آیا استنلس استیل مغناطیسی است؟ ویژگی‌های انواع فولاد‌ ضد زنگ

اگر از افراد مختلف بپرسید “آیا استنلس استیل مغناطیسی است؟” احتمالا پاسخ‌های متفاوتی هم دریافت خواهید کرد. برخی گمان می‌کنند استنلس استیل یک ماده کاملا غیرمغناطیسی است و عده‌ای دیگر معتقدند این ماده به خاطر داشتن آهن در ترکیبات خود حتما باید خواص مغناطیسی داشته باشد. برای پاسخ دادن به این سوال بد نیست تا پس از معرفی اجمالی و تعریف استنلس استیل چیست، نگاهی به مفاهیم “استیل بگیر” و “استیل نگیر” که در میان صنعتگران و بازاریان نام‌آشنا هستند داشته باشیم. با فولادینو‌(فولاد سازان راه ابریشم) در ادامه این مطلب همراه باشید.

استنلس استیل چیست؟

استنلس استیل یک آلیاژ فلزی است که از آهن(Fe) ، کروم(Cr)، سیلیکون، کربن(C)، نیتروژن(Ni) و منگنز(Mn) تشکیل شده است. مهم‌ترین شاخصه این ماده این است که به سادگی لکه‌دار نمی‌شود و مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد که همین امر آن را برای کاربردهای به خصوصی مناسب کرده است. لازم به ذکر است برای اینکه یک آلیاژ “استنلس – ضد‌زنگ” نامیده شود باید حداقل 10.5 درصد کروم و کمتر از 1.2 درصد کربن داشته باشد.

فولادهای ضدزنگ را می‌توانیم بر اساس ترکیبات داخلی آنها به  به پنج دسته مختلف تقسیم‌بندی کنیم. پس از معرفی اجمالی آنها، در ادامه این مطلب هر یک را به تفصیل بررسی خواهیم کرد:

• استنلس استیل آستنیت
• استنلس استیل فریت
• استنلس استیل مارتنزیت
• استنلس استیل داپلکس
• استنلس استیل رسوب سخت‌کاری شده

منظور از استیل بگیر و استیل نگیر چیست؟

در یکی از رایج‌ترین دسته‌بندی‌‌ها، ورق‌های استیل به دو دسته استیل بگیر و استیل نگیر تقسیم می‌شوند. بگیر یا نگیر بودن یک فلز از طریق خاصیت مغناطیسی آن تعریف می‌شود. این به آن معنی است که استیل بگیر خاصیت مغناطیسی داشته و توسط آهنربا جذب می‌شود اما نوع نگیر توسط آهنربا جذب نشده و خاصیت مغناطیسی ندارد.

استیل نگیر

استیل‌های نگیر اغلب دارای ساختار فازی آستنیتی بوده و به دو دسته سری 200 و 300 تقسیم می‌شوند که کاربردهای سری 300 به مراتب بیشتر است. با اینکه تمامی گریدهای آستنیتی سری 300 دارای خواص غیر مغناطیسی بوده یا اصطلاحا نگیر هستند اما در عرف بازار ورق استیل 304 به ورق استیل نگیر معروف شده و این گرید بیش از پنجاه درصد از فروش کل فولادهای زنگ‌نزن را به خود اختصاص داده است. 

استیل بگیر

ورق‌های استیل بگیر و یا سری 400 از استنلس استیل‌ها به دو دسته مارتنزیتی و فریتی تقسیم می‌شوند. در این بین گرید 430 که دارای ساختار فریتی است در عرف بازار به استیل بگیر معروف شده است و بیشترین کاربرد را دارد. این گرید به همراه استیل آستنیتی 316، پس از استیل 304 بیشترین فروش از فولادهای ضد زنگ را به خود اختصاص داده‌اند. 

کدام ویژگی‌های ساختاری فولاد بگیر و نگیر را از هم متمایز می‌کنند؟

عمده‌ترین تفاوت‌های استیل بگیر و نگیر در میزان عناصر تشکیل‌دهنده آنها است. زیرا عناصر موجود در ساختار شیمیایی یک استنلس استیل تعیین کننده خواص و قیمت نهایی این فولادها است.

