آهن زنگ نزن چیست؟

حتما اصطلاح آهن ضد زنگ به گوشتان خورده است. احتمالا این سوال برایتان پیش آمده که آهن زنگ نزن چیست؟ و چه تفاوت‌های با آهن معمولی دارد. یکی از چالش‌های استفاده از آهن، زنگ‌زدگی آن است. آهن در مقابل تماس با هوا و رطوبت به سرعت زنگ می‌زند. این موضوع، می‌تواند کیفیت و عمر محصولات را تحت تاثیر قرار دهد. به همین دلیل، استفاده از آهن ضد زنگ در بسیاری از موارد بسیار مهم و مورد توجه قرار گرفته است. این نوع آهن، با افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن، مقاومت بیشتری در مقابل عوامل بیرونی به دست آورده است.

برای همین، در این مقاله از کاسپین استیل، به بررسی و آشنایی بیشتر با ویژگی‌ها و کاربردهای آهن زنگ نزن خواهیم پرداخت. این ماده بسیار مهم و حیاتی در حل مشکلات مربوط به خوردگی و زنگ زدگی، به عنوان یک جواب قابل اعتماد مطرح است. با درک عمیق‌تر از خواص و مزایا، می‌توانیم از آهن ضد زنگ به طور بهتری در پروژه‌های مختلف استفاده کنیم.

تعریف آهن زنگ نزن چیست؟

آهن زنگ نزن یک نوع فولاد آلیاژی است که برای مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فولاد از آلیاژهایی تشکیل شده است که دارای حداقل 10.5 درصد کروم است. حضور کروم در ترکیب شیمیایی آهن ضد زنگ باعث ایجاد یک لایه محافظ بر روی سطح فولاد می‌شود که از تماس با عوامل خارجی محافظت کرده و زنگ‌زدگی و خوردگی را کاهش می‌دهد.

تاریخچه آهن زنگ نزن

تاریخچه آهن زنگ نزن به دهه 1910 میلادی باز می‌گردد. زمانی که محققان به دنبال تولید فولادی با خاصیت مقاومت بیشتر در برابر عوامل محیطی بودند. در این شرایط توجه‌ها به سمت کروم به عنوان یک عنصر افزودنی ویژه جلب شد.

در سال 1912، استنلس استیل (Stainless Steel) که شامل 10.5 درصد کروم بود، به عنوان نخستین نوع آهن زنگ نزن، در انگلستان به وجود آمد. این فولاد جدید، توسط هری بریرلی (Harry Brearley) متالوژیست انگلیسی کشف شد. همچنین، به دلیل مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی و خوردگی، بسیار مورد استقبال قرار گرفت.

در دهه‌های بعد، تحقیقات بیشتری در زمینه بهبود و بهینه‌سازی خواص آهن زنگ نزن صورت گرفت. در سال 1920، آهن ضد زنگ با افزودن عنصر نیکل به ترکیب شیمیایی خود توسط هری بریرلی بهبود یافت. این تغییرات منجر به افزایش مقاومت فولاد شد.

در دهه‌های بعد، تکنولوژی تولید آهن زنگ نزن نیز بهبود یافت و روش‌های جدیدی برای تولید و پردازش این نوع فولاد کشف شد. امروزه، آهن ضد زنگ در صنایع مختلفی استفاده می‌شود و نقش مهمی در بهبود عمر و کارایی قطعات و تجهیزات بازی می‌کند.

ویژگی های آهن زنگ نزن

مقاومت در برابر زنگ‌زدگی

آهن زنگ نزن به دلیل وجود عنصر کروم در ترکیب شیمیایی خود، دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر زنگ‌زدگی است. این فولاد قابلیت برخورد با شرایط محیطی سخت را دارد. علاوه بر آن، نسبت به عوامل خورنده مانند هوا، رطوبت، اسیدها و بازها مقاومت بیشتری نشان می‌دهد.

