استنلس استيل رسوب سخت شونده مقاومت به خوردگي در حدود فولادهاي آستنيتي دارند، اما مي‌توان آن‌ها را توسط فرايند سخت‌کاري رسوبي (که سخت‌کاري سني يا سخت‌کاري ذره اي نيز ناميده مي‌شود) سخت‌کاري کرد. معروف‌ترين گريد آن PH 17-4 است که تقريباً 17 درصد کروم و 4 درصد نيکل دارد.

فولاد زنگ‌نزن دوپلکس داراي ميکرو ساختار ترکيبي آستنيتي و فريتي است که هدف آن معمولاً توليد ترکيب 50/50 است، اگر چه در آلياژهاي تجاري اين نسبت مي‌تواند 40/60 باشد. آن‌ها با کروم بالا (19–32 درصد) و موليبدن (تا 5 درصد) و درصد نيکل پايين‌تر از فولاد ضدزنگ آستنيتي مشخص مي‌شوند. فولاد ضدزنگ دوپلکس در مقايسه با فولاد ضدزنگ آستنيتي تقريباً دو برابر استحکام دارد. ميکرو ساختار ترکيبي آن‌ها مقاومت به ترک ناشي از خوردگي توسط کلرايد بيشتري نسبت به فولاد ضدزنگ آستنيتي نوع 304 و 316 فراهم مي‌کند. خواص فولاد زنگ‌نزن دوپلکس با مقادير آلياژ پايين‌تر از مقادير فولادهاي گريد فوق-آستنيتي با خواص آن مشابه است و استفاده از آن براي بسياري از کاربردهاي مهندسي مقرون به صرفه‌تر است. گريدهاي فولاد دوپلکس بر اساس مقدار آلياژ و مقاومت به خوردگي آن‌ها در گروه‌هاي مختلفي تقسيم‌بندي مي‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن مارتنزيتي طيف وسيعي از خواص را ارائه مي‌دهد و به عنوان فولاد زنگ‌نزن مهندسي، فولاد زنگ‌نزن ابزاري و فولاد مقاوم در برابر خزش استفاده مي‌شود.

آن‌ها به 4 دسته تقسيم مي‌شوند (با مقداري همپوشاني):

• گريدهاي آهن-کروم-کربن: اين دسته اولين گريد استفاده شده بودند و هنوز هم به‌طور گسترده در کاربردهاي مهندسي و مقاوم در برابر سايش استفاده مي‌شوند.


• گريدهاي آهن-کروم-نيکل-کربن: در اين گريدها، مقداري از کربن با نيکل جايگزين شده‌است. اين دسته داراي سختي و مقاومت به خوردگي بالاتري هستند.


• گريدهاي پيرسخت‌کاري شونده: گريد EN 1.4542 (که با نام PH 17-4 نيز شناخته مي شود)، شناخته شده‌ترين گريد، قابليت سخت شدن مارتنزيتي و پيرسخت‌کاري را هردو باهم دارد. اين فولاد مي‌تواند استحکام بالا و چقرمگي خوب را به دست آورد و در صنايع هوافضا و ديگر صنايع کاربرد دارد.


• گريد مقاوم در برابر خزش: افزودن مقدار کمي کبالت، بور، واناديم و نايوبيم استحکام و مقاومت خزش را تا حدود 650 درجه سلسيوس افزايش مي‌دهد.

استنلس استيل آهني داراي يک ريزساختار فريتي مانند فولاد کربني است که يک ساختار کريستالي مکعبي مرکز-بدني (body-centered cubic) محسوب مي‌شود و حاوي 10?5 تا 27 درصد کروم و مقدار بسيار کمي نيکل يا بدون نيکل است. اين ريزساختار به علت اضافه شدن کروم، در تمام درجه حرارت‌ها وجود دارد و مانند استنلس استيل آستنيتي با عمليات حرارتي سخت‌کاري نمي‌شود. مانند استنلس استيل آستنيتي آن‌ها را نيز با کار سرد نمي‌توان تقويت کرد. اين فولادها مانند فولاد کربني مغناطيسي هستند.

