آهن زنگ نزن چیست؟‌ + با عناصر و ویژگی های آن آشنا شوید

در دنیای مدرن امروز مواد و آلیاژهای متنوعی در صنایع مختلف به کار می رود که هر کدام ویژگی ها و عملکردهای خاص خود را دارند. یکی از این مواد برجسته آهن زنگ نزن است که به دلیل خصوصیات منحصر به فردش به عنوان یک انتخاب ایده آل در بسیاری از کاربردها مطرح می شود.

این فلز با توجه به مقاومتی که در برابر زنگ زدگی و خوردگی از خود نشان می دهد توانسته نقش مهمی در صنایع مختلف و زندگی ما ایفا کند. آشنایی با عناصر تشکیل دهنده و ویژگی های این نوع خاص از آهن به ما کمک می کند تا بهتر از قابلیت های آن بهره برداری کنیم. در این مقاله به بررسی مفصل این ماده و کاربردهای آن می پردازیم. با ما همراه باشید.

آهن زنگ نزده چیست؟

این نوع آهن یکی از پرکاربردترین انواع فولاد است که در صنایع مختلف کاربرد زیادی دارد و با نام های فولاد زنگ نزن و فولاد ضد زنگ نیز شناخته می شود. این فلز با داشتن ویژگی های خاص، مقاومت بالایی در برابر خوردگی و زنگ زدگی دارد. معمولاً به جای آهن زنگ نزن از اصطلاح فولاد زنگ نزن در صنایع استفاده می شود.

هنگامی که مقدار مشخصی از کروم و کربن به آهن افزوده می شود، این آلیاژ به وجود می آید که قابلیت های فراوانی را به فلز اصلی می بخشد. بنابراین قیمت آهن کیلویی بسیار متفاوت می شود از محصول تولید شده با آهن زنگ نزن.

این ترکیب به طور مؤثر آهن خام را از وضعیت اولیه خود جدا کرده و آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی و زنگ زدگی ایجاد می کند. این فلز را به دلیل ترکیبات خاص می توان در شرایط و محیط های مختلف به راحتی مورد استفاده قرار داد. کیفیت بسیار بالا و دوام آهن زنگ نزن باعث شده است که در زمینه های متعدد مانند ساخت لوله های صنعتی، تولید لوازم آشپزخانه، ساخت مخازن مواد شیمیایی و همچنین در صنایع پتروشیمی به وفور از این آلیاژ استفاده شود.

ویژگی های آهن زنگ نزن

فولاد زنگ نزن دارای ویژگی های خاصی است که آن را از دیگر فلزات متمایز می کند.

• مقاومت در برابر زنگ‌ زدگی و خوردگی: وجود عنصر کروم در ترکیب آلیاژ، لایه ای محافظ بر روی سطح فلز تشکیل می دهد که مانع از آسیب های اکسیژن به آن می شود. برای استعلام قیمت روز ورق سیاه به وبسایت های معتبر سر بزنید.
• مقاومت در برابر حرارت: فولاد زنگ نزن تحت دماهای بالا عملکرد فوق العاده ای دارد و همین امر آن را برای استفاده در صنایعی که نیاز به تحمل حرارت دارند، مناسب می سازد.
• دوام و استحکام بالا: این فلز علاوه بر خاصیت مقاومتی خود، از استحکام مکانیکی بالایی برخوردار است که آن را برای بکارگیری در محیط های صنعتی و ساختمانی کاملاً مناسب کرده است.
• قابلیت بازیافت: آهن زنگ نزن به آسانی بازیافت می شود و می توان آن را دوباره در تولید محصولات جدید به کار برد.
• ظاهر زیبا و براق: فولاد ضد زنگ به خاطر ظاهر جذاب و براقش در زمینه طراحی دکوراتیو و معماری هم بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.
• نگهداری آسان: این فلز با مقاومت بالا در برابر لکه و رنگ، فرایند تمیزکاری آسانی دارد و همین امر نگهداری آن را ساده تر می کند.

مواد تشکیل دهنده آهن زنگ نزن

فولاد زنگ نزن عمدتاً از سه عنصر کلیدی آهن، کروم و نیکل تشکیل می شود. مقدار کروم در این آلیاژ حتماً باید حداقل ۱۰.۵ درصد باشد و در عین حال میزان کربن آن نمی تواند از ۱.۲ درصد تجاوز کند. علاوه بر این، عناصر دیگری چون مولیبدن و نیکل نیز به ترکیب افزوده می شود تا خواص مقاومتی آن در برابر خوردگی و اکسیداسیون را افزایش دهد؛ اگر چه کروم عامل اصلی تعیین کننده کیفیت و دوام فولاد ضد زنگ شناخته می شود.

