فولادهای زنگ نزن

[hamid_madness 46]

فولاد زنگ نزن از مهم ترین و پرکاربردترین مواد مهندسی آلیاژهای آهنی محسوب می شود که بمنظور کاربردهای خوردگی و پایداری شیمیایی و حتی سایش و فرسایش مورد استفاده قرار می گیرد. [14]

با گذشت نزدیک به یک قرن از تولید فولاد زنگ نزن در سال 1910، روش ها و تجهیزات متنوعی در تکنولوژی تجارتی آن بکار گرفته شده است. کارهای اولیه در ژاپن ، آفریقای جنوبی و اروپا با استفاده از تجهیزات معمولی فولاد های کربنی (اما در تناژ کم)انجام گرفته است. اما رقابت بازار جهانی و فولاد با کیفیت خوب تجهیزات مدرن تری را می طلبد برای تولید فولاد زنگ نزن انجام دو اقدام زیر لازم و ضروری می باشد[14] :

 

1. سرمایه گذاری مطلوب در جهت تکمیل خطوط تولید و تجهیز مجتمع های فولاد به تجهیزات مدرن
   
2. کسب دانش فنی و در اختیار گرفتن تکنولوژی ساخت
   

از ویژگی های دیگر فولادهای زنگ نزن علاوه بر مقاومت به خوردگی می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

 

1. شکل پذیری عالی
   
2. چقرمگی زیاد در دماهای پایین
   
3. مقاومت خوب در برابر پوسته ای شدن
   
4. مقاومت به خوردگی داغ و خزش در دماهای بالا [14]
   

مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن از مقدار زیاد کروم یعنی بالاتر از %wt12 ناشی می شود، مقدار کم کروم گرچه مقاومت به خوردگی آهن را مقداری افزایش می دهد ولی نمی تواند فولاد را زنگ نزن سازد.

آنچه که نظریه های کلاسیک بیان می کنند این است که کروم با تشکیل لایه اکسید سطحی ، سطح آهن و لایه های زیرین را از خوردگی محافظت می نماید که تشکیل این لایه محافظت کننده مستلزم قرار گرفتن سطح فولاد زنگ نزن در یک محیط اکسید کننده است. [22]

تنها کروم نیست که از خوردگی فولادها جلوگیری می کند بلکه عناصر آلیاژی دیگری از قبیل نیکل و مولیبدن نیز به این فولادها اضافه می شوند که علاوه بر مقاومت به خوردگی آن، در بعضی مواقع باعث افزایش پایداری فاز های دیگر شده و برخی از خواص مکانیکی را نیز بهتر می کند. بطور مثال افزایش نیکل به فولادهای زنگ نزن ، مقاومت به خوردگی در محیط های خنثی و یا اکسید کننده ضعیف را بهبود می بخشد. همچنین مقدار کافی نیکل قابلیت انعطاف پذیری و شکل پذیری فولادها را افزایش می دهد چرا که امکان نگهداری فاز آستنیت با شبکه کریستالی Fcc در دمای اتاق را میسر می سازد. در ادامه مباحث تاثیر عناصر آلیاژی بر روی فولادهای زنگ نزن را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. [22و14]

 

شکل(3) دیاگرام فازی تعادلی آهن-کروم [21]

 

آلیاژهایی با مقدار کروم کمتر از %wt 12 در درجه حرارتهای واقع در حلقه گاما کاملاً آستنیتی بوده و به محض سرمایش سریع، این آستنیت می تواند به مارتنزیت تغییر فاز دهد. نکته ای که باید ذکر گردد این است که عناصر دیگری همچون مولیبدن و وانادیم نیز وجود دارند که مشابه کروم عمل نموده و در صورت آلیاژ شدن با آهن تشکیل حلقه گاما را می دهند. [21]

 

شکل(4) حلقه گامای تشکیل شده برای عناصر آلیاژی مختلف در سیستم های مختلف دوتایی آهن [21]

 

در ادامه بررسی نمودار تعادلی آهن – کروم به این مطلب می رسیم که در دماهای کم نمودار فازی آهن- کروم گستره ای کامل از محلولهای جامد نیست بنابراین یک فاز میانی به نام فاز سیگما وجود دارد.

