طبقه بندی و ویژگی های مواد فولاد ضد زنگ

مقدمه: عنصر تعیین کننده فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ به عنوان فولادی با آلیاژ بالا که حاوی حداقل 10.5٪ کروم و حداکثر محتوای کربن 1.2٪ است تعریف می شود. این افزودن کروم عامل مهمی است که مقاومت در برابر خوردگی استثنایی آن را ایجاد می کند. هنگامی که کروم از حدود 10% فراتر رفت، یک لایه غیرفعال پایدار و خود ترمیم شونده - یک لایه نازک و غیر کریستالی از هیدروکسید کروم هیدراته - روی سطح فولاد تشکیل می شود. این لایه غیرفعال که معمولاً فقط حدود 3 نانومتر ضخامت دارد، به عنوان یک مانع غیرقابل نفوذ در برابر عناصر خورنده عمل می کند. اگر این فیلم آسیب ببیند، به طور خودکار در حضور اکسیژن بازسازی می شود و به فولاد ضد زنگ اجازه می دهد مقاومت در برابر خوردگی و ظاهر زیبایی خود را حتی پس از پردازش یا سایش حفظ کند. فولادهای زنگ نزن بر اساس ساختار متالورژیکی خود به پنج خانواده اصلی طبقه بندی می شوند: آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوبلکس و فولادهای زنگ نزن سخت کننده بارش.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی: اسب کاری همه کاره

فولادهای زنگ نزن آستنیتی پرمصرف ترین خانواده هستند که بیش از 70 درصد تولید جهانی را به خود اختصاص می دهند. آنها توسط یک ساختار کریستالی مکعبی (FCC) که با افزودن نیکل - معمولاً 20-8٪ - به پایه کروم تثبیت می شود، تعریف می شوند. این ساختار خواص استثنایی از جمله مقاومت در برابر خوردگی عالی، شکل پذیری بالا، جوش پذیری فوق العاده و سهولت ساخت را به ارمغان می آورد. یک ویژگی تعیین کننده ماهیت غیر مغناطیسی آنها در شرایط آنیل شده است. این فولادها را نمی توان با عملیات حرارتی سخت کرد. در عوض، آنها از طریق کار سرد تقویت می شوند. نمادین ترین درجه 304 (18٪ کروم، 8٪ نیکل) است که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عمومی عالی، شکل پذیری خوب و جوش پذیری مشهور است. برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت بیشتر در برابر خوردگی حفره ای و شکافی دارند، به ویژه در محیط های کلرید، 316 که حاوی 2-3٪ مولیبدن است، ترجیح داده می شود. انواع کم کربن مانند 304L و 316L برای کاربردهای جوشی طراحی شده اند تا خطر خوردگی بین دانه ای را به حداقل برسانند. به دلیل عملکرد جامع آنها، گریدهای آستنیتی در طیف وسیعی از صنایع، از جمله فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی، تجهیزات شیمیایی، کاربردهای معماری و فناوری پزشکی ضروری هستند.

فولادهای ضد زنگ فریتی: جایگزین مغناطیسی و مقرون به صرفه

فولادهای زنگ نزن فریتی با ساختار کریستالی مکعبی (BCC) در مرکز بدن مشخص می شوند و مانند آهن خالص در دمای اتاق، مغناطیسی هستند. آنها حاوی محتوای کروم از 10.5٪ تا 18٪ هستند و محتوای کربن بسیار کمی دارند. پرکاربردترین گرید نوع 430 است. فولادهای فریتی مقاومت خوردگی متوسط ​​تا خوب دارند که با محتوای کروم افزایش می یابد. یک مزیت اصلی مقاومت آنها در برابر ترک خوردگی ناشی از استرس ناشی از کلرید است، مسئله ای که می تواند گریدهای آستنیتی را در محیط های خاص آزار دهد. آنها را نمی توان با عملیات حرارتی سخت کرد و همیشه در شرایط آنیل شده استفاده می شود. در حالی که به طور کلی هزینه کمتری نسبت به فولادهای آستنیتی دارند، محدودیت هایی از جمله کاهش شکل پذیری، شکل پذیری و جوش پذیری دارند. با وجود این چالش ها، گریدهای فریتی به طور گسترده در تزئینات خودرو، کاربردهای معماری، و لوازم خانگی مانند ماشین ظرفشویی و خشک کن لباس استفاده می شود.

