مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
در زندگی روزمره به‌وفور از استیل یا فولاد ضدزنگ استفاده می‌کنیم؛ اما آیا تابه‌حال به این فکر کرده‌اید که چرا فولاد ضدزنگ در زندگی ما بسیار پرکاربرد و حیاتی است؟ جواب این سال بسیار ساده است؛ فولاد ضد زنگ در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی، نسبت به دیگر فلزها بسیار مقاوم‌تر است و به همین دلیل، در زندگی روزمره و همچنین در صنایع مختلف بسیار پرطرف‌دار است. در این مقاله می‌خواهیم به این موضوع بپردازیم که آیا فولاد ضدزنگ قابلیت هدایت‌کردن الکتریسیته را دارد یا خیر؟ اگر بخواهیم به این سال پاسخ دهیم باید بگویم: بله، فولاد ضدزنگ این قابلیت را داراست.
همان‌طور که می‌دانید فولاد ضدزنگ در خانواده آلیاژهای فلزی قرار می‌گیرد. یکی از مهم‌ترین مشخصه‌های آلیاژهای فلزی، رسانای الکتریکی بودن است. اما توجه داشته باشید که قدرت رسانایی الکتریکی فولاد ضدزنگ به‌اندازه مس یا آلومینیوم نیست. در واقع فولاد ضدزنگ رسانای ضعیف الکتریسیته است. (در حالت کلی فولادهای کربنی دارای مقاومت الکتریکی 8 برابری نسبت به مس هستند؛ اما این عدد برای فولادهای ضدزنگ به 40 برابر می‌رسد.)
علاوه بر بررسی میزان رسانایی الکتریکی فولاد ضدزنگ، در این مقاله به معرفی انواع مختلف فولاد ضدزنگ، عناصر سازنده و… نیز پرداخته می‌شود؛ پس تا انتها همراه ما باشید.
فولاد ضدزنگ چیست؟
فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل، آلیاژی است که بر پایه آهن، کروم (حدود 10 الی 30 درصد) و نیکل تشکیل شده است. اگرچه تمام فولادهای ضدزنگ دارای این سه عنصر شیمیایی (آهن، کروم و نیکل) هستند؛ اما متناسب با کاربرد و نوع فولاد ضدزنگ، عنصرهای شیمیایی دیگری نیز بین عناصر سازنده استیل قرار می‌گیرند. از معمول‌ترین و رایج‌ترین عناصری که در دسته‌بندی مواد سازنده استیل قرار می‌گیرند؛ می‌توان به آلومینیوم، مس، تیتانیوم، نیکل، مولیبدن، نیتروژن، گوگرد، فسفر و سلنیوم اشاره کرد. هر کدام از این عناصر ویژگی‌های بسیار متنوع و گسترده‌ای را در آلیاژ به وجود می‌آورند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی که این عناصر باعث به‌وجودآوردن آن در فولادهای ضدزنگ می‌شوند؛ افزایش مقاومت در برابر خوردگی است. همچنین توجه داشته باشید که علاوه بر عناصر، میزان و درصد جرمی آنها، منجر به پدیدآمدن خاصیت و مشخصه‌های منحصربه‌فرد دیگری (علاوه بر افزایش مقاومت در برابر خوردگی) نیز می‌شود.
آیا فولاد ضد زنگ به طبیعت و محیط زیست آسیب می‌رساند؟
یکی دیگر از دلایل پر کاربرد بودن استیل در زندگی روزمره و صنایع مختلف، عدم آسیب‌رسانی این‌گونه آلیاژها به طبیعت و محیط زیست است. در واقع امروزه فرایندهایی به وجود آمده‌اند که می‌توانیم به کمک آنها، فولاد ضدزنگ را بازیافت کنیم و مجدد از آن بهره‌برداری کنیم. همچنین این آلیاژ، سمومی که باعث تخریب محیط‌زیست می‌شوند را تولید نمی‌کنند. به همین دلایل، امروزه به فولاد ضدزنگ “آلیاژ سبز” نیز گفته می‌شود.
عدم آسیب‌رسانی به طبیعت، دوام بالا، استحکام و نگهداری ساده، کاربردهای فراوان در صنایع حمل‌ونقل، تحقیقات، ساخت‌وساز و… باعث می‌شوند تا این آلیاژ، به یکی از ایده‌آل‌ترین و مطلوب‌ترین آلیاژهای موجود در جهان تبدیل شود.
