تاریخچه فولاد ضد زنگ (استنلس استیل)

استنلس استیل (stainless steel) یا فولاد ضد زنگ چیست؟ افراد کمی به این موضوع دقت نموده‌اند که همه چیز در اطراف ما به این ماده مرتبط است و قطعا از خواندن و دانستن در رابطه با تاریخچه این فلز و اینکه یک متالورژیست نام آن را "فلز معجزه گر" نامید متعجب خواهند شد.

تاریخچه استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ

در این روزها استیل نام فلزی ضد زنگ است که برای تولید لوازم فلزی با بیشترین کیفیت، زیبایی و دوام مورد استفاده قرار می‌گیرد. در اواخر سال‌ 1910 جمله زیر در مجله انگلیسی با نام "خوردگی آهن و فولاد (The Corrosion and Preservation of Iron and Steel)"  منتشر گردید: " تمایل به زنگ زدگی یک ویژگی ذاتی در عنصر شناخته شده‌ی آهن است که احتمالا هرگز کاملا بر آن غلبه نخواهیم کرد." 

در قرون وسطی هم کیمیاگران سعی می کردند سرب را به طلا تبدیل کنند، اما هیچگاه به موضوع تبدیل آهن به فلز ضد زنگ فکر نکرده بودند و همچنین هیچ پاداشی برای چنین کاری در نظر گرفته نشده بود. آهن زنگ می زند، و این ماهیت آن است.

اما گفتنی است که در اواخر قرن 18 دانشمندان و صنعتگران زیادی نیاز برای حضور یک فلز مقاوم در برابر خوردگی را بشدت احساس می‌کردند و همواره در جستجوی یافتن فولادی با مقاومت بالا در برابر خوردگی و درعین حال از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بودند.

 اکنون نیز با پایان یافتن صد سال نخست (قرن 19) که "دوران عصر فولاد ضد زنگ" نامیده می‌شود، زمان مناسبی است که داستان کشف‌های قابل توجه فولادهای ضد زنگ و کاربردهای بی‌شمار آن را بیان کنیم.

فلزات غیرآهنی و آغازی برای ایده فولاد ضد زنگ

در گذشته نیز فلزات غیرآهنی همانند نیکل، نقره، نقره نیکل (آلیاژ قلع-نیکل و مس بود که هیچ نقره ای نداشت اما تا حدودی به آن شباهت داشت)، مس، برنج و برنز بوده است که تحت شرایط خاص برای استفاده در دسترس بودند. علاوه بر اینها دو آلیاژ جدید آلومینیوم و مونل، و آلیاژ نیکل-مس در سال 1905 کشف شدند که برای بام‌سازی ایستگاه راه آهن در شهر نیویورک امریکا مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

فلزات غیر آهنی کارکرد خوبی داشتند، اما گرانتر از فولاد بودند و از مقاومت بالایی برخوردار نبودند، در نتیجه برای استفاده و تقاضای فولاد با پوشش ضد زنگ زمینه گسترده‌ای فراهم بود. پوشش هایی که اغلب از فلزات آهنی مانند روی و قلع بودند و با غوطه‌ور شدن فولاد در فلزات مذاب یا آبکاری فولاد با مس ، برنج ، قلع ، نیکل ، کروم یا روی بدست می‌آیند. البته به منظور ایجاد پوشش برای آهن اغلب نقاشی فلزات هم انجام می‌شده است. همچنین سینک‌های ظرفشویی‌ بیشتر از چدن سنگین و میناکاری چینی ساخته می شدند.

گفتنی است عمر فولادهای پوشش داده شده به ضخامت پوشش اعمال شده، کیفیت کار و محیطی که از مواد پوشش داده شده در آن استفاده می شد بستگی داشت. محصولات فولادی پوشش داده شده کاربرد گسترده‌ای داشتند اما در نهایت این پوشش طی چند سال خراب می‌شد و معمولا با ترک خوردگی یا حفره در پوشش همراه بود که باعث در معرض دید قرار گرفتن فولاد برهنه می‌شد به همین خاطر دانشمندان همواره در جستجوی فولادی برتر و مقاومتر بودند.

