معرفی فولاد فریتی، بررسی ساختار و ویژگی ها

قبل از پاسخ به این سوال که فولاد فریتی چیست، باید بگوییم که فولادها یکی از پرکاربردترین مواد مهندسی در جهان هستند و بسته به ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری خود، در دسته های مختلفی قرار می گیرند. در این میان، فولاد فریتی به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد خود، جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف دارد.

فولاد فریتی چیست؟ ساختار فولاد فریتی بلوری مکعبی مرکز دار (BCC) است و به دلیل میزان بالای کروم در ترکیب خود، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. اما چه عواملی آن را از سایر انواع فولاد متمایز می کند؟ چه مزایا و محدودیت هایی دارد؟ در ادامه، این آلیاژ را از زوایای مختلف بررسی خواهیم کرد.

فولاد فریتی چیست؟

این نوع فولاد که ساختاری مشابه آهن خالص دارد، به دلیل وجود فاز فریت در ترکیب خود، ویژگی هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت شکل پذیری بالا و خاصیت مغناطیسی را ارائه می دهد. فولاد فریتی به عنوان فولاد ضد زنگ با درصد کروم بالا (10.5 تا 30 درصد) شناخته می شود. این نوع فولاد، برخلاف فولادهای آستنیتی، فاقد نیکل است و به همین دلیل قیمت پایین تری دارد. همچنین، خاصیت مغناطیسی و هدایت حرارتی بالای فولاد فریتی، باعث شده در کاربردهای خاص صنعت از آن استفاده شود.

ویژگی های فولاد فریتی

برای پاسخ به سوال فولاد فریتی چیست باید به سراغ ویژگی های جالب این فولاد برویم. فولاد فریتی یک آلیاژ با خواص منحصر به فرد است و همین خواص آن را از سایر فولادها متمایز می کند.

مقاومت بالا در برابر خوردگی

وجود مقدار زیادی کروم (10.5 تا 30 درصد) در ترکیب فولاد فریتی، یک لایه اکسید محافظ روی سطح آن ایجاد می کند که از زنگ زدگی و خوردگی جلوگیری می کند. هرچه میزان کروم بیشتر باشد، مقاومت در برابر محیط های خورنده نیز افزایش می یابد.

بیشتر فولادهای زنگ نزن در محیط های حاوی کلرید، مانند آب دریا، دچار خوردگی حفره ای می شوند. اما برخی گریدهای فولاد فریتی، به ویژه آنهایی که حاوی مولیبدن هستند، در برابر این نوع خوردگی مقاومت بالایی دارند. به همین دلیل در ساخت تجهیزات دریایی و مبدل های حرارتی استفاده می شوند.

هدایت حرارتی بالا 

اگر به وسایل استیل آشپزخانه تان نگاه کنید، می بینید که برخی از آن ها از فولاد فریتی ساخته شده اند. این فولاد به دلیل هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر خوردگی، گزینه ای عالی برای لوازم خانگی مانند اجاق گاز، فر، یخچال و حتی سینک های ظرفشویی است.

خاصیت مغناطیسی

برخلاف فولادهای آستنیتی که غیرمغناطیسی هستند، ساختار فولاد فریتی باعث شده که خاصیت مغناطیسی بالایی داشته باشد. به دلیل همین خاصیت مغناطیسی، فولاد فریتی در ساخت موتورهای الکتریکی، مبدل های حرارتی و حتی تجهیزات تصویربرداری پزشکی کاربرد دارد.

پایداری در برابر تنش های حرارتی 

در دماهای بالا، فولاد فریتی نسبت به فولاد آستنیتی پایداری بیشتری دارد و کمتر دچار تغییر شکل یا ترک های حرارتی می شود. این موضوع در تولید قطعات موتور، مبدل های حرارتی و تجهیزات صنعتی با دمای بالا اهمیت زیادی دارد.

