اختراع فولاد زنگ نزن نقطه عطفی در زندگی بشر به شمار می‌رود، چرا که او را از دردسرهای فولاد کربنی مثل مقاومت پایین در برابر هوای آزاد و رطوبت نجات داد. البته مزیت‌های فولاد ضدزنگ تنها محدود به مقاومت در برابر اکسیژن نمی‌شود، وزن یک مقطع فولادی ساخته‌شده از این نوع فولاد با سایز و ضخامت مشابه، از وزن مقاطع ساخته‌شده از فولاد کربنی به مراتب کمتر است، آن هم در حالی که مقاومت بالاتری دارد. همین موضوع باعث می‌شود که کاربرد فولاد زنگ نزن در صنعت حساسی مثل خودروسازی، منجر به تحول در این صنعت و کاهش محسوس وزن خودرو و مصرف سوخت آن شود.
در این مقاله، در ابتدا با فولاد ضدزنگ و انواع آن آشنا می‌شوید و سپس کاربردهای انواع ورق استیل در خودروسازی را می‌خوانید:
فولاد زنگ نزن چیست و چه انواعی دارد؟
استنلس استیل یا فولاد ضدزنگ نوعی فولاد است که در برابر رطوبت و شرایط محیطی خشن، مقاومت بالایی دارد. همان‌طور که از نامش می‌توان حدس زد، مهم‌ترین ویژگی فولاد زنگ نزن، زنگ نزدن آن در صورت قرار گرفتن مستقیم در برابر هوای آزاد و آب است.
تفاوت اصلی میان فولاد زنگ نزن و فولاد کربنی معمولی، عنصر کروم و نیکل است. این 2 عنصر، مقاومت در برابر رطوبت و محیط اسیدی را بالا می‌برند و انعطاف‌پذیری فولاد را افزایش می‌دهند. این موضوع مهم، نخستین بار توسط پیر برتیر فرانسوی در سال 1821 کشف شد، آن هم زمانی که به صورت آزمایشی، مقداری کروم را به فولاد کربنی افزود. همچنین میزان برخی از عناصر دیگر مثل منگنز و مولیبدن نیز در ساختار فولاد زنگ نزن نسبت به فولاد کربنی بیشتر است که این موضوع، منجر به افزایش مقاومت کششی، مقاومت تسلیم و مقاومت آن در برابر حرارت می‌شود.
انواع فولاد زنگ نزن
همان‌طور که گفتیم، عنصر کروم منجر به ایجاد خاصیت ضد خوردگی در فولاد ضدزنگ می‌شود و به همین دلیل، مهم‌ترین عنصر تشکیل‌دهنده آن است. اهمیت این عنصر باعث شده که انواع فولاد زنگ نزن، بر اساس میزان کروم موجود در آن‌ها، به 4 نوع زیر تقسیم شوند:
- فولاد ضدزنگ آستنیتی: میزان کروم موجود در این نوع از فولاد زنگ نزن، زیر 18 درصد است و مهم‌ترین آلیاژهای آن شامل استیل 304 و استیل 316 می‌شود.
- فولاد ضدزنگ مارتنزیتی: این نوع از فولاد زنگ نزن معمولاً فاقد نیکل است و میزان کروم آن بیشتر از 18 درصد است.
- فولاد ضدزنگ فریتی: میزان کروم موجود در این نوع فولاد زنگ نزن، معمولاً به بیشتر از 27 درصد می‌رسد. این نوع از فولاد ضدزنگ، بیشترین مقاومت را در برابر خوردگی دارد.
- فولاد ضدزنگ 2 فازی: این نوع فولاد زنگ نزن، از ترکیب 2 نوع آستنیتی و فریتی ساخته می‌شود. مقاومت این نوع در برابر خوردگی، چیزی بین فولاد ضدزنگ آستنیتی و مارتنزینی است و به همین دلیل، کاربرد آن چندان زیاد نیست.
