فولادهای ضد زنگ فریتی بعد از آن پرکاربردترین نوع فولاد ضد زنگ هستند فولاد ضد زنگ آستنیتی. آنها حاوی سطوح بسیار کم کربن، مقادیر زیاد کروم هستند، اما نیکل کم یا بدون آن هستند، و به دلیل شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و خواص مغناطیسی معروف هستند. آنها ساختار دانه مکعبی بدنه دارند و نمی توان آنها را از طریق عملیات حرارتی سخت کرد، اما می توان آنها را سرد کار کرد و از طریق بازپخت نرم کرد.

فولادهای زنگ نزن فریتی در سری 400 طبقه بندی می شوند که بسته به ترکیب و کاربرد آنها به پنج گروه طبقه بندی می شوند. فولادهای زنگ نزن فریتی نسبتاً زود ساخته شدند، اما کاربرد گسترده آنها تا دهه 1980 اتفاق نیفتاد، زمانی که آنها جایگزین مناسبی برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی شدند زیرا به دلیل محتوای نیکل گرانتر بودند. [1].

در این مقاله با موارد زیر آشنا خواهید شد:

• خواص فولاد ضد زنگ فریتی
• کاربردهای فولاد ضد زنگ فریتی
• نمرات و استانداردهای فولاد ضد زنگ فریتی
• روندهای آینده فولاد ضد زنگ فریتی

خواص فولاد ضد زنگ فریتی

فولادهای زنگ نزن فریتی با ساختار کریستالی مکعبی بدنه (BCC) مشخص می شوند و حاوی 11% تا 27% کروم و مقادیر کمی تثبیت کننده فریت مانند نیوبیم و تیتانیوم هستند. آلیاژهای فریتی تا دمایی به نام نقطه کوری (650 درجه سانتیگراد تا 750 درجه سانتیگراد) رفتار فرومغناطیسی از خود نشان می‌دهند که پس از آن مواد خواص مغناطیسی دائمی خود را از دست می‌دهند.

ساختار دانه BCC آلیاژهای فریتی که مانند آهن خالص در دمای اتاق است، دلیل خاصیت مغناطیسی آن است. فولادهای زنگ نزن فریتی، مشابه فولادهای زنگ نزن آستنیتی، با عملیات حرارتی قابل تقویت نیستند. [1].

فولادهای زنگ نزن فریتی به اندازه فولادهای آستنیتی در برابر خوردگی مقاوم نیستند، اما همچنان مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی و اکسیداسیون دارند. آنها مقاومت خوبی در برابر ترک خوردگی تنشی-خوردگی دارند و عموماً خواص مهندسی بهتری از جمله شکل پذیری و شکل پذیری نسبت به آلیاژهای آستنیتی دارند. اگرچه آلیاژهای فریتی قابل جوش هستند، اما برخی از مشکلات مانند ترک خوردن در امتداد مناطق متاثر از گرما وجود دارد. [3].

میز 1. خواص فولادهای زنگ نزن فریتی منتخب.

کاربردهای فولاد ضد زنگ فریتی

خواص مغناطیسی گریدهای فریتی یک مزیت و توانمندی اصلی برای بسیاری از کاربردهای آنها است. برای مثال قطعات بست و گرمایش القایی هر دو از این خاصیت در تولید اجاق‌های القایی و بست‌های مغناطیسی استفاده می‌کنند.

آلیاژهای فریتی همچنین دارای ضریب انبساط حرارتی کمتر و هدایت حرارتی بالاتری نسبت به گریدهای آستنیتی هستند که آنها را به ویژه برای کاربردهای انتقال حرارت مانند ظروف پخت و پز مناسب می کند.

مقاومت در برابر خوردگی برخی از فولادهای زنگ نزن فریتی برای جایگزینی فولاد آستنیتی 304 کافی است و می توان از آنها در تولید ماشین ظرفشویی، سینک آشپزخانه و تجهیزات پردازش مواد غذایی استفاده کرد.

برخی از فولادهای زنگ نزن فریتی درجه تخصصی دارای مولیبدن اضافی و محتوای کروم بیشتری هستند که آنها را در کاربردهای خورنده آب دریا مفید می کند.

مجموعه ای منحصر به فرد از خواص فولادهای زنگ نزن فریتی باعث می شود آنها در این زمینه مفید باشند صنعت خودرو و راکتورهای هسته ای.

نمرات و استانداردهای فولاد ضد زنگ فریتی

فولادهای زنگ نزن فریتی در گریدهای AISI 1 تا 5 طبقه بندی می شوند که درجات 1 تا 3 به عنوان گریدهای استاندارد و گریدهای 4 و 5 به عنوان گریدهای تخصصی شناخته می شوند. نمرات استاندارد بیشترین استفاده را دارند، در حالی که نمرات تخصصی فقط در موارد خاص استفاده می شود.