فولادهاي زنگ‌نزن فريتي معمولاً خود به 4 زير-خانواده طبقه‌بندي مي‌شوند:

• گروه 1 که حاوي 10 تا 14 درصد کروم و عدد معادل مقاومت به خوردگي (PREN, Pitting resistance Equivalent Number = %Cr + 3.3 %Mo+16 %N) حدود 10 است، در شرايط غير سخت يا زماني که مقداري خوردگي سطحي قابل قبول است استفاده مي‌شود. گريدهاي معمول (EN 1.4003) AISI 403 و AISI 409Cb (EN A/4601) است که در لوله‌هاي اگزوز خودروها استفاده مي‌شود.


• گروه 2 که حاوي 14 تا 18 درصد کروم و با عدد PREN حدود 16 است. معروف‌ترين گريد آن AISI 430 (EN 1.4017) است. اين گريد براي جوشکاري مناسب نيست، زيرا رشد دانه در منطقه آسيب ديده حرارتي (HAZ) جوش موجب شکنندگي مي‌شود.


• گروه 3 بسيار شبيه به گروه 2 است، اما افزودن Nb, Ti و/يا Zr در مقادير کم، ته‌نشيني کاربيد را افزايش مي‌دهد که به نوبه خود سبب جلوگيري از رشد دانه‌ها و شکنندگي جوش‌ها مي‌شود؛ بنابراين آن‌ها بدون هيچ مشکل خاصي قابل جوشکاري هستند.


• گروه 4 گريدهاي اين گروه را مي‌توان «فوق آهني» ناميد که داراي مقادير بيشتري Mo، و/يا Cr مي‌باشد. عدد PREN آن‌ها بالاي 18 است، که آن‌ها را برابر يا بهتر از (EN 1.4301) AISI 304 مي‌کند. شناخته شده‌ترين گريد اين خانواده AISI 434 و 444 (به ترتيب EN 1.4113 و EN 1.4521) است.

گريدهاي با مقاومت الکتريکي بالا Fri-Cr-Al شامل اين گروه‌ها نمي‌شود، زيرا آن‌ها را براي مقاومت در برابر اکسيد شدن در دماي بالا طراحي کرده‌اند.

بررسي دقيق تر ريز ساختاراستنلس استيل ها

پنج دسته اصلي از فولادهاي زنگ‌نزن وجود دارد که عمدتاً توسط ساختار کريستالي (بلورين) آن‌ها طبقه‌بندي مي‌شوند:

فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي   

استنلس استيل آستنيتي (Austenitic) بزرگترين خانواده از فولاد زنگ‌نزن يا ضدزنگ است، که حدود دو سوم از توليد فولاد ضدزنگ را به خود اختصاص مي‌دهد.اين فولادها داراي يک ميکرو ساختار آستنيتي هستند که ساختار کريستال مکعبي وسط-وجهي (Face-Centered) دارند. اين ريزساختار با آلياژ کردن با نيکل و/يا منگنز و نيتروژن کافي براي حفظ ريزساختار آستنيتي در تمام دماها از ناحيه? کرايوژنيک تا نقطه ذوب حاصل مي‌شود. از اين رو فولاد زنگ‌نزن آستنيتي قابل سخت‌کاري از طريق عمليات حرارتي نيست چرا که در همه دماها داراي يک نوع ريزساختار يکسان است.

فولادهاي زنگ نزن آستنيتي را مي‌توان به دو زيرگروه سري 200 و سري 300 نيز تقسيم کرد:

• سري 200

نزديک به 50 سال است که تلاش‌هايي براي جايگزيني نيکل موجود در فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي با منگنز صورت مي‌گيرد. هدف اين است که نوسانات قيمت نيکل بر روي قيمت نهايي فولاد زنگ‌نزن از بين برده شود. نتيجه اين تلاش‌ها فولادهاي زنگ‌نزن سري 200 بوده‌است. اين سري از فولادها حاوي نيتروژن اضافي هستند تا فاز آستنيتي را پايدارتر کرده و بتوان خواص استحکام بالاي مورد نياز برخي کاربردها را تأمين کرد. از مس نيز براي افزايش پايداري فاز آستنيتي و همچنين افزايش خواص کارسرد در اين سري فولادها استفاده مي‌گردد.

