تفاوتهای فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ

با وجود انواع مختلفی از فولادها، فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ به خاطر تنوع کاربردشان دو نوع مهم و معروف از فولادها هستند؛ در این مقاله این دو گروه با هم مقایسه شده‌اند.

آیا می‌دانید؟

فولاد ضد زنگ برای از بین بردن بو از پوست استفاده می‌شود. یک سر آشپز قدیمی برای از بین بردن بوی سیر و ماهی از حقه‌ی مالیدن دستهایش به سطح یک فولاد ضد زنگ مثل سطح پیشخوان یا چاقو استفاده می‌کند. امروزه بسته‌های فولاد ضد زنگ برای همین کار به شکل قالب صابون تولید می‌شوند.
فولادها، آلیاژیهایی هستند که عمدتاً از آهن و کربن تشکیل شده‌اند و استحکام کششی و مقاومت بالایی دارند. این مواد کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف، ساخت و ساز، داروسازی، حمل و نقل و . . . دارند.
فولادها به صورت فولاد ساده کربنی، فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ طبقه بندی می‌شوند که در این بین فولادهای کربنی 90% تولید فولاد دنیا را به خود اختصاص می‌دهند اما این فولادها معایبی چون مقاومت ضربه پایین، محدودیتهای سخت شدن، مقاومت خوردگی و اکسیداسیون کم و . . . دارند. برای رفع این معایب فولادهای آلیاژی و ضد زنگ توسعه یافته‌اند. در ذیل خواص این دو نوع فولاد بررسی شده است.

خواص فولاد ضد زنگ :

تفاوت اصلی فولاد ساده کربنی و فولاد ضد زنگ مربوط به مقدار کروم اضافه شده به آلیاژ است. با این که مقدار کروم فولاد کربنی ناچیز و قابل چشم پوشی است اما فولاد ضد زنگ 10 تا 20 % کروم و 7 تا 9 % نیکل دارد که این مقدار کروم باعث تشکیل لایه‌ی اکسید کروم و در نتیجه ایجاد سطح صاف و درخشان روی فولاد می‌شود. هم چنین این لایه تشکیل شده از نفوذ آب و هوا جلوگیری کرده و از خوردگی حفاظت می‌کند. نیکل اضافه شده بدون تغییر انعطاف پذیری و مقاومت فولاد، سختی آن را افزایش می‌دهد و انبساط حرارتی آن را کم می‌کند. فولاد ضد زنگ با توجه به مقدار کربن و نیکل در سه گروه طبقه بندی می‌شود.
فولاد ضد زنگ فریتی: این رده از فولاد 10 تا 20 % کروم و کمتر از 0.1 % کربن دارد و مقدار کربن آن تا نقطه ذوب ثابت است. با انجام کار مکانیکی می‌توان سختی آن را افزایش داد. اما این فولاد تا دمای معینی انعطاف پذیر است و حرارت دادن به مدت طولانی آن را ترد می‌کند. این فولاد در مواردی که به استحکام بالا و وزن پایین نیاز است مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی: این فولاد نیز 10 تا 20 % کروم دارد اما مقدار کربن آن بیشتر است و بین 0.1 تا 1.5 % قرار می‌گیرد. مقدار بیشتر کربن باعث می‌شود که بتوان آن را تا دماهای بالاتر حرارت داد و در نتیجه سختی آن افزایش و تردی آن کاهش پیدا کند. این فولاد درساخت کارد و چنگال و ابزار چند کاره مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فولاد ضد زنگ آستنیتی: مقدار کربن این فولاد شبیه نوع مارتنزیتی است اما همراه با کروم، 7 تا 9 % نیز نیکل دارد. وجود نیکل باعث خاصیت غیر مغناطیسی، انعطاف پذیری بیشتر و حساسیت بیشتر به دما می‌شود. این نوع فولاد در ساخت لوازم آشپزخانه و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود.

خواص فولاد آلیاژی :

فولاد آلیاژی به دو گروه اصلی فولاد کم آلیاژ استحکام بالا که مقدار عناصر آلیاژی در ترکیب آن کمتر از 8 % است و فولاد پر آلیاژی که مقادیر عناصر آلیاژی در ترکیب آن بیشتر از 8 % است تقسیم می‌شود. خواص فولاد کم آلیاژی افزایش سختی و مقاومت به سایش و گسیختگی، نسبت به فولاد کربنی است اما ممکن است استحکام کششی خود را از دست بدهد.
فولادهای پر آلیاژی و ریخته‌گری مقادیر زیادی عناصر آلیاژی دارند و علاوه بر سختی و مقاومت به سایش و گسیختگی در دماهای بالا، استحکام خود را نیز حفظ می‌کنند.

مزایا و معایب فولاد آلیاژی :

مزایا :

- فولادهای آلیاژی نسبت استحکام به وزن بالایی دارند.
- این فولادها در انواع مختلفی وجود دارند و برای کاربردهای متنوعی مناسب هستند.
- بسیاری از فولادهای آلیاژی چگالی پایینی دارند یعنی اینکه با وزن کم حجم بیشتری دارند درنتیجه می‌توانند فشار و تنش بیشتری را تحمل کنند.
- بعد از یک عملیات حرارتی ساده می‌توانند به شکلهای مختلف چون ورق، شمش، صفحه و لوله تبدیل شوند.