برخی از گریدهای پیشرفته فولاد فریتی، به دلیل مقاومت در برابر تغییرات دمایی شدید و خوردگی، در قطعات خاصی از تجهیزات فضایی و حتی شاتل های فضایی استفاده می شوند.

عدن سخت شوندگی در اثر عملیات حرارتی 

برخلاف فولادهای مارتنزیتی که در اثر عملیات حرارتی سخت می شوند، فولاد فریتی این خاصیت را ندارد. در نتیجه، در شرایطی که نیاز به ثبات ابعادی و جلوگیری از ترک های ناشی از سخت شدگی وجود دارد، این نوع فولاد انتخاب مناسبی است.

شکل پذیری مناسب 

با وجود اینکه انعطاف پذیری فولاد فریتی از فولادهای آستنیتی کمتر است، اما همچنان قابلیت خمکاری و کشش مناسبی دارد. به همین دلیل در تولید لوازم خانگی، قطعات خودرو و صنایع ساختمانی پرکاربرد است.

انواع گریدهای فولاد فریتی

فولادهای فریتی بسته به ترکیب شیمیایی، مقدار کروم و سایر عناصر آلیاژی، به چندین گرید مختلف تقسیم می شوند. این گریدها ویژگی های متفاوتی دارند و در صنایع مختلف کاربرد دارند. به طور کلی، فولادهای فریتی را می توان در دو گروه اصلی کم آلیاژ و پر آلیاژ دسته بندی کرد.

فولادهای فریتی کم آلیاژ 

این دسته از فولادهای فریتی دارای 10.5٪ تا 14٪ کروم هستند و مقاومت متوسطی در برابر خوردگی دارند. گرید 409 و L410 جزو این گروه دسته بندی می‎ شوند. گرید 409 و L410 کمترین مقدار کروم را در بین فولادهای زنگ نزن دارند و سیستم های اگزوز خودرو، تجهیزات کشاورزی و قطعاتی که در تماس با حرارت متوسط هستند، استفاده می شوند. گرید 409 و L410 به دلیل قیمت پایین و قابلیت جوشکاری خوب، در صنعت خودروسازی بسیار محبوب هستند.

فولادهای فریتی پر آلیاژ 

این دسته از فولادهای فریتی کروم بالاتری (حدود 14٪ تا 30٪) دارند و در برابر خوردگی و حرارت مقاوم تر هستند. گرید 430 یکی از پرکاربردترین گریدهای فولاد فریتی با کروم 16٪ – 18٪ که مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد. کاربردهای آن در تولید لوازم خانگی (یخچال، اجاق گاز)، تزئینات داخلی و صنایع خودروسازی است و به دلیل براق بودن، در دکوراسیون داخلی و تولید ظروف آشپزخانه استفاده می شود.

گرید 434 نسخه بهبود یافته گرید 430 است با افزودن مولیبدن به آلیاژ آن برای مقاومت بیشتر در برابر خوردگی تولید می شود. کاربردهای آن اجاق های صنعتی، قطعات خودرو و مبدل های حرارتی است و در محیط های حاوی رطوبت و نمک دوام بالاتری نسبت به 430 دارد.

گرید 436 و 439 نسبت به 430 شکل پذیری و جوش پذیری بهتری دارند و سیستم های اگزوز، لوله های مبدل حرارتی، و بدنه ماشین های صنعتی استفاده می شوند. این گریدها در خودروهای مدرن برای کاهش وزن و افزایش دوام استفاده می شوند.

گرید 446 در حدود 23٪ – 30٪ کروم دارد که بیشترین میزان کروم در بین گریدهای مختلف فولاد فریتی به شمار می آید. به همین دلیل قیمت ورق فولادی گرید 446، در مقایسه با سایر گریدهای فولاد فریتی گران تر است. گرید 446 در ساخت تجهیزات کوره های صنعتی، بویلرها و محیط های بسیار خورنده استفاده می شود.

