فولاد ضد زنگ مقاومتی مثال‌زدنی در برابر خوردگی.
اما راز این استحکام چیست؟ بررسی جامع مکانیزم‌های پایداری فولادهای زنگ‌نزن در این مقاله.
فولادهای ضد زنگ که با نام فولادهای زنگ‌نزن نیز شناخته می‌شوند به دلیل مقاومت فوق‌العاده‌ای که در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند به یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع مختلف تبدیل شده‌اند.
از وسایل آشپزخانه گرفته تا سازه‌های عظیم ساختمانی و تجهیزات پزشکی حساس ردپای این آلیاژ ارزشمند به چشم می‌خورد.
اما چه چیزی باعث می‌شود که فولاد ضد زنگ در برابر عوامل خورنده این‌قدر مقاوم باشد؟ در این مقاله قصد داریم به بررسی دقیق و علمی مکانیزم‌های پایداری فولادهای زنگ‌نزن بپردازیم و به این سوال پاسخ دهیم که چگونه این ماده در برابر خوردگی مقاوم می‌شود.
برای درک بهتر این موضوع ابتدا باید به سراغ تعریف خوردگی برویم.
خوردگی در واقع فرآیندی است که طی آن یک ماده معمولاً یک فلز در اثر واکنش با محیط اطراف خود تخریب می‌شود.
این واکنش می‌تواند به صورت شیمیایی الکتروشیمیایی یا فیزیکی رخ دهد و منجر به از بین رفتن خواص مکانیکی و ظاهری ماده شود.
خوردگی خسارات مالی هنگفتی را به صنایع مختلف وارد می‌کند و حتی می‌تواند باعث بروز خطرات جانی شود.
فولاد آلیاژی است که از آهن و کربن تشکیل شده است.
آهن عنصری است که به شدت مستعد خوردگی است.
به همین دلیل فولاد معمولی به سرعت زنگ می‌زند و دچار تخریب می‌شود.
اما فولاد ضد زنگ با افزودن عناصر آلیاژی خاص از جمله کروم به این مشکل غلبه می‌کند.
کروم نقش کلیدی در ایجاد مقاومت به خوردگی در فولادهای زنگ‌نزن ایفا می‌کند.
وقتی کروم به فولاد اضافه می‌شود در سطح فلز با اکسیژن موجود در هوا واکنش نشان می‌دهد و لایه‌ای بسیار نازک و پایدار از اکسید کروم (Cr2O3) را تشکیل می‌دهد.
این لایه که ضخامتی در حد چند نانومتر دارد به عنوان یک سد محافظ عمل می‌کند و از رسیدن عوامل خورنده به سطح فولاد جلوگیری می‌کند.
به عبارت دیگر لایه اکسید کروم سطح فولاد را "منفعل" می‌کند و مانع از انجام واکنش‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی می‌شود که منجر به خوردگی می‌شوند.
نکته حائز اهمیت این است که لایه اکسید کروم خاصیت خودترمیم‌شوندگی دارد.
به این معنی که اگر این لایه به هر دلیلی آسیب ببیند مثلاً در اثر خراش یا سایش به سرعت با اکسیژن موجود در محیط دوباره تشکیل می‌شود و از فولاد محافظت می‌کند.
این خاصیت یکی از مهم‌ترین مزایای فولادهای ضد زنگ نسبت به سایر مواد مقاوم به خوردگی است.
میزان کروم مورد نیاز برای ایجاد مقاومت به خوردگی در فولاد معمولاً حداقل ۱۰٫۵ درصد وزنی است.
اما برای دستیابی به مقاومت بیشتر در برابر خوردگی می‌توان از مقادیر بالاتر کروم و همچنین سایر عناصر آلیاژی مانند نیکل مولیبدن تیتانیوم و نیتروژن نیز استفاده کرد.
هر یک از این عناصر نقش خاصی در بهبود خواص فولاد ضد زنگ ایفا می‌کنند.
نیکل یکی دیگر از عناصر آلیاژی مهم در فولادهای ضد زنگ است.
نیکل باعث افزایش پایداری و شکل‌پذیری فولاد می‌شود و همچنین مقاومت آن را در برابر خوردگی در محیط‌های اسیدی و قلیایی بهبود می‌بخشد.
فولادهای زنگ‌نزنی که حاوی نیکل هستند معمولاً به عنوان فولادهای آستنیتی شناخته می‌شوند و به دلیل خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی عالی کاربردهای فراوانی دارند.
