فولاد زنگ نزن-اثر عناصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن

عناصر آلیاژی مختلف اثرات خاصی بر خصوصیات فولادهای زنگ نزن دارند. این اثرات در ترکیب با فرآیندهای دیگر تولید مانند عملیات حرارتی مشخص کننده ی خواص، یک گرید ویژه ی فولاد می باشند. هر گرید فولاد برای ایجاد خواص ویژه ای طراحی میگردد. این خواص میتواند استحکام کششی، تنش تسلیم، چقرمگی، مقاومت به خوردگی در یک محیط خاص، انعطافپذیری ، مقاومت به اکسیداسیون، مقاومت به دمای بالا، حفظ خواص در دماهای پایین و یا ترکیبی از آنها باشد. در ادامه اثر هر عنصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن بطور خلاصه آورده شده است.

عناصر آلیاژی-باید توجه داشت که عناصر آلیاژی در برخی جنبه ها بین گروه های مختلف فولادهای زنگ نزن متفاومت است.

کروم (Cr)

کروم مهمترین عنصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن است و بطور اساسی به این فولادها با ایجاد یک فیلم کسیدی، مقاومت در برابر خوردگی میدهد. تمام فولادهای زنگ نزن حاوی حداقل 10/5 درصد کروم می باشند. معمولاً مقاومت در برابر خوردگی با افزایش مقدار کروم افزایش می یابد. کروم مقاومت در برابر اکسید شدن در دمای بالا را نیز افزایش داده و محدوده ی پایداری و ریز ساختار فریتی را توسعه میبخشد.

نیکل (Ni)

دلیل اصلی برای اضافه کردن نیکل ایجاد ریز ساختار آستینیتی است. نیکل عموماً انعطافپذیری و چقرمگی را افزایش میدهد. هم چنین نرخ خوردگی در حالت فعال را کاهش داده و بنابراین در محیطهای اسیدی سودمند است. در فولادهای رسوب سخت نظیر 17.4HP نیز نیکل استفاده میشود تا ترکیبات بین فلزی که برای افزایش استحکام بکار میروند را شکل دهد. در فولادهای زنگ نزن مارتینزیتی، افزودن نیکل در گریدهای با محتوای کربن پایین جوش پذیری را بهبود می بخشد.

نیکل شکل پذیری و انعطاف پذیری را افزایش داده و باعث افزایش استحکام در دمای بالا میشود.

مولیبدن (Mo)

مولیبدن بطور قابل توجهی هم مقاومت در برابر خوردگی موضعی و هم خوردگی یکنواخت را افزازش میدهد. این عنصر در فولادهای زنگ نزن مقداری استحکام مکانیکی را افزایش داده و ریز ساختار فریتی را قویاً پایدار میکند. ولی، مولیبدن ریسک شکل گیری فازهای ثانویه در فولادهای آستنیتی، داپلکس و فریتی را بالا میبرد. در فولادهای مارتنزیتی، مولیبدن سختی حاصل از دماهای باز پخت نسبتاً بالا را با ایجاد کاربید افزایش میدهد. این عنصر استحکام دمای بالا و مقاومت به خزش را بهبود می بخشد. مولیبدن محدوده ی روئین شدن را گسترش داده و مقاومت به خوردگی حفره ای به ویژه در محیط حاوی کلرید را افزایش میدهد.

مس (Cu)

مس مقاومت در برابر خوردگی در اسیدهای معین را زیاد میکند و یک عنصر آستنیت زا است. مس با کاهش اثر کار سختی باعث بهبود قابلیت ماشینکاری میشود. این عنصر گاهی برای بهبود شکل پذیری افزوده میشود. مس حساسیت به خوردگی تنشی را کاهش داده و با ایجاد رسوب نظیر 17.4HP میتواند قابلیت پیر سختی ایجاد کند.

سیلیسیم (Si)

سیلیسیم مقاومت به اکسیداسیون در دماهای بالا و مقاوومت به خوردگی در حلالهای اکسید کننده در دماهای پایین را افزایش میدهد. این عنصر ریز ساختار فریتی را پایدار کرده و باعث افزایش استحکام میشود.

سیلیسیم پوسته ی مقاومی در دماهای بالا ایجاد میکند که در سیکلهای حرارتی پایدار می ماند. این عنصر مقاومت به کربوره شدن را افزایش میدهد. در مقادیر کم، سیلیسیم بعنوان یک اکسیژن زدا در اکثر فولادهای زنگ نزن اضافه میشود. هم چنین سیلیسیم و مس در مقادیر کم به فولادهای آستنیتی حاوی مولیبدن افزوده میشوند تا مقاومت به اسید سولفوریک را افزایش دهند.