فولاد ضدزنگ به چند نوع تقسیم می‌شود؟
با وجود اینکه تمام فولادهای ضدزنگ در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی از خود مقاومت نشان می‌دهند؛ اما آیا این سؤال را از خود پرسیده‌اید که انواع مختلف استنلس استیل به چه دلیلی به وجود آمده‌اند؟ در ادامه قصد داریم با توضیح انواع مختلف فولاد ضدزنگ به این پرسش پاسخ دهیم.
در ادامه به بررسی پنج دسته اصلی از فولادهای ضدزنگ می‌پردازیم. همچنین ویژگی‌ها و مشخصه‌های منحصربه‌فرد هر دسته را نیز بیان می‌کنیم. توجه داشته باشید که این دسته‌بندی‌ها، بر اساس تفاوت‌هایی که در ریزساختار فولادهای ضدزنگ وجود دارند؛ پدیدآمده‌اند.
فولاد ضدزنگ آستنیتی
همان‌طور که می‌دانید “آستنیت” یک محلول جامد متشکل از آهن و کربن است. پدیده‌ای که باعث می‌شود محلول آستنیتی به وجود بیاید؛ بالارفتن دمای بحرانی از یک محدوده خاص (723 درجه سانتیگراد) است. حال اگر محلول جامد آستنیتی در ریزساختارهای آلیاژی دیده شود؛ به آن آلیاژ آستنیتی گفته می‌شود.
70 درصد فولادهای ضدزنگ آستنیتی از این محلول جامد (آستنیت) تشکیل شده‌اند؛ 16 درصد آنها از کروم و 6 درصد آنها نیز از نیکل است. همچنین توجه داشته باشید که این آلیاژها غیرمغناطیسی هستند.
از ویژگی‌های مهم این آلیاژ نیز می‌توان به مقاومت بالا در برابر حرارت، استحکام عالی و چقرمگی مناسب اشاره کرد.
فولاد ضدزنگ فریتی
فولاد ضدزنگ فریتی یکی دیگر از انواع فولادهای ضدزنگ است که در ساختار شیمیایی آن، 10.5 الی 18 درصد کروم وجود دارد. در واقع یکی از مشخصه‌های اصلی فولاد ضدزنگ فریتی وجود عنصر کروم است. فولادهای فریتی نسبت به فولادهای ضدزنگ آستنیتی ساختار ضعیف‌تری دارند و در برابر خوردگی مقاومت ضعیف‌تری از خود نشان می‌دهند. اما به دلیل ویژگی‌هایی که فولاد ضدزنگ فریتی در زمینه مهندسی دارد؛ بسیار قابل‌توجه و پرکاربرد است. برای مثال این فولاد در برابر خوردگی تنشی نسبت به فولادهای آستنیتی مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد و گزینه مناسب‌تری محسوب می‌شود.
فولاد ضدزنگ داپلکس
فولاد ضدزنگ داپلکس تلفیقی از فولاد ضدزنگ فریتی و فولاد ضدزنگ آستنیتی است؛ بنابراین انتظار می‌رود که ویژگی‌های هر دو گونه فولاد، در فولاد ضدزنگ داپلکس نیز یافت شود (که همین‌طور هم است). این فولاد مقادیر زیادی از عنصر کروم و مقادیر کمی از عنصر نیکل را در خود جای‌داده است. اگر بخواهیم ویژگی‌های این فولاد را نام ببریم؛ باید به مقاومت بالا در برابر کشش و مطلوب‌بودن به‌منظور جوش‌کاری (جوش‌پذیری خوب) اشاره کرد.
اگرچه فولاد ضدزنگ داپلکس مقاومت خوبی در برابر خوردگی تنشی دارد؛ اما در این زمینه، فولاد ضدزنگ فریتی گزینه مناسب‌تری محسوب می‌شود. چقرمگی این فولاد نیز از فولاد آستنیتی کمتر است؛ اما نسبت به فولاد فریتی چقرمگی بیشتری دارد.
فولاد ضدزنگ مارتنزیتی
فولاد ضدزنگ مارتنزیتی حاوی مقدار زیادی از عنصر کربن است. در کنار عنصر کربن، این آلیاژ مقدار کمی کرومی نیز در خود جای‌داده است.
