد که در نهایت به تولید فولادهای ضد زنگ مدرن مانند ۳۱۶ منجر گردید. امروزه، فولاد ضد زنگ ۳۱۶ به دلیل ویژگی‌های برجسته خود در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ویژگی‌ها و مزایای فولاد ضد زنگ ۳۱۶
مقاومت در برابر خوردگی:
فولاد ضد زنگ ۳۱۶ به دلیل حضور مولیبدن، مقاومت بالایی در برابر خوردگی حفره‌ای دارد که این ویژگی آن را برای کاربردهای دریایی مناسب می‌کند. مولیبدن همراه با کروم و نیتروژن یکی از عوامل تعیین‌کننده شاخص حفره‌ای یا عدد مقاومت حفره‌ای است. خرید و فروش لوله استیل ۳۰۴ و ۳۱۶ همواره در صنایع آزمایشگاهی و دریایی رونق داشته است.
سختی و چقرمگی:
این فولاد می‌تواند چقرمگی خود را در طیف وسیعی از دماها حفظ کند، برخلاف فولادهای فریتی و مارتنزیتی که در دماهای پایین شکننده‌تر می‌شوند. فولادهای ضد زنگ فریتی تمایل به تشکیل فازهای بین فلزی دارند که باعث افزایش شکنندگی می‌شود. فولادهای مارتنزیتی نیز عموماً دارای محتوای کربن بالایی هستند که میلگرد استیل ۳۱۶ را ذاتاً آنها را سخت‌تر اما شکننده‌تر می‌کند.
قابلیت جوشکاری:
جوشکاری اثرات منفی کمتری بر فولادهای ضد زنگ آستنیتی می‌گذارد و آنها می‌توانند چقرمگی و استحکام ضربه‌ای خود را حفظ کنند زیرا به مارتنزیت تبدیل نمی‌شوند. به همین دلیل به‌عنوان پرکننده‌ی جوشکاری حتی برای جوش دادن گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ مناسب هستند.
سختی‌پذیری:
فولاد ضد زنگ آستنیتی با عملیات حرارتی قابل سخت شدن نیست، اما می‌توان آن را از طریق فرآیندهای سردکار سخت کرد. در مقایسه با فولادهای ضد زنگ فریتی، انواع آستنیتی به تکنیک‌های سردکار بهتر پاسخ می‌دهند.
انواع فولاد ضد زنگ ۳۱۶
- فولاد ضد زنگ 316L: این نوع فولاد محتوای کربن کمتری دارد و در کاربردهایی استفاده می‌شود که ریسک شکنندگی بالاتر است.
- فولاد ضد زنگ 316H: حاوی کربن بیشتر و در نتیجه پایداری حرارتی بالاتری است و مقاومت بیشتری در برابر سایش و خراش ارائه می‌دهد.
- فولاد ضد زنگ 316Ti: دارای مقاومت بهتری در برابر خوردگی بین دانه‌ای است.
فرآیند تولید فولاد ضد زنگ ۳۱۶
تولید فولاد ضد زنگ ۳۱۶ شامل مراحل متعددی است. ابتدا مواد اولیه شامل آهن، کروم، نیکل، و مولیبدن در کوره‌های الکتریکی ذوب می‌شوند. پس از ذوب و تصفیه، فولاد به شکل بیلت یا اسلب ریخته‌گری می‌شود و سپس طی فرآیندهای نورد گرم و سرد به اشکال مختلفی مانند ورق، کوئل، و لوله تبدیل می‌شود. در نهایت، عملیات حرارتی و فرآیندهای پرداخت سطحی مانند پولیش‌کاری و اسیدشویی انجام می‌شود تا محصول نهایی آماده شود.
فرآیند غیرفعال‌سازی فولاد ضد زنگ ۳۱۶
فولاد ۳۱۶ از روش “منفعل ساختن” یا “غیرفعال کردن” برای پیشگیری از زنگ‌زدگی استفاده می‌کند. این فرآیند با قرار دادن فولاد در معرض هوا و ایجاد لایه‌ای از اکسیدهای کروم روی سطح آن انجام می‌شود. برای تقویت تشکیل این لایه، فولاد ابتدا در حمام‌های اسید نیتریک غوطه‌ور شده و سپس با حمام هیدروکسید سدیم محلول در آب خنثی می‌شود.
تولیدکنندگان برجسته فولاد ضد زنگ ۳۱۶
Source 21, Inc.
Source 21, Inc. یکی از تولیدکنندگان برجسته فولاد ضد زنگ در ایالات متحده است. این شرکت مجموعه‌ای از محصولات فولاد ضد زنگ سری ۳۰۰ و همچنین گریدهای قابل حرارت‌دهی مانند نوع ۴۱۰ و ۴۲۰ را در شرایط آنیل‌شده ارائه می‌دهد. این شرکت به دلیل روش‌های نورد مدرن خود شناخته شده است که منجر به تولید فولاد ضد زنگ با کیفیت بالا و ضخامت ثابت می‌شود و از نقاط ضعف و تغییر شکل جلوگیری می‌کند. Source 21, Inc. همچنین قابلیت نورد تمپر فولاد ضد زنگ را دارد و دارای مکان‌های فرآوری متعدد در نیویورک، نیوجرسی، پنسیلوانیا، کانکتیکات، اوهایو و ایلینوی است که امکان ارسال سریع محصولات به سراسر کشور را فراهم می‌کند.