معایب :

- بسیاری از فولادهای آلیاژی در معرض خوردگی هستند در نتیجه به عملیات نهایی حفاظت از خوردگی بعد از تولید نیاز دارند.
- تقریباً تمام آلیاژها مخصوصاً در دماهای بالا استحکام پایینی دارند.
مزایا و معایب فولاد ضد زنگ :

مزایا :

- بخاطر خواص ضد خوردگی، این نوع فولادها به راحتی تمیز می‌شوند.
- فولاد ضد زنگ در برابر خوردگی بسیار مقاوم است.
- فولاد ضد زنگ ساختار مقاومی دارد و استفاده از آن در ساخت و ساز باعث صرفه جویی در مواد و هزینه‌ها می‌شود.
- فولاد ضد زنگ شکل تمام شده‌ی خوبی دارد و لوازمی که از این مواد ساخته می‌شوند ظاهر خوبی دارند و نیازی به عملیات تمام کاری ندارند.
- این نوع فولاد در برابر حرارت و آتش مقاوم است و استحکام خود را حتی در دماهای بالا حفظ می‌کند.
- به خاطر ماهیت غیر تخلخلی که دارد، ترکیب آن با مواد دیگر سخت است.
- دوام بالایی دارد و برای استفاده طولانی مدت انتخاب خوب و ارزانی است.

معایب :

- فولاد ضد زنگ نسبت به فولاد ساده کربنی گرانتر است.
- عملیات جوشکاری و پولیش این نوع فولاد آسان نیست و پرهزینه است و به افراد ماهر و کار آزموده نیاز دارد.
- روی این نوع فولاد احتمال گودی افتادن و خراشیدگی زیاد است.
- این ماده به عملیات تمیزکاری منظم نیاز دارد چون گریس و مواد روغنی به راحتی به سطح آن می‌چسبد.

فولاد آلیاژی در مقایسه با فولاد ضد زنگ :

ترکیب شیمیایی: فولاد آلیاژی شامل عناصر دیگری به غیر از آهن و کربن است مثل منگنز، سیلیسیوم، نیکل، بور، کروم، وانادیم. این عناصر در عملیات حرارتی اضافه می‌شوند. در واقع فولاد ضد زنگ بخاطر حضور کروم و نیکل یک فولاد پر آلیاژی است اما به علت خواص و کاربردهای ویژه‌ی آن یک گروه جداگانه در صنعت تولید فولاد محسوب می‌شود.
هدایت حرارتی: هدایت حرارتی بر اساس توانایی ماده برای انتقال حرارت بیان می‌شود. اگرچه بیشتر فولادهای آلیاژی مثل فولادهای نیکلی و تیتانیمی هدایت حرارتی پایینی دارند (در محدوده 26 تا 48.6) اما هدایت حرارتی فولاد ضد زنگ پایین‌تر است (در محدوده 11.2 تا 36.7).
استحکام کششی: در حالت عمومی فولادهای آلیاژی استحکام کششی بالاتری از فولادهای ضد زنگ دارند. استحکام کششی فولاد ضد زنگ در محدوده 515 تا 827 مگاپاسکال است در حالی که فولاد آلیاژی استحکامی بین 758 تا 1882 مگا پاسکال دارد. کاربردها: در بین انواع مختلف از فولادهای آلیاژی، فولاد نوع نیکلی، سیلیسیومی و منگنزی بیشترین تولید را دارند. فولاد منگنزی 10 تا 18 % منگنز دارد و در ساخت ریلهای راه آهن، گارد ریل و صفحات زرهی استفاده می‌شود. فولاد سیلیسیومی 1 تا 5 % سیلیسیوم دارد و در ساخت آهنربا بکار می‌رود. فولاد نیکلی 2 تا 4 % نیکل دارد و بطور گسترده در ساخت مواد سازه‌ای مثل دنده‌های فلزی، شفتهای فولادی و کابلهای فولادی استفاده می‌شود. هم چنین در ساخت بدنه خودروها، بدنه‌ی کشتی و تجهیزات صنعتی و ساختمانی کاربرد دارد.
از طرف دیگر رده‌های مختلفی از فولاد ضد زنگ با توجه به میزان کروم و نیکل در ترکیبشان، وجود دارند. این مواد به طور عمده در تولید لوازم و اثاثیه منزل، وسایل جانبی اتومبیل، کارد و چنگال و لوازم آشپزخانه و . . . استفاده می‌شوند.
فولادهای آلیاژی و ضد زنگ مزایای مختلفی نسبت به فولادهای کربنی دارند. علاوه بر این به علت ویژگیهای مختلفی که دارند برای کاربردهای مختلفی مناسب هستند بنابراین آگاهی از ویژگیهای هر یک از این مواد در انتخاب بهتر به ما کمک می‌کنند.