کربن (C)

کربن یک آستنیت زای قوی است و بطور قابل توجهی استحکام مکانیکی را افزایش می دهد ولی مقاومت به خوردگی ین دانه ای را بسبب تشکیل کاربید کاهش میدهد در گریدهای جدید، به همین خاطر مقدار کربن کاهش یافته تا اثر خوردگی بین دانه ای کم شود . در فولادهای زنگ نزن فریتی، کربن به شدت هم چقرمگی و هم مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد. در فولادهای مارتنزیتی کربن سختی و استحکام را افزایش میدهد. ولی چقرمگی را پایین می آورد.

نیتروژن (N)

نیتروژن یک آستنیت زای بسیار قوی است که استحکام مکانیکی را نیز به میزان قابل توجهی افزایش میدهد. نیتروژن مقاومت به خوردگی موضعی را به ویژه در ترکیب با مولیبدن افزایش میدهد.

در فولادهای زنگ نزن فریتی، نیتروژن مقاومت به خوردگی و چقرمگی را قویاً کاهش خواهد داد. در فولادهای مارتنزیتی، نیتروژن سختی و استحکام را افزایش میدهد ولی چقرمگی را پایین می آورد.

تیتانیوم (Ti)

تیتانیوم یک فریت زا و کاربید زای قوی است. بنابراین با کرم کردن کربن محتوا تأثیر مضاعفی در ایجاد ساختار فریتی دارد. تیتانیوم در برخی فولادهای آستنیتی به منظور حذف اثر مخرب کربن اضافه شده است تا مقاومت به خوردگی بین دانه ای را افزایش دهد. گرید های پایدار شده این عنصر همچنین خصوصیات مکانیکی را در دماهای بالا افزایش میدهد. در فولادهای زنگ نزن فریتی تیتانیوم به منظور بهبود چقرمگی، شکل پذیری و مقاومت به خوردگی افزوده میشود در فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی، تیتانیوم با کربن ترکیب شده و سختی مارتنزیت را کاهش میدهد ولی مقاومت به تمپر را بهبود می بخشد تیتانیوم میتواند بعنوان یک ریز کننده دانه Grain refiner تلقی شود.

تیتانیوم در مذاب و در حضور نیتروژن تولید نیترید TIN میکند ولی در فاز جامد هم نیترید و هم کاربید تیتانیوم TIC میتواند وجود داشته باشند. به منظور پایدار سازی کامل فولاد زنگ نزن نسبت اسنو کیومتری تیتانیوم باید بصورت زیر باشد.

Ti≥4 (%C) + 3.4 (%N)

البته Ti فلز فعالی بوده و با عناصر مختلف واکنش میدهد. مثلاً در ساختار با گوگرد واکنش داده و تشکیل Ti2S میدهد.

نایوبیوم (Nb)

نایوبیوم هم یک فریت زای قوی و کاربید زای قوی است و مثل تیتانیوم ساختار فریتی را پایدار میکند. این عنصر در فولادهای آستینیتی اضافه میشود تا مقاومت به خوردگی بین دانه ای گریدهای پایدار شده را بهبود بخشد، نایوبیوم همچنین خواص مکانیکی را در دماهای بالا، افزایش میدهد. در فولادهای زنگ نزن فریتی، نایوبیوم و یا تیتانیوم بعضی اوقات اضافه میشود تا چقرمگی را بهبود بخشد و مقاومت نسبت به حساس شدن را اصلاح کند تا ریسک خوردگی بین دانه ای را به حداقل رساند. در فولادهای مارتنزیتی نایوبیوم سختی را کاهش و مقاومت با باز پخت را افزایش می دهد. نایوبیوم همچنین بعنوان یک ریز کننده ی دانه میتواند بکار رود.

استفاده همزمان از نایوبیوم در فلز جوش فولادهای زنگ نزن، خواص مکانیکی بهتری ایجاد میکند. این امر به خاطر ریز دانه شدن و اصلاح مورفولوژی رسوبات میباشد. در این شرایط بهترین نسبت از رابطه زیر محاسبه میشود:

Ti + 4/7 (%Nb) ≥0.15 +4 (C + N)%

در استانداردهای ایالات متحده آمریکا نایوبیوم با نام کلمبیوم (Cb) شناخته میشود.

آلومینیوم (AI)

آلومینیوم در صورتیکه به مقدار قابل بیانی اضافه شود مقاومت به اکسیداسیون را بهبود می دهد. در برخی آلیاژهای مقاومت به حرارت، آلومینیوم به این منظور افزودهه میشود. در فولادهای رسوب سخت برای تشکیل ترکیبات بین فلزی که استحکام آلیاژ را در حالت پیر شده افزایش می دهند به کار گرفته میشود. آلومینیوم یک فریت زای بسیار قوی است و سختی پذیری فولادهای زنگ نزن را کاهش می دهد.