در شرایط یکسان، مقاومت فولاد ضدزنگ مارتنزیتی در برابر خوردگی، نسبت به فولادهای ضدزنگ فریتی و آستنیتی کمتر است (توجه داشته باشید که منظور از شرایط یکسان این است که مقدار کروم در تمام این آلیاژها یکسان فرض شود). همچنین قابلیت سختی‌پذیری آن نیز بسیار خوب است. از طرف دیگر نه‌تنها خواص این آلیاژ در برابر عملیات حرارتی تضعیف نمی‌شوند؛ بلکه بهبود نیز می‌یابند.
فولاد ضدزنگ سختی رسوبی
این فولاد دارای ویژگی‌های فولاد ضدزنگ آستنیتی و مارتنزیتی است. در واقع فولاد ضدزنگ سختی رسوبی را می‌توان ترکیبی از این دو نوع فولاد در نظر گرفت. این آلیاژ در طی انجام عملیات حرارتی به‌خوبی سخت می‌شود (سختی‌پذیری خوبی دارد) و استحکام کششی آن نیز افزایش پیدا می‌کند. همچنین به‌منظور سخت‌شدن بیشتر این فولاد، عناصری مانند مس، آلومینیوم و تیتانیوم را می‌توان به آن اضافه کرد. از طرف دیگر وجود نیکل و کروم در این فولاد، باعث می‌شوند تا فولاد ضدزنگ سختی رسوبی در کاربردهایی که با سرعت‌های بالا سروکار دارد نیز مورداستفاده قرار بگیرد. برای مثال در پره‌های توربین از این آلیاژ می‌توان استفاده کرد.
گریدبندی فولادهای ضدزنگ
برای گریدبندی فولادهای ضدزنگ از سیستمی که انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) تعریف کرده است؛ استفاده می‌شود. این سیستم فولادهای ضدزنگ را با شماره‌های سه‌رقمی معرفی می‌کند که این ارقام با اعداد 2، 3 و 4 آغاز می‌شوند.
فولادهای ضدزنگ سری 200
فولادهای ضدزنگ سری 200 فولادهای آستنیتی‌ای محسوب می‌شوند که در ساختار شیمیایی آنها عنصر منگنز به چشم می‌خورد. همچنین فولادهای سری 200 دارای مقدار کمی از عنصر نیکل (کمتر از ۵ درصد) هم هستند.
از فولادهای ضدزنگ سری 200 در تولید چاقو، چنگال، دیگ ماشین لباسشویی و… نیز استفاده می‌شود.
فولادهای ضدزنگ سری 300
فولادهای ضدزنگ سری 300 نیز فولادهای آستنیتی‌ای محسوب می‌شوند که در ساختار شیمیایی خود دارای عناصر نیکل، کربن و مولیبدن هستند. وجود عنصر مولیبدن باعث می‌شود تا میزان مقاومت فولادهای سری 300 در محیط‌های اسیدی نیز افزایش یابد. همچنین وجود نیکل، انعطاف‌پذیری این دسته از فولادها را افزایش می‌دهد.
از فولادهای سری 300 معمولاً در صنایع خودروسازی، ساخت جواهرات و… استفاده می‌شود.
فولاد ضدزنگ سری 400
فولادهای مارتنزیتی و فریتی در دسته‌بندی فولادهای ضدزنگ سری 400 قرار می‌گیرند. این خانواده از فولادها اگر تحت عملیات حرارتی قرار بگیرند؛ استحکام و مقاومت آنها در برابر خوردگی افزایش پیدا می‌کنند. اما توجه داشته باشید که میزان مقاومت این دسته از فولادهای ضدزنگ در برابر خوردگی، کمتر از فولادهای ضدزنگ سری 300 است.
معمولاً از فولاد ضدزنگ سری 400 برای ساخت وسایل تزیینی خودرو استفاده می‌شود.
رسانایی الکتریکی چیست؟
توانایی یک ماده به‌منظور انتقال جریان الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر را رسانایی الکتریکی گویند. در واقع هرچه این توانایی بیشتر باشد؛ ماده رسانای بهتر الکتریسیته است. همچنین هدایت یا رسانایی الکتریکی به مقدار ولتاژ موردنیاز به‌منظور جاری کردن مقدار مشخصی از بار الکتریکی نیز اطلاق می‌شود.
رسانایی الکتریکی معمولا با نماد سیگما کوچک(σ) تعریف می‌شود و همچنین یکای آن زیمنس بر متر(S/m) است.