[hamid_madness 46]

اولین فولادی که برای مواد کاشتنی مورد استفاده قرار گرفت آلیاژ 18-8 (نوع 302) بود که از فولاد وانادیوم دار قوی تر و مقاومت به خوردگی آن نیز بیشتر است. فولاد وانادیوم دار به مدت طولانی برای کاربردهای کاشتنی مصرف نشد زیرا مقاومت به خوردگی آن کافی نبود. پس از آن، فولاد زنگ نزن 18-8 مولیبدن دار معرفی شد که به منظور اصلاح مقاومت به خوردگی در آب نمک، حاوی مولیبدن بود. این آلیاژ با نام فولاد زنگ نزن 316 شناخته شد. در دهه 1950، کربن این فولاد از 08/0 درصد وزنی به 03/0 کاهش یافت تا مقاومت به خوردگی بهتری در آب نمک از خود نشان دهد. این آلیاژ به نام فولاد زنگ نزن 316 کم کربن (316L-SS) معروف شد. [18]

فلز کروم عنصر اصلی فولاد زنگ نزن مقاوم به خوردگی است. حداقل غلظت مؤثر از کروم در فولاد مذکور معادل 11% وزنی است. کروم یک عنصر فعال است اما این فلز و آلیاژهای آن می توانند پسیو شوند و مقاومت به خوردگی بسیار عالی از خودشان نشان دهند. [18]

فولاد زنگ نزن آستنیتی نوع 316 و 316 کم کربن از متداولترین فولادها بعنوان کاشتنی ها محسوب می شوند. این گروه از فولادها قابلیت سخت شدن با عملیات حرارتی را ندارند اما می توان با کارسرد سخت نمود. فولادهای این گروه خاصیت مغناطیسی نداشته و جذب آهنربا هم نمی شود و در مقایسه با فولادهای دیگر مقاومت به خوردگی بهتری دارد. حضور مولیبدن در این آلیاژها، مقاومت به خوردگی حفره دار شدن را در آب نمک افزایش می دهد. انجمن آزمون و مواد آمریکا، ASTM ، فولاد 316 کم کربن را نسبت به پرکربن جهت ساخت و تولید کاشتنی توصیه کردند. برخی از ویژگی های این فولادها در جدول(17) آمده است. [18]

وجود نیکل در آلیاژ، پایداری فاز آستنیت را در دمای اتاق فراهم می سازد و علاوه بر آن مقاومت به خوردگی را افزایش می دهد. پایداری فاز آستنیت می تواند بر اثر تغییر مقدار نیکل و کروم موجود در آلیاژ تحت تأثیر قرار گیرد. این مطلب برای فولاد زنگ نزن با 1/0% کربن در شکل(8) نشان داده شده است. [23و18]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از پودرهای فولاد زنگ نزن در ساخت قطعات ساختمانی و صافیها استفاده می کنند. روش تجاری اصلی برای تولید پودرهای فولاد زنگ نزن، اتمیزه آبی است. فولادهای زنگ نزن آستنیتی با ترکیب شیمیایی های مختلفی مثل 303، 304، 316 و فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی با ترکیب شیمیایی 410 انواع مهمی از پودرهای فولاد زنگ نزن اند که از این روش تولید می شوند. مواد اولیه خالص، آهن آرمکو، نیکل الکترولیتی، فروکروم و فرومنگنز کم کربن، در یک کوره القایی فرکانس بالا و زیرپوششی از سرباره محافظ ذوب می شوند. مذاب در دمای ^oC1650 در یک پاتیل پیش گرم شده ریخته می شود. بمنظور کنترل جریان فلز مذاب به درون محفظه اتمیزه، در انتهای این پاتیل سوراخی به قطر 6 تا mm 12 ایجاد شده است. جریان آب اتمیزه کننده از طریق سوراخ های موجود در جت های همگراساز جریان ها، هدایت می شود و با زاویه ای حدود ^o45 با مذاب برخورد می کند. برای تولید پودری که همه ذرات آن از الکی با مش 100 عبور کنند (150میکرون) و 35 تا 50 درصد ذرات آن کوچکتر از مش 326 (ریزتر از 44 میکرون) باشند، فشاری حدود psi 2000 (MPa 145) لازم است. قطرات مذاب تولید اتمیزه شده به کف محفظه اتمیزه پر از آب می ریزد. آب از دوغاب حاوی پودر و آب زدوده و پودر خشک و سپس الک می شود. از پودرهای فولاد زنگ نزن آستنیتی بدون انجام عملیات اضافی استفاده می کنند ولی پودرهای فولاد زنگ نزن مارتنزیتی باید در یک اتمسفر محافظ تابکاری شوند. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی فولاد زنگ نزن نوع L136 که با اتمیزه آبی تولید شده در شکل(20) آمده است. پودرهای کروی فولاد زنگ نزن را می توان به وسیله اتمیزه کردن با آرگون یا نیتروژن تولید کرد. [17]