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی: استحکام از طریق عملیات حرارتی

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی مانند فولادهای کربنی و کم آلیاژ به دلیل توانایی آنها در سخت شدن و تقویت از طریق عملیات حرارتی منحصر به فرد هستند. در شرایط آنیل شده، ساختار BCC مشابه فریتیک ها دارند. با این حال، هنگامی که به سرعت از دماهای بالا سرد می شود (خاموش می شود)، ساختار به یک مارتنزیت چهارضلعی (BCT) با محوریت بدن تبدیل می شود. عنصر اصلی آلیاژی کروم است، معمولاً 12-15 درصد، با محتوای کربن بالاتر از گریدهای فریتی. این ترکیب به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به استحکام و سختی بسیار بالایی دست یابند - با برخی از گریدها به 60 HRC - به قیمت شکل‌پذیری و چقرمگی کمتر. آنها دارای مقاومت خوردگی متوسطی هستند که معمولاً کمتر از درجه های آستنیتی یا فریتی است. گریدهای رایج عبارتند از 410، 420 و 440 که در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی متوسط ​​دارند، مانند کارد و چنگال، ابزار جراحی، تیغه های توربین و مسابقه بلبرینگ استفاده می شود.

فولادهای ضد زنگ دوبلکس: ترکیب بهترین دو جهان

فولادهای زنگ نزن دوبلکس با یک ریزساختار دوفاز حاوی نسبت مساوی آستنیت و فریت تعریف می شوند که هیچ یک از فازها کمتر از 30 درصد کل را تشکیل نمی دهند. این ساختار منحصر به فرد به آنها اجازه می دهد تا نقاط قوت هر دو خانواده را با هم ترکیب کنند: آنها تقریباً دو برابر درجه های آستنیتی استاندارد استحکام تسلیم دارند و در عین حال شکل پذیری و چقرمگی خوبی را حفظ می کنند. آنها همچنین مقاومت بسیار خوبی در برابر سوراخ شدن، خوردگی شکاف، و مهمتر از همه، ترک خوردگی ناشی از تنش کلریدی دارند. رایج ترین گرید مورد استفاده 2205 (22% کروم، 5% نیکل) است که در بسیاری از رسانه ها مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به 316L ارائه می دهد. در حالی که فولادهای دوبلکس گرانتر از گریدهای فریتی استاندارد هستند و محدودیت هایی در مورد دمای سرویس دارند (معمولاً زیر 300 درجه سانتیگراد)، آنها ماده انتخابی برای کاربردهای سخت در صنایع نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، دریایی، و خمیر و کاغذ هستند.

فولادهای ضد زنگ بارندگی-سخت شدن: نهایی در استحکام بالا

فولادهای زنگ نزن رسوب سخت شونده (PH) ترکیبی استثنایی از استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی را از طریق فرآیند عملیات حرارتی تخصصی به دست می آورند. برخلاف گریدهای مارتنزیتی که صرفاً با چرخه خاموش کردن و تمپر سخت می شوند، گریدهای PH با رسوب ذرات ریز از محلول جامد فوق اشباع تقویت می شوند. رایج ترین و شناخته شده ترین درجه PH 17-4 PH (UNS S17400) است که یک فولاد سخت کننده رسوبی مارتنزیتی است. این گرید ترکیبی منحصر به فرد از استحکام بالا، چقرمگی خوب و مقاومت در برابر خوردگی عالی را ارائه می دهد که آن را برای طیف گسترده ای از اجزای هوافضا، شیمیایی و مهندسی عمومی که عملکرد گریدهای مارتنزیتی استاندارد کافی نیست، مناسب می کند. سایر گریدهای PH عبارتند از انواع نیمه آستنیتی و آستنیتی مانند PH 17-7 و A-286.