برخلاف آهن، که بیش از هزاران سال است که از آن استفاده میشود، فولاد ضدزنگ در دنیای علم مواد، نسبتاً تازهوارد است. آن صدسال پیش برای اولین بار تولید شد. ممکن است با همهجا حاضر بودن فلز تقریباً در همه جنبههای زندگی مدرن، باور آن در ابتدا سخت باشد اما بهسادگی گواه این است که فولاد ضدزنگ پیشرفتهای زیادی کسب کرده است. فلز دنیای مدرن را دگرگون کرده است و تقریباً در همه بخشهای تولیدی کاربرد دارد از مراقبت بهداشت و تجهیزات کترینگ گرفته تا صنایع خودرو احداث. بعلاوه مواد رقابتی سنتیتری مانند مس، آلومینیوم و فولاد کربن را ارائه کرده است.
رمز موفقیت آن در ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی بینظیر آن نهفته است. فولاد ضدزنگ مقاومت زیادی در برابر خوردگی، گرما، قابلیت شکلپذیری و جوشکاری و ماندگاری دارد و زنگ نمیزند. مهمتر از همه اینها به مواد بسیاری واکنش نشان نمیدهد و نسبت به آلیاژهای تخصصی و غیر مقاوم گرانتر است. در طول قرن گذشته، مواد شناسان روشهایی برای ساخت فلزهای ضدزنگ و کنترل ویژگیهای آنها اختراع و بهبود دادهاند و باکیفیتی پایدار و شکل انبوه تولید کردهاند.
سال 2013 صدسالگی اختراع این فلز مهم است. و در این مقاله نگاه مختصری به تاریخچه یکی از مهمترین پیشرفتهای علم مواد میاندازیم.
اختراع فلز ضدزنگ
در سال 1913 هری بریرلی از شفلد در اروپا فلز ضدزنگ را کشف کرد. بااینکه قبل از آنهم تلاشهای زیادی صورت گرفته بود، اما او با اختراع اولین ضدزنگ واقعی که دارای محتوای کروم % 8/12 بود، مشهور شد. او کروم را به آهن ذوبشده اضافه کرد تا فلزی تولید کند که زنگ نمیزند. کروم مادهای مهم است چون باعث مقاومت در برابر خوردگی میشود. بعدازاین اکتشاف، شفلد خود با فلز و متالورژی همگام شد.
بریرلی در این اکتشاف هنگامیکه در حال تلاش برای حل مسئله سایش سطوح داخلی لوله سلاحها برای ارتش بریتانیا هنگام شروع جنگ جهانی اول بود دچار خطا شد.
بعد از کشف اولیه، پیشرفتهای بیشتری با سرعت زیاد درزمینهٔ فولاد ضدزنگ رخ دادند. در سال 1919 الوود هاینس برای فولاد ضدزنگ مارتنزیتی، امتیاز به دست آورد. در سال 1929 ویلیام جی کرول، از لوکسمبرگ اولین نفری بود که فولاد ضدزنگ سختکننده رسوب را کشف کرد و در سال 1930 فولاد ضدزنگ دوپلکس برای اولین بار در سوئد در اوستا ایرن وورکز تولید شد.
نقاط عطفی در تاریخچه فولاد ضدزنگ
بهتدریج باگذشت سالها ویژگیهای شگفتانگیز فولاد ضدزنگ کشف شد. در پایین نگاهی اجمالی بر لحظات مهم تاریخ فولاد ضدزنگ میاندازیم.
بین سالهای 1919 تا 1923 استفاده از فولاد ضدزنگ مختص تولید چاقوهای جراحی، ابزارها و اسباب غذاخوری در شفلد بود.
در اوایل دهه 1920 مجموعهای از ترکیبات کروم و نیکل آزمایش شدند. به فولاد ضدزنگ بهعنوان 18/8 یاد میشد تا بدینوسیله در صد کروم و نیکل آن نشان داده شود.
در سال 1925 از تانک فولاد ضدزنگ برای ذخیره اسیدسیتریک، استفاده شد. با این کار حقیقت مقاومت بینظیر فلز در برابر خوردگی کشف شد.