 

شکل(20) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از ذره پودر فولاد زنگ نزن L316 اتمیزه شده،650x . [17]

 

از این پودرها در ساخت لوله های فولادی زنگ نزن بدون درز استفاده می شود و برای این منظور قطعات پیش ساخته حاصل از پرس ایزواستاتیک سرد پودر در قالب های فولادی کربن متوسط، تحت اکستروژن گرم قرار می گیرند. روش های قدیمی تر تولید پودرهای فولاد زنگ نزن آستنیتی شامل حساس کردن (گرمادهی در دمای 500 تا ^oC700 بمنظور تشکیل رسوب کاربید کروم در مرزدانه ها) و فروپاشی آلیاژ است. این فروپاشی را می توان توسط حمله یک عامل خورنده (مثلاً معرف استرائس با 11% CuSO₄، 10% H₂SO₄ و بقیه آب) یا به صورت الکتروشیمیایی با انتخاب فولاد حساس شده به عنوان آند در الکترولیتی از اسید هیدروفلوئوریک و سولفوریک و پراسید هیدروژن انجام داد. این روش ها گران اند و دیگر از آنها به طور تجاری استفاده نمی شود. [17]

[Peyman 16150]

ممنون حمید جان

البته من عکساش رو نتونستم ببینم، شاید اشکال از مرورگرم باشه

 

تو فرآیند تولید فولادهای زنگ نزن چیزی که اهمیت داره جلوگیری از اکسیداسیون کروم هست

در عمل روش تولید فولادهای زنگ نزن به این ترتیبه که (اگر فرض کنیم بر مبنای قراضه فولاد باشه) قراضه فولاد زنگ نزن رو تو کوره قوس الکتریکی ذوب می کنه

بعد از یه مرحله سرباره سازی و تزریق کربن که همزمان غیر از پروسه سرباره فومی، برای کاهش اکسیداسیون کروم از طریق احیای اکسید کروم وارد شده به سرباره بعد از تزریق اکسیژن انجام می شه

بار رو شارژ می کنن تو aod، اینجا وقتی اکسیژن تزریق می کنن، فشار جزیی co رو تا حدی میارن پایین که فرضا تو دمای 1600 نمودار اکسایش کربن رو دیاگرام ریچاردسون بیاد زیر نمودار اکسیداسیون کروم

به این ترتیب هم کروم اکسید شده از سرباره بر می گرده به مذاب و هم درصد کربن رو کاهش می دن.

[hamid_madness 46]

ممنون حمید جان

البته من عکساش رو نتونستم ببینم، شاید اشکال از مرورگرم باشه

 

تو فرآیند تولید فولادهای زنگ نزن چیزی که اهمیت داره جلوگیری از اکسیداسیون کروم هست

در عمل روش تولید فولادهای زنگ نزن به این ترتیبه که (اگر فرض کنیم بر مبنای قراضه فولاد باشه) قراضه فولاد زنگ نزن رو تو کوره قوس الکتریکی ذوب می کنه

بعد از یه مرحله سرباره سازی و تزریق کربن که همزمان غیر از پروسه سرباره فومی، برای کاهش اکسیداسیون کروم از طریق احیای اکسید کروم وارد شده به سرباره بعد از تزریق اکسیژن انجام می شه

بار رو شارژ می کنن تو aod، اینجا وقتی اکسیژن تزریق می کنن، فشار جزیی co رو تا حدی میارن پایین که فرضا تو دمای 1600 نمودار اکسایش کربن رو دیاگرام ریچاردسون بیاد زیر نمودار اکسیداسیون کروم

به این ترتیب هم کروم اکسید شده از سرباره بر می گرده به مذاب و هم درصد کربن رو کاهش می دن.

 

نه عکس ها آپ نشده متاسفانه !

[jmf1833 10]

سلام و خسته نباشید

منبه این مطالب که شماره هم خورده میشه بزارید...منابع مهمه...

[jmf1833 10]

بخخشید اگه منبع بزارید ...خیلی خوب و مورد استفاده قرار خواهد گرفت