همچنین برای تولید برخی ورق های فولادی از کروم برای ضد زنگ کردن آنها استفاده می شود که تاثیر زیاد بر قیمت ورق فولادی خواهد گذاشت در صورتی که قصد خرید ورق ضد زنگ دارید برای مشاهده قیمت ورق به صفحه مربوطه مراجعه کنید.

اثر عناصر آلیاژی بر فولاد زنگ نزن

عناصر آلیاژی نقش مهمی در تعیین ویژگی های آهن زنگ نزن ایفا می کنند و بر خصوصیات مکانیکی و شیمیایی آن تاثیر گذار هستند. با افزودن این عناصر می توان مقاومت در برابر خوردگی، دوام و سختی آلیاژ را بهبود بخشید. به عنوان مثال، نیکل به افزایش شکل پذیری و انعطاف پذیری فولاد زنگ نزن کمک می کند و در عین حال کروم نیز مسئول خاصیت ضد زنگ بودن آن است.

آلیاژهای مهم فولاد زنگ نزن

آلیاژهای اصلی فولاد ضد زنگ شامل کروم، نیکل، مولیبدن و همچنین کربن هستند که هریک به نحوی بر رفتار و ویژگی های نهایی این آلیاژ تأثیر می گذارند. کروم به عنوان عنصر اصلی، موجب ایجاد یک لایه حفاظتی روی سطح فولاد می شود تا از آن در برابر زنگ زدگی محافظت کند. همچنین، نیکل و مولیبدن به افزایش دوام و قابلیت کاربرد در محیط های پرتنش و پرفشار کمک می کنند؛ در حالی که درصد کربن باید به دقت تحت کنترل قرار گیرد تا خواص مکانیکی مطلوب برای فولاد زنگ نزن حاصل شود.

برای تهیه آهن زنگ نزن، آهن را با چه عنصری مخلوط می کنند

عنصر اصلی مورد استفاده برای تولید فولاد زنگ نزن، فلز کروم است. این عنصر به طور قابل توجهی خواص ضد زنگ آلیاژ را بهبود می بخشد و در عین حال مقاومت به خوردگی را نیز افزایش می دهد.

انواع آهن زنگ نزده

آهن زنگ نزن با توجه به فرمولاسیون و ترکیبات شیمیایی خود انواع متفاوتی دارد. در ادامه به تشریح ۵ نوع اصلی فولاد ضد زنگ می پردازیم:

مارتنزیتی (Martensitic)

فولاد زنگ نزن مارتنزیتی به دلیل داشتن میزان بالای کروم (۱۰.۵ تا ۱۷ درصد) و ترکیبات کربن به دقت کنترل شده، خاصیت سختی بسیار عالی را ارائه می دهد که آن را برای کاربردهای صنعتی و ساخت ابزارهای برش بسیار مناسب می سازد؛ اما این نوع فولاد در مقایسه با انواع دیگر از مقاومت کمتری در برابر زنگ زدگی برخوردار است.

موردی که باعث می شود در محیط های مرطوب و خورنده چندان کارآمد نباشد. این نوع فولاد برای ساخت ابزارهای برش دقیق، چاقوها و همچنین توربین های بخار مناسب است.

فریتی (Ferritic)

فولاد فریتی حاوی میزان بالای کروم (۱۷ تا ۲۷ درصد) و مقدار نیکل و کربن بسیار کم یا حتی صفر است که این امر باعث ایجاد ساختار مغناطیسی در آن می شود. این نوع فولاد به طور معمول دارای مقاومت متوسطی در برابر زنگ زدگی و خوردگی است و به دلیل هزینه تولید کمتر نسبت به نوع آستنیتی، در صنایع مختلف محبوبیت بیشتری دارد. کاربردهای رایج این نوع آهن زنگ نزن شامل صنعت خودروسازی و تولید لوازم خانگی مانند ماشین های لباسشویی و خشک کن ها می شود.

آستنیتی (Austenitic)

فولاد زنگ نزن آستنیتی به عنوان رایج ترین نوع فولاد ضد زنگ، به دلیل مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی و خوردگی شهرت یافته است. تقریباً ۷۰ درصد از تولید جهانی فولاد ضد زنگ به این نوع اختصاص داده شده که ترکیبی از کروم (۱۶ تا ۲۶ درصد) و نیکل (۶ تا ۲۶ درصد) و مقدار بسیار ناچیز کربن را به عنوان عناصر اصلی در خود دارد.