موادی که از رسانایی خوب الکتریکی برخوردار هستند را هادی می‌نامند (مانند فلزات). در طرف مقابل موادی که رسانای الکتریسیته نیستند را عایق می‌نامند (مانند مواد پلاستیکی).
همچنین می‌دانیم که رسانای الکتریکی رابطه معکوس با مقاومت الکتریکی دارد. فرمول زیر رابطه معکوس این دو پارامتر را به‌وضوح نشان می‌دهد:
σ=1/ρ
که در این فرمول σ هدایت الکتریکی و ρ میزان مقاومت الکتریکی است.
همچنین برای موادی که سطح مقطعی یکنواخت دارند نیز مقاومت الکتریکی به‌صورت زیر تعریف می‌شود:
ρ = RA/L
که در این فرمول R مقاومت الکتریکی، A سطح مقطع و L طول ماده است.
در ذیل، فلزات مختلف از نظر رسانایی الکتریکی دسته‌بندی شده‌اند. توجه داشته باشید که اولین فلز بیشترین رسانای الکتریکی و آخرین فلز کمترین رسانای الکتریکی را دارد. این دسته‌بندی به شرح زیر است:
- نقره خالص
- مس خالص
- طلای خالص
- آلومینیوم
- روی
- نیکل
- برنج
- برنز
- آهن خالص
- پلاتین
- فولاد کربوره
- سرب خالص
- فولاد ضدزنگ
بررسی میزان رسانایی فولاد ضدزنگ
همان‌طور که مشاهده می‌کنید؛ استنلس استیل ضعیف‌ترین رسانای الکتریکی در این دسته‌بندی محسوب می‌شود (اگرچه فولاد ضدزنگ یک نوع فلز محسوب می‌شود؛ اما نسبت به سایر فلزات از رسانایی الکتریکی ضعیفی برخوردار است).
فلز نقره و مس در دمای 20 درجه سانتیگراد، به ترتیب دارای 6.30*10^7 و 5.96*10^7 زیمنس بر متر رسانایی الکتریکی هستند. در همین شرایط فولاد ضدزنگ رسانایی الکتریکی 1.45*10^6 زیمنس بر متر را دارد.
با یک ضرب و تقسیم ساده، می‌توان به این نتیجه رسید که رسانایی الکتریکی مس و نقره 60 برابر رسانایی الکتریکی استیل است.
اگرچه رسانایی الکتریکی فولاد ضدزنگ نسبت به سایر فلزها کم است؛ اما به دلیل وجود لایه اکسید محافظ، باعث افزایش مقاومت در برابر تماس الکتریکی (ECR) می‌شود. توجه داشته باشید که مقاومت در برابر تماس الکتریکی برای آلیاژهای مس و آلیاژهای پوشش داده شده با نیکل بیشتر است؛ اما اگر شرایط به گونه باشد که ماده در معرض خوردگی و محیط‌های اکسیدکننده در دماهای بالا قرار داشته باشد؛ فولاد ضدزنگ عملکرد بهتری را از خود نشان می‌دهد.
مقاومت تماسی به چه معناست؟
مقاومت تماسی را می‌توان به میزان مقاومت یک ماده در برابر جریان‌های الکتریکی به دلیل تماس‌های سطحی تعریف کرد.
جالب است این نکته را نیز بدانید که استیل ضدزنگ گرید 304 و 316 رایج‌ترین گریدهای فولاد ضدزنگ محسوب می‌شود که به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی در صنایع الکترونیکی بسیار پرکاربردند.
جمع‌بندی
در ابتدای مقاله به بیان این سؤال پرداختیم که آیا فولاد ضدزنگ خاصیت رسانای الکتریکی را دارد یا خیر؟ اگر متن بالا را بادقت خوانده باشید؛ متوجه می‌شوید که فولاد ضدزنگ رسانای ضعیف الکتریسیته است؛ اما به دلیل مقاومت مناسب در برابر خوردگی و استحکام بالا در دماهای بالا، جایگزین خوبی نسبت به سایر فلزات محسوب می‌شود. همچنین فولادهای ضدزنگ از طول عمر بالایی برخوردارند و به محیط‌زیست نیز آسیبی نمی‌رساند. این نکته را نیز فراموش نکنید که فولادهای ضدزنگ قابل‌بازیافت شدن هستند و بدون نیاز به نابودکردن منابع، می‌توانیم مجدد از آنها استفاده کنیم.
بیشتر بخوانید: بهترین فلز رسانای گرما کدام است؟