استفاده از نيتروژن باعث شده که استحکام تسليم سري 200 نسبت به سري 300 نزديک به 50? بيشتر باشد اما از طرفي به دليل ميزان نيکل کمتر مقاومت به خوردگي بالايي ندارند. استفاده از اين فولادها در اروپا و آمريکاي شمالي تا انتهاي قرن اخير بسيار محدود بوده‌است.

• سري 300

استنلس استيل سري 300 فولادهاي آلياژ کروم-نيکل هستند، که تقريباً تمام ريزساختار آستنيتي آن به دليل وجود نيکل مي‌باشد. در بعضي گريدهاي آلياژ بالا براي کاهش ميزان نيکل مورد نياز از نيتروژن استفاده مي‌شود. فولادهاي سري 300 بزرگترين گروه و پرکاربردترين فولادهاي زنگ نزن مورد استفاده هستند. معروف‌ترين گريد آن فولاد زنگ نزن 304 است که با نام فولاد 18/8 يا 18/10 نيز شناخته مي‌شود که در آن 18? کروم و 8 يا 10? نيکل استفاده مي‌شود. دومين فولاد زنگ نزن آستنيتي پرکاربرد فولاد 316 مي‌باشد. افزودن 2? موليبدن به آن باعث شده که اين فولاد مقاومت به خوردگي در برابر اسيد و مقاومت به خوردگي ناحيه اي توسط يون‌هاي کلر بيشتري از خود نشان دهد.

استنلس استيل (Stainless Steel) که Inox نيز خوانده مي‌شود، آلياژي از فولاد مي‌باشد، که اصلي‌ترين عناصر تشکيل دهنده آن آهن، کروم و نيکل است که حداقل درصد جرمي کروم در آن 10/5 درصد و حداکثر درصد جرمي کربن آن 1/2 درصد مي‌باشد.

استنلس استيل به دليل خاصيت غيرفعال شدن خود مي‌توانند مقاومت بسيار خوبي در برابر خوردگي از خود نشان مي دهند. اين فولادها با تشکيل يک لايه غيرفعال بر روي سطح‌شان که به شدت به ماده زيرين پيوند خورده‌است از تماس بيشتر ماده به محيط اطراف جلوگيري مي‌کند و باعث افزايش مقاومت به خوردگي ميشود. براي اينکه اين پديده غيرفعال سازي به‌طور پايدار در فولاد اتفاق بيفتد نياز است که حداقل 10/5 درصد از ماده را کروم تشکيل دهد. با داشتن چنين سطحي از کروم حتي اگر خراشي بر روي سطح فولاد ايجاد شود و اين لايه از بين برود فولاد مي‌تواند خودش را ترميم کند و اگر گريد به درستي براي محيط کاري انتخاب شده باشد اين لايه غيرفعال دوباره شکل مي‌گيرد.درصدرتي که گريد مناسبي براي محيط کاري انتخاب نشده باشد شکست غير فعالي اتفاق مي افتد و استنلس استيل زنگ زده و خورده ميشود.

استنلس استيل به خاطر مقاومت در برابر خوردگي خود بسيار مورد توجه هستند که اين خاصيت با افزايش ميزان کروم افزايش مي‌يابد. افزودن عنصر موليبدن باعث افزايش مقاومت به خوردگي استنلس ها مي باشد در مقابل اسيدهاي کاهنده و در برابر خوردگي در محلول‌هاي اکسيد کننده کلرايدي مي‌شود. به همين دليل، انواع مختلفي از استنلس استيل با درصد مختلف کروم و موليبدن براي مطابقت با محيطي که آلياژ بايد تحمل کند وجود دارد. مقاومت استنلس استيل به خوردگي و زنگ زدگي، نياز به نگهداري کم و درخشش بالا، آن را تبديل به يک ماده مناسب در بسياري از محيط ها که در آن هم نياز به استحکام بالا و  مقاومت به خوردگي بالا است کرده‌است.

فولاد زنگ‌نزن به شکل ورق، صفحه، ميله، سيم و لوله ساخته مي‌شود تا در :وسايل آشپزي، کارد و چنگال، دستگاه‌هاي جراحي، لوازم خانگي بزرگ؛ مصالح ساختماني، تجهيزات صنعتي (براي مثال در کارخانجات کاغذ، کارخانه‌هاي شيميايي، تصفيه خانه آب)؛ و مخازن ذخيره آب و مخازن مواد شيميايي و محصولات غذايي (به عنوان مثال، تانکرهاي مواد شيميايي و تانکرهاي کاميوني) استفاده گردد.