در دسته‌بندی بالا، فولاد ضدزنگ آستنیتی در دسته استیل نگیر و سایر دسته‌ها در دسته استیل بگیر قرار می‌گیرند، چرا که هرچه میزان کروم در فولاد زنگ نزن بیشتر شود، خاصیت مغناطیسی آن افزایش می‌یابد. از بین دسته‌های بالا، فولاد زنگ نزن آستنیتی و فریتی، بیشترین کاربرد را در صنعت خودروسازی دارند که در ادامه با کاربردهای آن‌ها در این صنعت آشنا می‌شوید.
کاربرد ورق زنگ نزن فریتی در خودروسازی چیست؟
در خودروسازی معمولاً از فولاد زنگ نزن فریتی به صورت ورق استفاده می‌کنند. ورق‌های استیل فریتی و به خصوص آلیاژهای 409، 429، 432، 436 و 439، بیشتر در ساخت سیستم اگزوز خودرو کاربرد دارند که دلایل آن را در ادامه می‌خوانید:
- قطعات موجود در سیستم اگزوز خودرو، معمولاً حرارت زیادی می‌بینند و به همین دلیل باید از ورقی ساخته شوند که مقاومت بالایی در برابر حرارت دارد. ورق ضدزنگ فریتی تا دمای 815 درجه سانتی گراد تغییر شکل نمی‌دهد و به همین دلیل، برای ساخت اگزوز خودرو مناسب است.
- گریدهای پایین‌تر ورق فولاد زنگ نزن مثل 316، در حرارت بالا دچار خوردگی بین دانه‌ای می‌شوند، در حالی که گریدهای بالاتر از 409، به دلیل دارا بودن تیتانیوم، در برابر خوردگی دانه‌ای مقاوم هستند.
- گریدهای سری 400 فولاد زنگ نزن، به دلیل قیمت پایین و دارا بودن خاصیت مغناطیسی، قیمت پایین‌تری نسبت به سری 300 دارند و به همین دلیل، استفاده از آن‌ها قیمت تمام‌شده خودرو را چندان بالا نمی‌برد.
- فولاد زنگ نزن فریتی، خواص لازم را برای ساخت سایر قطعات سیستم اگزوز مثل مانیفولد، مبدل کاتالیزوری، مافلر و ... تأمین می‌کند.
کاربرد ورق زنگ نزن آستنیتی در خودروسازی چیست؟
ورق‌های فولادی ساخته‌شده از فولاد زنگ نزن آستنیتی معمولاً فاقد نیکل هستند و کربن، کروم و منگنز، اصلی‌ترین عناصر تشکیل‌دهنده آن‌ها به شمار می‌روند. بزرگ‌ترین مزیت ورق‌های ضدزنگ آستنیتی نسبت به ورق‌های فولادی مثل ورق گالوانیزه، مقاومت بالا با توجه به وزن و ضخامت کم آن‌ها است که این موضوع باعث می‌شود تا برای ساخت قطعاتی مثل سپر که ضربات سنگینی را تحمل می‌کنند، مناسب باشند. تنها عیب آن‌ها، دارا بودن قیمت بالاتر نسبت به قیمت ورق گالوانیزه است.
در مقایسه با فولاد کربنی، این نوع ورق‌ها، ضخامت سپر را تا 75 درصد کاهش می‌دهند. البته ورق‌های ساخته‌شده از فولاد زنگ نزن آستنیتی، در ساخت سایر قسمت‌های خودرو مثل کف، بدنه، مخزن سوخت، چرخ، شفت گیربکس و بازوهای تعلیق نیز به کار می‌روند و استفاده از آن‌ها می‌تواند وزن خودرو را تا 40 درصد کاهش دهد.
با توجه به پیشرفت صنعت خودروسازی و نیاز به ساخت خودروهای ایمن‌تر و سبک‌تر، ممکن است در آینده کاربرد سایر انواع فولاد زنگ نزن در خودروسازی نیز افزایش یابد. البته افزایش این کاربردها زمانی بهینه است که قیمت این نوع فولاد نیز به صرفه باشد، چرا که در حال حاضر قیمت جهانی فولاد کربنی که پرکاربردترین ماده در خودروسازی است، مدام افزایش می‌یابد و قیمت فولاد ضدزنگ به دلیل وابستگی به قیمت آهن و عوامل دیگری همچون قیمت دلار و فرایند تولید، به مراتب بیشتر از فولاد کربنی است.