مولیبدن عنصر دیگری است که به فولادهای ضد زنگ اضافه می‌شود تا مقاومت آنها را در برابر خوردگی حفره‌ای و شیاری افزایش دهد.
خوردگی حفره‌ای و شیاری نوعی از خوردگی موضعی است که در نقاط خاصی از سطح فلز رخ می‌دهد و می‌تواند منجر به تخریب سریع آن شود.
مولیبدن با تشکیل ترکیبات پایدار در سطح فلز از بروز این نوع خوردگی جلوگیری می‌کند.
تیتانیوم و نیتروژن نیز از جمله عناصری هستند که به فولادهای ضد زنگ اضافه می‌شوند تا خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی آنها را بهبود بخشند.
تیتانیوم با تشکیل کاربیدهای پایدار از حساس شدن فولاد به خوردگی بین دانه‌ای جلوگیری می‌کند.
نیتروژن نیز با افزایش استحکام و سختی فولاد مقاومت آن را در برابر سایش و خوردگی افزایش می‌دهد.
علاوه بر ترکیب شیمیایی ریزساختار فولاد نیز بر مقاومت به خوردگی آن تأثیرگذار است.
ریزساختار فولاد به نحوه قرارگیری دانه‌های فلزی و مرزهای بین آنها اشاره دارد.
ریزساختارهای یکنواخت و عاری از عیوب معمولاً مقاومت به خوردگی بالاتری دارند.
برای دستیابی به ریزساختارهای مطلوب از روش‌های مختلفی مانند عملیات حرارتی کار سرد و جوشکاری استفاده می‌شود.
عملیات حرارتی فرآیندی است که طی آن فولاد تا دمای مشخصی گرم شده و سپس به آرامی سرد می‌شود.
این فرآیند باعث تغییر در ریزساختار فولاد و بهبود خواص آن می‌شود.
کار سرد فرآیندی است که طی آن فولاد در دمای پایین تغییر شکل داده می‌شود.
این فرآیند باعث افزایش استحکام و سختی فولاد می‌شود اما ممکن است مقاومت به خوردگی آن را کاهش دهد.
جوشکاری فرآیندی است که طی آن دو یا چند قطعه فلزی به یکدیگر متصل می‌شوند.
جوشکاری می‌تواند باعث ایجاد تغییراتی در ریزساختار فولاد در ناحیه جوش شود و مقاومت به خوردگی آن را تحت تأثیر قرار دهد.
انتخاب نوع مناسب فولاد ضد زنگ برای یک کاربرد خاص به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله نوع محیط خورنده دما فشار و الزامات مکانیکی.
برای مثال فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی به دلیل مقاومت به خوردگی عالی و شکل‌پذیری بالا برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های اسیدی و قلیایی دارند مناسب هستند.
فولادهای زنگ‌نزن فریتی به دلیل هزینه کمتر و استحکام بالاتر برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های ملایم دارند مناسب هستند.
فولادهای زنگ‌نزن مارتنزیتی به دلیل سختی بالا و قابلیت سخت‌کاری برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش و خوردگی دارند مناسب هستند.
علاوه بر انتخاب نوع مناسب فولاد ضد زنگ نگهداری و تمیزکاری منظم نیز می‌تواند به افزایش طول عمر و حفظ مقاومت به خوردگی آن کمک کند.
تمیز کردن فولاد ضد زنگ با استفاده از مواد شوینده مناسب و آب می‌تواند آلودگی‌ها و رسوبات را از سطح آن پاک کرده و از تجمع عوامل خورنده جلوگیری کند.
همچنین اجتناب از استفاده از ابزارهای تیز و خشن برای تمیز کردن فولاد ضد زنگ می‌تواند از آسیب دیدن لایه محافظ اکسید کروم جلوگیری کند.
فولاد ضد زنگ ماده‌ای بسیار ارزشمند و پرکاربرد است که به دلیل مقاومت فوق‌العاده‌ای که در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهد نقش مهمی در صنایع مختلف ایفا می‌کند.
این مقاومت ناشی از تشکیل لایه محافظ اکسید کروم بر روی سطح فولاد است که از رسیدن عوامل خورنده به فلز جلوگیری می‌کند.
با انتخاب نوع مناسب فولاد ضد زنگ برای یک کاربرد خاص و نگهداری و تمیزکاری منظم می‌توان از مزایای این آلیاژ ارزشمند به طور کامل بهره‌مند شد.