فولادهای زنگ نزن، فولادهای آلیاژی پیچیده ای هستند که دارای حداقل 10.5% کروم بدون و یا همراه با عناصر آلیاژی دیگری هستند که می توانند زمینه‌­های آستنیتی، فریتی، دوفازی فریتی-آستنیتی، مارتنزیتی یا رسوب سخت شونده داشته باشند. در ادامه به توضیحی مختصر در خصوص انواع فولادهای زنگ نزن پرداخته می­شود.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی:

فولادهای آستنیتی 70-65% کل فولادهای زنگ نزن تولیدی آمریکا را به خود اختصاص می­دهند زیرا آنها دارای مقاومت به خوردگی، استحکام و چقرمگی بالایی در دماهای پایین و بالا و خواص عالی در دماهای زیر صفر هستند. بطور کلی این فولادها از نوع Fe-Cr-Ni-C و Fe-Cr-Mn-Ni-N هستند که 26-16 درصد کروم، 0.75-19 درصد منگنز، 40-1 درصد نیکل، 0.35-0.03 درصد کربن و مقداری نیتروژن، برای پایدار کردن آستنیت در دمای اتاق و دماهای بالا دارند. سری 2XX این فولادها (Cr-Mn-Ni)  شامل نیتروژن، 15.5-5.5% منگنز و تا 6% نیکل می­باشد و سری 3XX (Cr-Ni) دارای مقدار بیشتری نیکل و 2% منگنز می­باشد. مولیبدن، مس و سیلیسیم برای افزایش مقاومت خوردگی می­تواند اضافه شود. تیتانیوم و نایوبیوم برای کاهش حساسیت به خوردگی مرزدانه­ای اضافه می­شود. افزودن مولیبدن و نیتروژن می­تواند مقاومت به حفره­ای شدن را بالا ببرد. سیلیسیم و مس نیز برای افزایش مقاومت به ترک ناشی از تنش-خوردگی افزوده می­شود.

گوگرد و سلنیوم به برخی انواع این فولادها برای افزایش قابلیت ماشین کاری اضافه می­شود. نیتروژن هم روی افزایش استحکام فولادهای آستنیتی اثر می­گذارد.

فولادهای آستنیتی ترکیب بسیار خوبی از مقاومت خوردگی، انعطاف پذیری، چقرمگی و جوش پذیری ارائه می­کنند. اگرچه، استحکام تسلیم آن­ها در حالت آنیل شده نسبتا پایین و در محدوده­یMpa  200 تا 250 است. برای جبران قابلیت جوش پذیری فولادهای آستنیتی پر نیتروژن، منگنز به آنها افزوده می­شود. بعلاوه، منگنز می­تواند جایگزین بخشی از نیکل به عنوان یک عنصر پایدارکننده­ی آستنیت شود و میزان حلالیت نیتروژن را بالا ببرد.

راه دیگر افزایش استحکام فولادهای آستنیتی کار سختی است. انرژی نقص چیدن کم این فولادها و تشکیل مارتنزیت در حین تغییر شکل موجب کارسختی زیاد این فولادها و افزایش استحکام تسلیم آن­ها به بالاتر از Mpa1200 می­شود. البته گرم شدن این فولادها در اثر جوش کاری یا کار باعث بازیابی، تمپر مارتنزیت، و حتی تبلور مجدد و در نتیجه افت استحکام می­شود.

فولادهای زنگ نزن فریتی

فولادهای زنگ نزن فریتی اصولا شامل 30-10.5% کروم هستند و مقادیری Mn و Si و گاهی نیز Mo، Ni، Al، Ti  یا  Nb برای منظورهای خاص افزوده می­شوند. چون این فولادها در دمای اتاق و دماهای بالا بصورت فریتی هستند، بنابراین قابلیت سخت شدن با عملیات حرارتی را ندارند. دمای انتقال تردی-نرمی فولادهای زنگ نزن فریتی بالاتر از دمای اتاق است. استحکام تسلیم فولادهای زنگ نزن در حالت آنیل معمولا در محدوده­یMpa  415-275 می­باشد. این فولادها از انعطاف پذیری خوب، مقاومت به خوردگی در محیط مایع و اکسیداسیون دمای بالا، مقاومت به حفره ای شدن و ترک خوردن ناشی از تنش-خوردگی و قیمت پایین تر نسبت به نوع آستنیتی برخوردار است. این فولادها با کد 4XX مشخص می­شوند.  این فولادها مقاومت عالی در برابر خوردگی عمومی، حفره ای شدن و خوردگی تنشی شیاری در محیط­های حاوی یون­های کلر دارند. کابردهای عمده­ی آنها در صنایع شیمیایی، پتروشیمیایی، کاغذ و نمک زدایی می­باشد.

