تحقیقاتی فولاد زنگ نزن(استنلس استیل )
استنلس استیل (Stainless Steel) که Inox نیز خوانده میشود، آلیاژی از فولاد می‌باشد، که اصلی‌ترین عناصر تشکیل دهنده آن آهن، کروم و نیکل است که کمترین میزان کروم در آن 10/5 درصد و بیشترین درصد کربن آن 1/2 درصد می‌باشد.
استنلس استیل ها بلافاصله پس از قرار گیری در محیط کاری با تشکیل یک لایه اکسیدی در سطح خود که به شدت به سطح زیرین چسبیده است در برابر خوردگی رویین می شوند و می توانند تا مقادیر بسیار بالایی در محیط های اسید و خورنده در برابر اکسایش یا کاهش مقاومت نشان دهند.این لایه اکسیدی که به شدت به سطح زیرین خود می چسبد پس از تشکیل مانع تماس لایه های زیرین خود با اکسیژن یا محیط خورنده میشود.
اگر در ساختار استنلس استیل میزان 10/5 درصد کروم داشته باشیم می توانیم رفتار پایداری در فرآیند غیر فعال سازی از فلز انتظار داشته باشیم.در این شرایط حتی اگر خراشی روی سطح اتفاق بیوفتد فلز می تواند خود را ترمیم کند.اگر گرید انتخاب شده برای محیط کاری مناسب با پارامترهای کاری باشد فلز میتواند خود را ترمیم کند در غیر این صورت شکست غیر فعالی رخ میدهد و استنلس استیل خورده می شود.
استنلس استیل به خاطر مقاومت در برابر خوردگی خود بسیار مورد توجه هستند که این خاصیت با افزایش میزان کروم افزایش می‌یابد. افزودن عنصر مولیبدن باعث افزایش مقاومت به خوردگی استنلس ها می باشد در مقابل اسیدهای کاهنده و در برابر خوردگی در محلول‌های اکسید کننده کلرایدی میشود.به همین دلیل، انواع مختلفی از استنلس استیل با درصد مختلف کروم و مولیبدن برای مطابقت با محیطی که آلیاژ باید تحمل کند وجود دارد.مقاومت استنلس استیل به خوردگی و زنگ زدگی، نیاز به نگهداری کم و درخشش بالا، آن را تبدیل به یک ماده مناسب در بسیاری از محیط ها که در آن هم نیاز به استحکام بالا و مقاومت به خوردگی بالا است کرده‌است.
استنلس استیل به شکل ورق، صفحه، میله، سیم و لوله ساخته میشود تا در : وسایل آشپزی، کارد و چنگال، دستگاه‌های جراحی، لوازم خانگی بزرگ؛ مصالح ساختمانی، تجهیزات صنعتی (برای مثال در کارخانجات کاغذ، کارخانه‌های شیمیایی، تصفیه خانه آب)؛ و مخازن ذخیره آب و مخازن مواد شیمیایی و محصولات غذایی (به عنوان مثال، تانکرهای مواد شیمیایی و تانکرهای کامیونی) استفاده گردد.
اصلی ترین خواص استنلس استیل ها : مقاومت خوب در برابر خوردگی(اسیدی ، کاهنده)، راحتی تمیز و استریل نمودن با بخار و عدم نیاز به پوشش دادن سطحی، استفاده از استنلس استیل را در آشپزخانه‌های تجاری و صنعتی متداول کرده‌است.
نقش میکرو ساختار
در دماهای بالا ریز ساختار در تعیین استحکامات و مقاومت های استنلس استیل ها اهمیتی ندارد اما اگردرست انتخاب شود ممکن است در برخی محیط های کاری مفید واقع شوند :
- فولادهای فریتی: بهترین دمای کاری برای استنلس استیل ها فریتی تا دمای 250 درجه سلسیوس است.این فولاد در دمای 475 درجه سلسیوس ترد می شوند.این نکته در مورد فولادهای زنگ‌نزن کروم پایین 10/5 تا 12/5 درصد چندان مهم نیست و دما میتواند بعضی اوقات به 575 درجه سلسیوس نیز برسد. استنلس استیل با درصد آلیاژ بالا با درصد کروم 23 تا 27 درصد،مقاومت بسیار خوبی در دماهای بالا از خود نشان می دهند.
- استنلس استیل مارتنزیتی: در استاندارد EN 10088-1 و EN 10302 استنلس استیل مارتنزیتی در دسته فولادهای مقاوم به خزش قرار گرفته‌اند. با این حال به دلیل اینکه مقدار کروم آن‌ها خیلی بالا نیست (حداکثر 12/5%) استنلس استیل مارتنزیتی جزو فولادهای مقاوم به گرما نیستند و فقط در جاهایی استفاده می‌شوند که نیاز به استحکام نهایی بالا، استحکام خزش و خستگی بالا، به علاوه مقاومت مناسب در برابر خوردگی مد نظر باشد و ماکزیمم دما 650 درجه سلسیوس باشد از آن‌ها استفاده میشود. کاربرد اصلی استنلس استیل مارتنزیتی کم کربن و کربن-متوسط معمولا در توربین‌های بخار، موتورهای جت و توربین‌های گاز می باشد.
- استنلس استیل آستنیتی: این گرید از استنلس استیل ها در کنار آلیاژهای پایه-نیکل بهترین ترکیب مقاومت به خوردگی دما-بالا و استحکام مکانیکی دما-بالا را ارائه می‌دهند. در محیط های با دما بالا، استنلس استیل آستنیتی دما-بالا بهترین انتخاب هستند.
- فولادهای دوپلکس: در حالت بازپخت شده استحکام تسلیم آن‌ها در محدوده 550 تا 690 مگاپاسکال است که به‌طور چشمگیری بیشتر از هر دو نوع فولادهای فریتی و آستنیتی است. ماکزیمم دمای کاری آن‌ها معمولاً 300 درجه سلسیوس است.با این حال استفاده از این فولادها در دماهای بالا به دلیل تردی و افت شدید استحکام مکانیکی پیشنهاد نمی‌شود.
- فولادهای پیر سخت شده: این فولادها آلیاژهای کروم-نیکل هستند که در حالت سخت شده در دماهای بالای 425 درجه سلسیوس به دلیل افت شدید استحکام توصیه نمی‌شوند.
مزیت استنلس های آستنیتی در دماهای خیلی پایین در مقایسه با استنلس های فریتی
استنلس استیل در دماهای کرایوژنیک
در دماهای خیلی پایین فولادهای آستنیتی استحکام خود را حفظ می‌کنند اما فولادهای فریتی، مارتنزیتی و دوپلکس تمایل به ترد شدن پیدا می‌کنند. فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی را می‌توان به عنوان «فولادهای کرایوژنیک» طبقه‌بندی کرد.
از میان استنلس استیل آستنیتی برخی به صورت گسترده‌ای در تجهیزاتی که در دماهای زیر صفر کار می‌کنند استفاده می‌شوند. این دماها میتواند حتی به دمای جوش هلیوم یعنی منفی 269 درجه سلسیوس نیز برسد.
پرکاربردترین فولادهای زنگ‌نزن در کاربردهای کرایوژنیک (دماهای مادون سرد) فولادهای نوردشده (wrought) آستنیتی 304 و 304L هستند، در حالیکه استفاده از فولادهای 316 یا 316L و 321و 347 نیز در صورت در دسترس بودن متداول است. برای کاربرد در دماهای زیر 200 درجه سلسیوس معمولاً از انواع پایدار-نشده (non-stabilized) استفاده میشود.