این نوع فولاد ویژگی هایی از جمله عدم خاصیت مغناطیسی و مقاومت بالا در برابر دماهای بالا و زنگ زدگی دارد و در صنایع غذایی، تجهیزات پزشکی، ظروف آشپزخانه و قطعات خودرو به کار می رود. پراستفاده ترین ترکیب این نوع فولاد ضد زنگ نوع 304 یا S30400 است که ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل در ترکیباتش دارد.

آستنیتی- فریتی یا دو فازی (Duplex or ferritic-austenitic)

فولادهای دو فازی که از ترکیب ساختار آستنیتی و فریتی به وجود آمده اند، به خاطر استحکام و مقاومت عالی در برابر خوردگی مورد توجه قرار دارند. این نوع آهن زنگ نزن به ویژه در ساخت سازه هایی مانند پل ها، مخازن ذخیره سازی و تجهیزات دریایی به کار می روند.

فولاد دو فازی با تلفیق مزایای دو نوع آستنیتی و فریتی قابلیت های متعددی را ارائه می دهد که آن را به گزینه ای جذاب در بسیاری از صنایع تبدیل می کند.

رسوب سختی (Precipitation-Hardening or PH)

فولادهای ضد زنگ رسوب سختی یکی دیگر از انواع آهن زنگ نزن هستند که از مکانیزم رسوب سختی برای دستیابی به سختی و استحکام بالا استفاده می کنند. این دسته از فولادها معمولاً شامل کروم، نیکل و عناصری چون مس، آلومینیوم و نیوبیم هستند که به قابلیت های منحصر به فرد آنها می افزاید.

این نوع فولادها در شرایط خاص، به ویژه در صنایع هوافضا و تولید ابزار دقیق کاربرد دارند و به خاطر خصوصیات عالی خود مورد توجه طراحان و مهندسان قرار می گیرند.

تولید آهن فلزی و آهن زنگ نزن

آهن فلزی و آهن زنگ‌نزن (فولاد ضد زنگ) دو شکل حیاتی از آلیاژهای آهن هستند که هر یک با ویژگی‌ها و روش‌های تولید خاص خود، نقش مهمی در صنایع مدرن ایفا می‌کنند. آهن فلزی، که عمدتاً از سنگ آهن استخراج و با فرآیندهایی چون احیا در کوره‌های بلند تولید می‌شود، پایه و اساس بسیاری از سازه‌ها و ابزارهای روزمره است. در مقابل، آهن زنگ‌نزن با افزودن عناصری مانند کروم و نیکل به آهن، مقاومت بالایی در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی پیدا می‌کند و در کاربردهایی که دوام و بهداشت اهمیت دارد، مانند تجهیزات پزشکی و صنایع غذایی، به کار می‌رود. این مقدمه به بررسی فرآیندهای تولید این دو ماده و اهمیت آن‌ها در زندگی امروزی می‌پردازد.تولید فولاد زنگ نزن با دو روش اصلی آزمایشگاهی و صنعتی انجام می شود:

روش های آزمایشگاهی

در موارد خاصی که نیاز به آهن خالص وجود دارد، می توان این فلز را در محیط آزمایشگاه و در مقادیر محدود تولید کرد. این کار باعث کاهش اکسید یا هیدروکسید آهن با استفاده از هیدروژن یا به وسیله حرارت دادن پنتا کربونیل آهن تا دمای ۲۵۰ درجه سلسیوس انجام می شود. این دما منجر به تجزیه شدن آهن می شود و پودر آهن خالص به جا می گذارد. همچنین، الکترولیز کلرید آهن بر روی کاتد آهنی نیز از روش های آزمایشگاهی دیگر به شمار می رود.

روش های صنعتی اصلی

در تولید صنعتی آهن زنگ نزن دو مرحله کلیدی وجود دارد. در مرحله نخست سنگ آهن به همراه کک در کوره بلند تحت فشار بالا قرار می گیرد تا فلز مذاب از ناخالصی های موجود مانند سیلیکات ها جدا شود. این فرآیند منجر به تولید آهن خامی می شود که دارای مقدار قابل توجهی کربن است. در مرحله دوم، مقدار کربن از طریق فرآیند اکسایش کاهش می یابد تا آهن فرفورژه، فولاد یا چدن تولید شود. در این فاز امکان افزودن فلزات دیگر به منظور ساخت آلیاژهای فولادی وجود دارد.

