آهن زنگ نزن چیست و چه کاربرد‌هایی دارد؟

ستاره | سرویس محتوای کمک درسی – آیا تابحال به جنس نیمکت، کارد و چنگال و سایر آهن‌های براق دقت کرده‌اید؟ آهن زنگ نزن نام عمومی برای تعدادی از آهن‌های مختلف است که عمدتا به دلیل مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی از آن‌ها استفاده می‌شود. تمامی آهن‌های زنگ نزن دارای حداقل ۱۰.۵ درصد کروم هستند. این عنصر با اکسیژن موجود در هوا واکنش می‌دهد و یک لایه سطحی کروم اکسید پیچیده ایجاد می‌کند که نامرئی است، اما برای جلوگیری از ترکیب بیشتر اکسیژن و پیشگیری از زنگ زدن سطح کفایت می‌کند. در ادامه با کاربردهای این فولاد بهتر آشنا می‌شوید.

ویژگی‌های آهن زنگ نزن

ورقه آهن به تنهایی بسیار نازک و حدود ۱۳۰ آنگستروم است که هر آنگستروم یک میلیونوم سانتی‌متر است. ویژگی این لایه عبارتند از: منفعل (واکنش نشان نمی‌دهد یا بر روی مواد دیگر اثر نمی‌گذارد)، پایدار (چسبیده به لایه آهن است و دیگر جابجا نمی‌شود) و خودنوسازی (اگر آسیب ببیند، کروم بیشتر از آهن در معرض هوا خواهد بود و اکسید کروم بیشتری تشکیل می‌دهد).

این بدان معناست که در طی سالیان دراز یک چاقوی درست شده از آهن زنگ نزن می‌تواند روزانه استفاده شود و همچنان باقی بماند. سطوح بالاتر کروم و همچنین افزودن سایر عناصر آلیاژی مثل نیکل و مولبیدن لایه سطحی را تقویت کرده و مقاومت آن را در برابر خوردگی مواد ضد زنگ افزایش می‌دهند. کروم همیشه عامل تعیین کننده است، اگرچه عناصر دیگر مثل نیکل و مولبیدن برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شوند. علاوه بر این، آهن زنگ نزن به طور کامل قابل بازیافت است.

مخترع آهن زنگ نزن

یک دیدگاه گسترده مبنی بر این که آهن زنگ نزن در سال ۱۹۱۳ توسط هری بررلی، متالوژیست شفیلد کشف شد وجود دارد. او بر روی انواع مختلف آهن برای تولید سلاح کار می‌کرد و متوجه شد که فولاد کروم ۱۳ درصد پس از گذشت چند ماه، آسیبی ندیده است. این در حالی است که فرضیه پیچیده‌تر از این است.

کاربردهای آهن زنگ نزن

• کاربرد خانگی: کارد و چنگال، سینک‌ها، ماهی تابه، گردونه ماشین لباس شویی، کوره ماکروفر، انواع تیغ.
• معماری و مهندسی عمران: روکش‌ها، نرده ساختمان، اتصالات درب و پنجره، مبلمان خیابانی، بخش‌های ساختاری، نوار تقویت شده، ستون‌های روشنایی، تیر سردرها، پایه‌های بنایی.
• حمل و نقل: سیستم‌های اگزوز، پنجره و داخل خودروها، تانکر‌های خیابانی، انبار‌های کشتی، تانکر‌های کشتی حامل مواد شیمیایی، باقی مانده وسایل نقلیه.
• کاربرد شیمیایی دارویی: مخازن تحت فشار، لوله‌های فرآیند.
• نفت و گاز: پایگاه‌های نفت و گاز در منزل، جعبه کابل، خطوط لوله زیر زمینی.
• پزشکی: تجهیزات جراحی، جراحی ایمپلنت، اسکنر ام آر آی (MRI)
• غذا و نوشیدنی: تجهیزات پذیرایی، جوشاندن، تقطیر، پردازش مواد غذایی.
• آب: آب و فاضلاب، لوله‌های آب، مخازن آب گرم.
• کاربرد عمومی: فنرها، چفت وبست‌ها (پیچ و مهره و واشر‌ها)، سیم.

انواع فولاد زنگ نزن

سه دسته اصلی انواع آهن زنگ نزن و ویژگی‌های آن‌ها عبارتند از:

۱. آستنیتیک (استیل نگیر)

• آلیاژ‌های کروم، نیکل و آهن با کروم ۱۶ تا ۲۶ درصد، نیکل ۶-۲۶ درصد و مقدار کمی کربن با خواص غیر مغناطیسی.
• نیکل مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد.
• سخت شدن آن در دمای پایین و همچنین زمانی که گرم شود و بعد خنک شود است.
• نوع ۳۰۴ یا S۳۰۴۰۰ یا ۸/۱۸ (۱۸ درصد کروم، ۸ درصد نیکل) پر استفاده‌ترین ترکیب است.