کاربردهای فولاد فریتی چیست؟

فولاد فریتی به دلیل خاصیت مغناطیسی، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی بالا شناخته می شود و به همین دلیل در بخش های مختلفی از صنعت تا زندگی روزمره قابل مشاهده است.

صنعت خودروسازی 

فولاد فریتی یکی از اجزای کلیدی در تولید قطعات خودروی شما است. گرید 409 به دلیل مقاومت در برابر اکسیداسیون و حرارت بالا، در سیستم های اگزوز، منیفولد دود و مبدل های کاتالیزوری به کار می رود. گرید 439 نیز که کروم بیشتری دارد، علاوه بر کاربرد در اگزوزها و مبدل های کاتالیزوری، در قطعات تزئینی و بدنه خودرو به دلیل ظاهر بهتر و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی استفاده می شود.

صنایع لوازم خانگی

بسیاری از وسایل استیل در آشپزخانه و خانه از فولاد فریتی ساخته شده اند. بدنه و برخی از قطعات داخلی یخچال ها از گرید 430 ساخته می شوند، زیرا در برابر زنگ زدگی مقاوم است. فولاد فریتی در اجاق های صنعتی و فرهای خانگی استفاده می شود، زیرا توانایی تحمل دمای بالا را دارد.

صنعت انرژی و نیروگاهی

گرید 446 به دلیل داشتن 23٪ تا 30٪ کروم، یکی از مقاوم ترین فولادهای فریتی در برابر حرارت و اکسیداسیون است و در بویلرها، لوله های بخار و محفظه های احتراق استفاده می شود. گرید 430 با 16٪ تا 18٪ کروم نیز در مبدل های حرارتی و قطعات داخلی توربین های بخار کاربرد دارد. از گریدهای 409 و 439 به دلیل مقاومت در برابر دماهای بالا، در دودکش ها و سیستم های گاز خروجی نیروگاه ها استفاده می شود.

صنایع دریایی و تصفیه آب 

فولادهای فریتی پرآلیاژ مانند گرید 446 در محیط های دریایی به کار می روند، زیرا مقاومت بالایی در برابر خوردگی ناشی از نمک دارند. همچنین در صنعت تصفیه آب، برخی از مخازن و لوله های ضدزنگ از این نوع فولاد ساخته می شوند.

تفاوت فولاد فریتی با سایر فولادهای ضد زنگ

ساختار فولاد فریتی با فولادهای آستنیتی متفاوت بوده و از نوع ساختار بلوری BCC (مکعبی مرکزدار) است. در مقایسه با فولادهای آستنیتی (مانند گرید 304 و 316)، فولادهای فریتی مقاومت کمتری در برابر خوردگی دارند، اما در برابر اکسیداسیون دمای بالا و ترک خوردگی ناشی از تنش مقاوم تر هستند. همچنین، برخلاف فولادهای آستنیتی که انعطاف پذیری بالایی دارند، فولادهای فریتی شکل پذیری و جوش پذیری کمتری دارند و در دماهای پایین شکننده تر می شوند.

در مقایسه با فولادهای مارتنزیتی (مانند گرید 410)، فولادهای فریتی نرم تر و انعطاف پذیرتر هستند اما سختی و استحکام مکانیکی کمتری دارند. همچنین، در برابر زنگ زدگی عملکرد بهتری دارند، ولی مانند فولادهای داپلکس (که ترکیبی از فریتی و آستنیتی هستند)، مقاومت مکانیکی بالایی ندارند. در نهایت فولاد فریتی به دلیل نداشتن نیکل، قیمت مقرون به صرفه تری نسبت به فولادهای آستنیتی دارد و در صنایع مختلفی به کار می رود، بنابراین هنگام بررسی قیمت آهن کیلویی، این نوع فولاد می تواند گزینه ای اقتصادی و کاربردی باشد.

سوالات متداول