اصلي ترين خواص : مقاومت خوب در برابر خوردگي، راحتي تميز و استريل نمودن با بخار و عدم نياز به پوشش دادن سطحي، استفاده از استنلس استيل را در آشپزخانه‌هاي تجاري و صنعتي متداول کرده‌است.

نقش ميکرو ساختار

نقش ريزساختار از اهميت خيلي بالايي در برابر ترکيب شيميايي براي مقاومت در دماهاي بالا چندان اهميت ندارد اما انتخاب صحيح آن نيز بي تأثير نيست.

• فولادهاي فريتي: بهترين دماي کاري براي فولادهاي فريتي دماي ثابت کاري ماکزيمم تا 250 درجه سلسيوس است. دليل آن هم اين مساله است که اين فولادها در دماي 475 درجه سلسيوس ترد ميشوند. اين نکته در مورد فولادهاي زنگ‌نزن کروم پايين 10?5 تا 12?5 درصد چندان مهم نيست و دما مي‌تواند بعضي اوقات به 575 درجه سلسيوس نيز برسد. فولادهاي زنگ‌نزن با درصد آلياژ بالا با درصد کروم 23 تا 27 درصد،در دماي بالا مقاومت به خوردگي بسيار خوبي نشان ميدهند.

• فولادهاي مارتنزيتي: در استاندارد EN 10088-1 و EN 10302 فولادهاي زنگ‌نزن مارتنزيتي در رده فولادهاي مقاوم به خزش قرار گرفته‌اند. با اين حال به دليل اينکه ميزان کروم آن‌ها خيلي بالا نيست (حداکثر 12?5?) اين فولادها جزو فولادهاي مقاوم به گرما نيستند و فقط در جاهايي استفاده مي‌شوند که نياز به استحکام نهايي بالا، استحکام خزش و خستگي بالا، به علاوه مقاومت مناسب در برابر خوردگي مد نظر باشد و ماکزيمم دما 650 درجه سلسيوس باشد از آن‌ها استفاده مي‌شود. از فولادهاي مارتنزيتي کم کربن و کربن-متوسط عموماً در توربين‌هاي بخار، موتورهاي جت و توربين‌هاي گاز استفاده مي‌شود.

• فولادهاي آستنيتي: اين فولادها در کنار آلياژهاي پايه-نيکل بهترين ترکيب مقاومت به خوردگي دما-بالا و استحکام مکانيکي دما-بالا را ارائه مي‌دهند. در محيط هاي با دما بالا، فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي دما-بالا اصلي‌ترين انتخاب هستند.

• فولادهاي دوپلکس: استحکام تسليم آن‌ها در محدوده 550 تا 690 مگاپاسکال در حالت بازپخت شده‌است که به‌طور چشمگيري بيشتر از هر دو نوع فولادهاي فريتي و آستنيتي است. با اين حال استفاده از اين فولادها در دماهاي بالا به دليل تردي و افت شديد استحکام مکانيکي پيشنهاد نمي‌شود. ماکزيمم دماي کاري آن‌ها معمولاً 300 درجه سلسيوس است.

• فولادهاي پير سخت شده: اين فولادها آلياژهاي کروم-نيکل هستند که در حالت سخت شده براي دماهاي بالاي 425 درجه سلسيوس به دليل افت شديد استحکام توصيه نمي‌شوند.

مزيت استنلس هاي آستنيتي در دماهاي خيلي پايين در مقايسه با استنلس هاي فريتي

استنلس استيل در دماهاي کرايوژنيک

در دماهاي خيلي پايين فولادهاي فريتي، مارتنزيتي و دوپلکس تمايل به ترد شدن پيدا مي‌کنند، اما فولادهاي آستنيتي استحکام خود را در دماهاي پايين حفظ مي‌کنند. فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي را مي‌توان «فولادهاي کرايوژنيک» طبقه‌بندي کرد.

