فولاد ضد زنگ چیست؟

مشخصات فولاد ضد زنگ

به گزارش می متالز، مقاومت در برابر خوردگی و عمر طولانی، ساخت سازه‌های نازک‌تر و با دوام‌تر را محقق می‌سازد. امکانات زیاد از جمله شکل، رنگ و فرم را در عین سخت بودن، تمیز بودن، سازگار و تجدید پذیر بودن در اختیار معماران قرار می‌دهد. میزان مصرف فولاد ضد زنگ در طی ۲۰ سال گذشته با نرخ رشد شدید ۵ درصد افزایش پیدا کرده است و از نرخ رشد بقیه مواد اولیه پیشی گرفته است.

تولید و ساخت

تولید کنندگان فولاد ضد زنگ دائما در حال ارتقا فرایند تولید با هدف کاهش هزینه‌ها، کاهش آلایندگی، کم کردن زمان تحویل به مشتری و افزایش کیفیت هستند.  این پیشرفت‌ها به کنترل هزینه‌های تولید در عین وابستگی به محدودیت‌های تعیین شده از سوی مواد اولیه کمک کرده است. شاید برجسته ترین پیشرفت‌های اخیر که بخش ساخت و ساز را متاثر کرده است استفاده از گرید دوبکلس برای کاربردهای وابسته به ساختمان است، که ترکیبی از قدرت بیشتر نسبت به فولاد های آستنیتی ( و همچنین بیشتر فولاد های کربنی) با مقاومت در برابر خوردگی یکسان یا بیشتر ارائه می‌دهد.

دولایه (دوبلکس) پتانسیل فوق العاده‌ای برای گسترش طراحی سازه‌های آینده دارد، باعث کاهش اندازه و در نتیجه سازه ای سبک‌تر می‌شود. شایان ذکر است که آنها همچنین دارای قابلیت چکش خواری خوبی هستند، استحکام بالاتر آنها منجر به شکل پذیری محدودتر در مقایسه با آستنینتی‌ها می‌شود.

همچنین به خاطر اینکه معمولا در داخل ساختمان استفاده می‌شوند. استفاده از بعضی گریدهای فریتی که برای پوشش ساختمان و تولیدات سازه‌ای مناسب‌تر هستند اخیرا گسترش پیدا کرده است. برای مثال در طی ۱۰ سال گذشته در فرانسه گرید ۱٫۴۵۱۰ به طور گسترده‌ای برای سیستم سقف قلع اندود شده استفاده شده است. این پوشش نازک قلع اندود در طی زمان به زنگار مات خاکستری تغییر پیدا می‌کرد. در طی ۲۰ سال گذشته پیشرفت‌های چشم گیری در زمینه فرآیند تولید و روکش صورت گرفته است که معمولا از دل نیازهای دقیق معماری برای یک پروژه خاص بیرون آمده است.

دامنه روکش نهایی فلزات گسترش زیادی  پیدا کرده است و از سطح مات تا سطح براق، نرم تا خیلی خشن، ترکیبات ممکن از کنار هم گذاشتن این روکش‌ها، اضافه کردن رنگ و غیره را در بر بگیرد. روکش‌های بیشتری اکنون در دسترس است که شامل پوشش‌های فلزی و ارگانیک، الکترولیتی و فرآیند پوشش PVD( رسوب فیزیکی بخار) و عملیات نورد پوستی است. آنها جایگاه رقابتی فولاد ضد زنگ را در مقایسه با سایر مواد با ارزش پوشش سقف فلزی مانند زینک، آلمینیوم، مس و حتی فولاد کربنی ارتقا داده‌اند.

کاربرد پوشش ضد زنگ همچنین برای ارضای ملزومات سرسختانه بهداشتی و نظافتی نیز گسترش پیدا کرده است. فرآیند تولید توسعه یافته منجر به ثبات بیشتر در پوشش سطح هم در طول یک ورق و هم از دسته‌ای به دسته دیگر شده است. محصولات اکنون قادر به برآورده کردن نوسانات بعدی بسیار کم هستند.

لوله فولادی ضد زنگ به طور سنتی توسط جوش گاز بی اثر تنگستن تولید می‌شدند، در حالیکه با ظهور منبع قدرت قابل اعتماد و قوی لیزر، فرآیند جوشکاری پرتو لیزری(LBW) به سرعت به سمت تولید لوله‌های فولادی ضد زنگ با جوش طولی وارد شد. میزان انرژی که در نقطه تمرکز پرتو لیزر بدست می‌آید بسیار زیاد است و قابلیت ایجاد جوش‌های عمقی در بخش‌های نازک فولاد ضد زنگ را با کمترین اعوجاج اجزاء دارد.