در سال 1926 اولین ایمپلنتهای جراحی ساختهشده از فولاد ضدزنگ انجام شدند.
جنبه بهداشتی آن در سال 1928 نشان داده شد زمانی که از اولین مخزن تخمیر فولاد ضدزنگ برای دم کردن آبجو استفاده شد. از آن زمان به بعد صنایع غذایی و نوشیدنی بهطور گستردهای از این فلز استفاده کرده است. در دهه 1930 اولین قطار فولاد ضدزنگ در امریکا ساخته شد.
سال 1931 شاهد تولید اولین سفینه هوایی ساختهشده از فولاد ضدزنگ بود.
تا 1935 از آن در سینکهای آشپزخانه استفاده میشد.
از نمونه 430 آن (آلیاژ کروم فریتیک) برای ساخت سیم با قطر 1/0 میلیمتر در ماشین ضبط صدا استفاده شد.
در سال 1945 اولین دوربین تی وی زیرآبی فولاد ضدزنگ تولید شد.
در 1966 اولین ایستگاه جزرومدی با تیغههای توربین فولاد ضدزنگ در فرانسه کامل شد.
در دهه 1980 از آن در ساخت بلندترین سد سیل قابل تحرک در جهان در رود تامز استفاده شد.
تولید جهانی فولاد ضدزنگ در سال 2010 به 31 میلیون MT رسید.
در سال 2010 در چین حدود 11 میلیون ماشین لباسشویی با استوانههایی از جنس فولاد ضدزنگ تولید شدند.
در 100 سال گذشته تقریباً 100 گرید از فولاد ضدزنگ کشف و ازلحاظ تجاری قابلدسترس شدند. این گریدها در چهار گروه اصلی قرار میگیرند به نامهای مارتنیزتی، فریتیک، آستنیت و دوپلکس. مارتنزیتی و فریتیک مغناطیسی هستند اما آستنیتی غیر مغناطیسی است. اینها دارای مقادیر متفاوتی از فلزهای آلیاژی نظیر نیکل، تیتانیوم و مس اضافهشده هستند. همچنین کربن و نیتروژن برای تقویت ویژگیهای کلی فولاد ضدزنگ اضافه میشوند.
فولاد ضدزنگ امروزی
امروزه چین بزرگترین تولیدکننده فولاد ضدزنگ در جهان است. یکی از تولیدکنندهها و توزیعکنندگان آن، Outokumpu میباشد که گروهی از شرکتهای دفتر مرکزی در اسپو، فینلند است.
فولاد ضدزنگ کاربردهای بیشماری پیداکرده است از کوچکترین بخشهای ساختاری در دریچههای مصنوعی قلب گرفته تا بزرگترین سازههای معماری. چندین مونومنت مشهور جهان، نظیر مجسمه کلود گیت در شیکاگو با استفاده از فولاد ضدزنگ ساختهشدهاند.
بسیاری از کشورها با افزایش آگاهی در مورد اهمیت کاهش انتشار کربن، در ارتقای فولاد ضدزنگی که در مقابل خوردگی مقاوم و دارای عمر مفید زیاد است به مقام خوبی دست پیداکردهاند. بنابراین بهجایگزینهای دیگری نیاز ندارند. علاوه به راین، 100 درصد قابل بازیافت است و هنگام فرآوری مجدد خراب نمیشود و ازاینرو امکان چندین چرخه زندگی را فراهم میکند. پایداری فولاد ضدزنگ در مقایسه با فلزات دیگر متفاوت است.
آینده فولاد ضدزنگ
احتمال دارد همچنان که مزایای پایداری فولاد ضدزنگ، بیشتر شناخته میشود، رشد آنهم افزایش یابد. محققان دریافتند که روکش کردن فولاد ضدزنگ با چسبهای زیستی آن را ضد باکتریایی میکند و بنابراین به لیست طولانی فواید آن میافزاید.
بنابراین این ماده جدید، مادهای است که احتمال اینکه که کاربردش به قرنهای بعدی گسترش یابد، خیلی زیاد است.