از ميان فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي برخي به صورت گسترده‌اي در تجهيزاتي که در دماهاي زير صفر کار مي‌کنند استفاده مي‌شوند. اين دماها مي‌تواند حتي به دماي جوش هليوم يعني منفي 269 درجه سلسيوس نيز برسد.

پرکاربردترين فولادهاي زنگ‌نزن در کاربردهاي کرايوژنيک (دماهاي مادون سرد) فولادهاي نوردشده (wrought) آستنيتي 304 و 304L هستند، در حاليکه استفاده از فولادهاي 316 يا 316L و 321و 347 نيز در صورت در دسترس بودن متداول است. براي کاربرد در دماهاي زير 200 درجه سلسيوس معمولاً از انواع پايدار-نشده (non-stabilized) استفاده مي‌شود.

استنلس استيل رسوب سخت شونده مقاومت به خوردگي تقريبا يکساني با فولادهاي آستنيتي دارند، مي توانيم در فرآيند رسوب سخت کردن (به آن سخت‌کاري سني يا سخت‌کاري ذره اي هم گفته مي شود) سخت‌کاري کرد. معروف‌ترين گريد آن PH 17-4 است که تقريباً 17 درصد کروم و 4 درصد نيکل دارد.

استنلس استيل فريتي داراي يک ريزساختار فريتي مانند فولاد کربني است ساختار کريستالي آن مکعبي در مرکز مکعب (body-centered cubic) محسوب مي‌شود و حاوي 10/5 تا 27 درصد کروم و مقدار خيلي جزئي نيکل يا بدون نيکل است.بدليل اضافه شدن کروم و باقي ماندن آن در تمام دماهاي کاري استنلس ، اين گريد مانند گريد استنلس استيل آستنيتي با عمليات حرارتي سخت کاري نمي شوند.همچنين اين گريد را نميتوان با کارسرد تقويت کرد. استنلس استيل فريتي مانند فولاد کربي خاصيت مغناطيسي دارد(بگير است).

استنلس استيل فريتي معمولا به 4 دسته اصلي تقسيم بندي مي شوند :

• گروه 1 :  10 تا 14 درصد کروم و عدد معادل به خوردگي  (PREN, Pitting resistance Equivalent Number = %Cr + 3.3 %Mo+16 %N) آن در نزديک به 10 است، معمولا در شرايطي که  مقدار کمي خوردگي در سطح براي سيستم کاري مشکلي نخواهد داشت مورد استفاده قرار مي گيرد.گريدهاي معمول (EN 1.4003) AISI 403 و AISI 409Cb (EN A/4601) است که کاربرد اصلي آن در لوله‌هاي اگزوز خودرو مي باشد.


• گروه 2 : که حاوي 14 تا 18 درصد کروم و با عدد PREN حدود 16 است. معروف‌ترين گريد آن AISI 430 (EN 1.4017) است. از اين گريد نبايد در جوشکاري ها استفاده کرد، زيرا رشد دانه در منطقه آسيب ديده حرارتي (HAZ) جوش باعث ترد شدن و خوردگي مي شود.


• گروه 3 : به گروه 2 بسيار شباهت دارد، افزودن مقادير کمي Nb, Ti و/يا Zr ، اين مساله خاصيت جوشکاري را افزايش ميدهد دليل آن هم اين است که اين عناصر کمک ميکنند تا کاربيد ته نشين شود با اين عمل از رشد دانه ها و ترد شدن جوش جلوگيري ميکند.


• گروه 4 : گريدهاي اين گروه را مي‌توان «فوق آهني» ناميد که داراي مقادير بيشتري Mo، و/يا Cr مي‌باشد. عدد PREN آن‌ها بالاي 18 است، که آن‌ها را برابر يا بهتر از (EN 1.4301) AISI 304 مي‌کند. شناخته شده‌ترين گريد اين خانواده AISI 434 و 444 (به ترتيب EN 1.4113 و EN 1.4521) است.

گريدهاي با مقاومت الکتريکي بالا Fri-Cr-Al شامل گروه‌هاي ذکر شده نمي‌شود، زيرا آن‌ها را براي مقاومت در برابر اکسيد شدن در دماي بالا طراحي کرده‌اند.