این فرآیند در ابتدا از تجهیزات گران قیمت بهره می‌گرفت و مورد استفاده آن تولیدات انبوه بود. اگرچه اکنون تجهیزات کوچکتر گسترش پیدا کرده‌اند، استفاده از جوش لیزر فراگیرتر شده است. علاوه بر مقاطع توخالی، مقاطع Ι  شکل، زاویه‌ها و دیگر اشکال نیز در دسترس هستند.

در سال‌های اخیر رشد فزاینده ای در استفاده از برش لیزری فولاد ضد زنگ وجود داشته است که در آن از یک پرتو متمرکز لیزری به منظور ذوب کردن ماده در یک ناحیه موضعی استفاده می‌شود. از یک جت گاز هم محور برای برگشت مواد مذاب از لبه برش جهت ایجاد یک لبه برش تمیز و پیوسته استفاده شده است که با حرکت پرتو لیزر یا قطعه کار زیر کنترل دستگاه CNC این امر محقق می‌شود.

هیج هزینه قالب سازی وجود نخواهد داشت، نمونه سازی سریع انجام می‌پذیرد و به سرعت دور می‌زند. پیشرفت در میزان دقت، مربع بودن لبه و کنترل حرارت ورودی یعنی تکنیک‌های دیگر ساخت اشکال مانند برش پلاسما و برش هوا گاز در حال عوض کردن جای خود با برش لیزر هستند.

کارایی فولاد ضد زنگ در سازه‌ها با فولاد های کربنی متفاوت است چون فولاد ضد زنگ نقطه تسلیم مشخصی ندارد و خروج زود  هنگام از رفتار الاستیک خطی با کرنش سختی قوی‌ای را به نمایش می‌گذارد. همچنین تفاوت عمده‌ای نیز در نمودار تنش-کرنش آن با فولادهای کربنی وجود دارد. این بدان معناست که بر رفتار کمانشی اجزا و انحراف تیرها تاثیر دارد. طراحان به راهنمایی جهت انتخاب گرید درست و استفاده صحیح از فولاد ضد زنگ در تماس با سایر فلزات (برای مثال کربن استیل، بتن آرمه، بنایی، چوب و آلمینویم) به منظور جلوگیری از خوردگی ناشی از تفاوت جنس مواد نیاز دارند. روش‌های اتصال نیز به راهنمایی‌های خاص خود نیاز دارد، به خصوص زمانی که جوش مد نظر است برای حفظ پوشش سطح و مقاوت خوردگی.

قبل از ارتقای استانداردهای طراحی سازه‌های با فولاد ضد زنگ، از طراحان خواسته می‌شود که روند طراحی خود را پیش بگیرند و به فکر فولاد ضد زنگ نباشند و از آن به عنوان ماده مطلوب دومی که دارای سابقه ثابت شده و راهنمای طراحی است، استفاده کنند. از آنها خواسته شد که بر اساس اصول نخستین کار کنند و از یک ماده ناآشنا و گران قیمت با خواص مکانیکی غیر معمول کار کنند. این یک موقعیت نامطلوب بود، در بهترین حالت اتلاف وقت طراحان بود، در بدترین حالت منجر به درک غلط از کار طراحی، سوء استفاده و یا عدم تعمیرپذیری یا شکست شد.

قوس دروازه ورودی در سنت لوئیس، میسوری، باعث الهام تعداد زیادی از تحقیقات در حوزه کارایی سازه فولادی ضد زنگ در اوایل دهه ۱۹۶۰ در آمریکا  شد. و احسان متال نیز این تجربیات را بکار بست.

در آتش، ستون‌ها و تیرهای فولادی ضد زنگ آستنیتی به طور کلی ظرفیت تحمل بار خود را برای مدت طولانی‌تری نسبت به اجزای سازه‌های فولادی کربنی حفظ می‌کنند. این مهم به خاطر استحکام بالاتر و ویژگی‌های حفظ چقرمگی در دماهای بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد است. SCI هماهنگی یک پروژه تحقیقاتی سه و نیم ساله را بر روی رفتار سازه‌های فولادی ضد زنگ در آتش از طریق آزمایشات و مطالعات عددی انجام داده است.  پروژه شامل آزمون‌های صورت گرفته روی فولاد ضد زنگ و ستون و تیرهای بتن آرمه بود  به استثناء سازه‌ها و سیستم‌های باربر که برای جلوگیری از آتش طراحی شده بوند. 