برای مثال یکی از تفاوت‌های مهم بین استنلس استیل‌های بگیر و نگیر مربوط به عنصر نیکل است. حضور این عنصر در ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن منجر به افزایش مقاومت در برابر خوردگی و پایداری فاز آستنیت می‌شود که البته بهای تمام شده محصول نهایی را هم بیشتر خواهد کرد. به همین دلیل استیل نسوز گرید 310 که حاوی 19 الی 22 درصد نیکل است بالاترین قیمت را در بین گریدهای آستنیتی سری 300 دارد. استیل‌های بگیر و یا همان فولادهای ضد زنگ سری 400 بخاطر فقدان عنصر نیکل به مراتب قیمت پایین‌تری در مقایسه با سری 300 دارند. 

شناخت انواع استنلس استیل و بررسی ویژگی‌های مغناطیسی آنها

در این قسمت انواع استنلس استیل را بررسی می‌کنیم:

۱- استنلس استیل آستنیت

این‌ها پرکاربردترین خانواده استنلس استیل‌ها هستند که اغلب به واسطه حضور زیاد آستنیت حالت غیر مغناطیسی دارند و نگیر محسوب می‌شوند. با اینکه گرید‌هایی از قبیل 304 و 316 مقادیر زیادی آهن در ترکیب شیمیایی خود دارند، آستنیت به آنها حالت غیر فرومغناطیس می‌بخشد.

با انجام یک سری عملیات حرارتی یا سخت‌کاری‌های خاص می‌توان آلیاژ آستنیت استنلس استیل را مغناطیسی کرد. این امر به این دلیل است که فرایندهای مذکور ساختار کریستالی لایه‌های زیرین را تغییر داده و در بعضی نقاط فریت شکل می‌دهند.

۲- استنلس استیل فریت

مقرون به صرفه‌ترین در میان فلزات ضد زنگ شناخته می‌شوند که به خاطر وجود مقادیر زیاد ترکیبات فریت در آلیاژ خود خواص مغناطیسی دارند و اغلب جزو فلزات بگیر به حساب می‌آیند. فریت خود ترکیبی از آهن و سایر عناصر است. ترکیب شدن ساختار کریستالی فریتی با آهن، استنلس استیل‌های فریتی مانند سری 400 را مغناطیسی می‌کند.

با این حال بعضی از انواع فولاد ضد زنگ فریتی کشش مغناطیسی ضعیفی از خود نشان می‌دهند.

۳- استنلس استیل داپلکس

یکی از تازه‌ترین آلیاژهای استنلس استیل به شمار می‌آید که هم مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارد، هم ساخت آن ساده است و هم به خاطر نبود نیکل در ساختارش مقرون به صرفه است (نیکل عنصری است که برای غیر مغناطیسی کردن گریدها استفاده می‌شود).

مخلوطی از بلورهای آستنیتی و فریتی در استنلس استیل داپلکس به کشش مغناطیسی آنها کمک می‌کند؛ البته اینکه مقدار فریت قابل توجه باشد نیز خود امری مهم است. شناخته‌شده‌ترین گرید داپلکس در بازار 2205 است. 

۴- استنلس استیل‌های مارتنزیت و رسوب سخت‌کاری شده

فولادهای زنگ نزن سخت‌کاری شده بیشتر برای ساخت اجسام نوک تیز و برنده استفاده می‌شوند و پس از انجام سخت‌کاری حالت مغناطیسی پیدا می‌کنند. این در حالیست که اغلب استنلس استیل‌های مارتنزیتی ذاتا مغناطیسی هستند و در زمره فلزات بگیر قرار دارند.

ساختار کریستالی منحصر به فرد استنلس استیل مارتنزیت در صورت وجود آهن می‌تواند فرومغناطیس باشد و از آنجایی که استنلس استیل یک نوع فولاد است، مقادیر فراوانی آهن در ساختار خود دارد که این مهم‌ترین دلیل مغناطیسی بودن استنلس استیل‌های مارتنزیتی است.

معیارهای تعیین مغناطیسی بودن فولاد ضدزنگ

همانطور که گفته شد این که راجع به چه گریدی از استنلس استیل صحبت می‌کنیم مهم‌ترین عامل است، اما به صورت کلی ویژگی‌های زیر برای اینکه یک فولاد ضد زنگ خاصیت مغناطیسی داشته باشد الزامی هستند:

• آلیاژ باید حاوی آهن(Fe) باشد.
• ساختار کریستالی آلیاژ استنلس استیل باید با ساختار مارتنزیتی یا فریتی تنظیم شده باشند. اگر استنلس استیل عمدتا از ساختار آستنیت تشکیل شده باشد خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت.