استحکام و سختی بالا

آهن زنگ نزن استحکام و سختی بسیار بالایی دارد. این ویژگی باعث می‌شود که این فولاد تحمل فشار و ضربه را به خوبی داشته باشد. همچنین، در برابر سایش نیز مقاومت بیشتری نسبت به سایر فولادها از خود نشان می‌دهد.

قابلیت فرم‌پذیری

آهن زنگ نزن قابلیت تغییر شکل دارد. این فولاد می‌تواند به صورت لوله، ورق، نوار و سایر اشکال فرم‌دهی تولید شود. این ویژگی باعث می‌شود تا انسان با استفاده از آهن ضد زنگ، قطعات مورد نیاز خود را در شکل‌های مختلف بسازد.

مقاومت در برابر خوردگی

از خصوصیات دیگر این فولاد می‌توان به مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی اشاره کرد. با این ویژگی، آهن در مقابل عوامل خورنده مانند رطوبت، اسیدها و بازها، می‌تواند مقاومت کند و طول عمر بیشتری داشته باشد.

روش های تولید فولاد و فولاد زنگ نزن

تولید آهن فولاد و فولاد زنگ نزن دو فرآیند متفاوت در صنعت فلزات است. فولاد به عنوان یکی از فلزات پرکاربرد در جوامع از دیرباز مورد استفاده قرار گرفته است. روش‌های تولید فولاد شامل مراحل استخراج ماده خام، کاهش و تصفیه آهن می‌شود.

در مرحله استخراج ماده خام، از خرد کردن، مغناطیسی کردن و جداسازی از سنگ معدن استفاده می‌شود. سپس ماده خام حاوی آهن به کوره‌های بلند یا کوره‌های کک برای مرحله کاهش منتقل می‌شود. در این مرحله، با افزودن کک یا کربن به ماده خام، اکسیژن به آهن اضافه شده و آهن فلزی تولید می‌شود.

مرحله بعدی تصفیه است. تصفیه آهن فلزی می‌تواند از طریق فرآیندهای متعددی صورت بگیرد. یکی از روش‌های تصفیه، ذوب مجدد در کوره‌ با دمای بالا است. در این روش، آهن فلزی به همراه مواد آلیاژی دیگر در کوره‌هایی با دمای بالا، ذوب می‌شوند سپس به تدریج خنک شده و شکل داده می‌شوند. روش دیگری که برای تصفیه آهن فلزی استفاده می‌شود، تصفیه الکترولیتی است. در این روش، آهن فلزی در الکترولیتی قرار می‌گیرد و با استفاده از جریان الکتریکی، آلیاژها و آلایش‌های موجود در آن جدا می‌شوند.

آهن زنگ نزن چگونه تولید می‌شود؟

آهن زنگ نزن یا آلیاژهای آهنی ضد زنگ، با ترکیب آهن با آلیاژهای دیگر مانند کروم و نیکل تولید می‌شوند. این آلیاژها به عنوان یک مواد سخت و مقاوم در برابر زنگ زدن شناخته می‌شوند. روش‌های تولید آهن ضد زنگ شامل فرآیند فولادسازی قوس الکتریکی و فرآیند پودر فلزی است.

در فرآیند فولادسازی قوس الکتریکی، آهن و آلیاژهای مورد نیاز به همراه فولاد در کوره‌های خاصی با استفاده از قوس الکتریکی حرارت داده می‌شوند. در این روش، آهن و آلیاژهای مورد نیاز باهم ذوب شده و در نهایت به شکل آهن زنگ نزن تولید می‌شوند. فرآیند پودر فلزی نیز شامل ترکیب آهن و آلیاژهای مورد نیاز در قالب پودرهای ریز است. این پودرها تحت فشار و دمای بالا فشرده می‌شوند تا به صورت قطعات فلزی نهایی درآورده شوند.

انواع آهن زنگ نزن

آهن‌های زنگ‌نزن به سه دسته اصلی: آستنیتیک، مارتنزیتیک و فریتیک تقسیم می‌شوند.