۲. مارتنزیتیک (استیل بگیر)

• آلیاژ‌های کروم-آهن با ۱۰.۵ تا ۱۷ درصد کروم و ترکیبات کربن به دقت کنترل شده است.
• سخت شدن آن به وسیله خنک شدن (به سرعت در آب یا روغن خنک می‌شود) و تغییر دما (گرم می‌شود سپس خنک می‌شود) است.
• مارتنستیک خواص مغناطیسی دارد.
• عمدتا در ساخت چاقو استفاده می‌شود.
• درجات مارتنستیک قوی و سخت هستند و شکل دهی و جوش کردن آن‌ها سخت و دشوار است. نوع ۴۲۰ (S۴۲۰۰۰) نمونه معمول آن است.

۳. فریتیک (استیل بگیر)

• آلیاژ‌های کروم-آهن با ۱۷ تا ۲۷ درصد کروم و با مقدار کمی کربن و دارای خواص مغناطیسی است.
• ظروف آشپزی ساخته شده از این نوع حاوی سطوح بالاتر کروم است.
• نوع ۴۳۰ رایج‌ترین فریتیک مورد استفاده است.
• دو نوع دیگر آن شامل دوپلکس (با ساختار‌های آستنیتیکی و فریتیکی) و رسوبات سخت شده آهن ضد زنگ است که در شرایط خاصی استفاده می‌شود.

انواع آهن ضد زنگ چه کاربردی دارد؟

• آستنیتیک‌ها که دارای ساختار‌های ریزی هستند در ساخت چاقو و ظروف پخت و پز استفاده می‌شوند. این نوع بسیار سخت است و از طریق فرآیندی که شامل گرمایش، خنک کردن و حرارت دادن است، سخت می‌شود. این نوع در دمای بالا مقاومت زیادی دارد.
• فریتیک و آستنیتیک هر دو در وسایل آشپزخانه و لوازم خانگی استفاده می‌شوند. آستنیتیک به علت مقاومت بالا در برابر خوردگی و سهولت در تمیز کردن، در صنعت مواد غذایی و تجهیزات نوشیدنی ترجیح داده می‌شود. برای مثال نوع ۳۰۱ یک
• آستنیتیک ضد زنگ است که دارای ۱۷ درصد کروم، ۷ درصد نیکل و ۰.۰۵ درصد کربن است و به طور گسترده برای تهیه ظروف آماده سازی مواد غذایی استفاده می‌شود.
• شما می‌توانید به راحتی از اکثر لوازم آشپزخانه با کیفیت پایین برای داخل فر استفاده کنید. با این حال برای پخت و پز به کیفیت بی توجهی نکنید و فقط بهترین‌ها را خریداری کنید. اکثر تولید کننده‌های لوازم آشپزخانه از آهن زنگ نزن مشابه نوع ۳۰۴ که دارای کفه ضخیم پخش کننده حرارت است، استفاده می‌کنند. فلزاتی که حرارت را به خوبی پخش می‌کنند، مثل مس و آلومینیوم به قسمت‌هایی پایینی متصل شده تا از نقاط داغ و پخت و پز نامناسب جلوگیری شود.
• سرویس‌های غذا خوری با کیفیت پایین به طور کلی ساخته شده از نوع ۴۰۹ و ۴۳۰ (فریتیک) هستند، در حالی که بهترین سرویس‌های غذا خوری ساخته شده از نوع ۴۱۰ و ۴۲۰ (مارتنسیک) برای چاقو و نوع ۳۰۴ (آستنیتیک) برای قاشق و چنگال است. انواع ۴۱۰/۴۲۰ می‌توانند سخت شوند و حرارت ببینند و به لبه‌های تیز چاقو تبدیل شوند، در حالی که هرچه نوع ۳۰۴ نرم‌تر باشد کار کردن با آن راحت‌تر است. به همین دلیل است که برای اشیائی که نیاز به فرآیند‌های شکل گیری، شستشو و ساییدن دارند استفاده می‌شود.

سوالات متداول درباره فولاد زنگ نزن (آهن زنگ نزن)

۱. محتوی کروم-نیکل چیست؟

محتوی کروم-نیکل به درصد کروم و نیکل در آهن ضد زنگ گفته می‌شود. کروم به آهن زنگ نزن خاصیت درخشش و دوام می‌دهد، در حالی که نیکل به منظور سختی و مقاومت آن استفاده می‌شود. آهن ضد زنگ ۱۰/۱۸ به معنای این است که ۱۸ درصد آن را کروم و ۱۰ درصد را نیکل تشکیل می‌دهد. یک سینک حاوی کروم-نیکل ۱۰/۱۸ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و دوام بیشتر به عنوان بهترین نمونه فولاد زنگ نزن است.

