انواع مختلف فولاد زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن بر اساس فاز غالب موجود در ترکیب شیمیایی خود، طبقه‎بندی می‎شوند. سه فاز موجود در فولادهای زنگ نزن، مارتنزیت،  فریت و آستنیت است. انواع فولاد زنگ نزن شامل: فریتی (4XX)، مارتنزیتی (4XX)، آستنیتی (3XX) و (2XX)، داپلکس (دو فازی) (آستنیتی و فریتی) و رسوب سختی شده (PH) است. انجمن آمریکایی آهن و فولاد (AISI) یک سیستم سه عددی، که اغلب بعد از آن یک حرف وجود دارد، برای تعیین فولادهای زنگ نزن (برای مثال: 304، 304L، 410 و 430) به کار می‎گیرد. در شکل 1، ریزساختار برخی از فولادهای زنگ نزن آورده شده است.

شکل 1- ریزساختار فولادهای زنگ نزن، الف) فریتی، ب) مارتنزیتی، ج) آستنیتی و د) داپلکس.

 

1- فولادهای زنگ نزن فریتی

فولادهای زنگ نزن فریتی حاوی 19-2/11 درصد کروم هستند که ممکن است مقادیر بسیار کمی نیکل نیز داشته باشند و از آنجایی که نیکل عنصری گران است، فولادهای زنگ نزن فریتی نسبت به گریدهای حاوی نیکل بالا، مقرون به‎صرفه‎تر است.از مولیبدن برای افزایش مقاومت به خوردگی و از گوگرد یا سلنیم برای بهبود ماشینکاری این فولادها استفاده می‎شود. مقدار کربن این فولادها اندک و ساختار کریستالی آن‎ها BCC است. فولادهای زنگ نزن فریتی فرومغناطیس هستند و معمولاً زمانی استفاده می‎شوند که شرایط خوردگی شدید نیست، مانند سیستم اگزوز خودرو، ظروف پخت و پز، کاربردهای معماری و برخی قسمت‎های داخلی اتومبیل.

2- فولادهای زنگ نزن آستنیتی

فولادهای زنگ نزن آستنیتی، بزرگ‎ترین گروه فولادهای زنگ نزن است که دارای مقاومت به خوردگی، شکل‎پذیری و جوش‎پذیری خوب تا عالی است. برخی از این فولادها با مقدار اندکی مولیبدن، کلومبیم وتیتانیوم، مس، آلومینیوم، سیلیسیم آلیاژ می‎شوند تا باعث بهبود خواصی نظیر مقاومت در برابر حفره‎دار شدن و اکسیداسیون در این فولادها شوند. گوگرد یا سلنیم نیز برای بهبود قابلیت ماشینکاری به برخی از این فولادها افزوده می‎شوند. ساختار کریستالی آن‎ها FCC است و در حالت آنیل شده غیر مغناطیس هستند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی زمانی استفاده می‎شوند که خوردگی شدید باشد. انواع آستنیتی سری‎های 2XX و 3XX فولادهای زنگ نزن را تشکیل می‎دهند. سری‎های 2XX حاوی نیتروژن، 4 تا 5/15 درصد منگنز و تا 7 درصد نیکل و سری‎های 3XX حاوی مقادیر بالاتری نیکل و تا 2% منگنز است.

بطور کلی فولادهای زنگ نزن  302 و 304  بیشترین کاربرد را هم در دماهای بالا و هم در دماهای پایین دارند. نوع 316، که   دارای  2.5 درصد عنصر مولیبدن می باشد،  مقاومت بهتری در برابر ‌خوردگی و استحکام مطلوب تری در دماهای بالا دارد. فولادهایی با مقادیر کروم بالاتر (مثلا 23-25 درصد) مانند نوع 309  و 310  معمولا در دماهای بالا کاربرد دارند.

3- فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی

به منظور افزایش سختی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی، مقدار کربن نسبت به گریدهای دیگر بالاتر است. آلیاژهای مارتنزیتی حاوی 18-5/10 درصد کروم، تا 4% نیکل و 2/1-1/0 درصد کربن بوده و ساختار کریستالی BCC اعوجاج یافته (BCT) دارند. با افزودن مقداری نیکل و کاهش درصد کربن، جوش‎پذیری این نوع فولادهای زنگ نزن، بهبود پیدا می‎کند.  حضور نیکل باعث بهبود مقاومت خوردگی و چقرمگی در این فولادها می‎شود. این فولادهای زنگ نزن در محیط‎هایی با قدرت خورندگی پایین مقاوم هستند، به راحتی جوش پذیر نیستند، فرومغناطیس‎اند، با عملیات حرارتی می‎توان سختی آن‎ها را افزایش داد و استحکام ضربه پایینی دردماهای پایین دارند. از کاربردهای فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی می‎توان به ساخت کارد و چنگال، تیغه‎های جراحی، پرههای توربین و قطعات دما بالا اشاره کرد.

4- فولادهای زنگ نزن داپلکس

این نوع از فولادهای زنگ نزن، دارای ریزساختار فریتی-آستنیتی با تعادل فازی تقریبی 50% فریت و 50% آستنیت هستند. درصد کروم در این فولادها بالا (4/25-1/20 درصد)، اما درصد نیکل نسبتاً کم‎ (7-4/1 درصد) است. مولیبدن (4-3/0 درصد) و نیتروژن اضافه می‎شوند تا مقاومت به خوردگی بهبود یابد. نیتروژن همچنین سختی را افزایش می‎دهد. در برخی از گریدها منگنز جایگزین نیکل می‎شود که حل‎پذیری نیتروژن را نیز افزایش می‏دهد.

در شکل‎های 2 و 3، به ترتیب روابط ترکیبی و خواص را برای فولادهای مارتنزیتی و فریتی و روابط ترکیبی و خواص بین انواع فولادهای آستنیتی و فولادهای زنگ نزن داپلکس را نشان می‎دهند.

 

شکل 2. روابط ترکیبی و خواص برای فولادهای مارتنزیتی و فریتی.

 

 

شکل 3. روابط ترکیبی و خواص بین انواع فولادهای آستنیتی و فولادهای زنگ نزن داپلکس.

5- فولادهای زنگ نزن رسوب سخت شونده

این فولادها حاوی 11 تا 18 درصد کروم و 3 تا 27 درصد نیکل، همراه با مقادیر اندک کربن هستند. فولادهای زنگ نزن رسوب سخت شونده،  قسمت عمده‎ی استحکام خود را از طریق واکنش‎های رسوبی با استفاده از عناصر آلومینیوم، مس، تیتانیوم و یا مولیبدن به دست می‎آورند. این نوع فولادها اغلب با پسوند PH نشان داده می‎شوند و از طریق ریزساختار غالبی که این آلیاژها را تشکیل می‎دهند، به زیر گروه‎های مارتنزیتی، نیمه آستنیتی و آستنیتی طبقه بندی می‎شوند.  کاربرد این فولادها در جاهایی است که استحکام بالا و مقاومت به خوردگی مورد نیاز است.