مغناطیس فولاد چگونه عمل می‌کند؟

خاصیت مغناطیسی در درجه اول به دلیل توزیع نابرابر الکترون‌ها در اتم‌های برخی از عناصر فلزی از جمله آهن رخ می‌دهد. جابجایی‌های صورت گرفته در داخل اتم دو قطبی‌های مغناطیسی ایجاد می‌کند که فرایندی جانبی حاصل از چرخش نامنظم الکترون‌ها محسوب می‌شود.

چرا خواص مغناطیسی در استنلس استیل مهم است؟

بسته به کاربرد مدنظر محصول، مواد اولیه دارای خاصیت مغناطیسی، می‌توانند تاثیر بسزایی بر بهبود عملکرد محصول نهایی داشته باشند. برای مثال اگر یک ماده نیاز به جداسازی سریع از دیگر مواد داشته باشد، وجود یک ماده دارای خاصیت مغناطیسی فرآیند مرتب‌سازی را ساده‌تر می‌کند. 

اما وقتی در مورد فرآیندهای تولیدی مانند جوشکاری و عملیات ساخت صحبت می‌کنیم، مواد مغناطیسی می‌توانند اثر مضری بر بهبود فرایند داشته باشند. علت این امر این است که جریان‌های الکتریکی می‌توانند رفتار عجیبی در مواد مغناطیسی از خود نشان دهند و همچنین میدان‌های مغناطیسی با جرقه جوش تداخل می‌کنند و می‌توانند جوش‌های ضعیفی حاصل کنند.

بالاخره آیا آهنربا به استنلس استیل می‌چسبد؟

حال پس از تمامی این توضیحات، برایمان مشخص شده است که جواب این سوال هم می‌تواند آره باشد و هم نه. حقیقت این است که آلیاژهای مختلفی از استنلس استیل وجود دارد که خود هرکدام انواع مغناطیسی و غیرمغناطیسی دارند و هیچ گونه ارتباطی بین خواص مغناطیسی و مقاومت در برابر خوردگی وجود ندارد. ما می‌توانیم با بررسی ترکیبات شیمیایی یک قطعه از فولاد ضد‌زنگ، مشخص کنیم که آیا خاصیت مغناطیسی دارد یا خیر.

در هنگام آلیاژ شدن، ساختار کریستالی فریت و آهن به استنلس استیل خواص مغناطیسی می‌بخشند. سطح‌های بالای آستنیت، اثر فریت‌ها را خنثی کرده و این امر آلیاژهای استنلس استیل را غیر مغناطیسی می‌کند. البته حتی در این مورد هم این گریدهای غیر مغناطیسی می‌توانند طی فرایندهایی مثل خمش، کشیده شدن و یا به شکل لوله درآوردن مغناطیسی شوند.

همچنین دیگر آلیاژهای فولاد ضد زنگ نیز پس از شکل داده شدن یا تحت عملیات حرارتی قرار گرفتن یه صورت جزئی خواص مغناطیسی کسب می‌کنند. سپس آن دسته از استنلس استیل‌ها قرار دارند که بسیار در مقابل خوردگی مقاومند و دارای میدان مغناطیسی هستند (اعم از گریدهای 420 و 430). برعکس این موضوع نیز صادق است و برخی از فولادهای زنگ نزن با اینکه در مقابل خوردگی مقاومند اما خاصیت مغناطیسی ندارند (مثل گرید 316 ).

با همه‌ی این تفاسیر اگر در دو جمله بخواهیم خلاصه کنیم باید بگوییم که آهنربا به استنلس استیل‌های بگیر می‌چسبد اما استنلس استیل‌های نگیر جذب آهنربا نمی‌شوند. در هنگام خرید استنلس استیل می‌توانید با به همراه داشتن یک آهنربا کیفیت استنلس استیل مدنظر خود را بسنجید؛ چون همانطور که گفته شد هرچه فولاد ضد زنگ با کیفیت‌تر باشد احتمال بیشتری بر غیر مغناطیسی بودن آن وجود دارد. البته این نشان‌دهنده این نیست که استنلس استیل‌های مغناطیسی کارآمد نیستند بلکه بیشتر وضعیتی است که باید مورد به مورد و با توجه به کاربرد نهایی بررسی شود.

منبع: Metal supermarkets