فولادهای زنگ‌نزن (استنلس استیل) آستنیتی

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی وسیع ترین رده فولادهای زنگ‌نزن هستند و می‌توان آنها را به پنج زیر گروه دسته‌بندی کرد: گریدهای Cr – Mn، گریدهای Cr – Ni، گریدهای Cr – Ni – Mo، گریدهای آستنیتی با کارآیی بالا[1] و آسنتیتی مورد استفاده در دماهای بالا. فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی مقاومت خوب تا عالی در برابر خوردگی و قابلیت شکل‌پذیری و جوش‌پذیری خوب دارند. از استحکام به ضربه خوب آنها در دماهای پایین اغلب در کاربردهای برودتی (دماهایی خیلی پایین) استفاده می‌شود. گریدهای آستنیتی در حالت آنیل غیر مغناطیس هستند که دلیل آن ریزساختار آستنیتی آنها است. کار سرد استحکام این گریدها را افزایش می‌دهد و بنابراین، برخی از گریدهای خاص این آلیاژها در حالت نورد شده مورد استفاده قرار می‌گیرند و در نتیجه امکان دارد خاصیت مغناطیسی داشته باشند که دلیل آن حضور مقداری فاز مارتنزیت است.

گریدهای Cr – Ni

گریدهای Cr – Ni «گریدهای برای کاربردهای عمومی» هستند که عمدتاً با کروم و نیکل آلیاژسازی شده اند اما مولیبدن ندارند. این گریدها گاهی به عنوان فولادهای زنگ‌نزن 18-8 نیز نامگذاری می‌شوند که به ترتیب نشان دهنده میزان تقریبی کروم و نیکل در این آلیاژها است.

برخی از این آلیاژها با نیتروژن نیز آلیاژسازی می‌شوند که دلیل آن افزایش استحکام است و یا با گوگرد آلیاژسازی می‌شوند که دلیل این مورد افزایش قابلیت ماشینکاری است. در این رده از آلیاژها گریدهای پایدار شده[2] نیز وجود دارند که در آنها تیتانیم و یا نایوبیم برای افزایش خواص مکانیکی در دماهای بالا اضافه می‌شوند که این کار با تشکیل کاربیدهای سخت کننده انجام می‌شود. پیشتر، پایدارسازی با تیتانیم و نایوبیم به منظور جلوگیری از تشکیل رسوبات کاربیدی مخرب در هنگام جوشکاری انجام میشد اما برای فولادهای Cr – Ni کم کربن مدرن این مسئله خیلی ضرورتی ندارد. این فولادها در انواع مختلف ورق، لوله و میلگرد استیل 321 تولید می شوند و از مقاومت خوبی برخودار هستند.

گریدهای Cr – Mn

در گریدهای Cr – Mn؛ که همچنین بر اساس نامگذاری AISI/ ASTM به عنوان گریدهای سری 200 نیز شناخته می‌شوند؛ مقدار نیکل کاهش یافته و ریزساختار آستنیتی به واسطه جایگزینی بخشی از نیکل توسط منگنز و نیتروژن حفظ شده است. ترکیب شیمیایی گرید 4372 در حدود 17 درصد وزنی کروم، چهار درصد وزنی نیکل و در حدود هفت درصد وزنی منگنز دارد. این گرید قابلیت شکل پذیری، مقاومت به خوردگی و جوش‌پذیری تقریباً مشابه با گرید 4301 دارد اما استحکام گرید 4372 بالاتر است.

گرید Cr – Ni – Mo

این گریدها نیز « گریدهای برای کاربردهای عمومی» هستند اما به دلیل حضور عنصر آلیاژی مولیبدن (2 – 3 درصد وزنی) مقاومت به خوردگی بالاتری دارند و گاهی اوقات از این گریدها به عنوان فولادهای زنگ‌نزن «مقاوم در برابر اسید[3]» یاد می‌شود. مقدار کروم در این گریدها در حدود 17 درصد وزنی بوده و مقدار نیکل آنها نیز در حدود 10 – 13 درصد وزنی است.

برخی از آلیاژهای این گرید به منظور افزایش استحکام با نیتروژن و یا برای افزایش قابلیت ماشینکاری با گوگرد آلیاژسازی می‌شوند. همچنین گریدهای پایدار شده نیز وجود دارند که در آنها تیتانیم و یا نایوبیم برای افزایش خواص مکانیکی در دماهای بالا اضافه می‌شوند که این کار با تشکیل کاربیدهای سخت کننده انجام می‌شود. پیشتر، پایدارسازی با تیتانیم و نایوبیم به منظور جلوگیری از تشکیل رسوبات کاربیدی مخرب در هنگام جوشکاری انجام میشد اما برای فولادهای Cr – Ni – Mo کم کربن این مسئله خیلی ضرورتی ندارد.

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی با کارآیی بالا

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی با کارآیی بالا به منظور استفاده در برخی محیط‌های خاص توسعه داده شدند و میزان عناصر آلیاژی بالاتری دارند. مقدار کروم این آلیاژها بین 17 الی 25 درصد وزنی، مقدار نیکل آنها بین 14 الی 25 درصد وزنی و میزان مولیبدن آنها بین سه الی هفت درصد وزنی تغییر می‌کند. بسیاری از این گریدها نیز با نیتروژن آلیاژسازی می‌شوند تا مقاومت به خوردگی و استحکام آنها افزایش بیشتری داشته باشد. به برخی از این آلیاژها عنصر مس افزوده می‌شود تا مقاومت در برابر برخی از اسیدهای خاص افزایش یابد.

گریدهای آستنیتی 254 SMO ® و 4529 گاهی به عنوان گریدهای سوپرآستنیتی 6Mo شناخته می‌شوند و همچنین 654 SMO ® نیز به عنوان گرید سوپرآستنیتی 7Mo شناخته می‌شود.

گریدهای فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی دما بالا

فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی دما بالا در ابتدا برای کاربردهای دماهای بالاتر از ^oC550 طراحی شده اند که محدوده دمایی است که در ان استحکام خزشی یک فاکتور اصلی و مهم است. ترکیب شیمیایی این فولادها به گونه‌ای طراحی شده است که عمر کاری بالایی را در گازهای خشک و در دماهای بالا (^oC1150 – 800)؛ به عنوان مثال مقاومت به اکسیداسیون بالاتر نسبت به مقاومت به خوردگی در محیط‌های آبی؛ فراهم کند.

گریدهای فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی دما بالا با میزان کروم بالا (17 – 25 درصد وزنی)، میزان نیکل بالا (8 – 20 درصد وزنی) و عدم حضور مولیبدن مشخصه یابی می‌شوند. در برخی از گریدها عنصر آلیاژی سیلیسیم نیز برای افزایش مقاومت به اکسیداسیون افزوده می‌شود. گریدهای Outokumpu MA نیز با سیلیسیم و همچنین سریم آلیاژسازی می‌شوند تا مقاومت به اکسیداسیون نیز افزایش یابد. همچنین امکان دارد نیتروژن نیز برای افزایش مقاومت به خزش به این گریدها افزوده شود.

به صورت کلی فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی به صورت میلگرد استیل، لوله استیل و ورق استیل تولید و به عنوان مواد اولیه در صنایع مختلف کاربرد فران دارند.

[1] High-Performance Austenitic Stainless Steels

[2] Stabilized

[3] Acid Proof