جدول 2. طبقه بندی و ترکیب فولادهای زنگ نزن فریتی رایج [4].

		ترکیب معمولی (%)
گروه	تعیین AISI	سی	Cr	مو	دیگر
1	410S	0.08	12
1	409	0.03	11		0.5 Ti
2	430	0.08	17
2	430Nb	0.05	17		0.6 Nb
3	430 Ti	0.05	17		0.6 Ti
4	434	0.08	17	1
4	444	0.02	18	2	0.4 (Ti+Nb)
5	446	0.15	24
5	447	0.01	29	3.8	0.1Cu، 0.1Ni

روندهای آینده فولاد ضد زنگ فریتی

آلیاژهای سوپرفریتی دارای گریدهای کم کربن/نیتروژن هستند که حاوی کروم بالاتر (تا 30%)، مولیبدن (تا 4%) و نیکل (تا 2%) هستند. اگرچه در ابتدا در دهه 1970 به عنوان یک جایگزین احتمالی برای تیتانیوم در آب دریا و کاربردهای کلرید بالا به دلیل کمیاب بودن تیتانیوم و قیمت بالای آن ساخته شد، آلیاژهای فوق فریتی گزینه محبوبی نبودند.

امروزه آلیاژهای سوپرفریتی به عنوان جایگزینی برای آلیاژهای فوق آستنیتی مورد بررسی قرار می گیرند، زیرا قیمت نیکل و مولیبدن به دلیل تقاضای زیاد آنها در تولید گریدهای آستنیتی در حال افزایش است. E-Brite^®، مونیت^® و SEA-CURE^® چند نمونه از آلیاژهای سوپرفریتی موجود در بازار هستند [5].

گروه 1: این گروه حاوی کمترین مقدار کروم است و بنابراین ارزان ترین است. فولادهای این گروه مقاومت در برابر خوردگی محدودی از خود نشان می دهند و بنابراین در کاربردهایی که می توان برخی از زنگ زدگی های موضعی را تحمل کرد، استفاده می شود.

گروه 2: این گروه اکثریت قریب به اتفاق استفاده از فولاد ضد زنگ فریتی را تشکیل می دهد. این فولادها دارای محتوای کروم بالاتری هستند و بنابراین مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به فولادهای فریتی گروه 1 دارند.

گروه 3: این گروه از فولادهای زنگ نزن فریتی جوش پذیری و شکل پذیری بهتری نسبت به گروه 2 دارند و در برخی کاربردها می توانند جایگزین فولادهای زنگ نزن آستنیتی 304 باشند.

گروه 4: این گروه از فولادهای زنگ نزن فریتی دارای محتوای مولیبدن بالاتری است که به افزایش مقاومت در برابر خوردگی کمک می کند.

گروه 5: این گروه دومین عضو گروه تخصصی است و دارای محتوای کروم بالا به همراه مولیبدن است که به آن مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی و پوسته پوسته شدن می دهد.

[1] جی. چارلز و همکاران، “خانواده ضد زنگ فریتی: پاسخ مناسب به نوسانات نیکل؟” Revue de Métallurgie، جلد 106، 3، صص 124-139، ژانویه 1959.

[2] “مقدمه ای بر فولادهای زنگ نزن”، در کتاب منبع آلیاژی: فولادهای زنگ نزن، ASM International، 2000، ص. 584. [Online]. در دسترس: https://www.asminternational.org/documents/10192/1849770/06940G_Chapter_1.pdf/53f29213-5dd6-4499-9959-841477b385b9.

[3] تی بل، “فولاد ضد زنگ فریتی”. ThoughtCo، 5 فوریه 2020. [Online]. در دسترس: thinkco.com/پروفایل-فلزی-فریتی-استنلس-استیل-2340133.

[4] پی. لمبرت، “پایداری فلزات و آلیاژها در ساخت و ساز”، در پایداری مصالح ساختمانی، جی ام خطیب، ویرایش. انتشارات وودهد، 2016، ص. 584. [Online]. در دسترس: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780081003701000068. [Accessed May 27, 2005].

[5] DS Janikowski و W. Henricks، “فولادهای ضد زنگ سوپرفریتی – پاسخ مقرون به صرفه برای لوله های انتقال حرارت” کنگره جهانی انجمن بین المللی نمک زدایی، رجوع به: MP07-016. [Online]. در دسترس: https://www.plymouth.com/wp-content/uploads/2017/03/Super-Ferritic-Stainless-Steels.pdf.