فولادهای زنگ نزن دوپلکس

فولادهای زنگ نزن دوپلکس دارای 29-18% کروم، 8.5-2.5% نیکل و 4-1% مولیبدن، تا 2.5% منگنز، تا 2% سیلیسیم و تا 3.5% نیتروژن می­باشند. این فولادها شامل ترکیبی از فریت و آستنیت می­باشند. نسبت بین فریت و آستنیت تعیین کننده خواص مکانیکی فولادهای دوپلکس می­باشد. با افزایش درصد حجمی فریت، استحکام تسلیم افزایش می­یابد. بیشترین استحکام نهایی مربوط به ساختاری با با حداکثر 80% فریت می­باشد. در مقایسه با فولادهای آستنیتی، این فولادها دارای استحکام تسلیم به مراتب بالاتری هستند (حدود 2 تا 3 برابر بزرگتر) و مقاومت بیشتری به ترک خوردن ناشی از تنش-خوردگی دارند ولی خاصیت کشش عمیق آن­ها از فولادهای آستنیتی کمتر است. در مقایسه با فولادهای فریتی، دارای چقرمگی، شکل پذیری و جوش پذیری بالاتری می­باشند. فولادهای دوپلکس در محدوده دمایی°C  300 تا 950 کاربرد ندارند. بطور کلی این فولادها دارای استحکام تسلیم بیش از دو برابر فولادهای آستنیتی یا فریتی است. آن­ها هم چنین چقرمگی و انعطاف پذیری بهتری نسبت به فولادهای فریتی و مارتنزیتی و مقاومت به خوردگی مرزدانه ای و تنشی بهتری نسبت به فولادهای آستنیتی دارند. این ترکیب خوب از خواص موجب شده است که آن­ها در صنایع نفت و گاز به کار گرفته شوند.

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی

آهن خالص، فولادهای کم آلیاژی مقاومت به خوردگی خوبی در هوا، آب یا اغلب محیط­ها ندارند. مقاومت فولادها به خوردگی را می­توان با افزودن برخی عناصر آلیاژی بالا برد. استحکام بالای این فولادها با کوئنچ و تشکیل مارتنزیت و سپس تمپر کردن بدست می­آید. چنین فولادهایی به نام فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی معروف هستند.

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی شامل 18-11.5% کروم، 1.2-0.8% کربن و سایر عناصر آلیاژی کمتر از 0.3% می­باشند. آن­ها پس از کوئنچ و تمپر به استحکام تسلیم از Mpa 550 تا 1900 می­رسند. کروم باعث افزایش سختی پذیری این فولادها می­شود به طوری که می­توان آن­ها را حتی ضخامت­های زیاد در هوا سخت کرد. با افزایش درصد کروم، درصد کربن نیز باید بیشتر شود تا آستنیت پایدار بماند.

عناصر آلیاژی دیگری مانند نیکل و مولیبیدن نیز به فولادهای مارتنزیتی افزوده می­شود. افزودن نیکل موجب می­شود که به کربن کمتری نیاز باشد و در نتیجه چقرمگی و مقاومت خوردگی افزایش یابد. در فولادهای نرم و چقرمه­ی مارتنزیتی شامل کربن کم، مقدار نیکل به 5% وزنی افزایش می­یابد. استحکام این فولادهای مارتنزیتی نرم با فرآیند رسوب سختی بالا می­رود. مولیبدن نیز چقرمگی و مقاومت خوردگی را بهبود می­دهد. باید خاطر نشان کرد که مقاومت خوردگی فولادهای مارتنزیتی به طور قابل توجهی نسبت به سایر فولادهای زنگ نزن پایین­تر است.

یکی از مهم­ترین فولاد این گروه، فولاد AISI 410 با ترکیب 12.5% کروم و 0.1% وزنی کربن می­باشد. در حالت سخت شده، استحکام تسلیم این فولاد حدودMpa  1300 اگرچه با تمپر در دماهای بالا، این استحکام به مقدار زیادی کاهش می­یابد. حداکثر مقدار نیکل به 18% وزنی و کروم نیز به 0.1% وزنی می­رسد. کروم و مولیبدن ناحیه­ی آستنیت را کوچک می­کنند که با افزودن کربن و نیکل آن را جبران می­سازند.