قرن 19 و کشفیات چشمگیر از متالورژی

در قرن 19، حداقل 25 دانشمند از کشورهای انگلیس، فرانسه، آلمان و امریکا آزمایشات و مقالات جدیدی در رابطه با آلیاژهای آهن و مقادیر مختلف کروم، نیکل و کربن منتشر نمودند. عموما مشاهده شده بود که آلیاژهای با مقدار کروم بیشتر تا حدودی در بیشتر محیط‌ها در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاومتر از فولاد کربن هستند، در مقابل مقادیراستفاده شده کروم و نیکل تاثیر مستقیمی روی قیمت استیل  گذاشت.

با این حال رابرت هادفیلد (Robert A. Hadfield) یک نمونه با میزان کروم بیشتراز 9.18 درصد ساخت چرا که در آزمایشی متوجه شده بود نمونه‌ها در اسید سولفوریک غلیظ حل شدند. نهایتا او نتیجه گرفت که کروم میزان خوردگی فولاد  در برابر اسید سولفوریک را کاهش می‌دهد و او آزمایشات خود را با یافته حاصل از کروم متوقف کرد.

پس از آن 7 دانشمند که هیچکدام همدیگر را نمی‌شناختند و در 4 کشور مختلف زندگی می‌کردند به طور همزمان در حدود سال‌های 1905 تا 1912 ناخواسته آلیاژهایی را کشف کردند که امروزه ما آن را با نام فولاد ضد زنگ می‌شناسیم.

 کاشفان تصور می‌کردند که آلیاژها با مقاومت بیشتر در برابر خوردگی باید از برخی کاربردهای مفیدتر برخوردار باشند، اما این تنها در حد حدس بود چرا که سختی‌هایی هم در روند کاروجود داشت. از جمله اینکه آلیاژها از آهن معمولی گرانتر بودند و مقدار زیادی از کروم در طی فرایند ذوب شدن از دست می‌رفت. در حقیقت هر مرحله از تولید آن در کارخانه با فولادسازی معمولی بسیار متفاوت و معمولا مشکل‌تر بود.

کاشف فولاد ضد زنگ

در نهایت با وجود مشکلات موجود برخی موفقیت های چشمگیری در یافتن خریدار برای آلیاژها بدست آمد. پس از چندین بار تلاش در نهایت هاری بریرلی[1] موفق به یافتن یک برشکار شد که توانست از ورقه‌های آلیاژ آهن و کروم چاقوی خوب و ظریف بسازد. البته در آن زمان تقاضای کمی از آلیاژ برای صنعت کارد و چنگال وجود داشت و تنها یک اطلاعیه کوچک در مجله نیویورک تایمز زده شد. همچنین استفاده از آلیاژ برای ساخت کارد استیل ضد زنگ با شروع جنگ جهانی اول متوقف شد اما نیروی هوایی سلطنتی متوجه اهمیت و کارکردهای این فلز با ارزش شد و دستور استفاده از آن در صنایع هواپیماسازی را داد و فروش استیل با نام (Firth’s Aeroplane Steel) فولاد هواپیما یا به اختصار FAS رونق گرفت. از این رو قیمت استیل

اولین کاربردهای فولاد ضد زنگ در صنعت

پس از استفاده فولاد با نام FAS در صنعت هواپیماسازی، صنعتگران دیگری نیز به فکر استفاده از آن افتادند. شرکت کروپ در آلمان یک آلیاژ از آهن-کروم- نیکل تولید کرد که در برابر اسید بسیار مقاوم بود که خیلی زود برای ساخت تانک‌های نگهداری اسید نیتریک به صنعت وارد شدند. درنهایت صنعت جدید و بزرگی راه اندازی شده بود که در مدت 20 سال چیزی در حدود 60000 تن آلیاژ فقط در آمریکا به بهره‌برداری رسید.

 شرکت رولز رویز موتور (Rolls-Royce Motor Cars) نیز اولین شرکتی است که فولاد ضد زنگ در قالب لوله استیل و ورق استیل در کارخانه اتومبیل‌سازی خود مورد استفاده قرار داد، و در سال 1929 این شرکت در اتومبیل‌های خود چشمگیرترین مشبک رادیاتور را که از فولاد ضد زنگ نقره ای ساخته شده بودند را به نمایش گذاشت.

نامگذاری فولاد ضد زنگ

گفتنی است نامگذاری این آلیاژ خود مشکلی بود چرا که هر سه ماده اصلی به کار رفته در آن باید مورد استفاده قرار می‌گرفت اما در نهایت فرث (Firth) نام آن را استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ نامید و از آن پس برشکارها با افتخار تیغه‌های خود را با این نام می‌ساختند.