۲. تفاوت آهن زنگ نزن ۱۰/۱۸ و ۸/۱۸ چیست؟

عدد اول نشان دهنده مقدار کروم موجود در آهن است به عنوان مثال ۱۸، ۱۸ درصد کروم است. عدد دوم نشان دهنده نیکل است یعنی ۸ برای ۸ درصد نیکل است؛ بنابراین ۸/۱۸ به این معنی است که این آهن زنگ نزن حاوی ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل است. ۱۰/۱۸ یعنی ۱۸ درصد کروم و ۱۰درصد نیکل.

هرچه اعداد بزرگتر باشند، مقاومت در برابر خوردگی بیشتر است. هردوی ۸/۱۸ و ۱۰/۱۸ حاوی نیکل هستند و عضوی از خانواده سری ۳۰۰ ضد زنگ هستند. ۰/۱۸ یعنی ۱۸ درصد کروم و ۰ درصد نیکل. وقتی که هیچ نیکلی وجود نداشته باشد ضد زنگ عضوی از خانواده سری ۴۰۰ است.

سری ۴۰۰ مغناطیسی هستند و در مقایسه با سری ۳۰۰ در برابر خوردگی مقاوم نیستند، در حالی که سری ۳۰۰ غیر مغناطیسی هستند و عمدتا برای تهیه سینک، تجهیزات پردازش مواد غذایی، مناطق آماده سازی غذای رستوران‌ها و … استفاده می‌شود.

۳. تفاوت بین آهن زنگ نزن ۳۰۴ و ۳۱۶ چیست؟

۳۰۴ حاوی ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل است. ۳۱۶ حاوی ۱۶ درصد کروم، ۱۰ درصد نیکل و ۲ درصد مولبیدن است. مول برای کمک به مقاومت در برابر خوردگی به کلرید (مانند آب دریا و نمک‌های ضد انجماد) اضافه شده است.

۴. آیا آهن زنگ نزن می‌تواند جوش شود؟

بله. این نوع فولاد به آسانی جوش داده می‌شود، اما روش جوشکاری آن متفاوت از آهن کربنی است. میله یا الکترود پرکننده باید از جنس آهن ضد زنگ باشد.

۵. آهن زنگ نزن تا چه درجه حرارتی را می‌تواند تحمل کند؟

آهن زنگ نزن دارای ویژگی‌های عالی در هردو مقیاس درجه حرارت است. برخی از آهن‌های زنگ نزن را می‌توان در درمای کمتر از نیتروژن مایع و برخی را تا حدود ۱۸۰۰ درجه فارنهایت استفاده کرد.

۶. محتوای بازیافتی از آهن زنگ نزن چیست؟

آهن زنگ نزن می‌تواند ۱۰۰ درصد بازیافت شود. به این دلیل است که آهن زنگ نزن می‌تواند دوباره ذوب شود و آهن ضد زنگ جدید بسازد. مقدار معمولی ضایعات آهن زنگ نزن بازیافت شده که برای ساخت آهن ضد زنگ جدید استفاده می‌شود بین ۶۵ تا ۸۰ درصد است.

۷. آیا آهن زنگ نزن ضد زنگ است؟ چرا؟ 

آهن زنگ نزن به شکل آهن‌های دیگر که موقع زنگ زدن اکسید قرمزی رو سطح شان ظاهر می‌شود و پوسته پوسته می‌شوند، نیست. خوردگی به طور کلی ناشی از آلودگی‌هایی است که روی سطح آهن زنگ نزن قرار دارند.

۸. آیا آهن زنگ نزن خاصیت مغناطیسی دارد؟

چندین نوع آهن زنگ نزن وجود دارد. سری ۳۰۰ (که حاوی نیکل است) مغناطیسی نیست. سری ۴۰۰ (که فقط حاوی کروم و بدون هیچ نیکلی است) مغناطیسی است.

۹. آیا آهن زنگ نزن خورده می‌شود؟ 

اگرچه آهن زنگ نزن نسبت به فولاد معمولی کربن یا دیگر آلیاژ‌ها در برابر خوردگی مقاوم‌تر است، اما در برخی موارد می‌تواند دچار خوردگی شود. این آهن کمتر زنگ می‌زند نه اینکه اصلا زنگ نزند. در محیط‌های معمولی جو یا آب، آهن زنگ نزن خورده نمی‌شود و در سینک‌های خانگی، سرویس‌های غذا خوری، ماهی تابه و سطوح کار استفاده می‌شود و خوردگی ایجاد نمی‌کند. در شرایط شدید تر، آهن زنگ نزن اصلی ممکن است دچار خوردگی شود و در این صورت آلیاژ قوی تری از آهن زنگ نزن باید مورد استفاده قرار گیرد.