مزیت های فولاد ضد زنگ (زنگ نزن)

مزیت های فولاد ضد زنگ شامل موارد زیر می شود:

• قابلیت بازیافت و سازگار با محیط زیست
• ظاهر زیبا و شکیل
• عمر بالا
• نگهداری و تمیزکاری آسان
• مقاومت بالا در برابر زنگ‌ زدگی و خوردگی
• مقاومت حرارتی بسیار خوب
• وزن سبک

کاربردهای آهن ضد زنگ

آهن ضد زنگ یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع مختلف است که به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، از جمله مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالا و زیبایی ظاهری، جایگاه ویژه‌ای در زندگی مدرن پیدا کرده است. این آلیاژ، که عمدتاً از آهن، کروم و نیکل تشکیل شده، در برابر زنگ‌زدگی و شرایط محیطی سخت مقاوم است و به همین دلیل در حوزه‌هایی چون ساخت‌وساز، پزشکی، صنایع غذایی، خودروسازی و حتی دکوراسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقدمه، به بررسی کاربردهای گسترده فولاد ضد زنگ و دلایلی که آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای مصارف گوناگون تبدیل کرده است، پرداخته خواهد شد. کاربردهای آهن زنگ نزن عبارت اند از:

• لوازم خانگی شامل کارد و چنگال، سینک، ماهیتابه، گردونه ماشین لباسشویی، کوره مایکروفر و انواع تیغ.
• پایگاه های نفت و گاز، جعبه کابل و خطوط لوله زیرزمینی.
• تجهیزات جراحی، جراحی ایمپلنت و اسکنر MRI.
• تولید تجهیزات پذیرایی، جوشاندن، تقطیر و پردازش مواد غذایی.
• لوله های آب و فاضلاب و مخازن آب گرم.
• تولید روکش و نرده ساختمانی، اتصالات درب و پنجره، مبلمان، بخش های ساختاری، نوار تقویت شده، ستون های روشنایی، تیر سردرها و پایه های بنایی.
• تولید سیستم های اگزوز، پنجره و داخل خودروها، انواع تانکر و انبار و تانکر کشتی حمل مواد شیمیایی.
• مخازن تحت فشار و لوله های فرایند.
• تولید انواع فنر، چفت و بست ها، پیچ و مهره، انواع واشر و انواع سیم.

دلیل اصلی استحکام و افزایش انعطاف آهن زنگ نزن (ضد زنگ)

فولاد زنگ نزن به دلیل وجود کروم در ترکیب خود، مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون و خوردگی دارد. این عنصر سبب ایجاد لایه ای حفاظتی بر روی سطح فلز می شود و همزمان انعطاف پذیری آن را نیز بهبود می بخشد.

رایج ‌ترین فولادهای زنگ نزن و تفاوت های آن ها

متداول ترین انواع فولاد زنگ نزن شامل فولادهای آستنیتی، فریتی و مارتنزیتی هستند. فولادهای آستنیتی معمولاً در برابر خوردگی مقاوم تر بوده و شکل پذیرتر هستند؛ در حالی که فولادهای فریتی استحکام بالاتری دارند و در دماهای بالا عملکرد بهتری ارائه می دهند. از سوی دیگر، فولادهای مارتنزیتی به دلیل قابلیت سخت سازی، کیفیت بالایی در ابزارآلات ایجاد می کنند. هر نوع از این فولادها ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارد که آن ها را برای مصارف مختلف مناسب می سازد.

تفاوت های فولاد ضد زنگ با فولاد گالوانیزه

فولاد زنگ نزن به دلیل ترکیب عناصر خاص، مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی داشته و نیازی به پوشش اضافی ندارد. در مقابل، فولاد گالوانیزه با لایه ای از روی پوشانده می شود تا در برابر خوردگی مقاوم باشد؛ اما این پوشش ممکن است در شرایط مختلف آسیب ببیند.

محدودیت های استفاده از فولاد زنگ نزن

هزینه تولید آهن زنگ نزن در حالت کلی بالاتر است. هزینه بالای تولید باعث می شود تا این آلیاژ در برخی پروژه های اقتصادی کمتر مورد توجه قرار گیرد. همچنین، برخی از انواع فولاد ضد زنگ در محیط های با دما و فشار بسیار بالا عملکرد مناسب و قابل قبولی ندارند.

جمع بندی

آهن زنگ نزن به عنوان یک ماده مهندسی با ویژگی های منحصر به فرد، جزء مواد ضروری صنایع مختلف محسوب می شود. این فلز به دلیل داشتن کروم در ترکیبات خود نه تنها در برابر زنگ زدگی مقاوم است، بلکه استحکام و انعطاف پذیری بالایی نیز دارد. انواع مختلفی از فولاد زنگ نزن وجود دارد که هر یک کاربردهای خاص خود را دارند. با این حال، قیمت بالای تولید آن و برخی محدودیت های عملکردی ممکن است در انتخاب آن تاثیرگذار باشد. به طور کلی، آهن یا فولاد زنگ نزن یک انتخاب ایده آل برای کارکردهای حساس و مهم در برخی صنایع است.

سؤالات متداول