آهن زنگ نزن آستنیتیک (استیل نگیر) | Austenitic stainless steel

آهن زنگ نزن آستنیتیک بر اساس ترکیبات شیمیایی خود به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: آستنیتیک حاوی کروم و نیکل بالا و آستنیتیک حاوی کروم بالا. مقدار کروم در استیل نگیر، معمولا بین 16 تا 26 درصد و نیکل حدودا بین 6 تا 12 درصد است. از آهن آستنیتیک کروم و نیکل بالا می‌توان استیل 304 و 316 را نام برد. آهن آستنیتیک کروم بالا نیز مثل استیل 201 و 202 که به دلیل هزینه کمتر و خواص مکانیکی قابل قبول، در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته است.

آهن زنگ نزن مارتنزیتیک (استیل بگیر) | Martensitic stainless steel

آهن زنگ نزن مارتنزیتیک حاوی کروم و کربن بوده و میزان مارتنزیت بالاتری نسبت به آستنیتیک دارد. مقدار کروم در آن حدودا بین  10.5 تا 17 درصد است. آهن زنگ نزن مارتنزیتیک مثل استیل 410 و 420، در صنایعی که نیاز به مقاومت مکانیکی بالا و ضدزنگی است، مورد استفاده قرار می‌گیرد. مثل قطعات ابزار دقیق، تیغه‌های چاقو و قطعات صنعتی.

آهن زنگ نزن فریتیک | Ferritic stainless steel

آهن زنگ نزن فریتیک نوعی از استیل بگیر محسوب می‌شود. کروم در فریتیک تقریبا بین 10.5 تا 27 درصد است. فریتیک مقاومت نسبی در برابر خوردگی دارد، به خصوص در محیط‌هایی که سطوح اکسیژن پایین، مانند هوازدگی دارند. این نوع فولاد نیز دارای مقاومت خوبی در برابر حرارت و تغییرات دما است. معمولاً در صنایعی مانند لوله‌ها، لوازم خانگی و صنایع آشپزخانه استفاده می‌شود. استیل 430 یک نمونه رایج از آهن فریتیک است.

علت ضد زنگ بودن آهن زنگ نزن

علت ضد زنگ بودن آهن زنگ نزن به وجود آمدن یک پوشش محافظ و مقاوم در برابر اکسیداسیون است. این پوشش از تعامل عناصر آلیاژی در ترکیب شیمیایی آن ناشی می‌شود. در آهن ضد زنگ، مقدار قابل توجهی از عنصر کروم به ترکیب شیمیایی اضافه می‌شود. کروم با اکسیژن در محیط‌های هوایی و رطوبتی ترکیب می‌شود و یک لایه اکسید کروم را روی سطح آهن زنگ نزن ایجاد می‌کند. این لایه اکسید، به آهن، توانایی مقاومت در برابر تاثیرات مخرب اکسیژن و رطوبت را می‌بخشد.

پوشش اکسید کروم در آهن زنگ نزن دارای خواص بی‌نظیری است. این پوشش بسیار پایدار و مقاوم در برابر حمله‌های شیمیایی است. به طوری که مواد آلی و آلیاژی دیگر نمی‌توانند به آن نفوذ کنند. علاوه بر آن، پوشش اکسید کروم بر روی سطح آهن ضد زنگ باعث می‌شود که آب و هوا به آهن زیرین نفوذ نکند و اکسیداسیون آهن را پیشگیری کند.

مزایای آهن زنگ نزن

عدم نیاز به فرآیندهای ایجاد پوشش ضد زنگ

مزیت اصلی آهن زنگ نزن در این است که نیاز به پوشش‌های حفاظتی مانند رنگ‌آمیزی یا پوشش‌های ضد زنگ اضافه ندارد. این ماده به تنهایی قادر در برابر عوامل خوردگی و اکسیداسیون مقاومت کند، که هزینه‌های تعمیر و نگهداری را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. استفاده از این محصول در صنایع مختلف به رشد و توسعه آنها کمک می‌کند.