Cleveland-Cliffs Inc.
Cleveland-Cliffs Inc. بزرگترین تولیدکننده فولاد تخت نورد در آمریکای شمالی است و همچنین بزرگترین تولیدکننده پلت‌های سنگ آهن در این منطقه می‌باشد. این شرکت با بیش از ۲۷۰۰۰ کارمند در ایالات متحده و کانادا فعالیت می‌کند و محصولات فولادی خود را به صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساخت و ساز و صنایع عمومی عرضه می‌کند. Cleveland-Cliffs به دلیل یکپارچگی عمودی خود از مواد خام معدنی تا فرآوری و تولید محصولات نهایی، شناخته شده است. همچنین این شرکت به تازگی توافقنامه کارگری جدیدی با اتحادیه کارگران خودرویی آمریکا برای کارخانه Coshocton Works خود به امضا رسانده است که به تولید فولاد ضد زنگ تخت نورد اختصاص دارد.
Allegheny Technologies Incorporated (ATI)
ATI یکی از شرکت‌های پیشرو در تولید آلیاژهای پیشرفته و فولاد ضد زنگ در جهان است. این شرکت محصولات خود را به صنایعی از جمله هوافضا، دفاعی، نفت و گاز، و تجهیزات پزشکی عرضه می‌کند. ATI به دلیل تخصص خود در تولید فولادهای با کارایی بالا و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده است و از تکنولوژی‌های پیشرفته برای بهبود فرآیندهای تولید استفاده می‌کند. این شرکت نیز تمرکز زیادی بر روی پایداری و کاهش اثرات زیست‌محیطی دارد و در این راستا از روش‌های تولید سبز استفاده می‌کند.
Aperam
Aperam یکی دیگر از تولیدکنندگان بزرگ فولاد ضد زنگ است که در اروپا و برزیل کارخانه‌های تولیدی دارد. این شرکت به تولید محصولات فولادی با کیفیت بالا از جمله ورق، کویل و لوله‌های فولادی می‌پردازد و محصولات خود را به صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساخت و ساز و تجهیزات صنعتی عرضه می‌کند. Aperam همچنین بر پایداری و استفاده از مواد بازیافتی در فرآیندهای تولید تأکید دارد و از انرژی‌های تجدیدپذیر برای کاهش اثرات زیست‌محیطی استفاده می‌کند. این شرکت نیز به تحقیق و توسعه برای بهبود کیفیت محصولات و فرآیندهای تولید اهمیت زیادی می‌دهد.
این تولیدکنندگان برجسته با تمرکز بر کیفیت، نوآوری و پایداری، نقش مهمی در صنعت فولاد ضد زنگ جهانی ایفا می‌کنند و محصولات متنوع و با کارایی بالا را به بازار عرضه می‌نمایند.
جمع بندی
- فولاد ضد زنگ نوعی آلیاژ آهن حاوی درصد مشخصی کروم است که باعث مقاومت فولاد در برابر خوردگی می شود. مقاومت در برابر خوردگی این نوع از فولاد از طریق یک لایه نازک از اکسیدهای فلزی حاصل می شود که لایه های زیرین را در برابر مواد خورنده محافظت می کند.
- عناصر آلیاژی اصلی و اولیه فولاد ضد زنگ ۳۱۶، ۱۶-۱۸٪ کروم، ۱۰-۱۴٪ نیکل و ۲-۳٪ مولیبدن است. مولیبدن افزوده شده در گرید ۳۱۶، آن را را نسبت به انواع دیگر در برابر خوردگی مقاوم تر می کند.
- چهار گروه اصلی فولاد ضد زنگ وجود دارد: آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی و دوبلکس.
- فولاد ضد زنگ ۳۱۶ متعلق به گروه آستنیتی است. دسته فولادهای آستینتی بزرگترین گروه فولاد ضد زنگ است که حدود دو سوم کل تولید فولاد ضد زنگ را شامل می شود. ریزساختار فولادهای آستنیتی، ویژگی‌های مطلوبی مانند چقرمگی در دمای پایین، پایداری در دمای بالا، شکل‌پذیری خوب و جوش‌پذیری را ایجاد می‌کند.
- علاوه بر کربن، کروم، نیکل و مولیبدن، عناصر دیگری نیز برای اصلاح خواص آلیاژ۳۱۶ اضافه می‌شوند. هدف از تولید این دگره ها، بهبود یا حفظ خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی پس از جوشکاری است. انواعی که کربن و نیتروژن بالایی دارند، برای افزایش سختی و مقاومت در برابر خزش استفاده می شود.