فولاد ضد زنگ یک ماده ایده آل برای سازه‌های مقاوم در برابر انفجار است به خاطر اینکه استحکام بالایی دارد، ویژگی‌های جذب انرژی خوبی دارد و قابلیت چکش خواری بالایی دارد. نرخ حساسیت به کرنش در فولاد ضد زنگ از فولادهای کربنی بیشتر است، برای مثال استحکام به نسبت بیشتری در نرخ کرنش سریع در فولاد ضد زنگ نسبت به فولادهای کربنی قابل تشخیص است.

کاربرد فولاد زنگ نزن در ساختمان‌ها

از انتقال تکنولوژهای ارتقاء یافته برای کاربردهای سازه‌های صنعتی ( مثل تصفیه آب، موج شکن، تقویت تجهیزات، سکوها یا پلکان و صنایع هوا فضا) به صنایع دیگر وجود دارد. برای مثال میله‌های فولادی ضد زنگ تقویت شده که در صنایع هوا فضا استفاده می‌شد به تولید قایق‌های بادبانی انتقال پیدا کرد و بعد از آن برای ساخت دیوار شیشه‌های هرم موزه لوور از آنها استفاده شد. این امر موجب پروژه‌های بعدی شد، که شامل پرده‌های شیشه‌ای خیلی بزرگ، استفاده از میله‌های تنش فولادی ضد زنگ، کابل‌ها و پروفیل‌های توخالی برای تقویت نماهای شیشه‌ای با کمترین اثر ظاهری است.

اتصالات شیشه و فولاد معمولا به صورت ریخته گری شده دو نقطه‌ای یا چهار نقطه‌ای است که طراحی شده است تا شیشه را به سازه تقویت کننده متصل کند. اتصالات ستاره‌ای/عنکبوتی معمولا گرید ۱٫۴۴۰۱ فولاد ضد زنگ صلب با ریخته گری دقیق هستند. اتصالات عنکبوتی قادر به سه حرکت اصلی هستند که به شیشه آزادی حرکت با نیروهای طبیعت را می‌دهد.

رشد استفاده از فولاد ضد زنگ در بخش‌های  لوله کشی‌ها و سیستم‌های خنک کننده برای لوله کشی شناخته شده است.

روش‌های اتصال کارآمدی مانند اتصالات پرسی کمک به محدود شدن هزینه‌های نصب می‌کند. کاهش هزینه‌های نگهداری ناشی از استفاده از فولاد ضد زنگ در طول چرخه عمر آن باعث شده که این ماده رقیبی برای موادی مانند مس یا حتی لوله‌های پلاستیکی باشد.

در فرودگاه ها، راه آهن و ایستگاه اتوبوس و مراکز خرید، فولاد ضد زنگ برای سقف، ریل، دیوارهای حائل، راه پله‌ها، پله‌های برقی و موانع استفاده شده است. نیمکت‌های موجود در اماکن عمومی، تجهیزات زمین بازی و دیگر وسایل شهری روز به روز از فولاد ضد زنگ بیشتری برای ساخت بهره می‌گیرند.

استفاده از تقویت کننده‌های فولادی ضد زنگ( میلگرد) و محصولات مرتبط با آن در سال‌های اخیر رشد چشمگیری داشته است، اگرچه مثال‌هایی برای این استفاده در سال‌های دورتر نیز وجود دارد. برای مثال اسکله پروگرسو در مکزیک که در ده ۱۹۴۰ ساخته شده است از ۲۰۰ تن میلگرد فولادی ضد زنگ استفاده کرده است و هیچ نشانی از خرابی و زوال در آن دیده نمی‌شود. میلگرد‌های ضد زنگ طول عمر سازه‌های بتن آرمه که در محیط‌های خورنده قرار دارند را افزایش می‌دهد و همچنین نیاز به بازرسی و نگهداری را کاهش می‌دهد. از این میلگردها در ساخت بزرگ راه‌ها، پل‌ها، پارکینگ خودروها، تجهیزات ساحلی و سازه‌های دیگر استفاده شده است.