مقاومت در برابر حرارت

آهن زنگ نزن دارای مقاومت خوبی در برابر تغییرات دما است. این خاصیت آن را در برابر اثرات حرارتی و تغییرات دمایی از جمله اکسیداسیون و تشدید حرارتی محافظت می‌کند.

ظاهر زیبا و طول عمر بالا

آهن زنگ نزن دارای ظاهری زیبا و با دوام است. این ویژگی آن را در برابر زنگ‌زدگی و پوسیدگی طولانی مدت محافظت می‌کند. همچنین دارای وزن سبک و قابلیت بازیافت نیز است.

معایب آهن زنگ نزن

آهن زنگ نزن علیرغم مزایایی که دارد، ممکن است در شرایط خاص معایبی به همراه داشته باشد.

محدودیت جوشکاری

آهن ضد زنگ نقطه ذوب بالایی دارد. نقطه ذوب بالا باعث می‌شود که در فرآیندهای جوشکاری، نیاز به استفاده از تجهیزات خاص و فنون جوشکاری پیچیده‌تری باشد. همچنین، دمای بالای نقطه ذوب می‌تواند باعث تغییرات ساختاری و تغییرات خواص مکانیکی در ناحیه حاشیه جوش شود.

مراحل تولید پیچیده‌تر

تولید آهن زنگ نزن نسبت به آهن معمولی به مراحل پیچیده‌تری نیاز دارد. علاوه بر آهن، عناصر دیگری نظیر کروم و نیکل نیز به ترکیب آن اضافه می‌شوند. این فرآیند تولید پیچیده‌تر می‌باشد و در برخی موارد هزینه بیشتری را به همراه دارد.

نوسانات قیمت

قیمت آهن زنگ نزن به دلیل ترکیب شیمیایی پیچیده‌تر و عناصر افزوده، معمولاً پایدار نیست. نوسانات قیمت در بازارهای جهانی می‌تواند تأثیر بر قیمت نهایی محصولات آهن ضد زنگ داشته باشد. این موضوع می‌تواند بر برنامه‌ریزی مالی و تصمیم‌گیری‌های کسب و کار تاثیرگذار باشد.

جذب گرد و غبار

ممکن است به طور نسبی بیشترین جذب گرد و غبار را نسبت به آهن معمولی داشته باشد.برای برخی محیط‌ها و کاربردها، به خصوص در صنایعی که با ذرات ریز یا مواد آلاینده مواجه هستند، مشکل ساز می‌شود و نیاز به تمیزکاری و نگهداری بیشتری خواهد داشت. البته این نکته قابل ذکر است که به راحتی تمیز می‌شود.

کاربردهای آهن زنگ نزن

صنعت پتروشیمی

این نوع آهن در ساخت و تجهیزات پالایشگاهی، مبدل‌های حرارتی، مخازن و لوله‌ها به کار می‌رود.

صنعت خودروسازی

در ساخت قطعات بدنه خودرو، سیستم های اگزوز، تجهیزات ترمز، سیستم‌های تعلیق و لوله‌های انتقال سوخت کاربرد دارد.

صنعت نفت و گاز

در صنعت نفت و گاز، به عنوان فولادی مناسب جهت ساخت لوله‌ها، شیرآلات، مخازن و تجهیزاتی که با مواد شیمیایی و آب در تماس هستند، استفاده می‌شود.

لوازم خانگی

در صنایع لوازم خانگی نیز از آهن زنگ نزن برای ساخت وسایل آشپزخانه مانند کارد و چنگال، ماکروفر و وسایل مربوط به فرآوری و نگهداری مواد غذایی استفاده می‌شود.

ساختمان و سازه‌های عمرانی

آهن زنگ نزن در صنعت ساختمان و سازه‌های عمرانی نیز کاربردهای گسترده‌ای دارد. به عنوان مثال، در ساخت سازه‌های فلزی، تیر سردرها، نرده ساختمان و… از آن استفاده می‌شود.