کبالت (Co)

کبالت بعنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی به منظور افزایش سختی و مقاومت به باز پخت به ویژه در دماهای بالا بکار میرود.

وانادیوم (v)

وانادیوم در دماهای پایین ترکیبات کاربیدی و نیتریدی تشکیل میدهد. این عنصر فریت را در ریز ساختار توسعه داده و چقرمگی را افزایش میدهد. وانادیوم سختی فولادهای مارتنزیتی را با اثر گذاری بر نوع کاربیدهای موجود افزایش میدهد. وانادیوم تنها در فولادهای زنگ نزن سختی پذیر استفاده شده و مقاومت به باز پخت را بالا میبرد.

تنگستن (w)

تنگستن اکنون بعنوان یک ناخالصی در بیشتر فولادهای زنگ نزن معرفی شده است. هرچند در برخی گریدهای خاص این عنصر برای اصلاح مقاومت به خوردگی حفره ای اضافه میشود، مثل فولاد زنگ نزن سوپر داپلکس 4501.

گوگرد (s)

گوگرد به برخی فولادهای زنگ نزن برای ایجاد خاصیت خوش تراشی نظیر فولاد زنگ نزن 416 اضافه میشود. این مقادیر از گوگرد مقاومت به خوردگی، شکل پذیری، جوش پذیری را کمی کاهش میدهد.

سریوم (Ce)

سریوم یکی از فلزات نادر زمین است REM و در مقادیر کم به گریدهای مقاومت به حرارت معینی اضافه میشود تا مقاومت به اکسیداسیون در دماهای بالا را افزایش دهد.

اثر مرکب عنصار بر ریز ساختار فولادهای زنگ نزن

اثر عناصر بر ریز ساختارهای فولادی زنگ نزن در دیاگرام شافلر دانگ خلاصه شده است. دیاگرام در حالت ساختار بدون کرنش و بر اساس این حقیقت بنا شده که عناصر آلیاژی میتوانند در دو دسته ی پایدار کننده های فریت و پایدار کننده های آستنیت تقسیم بندی شوند. اثر پایدار کننده های آستنیت در شاخصی بعنوان نیکل معادل و اثر عناصر فریت زا در شاخصی بنام کروم معادل محاسبه میشود.

Nickel equivalent نیکل معادل = Ni + ./5 X %MN + 30 X (% C+%N)%

Chromium equivalent کروم معادل = Cr +%Mo+1/5 X%Si +./5 X %Nb%

در این روش این مکان وجود دارد ت اثر مرکب عناصر آلیاژی را در نظر بگیریم. دیاگرام در اصل برای فلز جوش تنظیم شده است. یعین ساختار را بعد از ذوب و سردکردن سریع شرح میدهد. ولی این دیاگرام نمایی سودمند از اثر عناصر آلیاژیب کار شده و تاب دیده آنیل شده ارائه میدهد. لیکن، فولاد تاب دیده با محتوای فریت پیش بینی شده در محدوده ی منفی 5 درصد طبق دیاگرام در عمل مقادیر کمتر فریت دارا میباشد.

لازم به ذکر است که دیاگرام شفلر دلانگ تنها نمودار ارائه شده برای ارزیابی ساختار فولادهای زنگ نزن نیست. دیاگرامهای گوناگون متعددی تا کنون منتشر شده اند. دیاگرام WRC-92 با همکاری انجمن بین الملل جوشکاری تهیه شده و بسیار مورد استفاده قرار گرفته است.

عناصر آلیاژی

عناصر آلیاژی-اثر عناصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن-تنگستن-گوگرد-وانادیوم-تیتانیوم-سریوم-کبالت-تیتانیوم-نیابیوم-نیتروژن-مس-کربن-آلومینیویم-www.fooladrasuldalakan.com
دکتر جلال دانش – مدیر فنی شرکت فن آوری پایا مواد
فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربه ی گرانبها در زمینه ی تأمین و توزیع و عرضه انواع ورق آلیاژی – انواع فولاد آلیاژی. با اشکال مختلف تولیدی.از جمله ورق- میلگرد – تسمه – پروفیل – میلگرد با استاندارد و گواهینامه های روز دنیا در سراسر ایران فعالیت مینماید.
صنعتگر گرامی از اینکه ما را جهت خرید فولاد آلیاژی مورد نیاز خویش انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما: 09122136675 – 02128423820
[email protected]