تاثیر عناصر آلیاژی بر فولادهای زنگ نزن یا همان فولادهای ضد زنگ که عموماً در آنالیز شیمیایی دیده می شود، در این مقاله بطور کامل بررسی می شود. در جدول زیر تاثیر هر کدام از عناصر آلیاژی بر ساختار متالوگرافی استیل، خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی اشاره شده است.
قبلاً در مقاله های مختلفی به موضوعات مختلفی از جمله “آشنایی و معرفی با فولاد زنگ نزن” ، “استیل بگیر و نگیر” ، “آلیاژ مقاوم به خوردگی قبل از ریخته گری” ، “۳ عملیات حرارتی فولاد ضد زنگ آستنیتی” پرداخته ایم. در همه این مقالات بخوبی می توان نقش و تاثیر عناصر آلیاژی بر فولادهای زنگ نزن – ساختار و خواص شان – را دید که عناصر آلیاژی می تواند منتج به چه عملکردی در خواص نهایی فولادهای زنگ نزن بشود. اما در این مقاله بطور یکجا تاثیر عناصر آلیاژی بر فولادهای زنگ نزن را عنوان می کنیم.
|
مشاوره فنی رایگان شما می توانید از ساعت ۸ الی ۱۸ با مهندسان با تجربه ما تماس بگیرید. |
جدول۱. تاثیر عناصر آلیاژی مختلف بر فولادهای زنگ نزن
| کروم | كروم مهمترين عنصر آلياژي در فولادهاي زنگ نزن است و بطور اساسي به اين فولادها با ايجاد يك فيلم اكسيدي، مقاومت در برابر خوردگي مي دهد. تمام فولادهاي زنگ نزن، حاوي حداقل ۱۰.۵ درصد كروم مي باشند. معمولا مقاومت در برابر خوردگي با افزايش مقدار كروم افزايش مي يابد. كروم مقاومت در برابر اكسيد شدن در دماي بالا را نيز افزايش داده و محدودة پايداري و ريزساختار فريتي را توسعه مي بخشد. |
| نیکل | دليل اصلي براي اضافه كردن نيكل ايجاد ريزساختار آستينيتي است. نيكل عموماً انعطاف پذيري و چقرمگي را افزايش مي دهد. همچنين نرخ خوردگي در حالت فعال را كاهش داده و بنابراين در محيطهاي اسيدي سودمند است. در فولادهاي رسوب سخت نظير PH 4‐۱۷ نيز نيكل استفاده مي شود تا تركيبات بين فلزي كه براي افزايش استحكام بكار مي روند را شكل دهد. در فولادهاي زنگ نزن مارتينزيتي، افزودن نيكل در گريدهاي با محتواي كربن پايين جوش پذيري را بهبود مي بخشد. نيكل شكل پذيري و انعطاف پذيري را افزایش داده و باعث افزایش استحکام در دمای بالا می شود. |
| موليبدن | موليبدن بطور قابل توجهي هم مقاومت در برابر خوردگي موضعي و هم خوردگي يكنواخت را افزايش مي دهد. اين عنصر در فولادهاي زنگ نزن مقداري استحكام مكانيكي را افزايش داده و ريزساختار فريتي را قوياً پايدار مي كند. ولي، موليبدن ريسك شكل گيري فازهاي ثانويه در فولادهاي آستنيتي، داپلكس و فريتي را بالا مي برد. در فولادهاي مارتنزيتي، موليبدن سختي حاصل از دماهاي بازپخت نسبتاً بالا را با ايجاد كاربيد افزايش مي دهد. اين عنصر استحكام دماي بالا و مقاومت به خزش را بهبود مي بخشد. موليبدن محدودة روئين شدن را گسترش داده و مقاومت به خوردگي حفره اي به ويژه در محيط هاي حاوي کلريد را افزايش مي دهد. |
| مس | مس مقاومت در برابر خوردگي در اسيدهاي معين را زياد مي كند و يك عنصر آستنيت زا است. مس با كاهش اثر كار سختي باعث بهبود قابليت ماشين كاري مي شود. اين عنصر گاهي براي بهبود شكل پذيري افزوده مي شود. مس حساسيت به خوردگي تنشي را كاهش داده و با ايجاد رسوب نظير PH 4‐۱۷ مي تواند قابليت پير سختي ايجاد كند. |
| منگنز | منگنز در فولادهاي زنگ نزن عموماً براي بهبود انعطاف پذيري داغ استفاده مي شود. اثر آن بر تعادل فريت-آستنيت با دما تغيير مي كند: در دماي پايين منگنز يك تثبيت كنندة آستنيت است ولي در دماهاي بالا فريت را تثبيت مي كند. منگنز قابليت انحلال نيتروژن را افزايش مي دهد و براي گرفتن نيتروژن بالا در فولادهاي آستنيتي و داپلكس بكار گيري مي شود. منگنز همچنين به عنوان يك آستنيت زا در فولادهاي زنگ نزن سري ۲۰۰ مي تواند جايگزين مقدار نيكل مورد نياز در فولاد زنگ نزن شود. افزودن تا ۲ درصد منگنز تأثيري در استحكام، انعطاف پذيري و چقرمگي ندارد. |
| سیلسیم | سيليسيم مقاومت به اكسيداسيون در دماهاي بالا و مقاومت به خوردگي در حلال هاي اكسيدكننده در دماهاي پايين را افزايش مي دهد. اين عنصر ريزساختار فريتي را پايدار كرده و باعث افزايش استحكام مي شود.سيليسيم پوستة مقاومي در دماي بالا ايجاد مي كند كه در سيكل هاي حرارتي پايدار مي ماند. اين عنصر مقاومت به كربوره شدن را افزايش مي دهد. در مقادير كم، سيليسيم به عنوان يك اكسيژن زدا در اكثر فولادهاي زنگ نزن اضافه مي شود. همچنين سيليسيم و مس در مقادير كم به فولادهاي آستنيتي حاوي موليبدن افزوده مي شوند تا مقاومت به اسيد سولفوريك را افزايش دهند. |
| کربن | كربن يك آستنيت زاي قوي است و بطور قابل توجهي استحكام مكانيكي را افزايش مي دهد. ولي، مقاومت به خوردگي بين دانه اي را به سبب تشكيل كاربيد كاهش مي دهد. در گريدهاي جديد، به همين خاطر مقدار كربن كاهش يافته تا اثر خوردگي بين دانه اي كم شود. در فولادهاي زنگ نزن فريتي، كربن چقرمگي و مقاومت در برابر خوردگي را شدیداً كاهش مي دهد. در فولادهاي مارتنزيتي كربن سختي و استحكام را افزايش مي دهد ولي چقرمگي را پايين مي آورد. |
| نيتروژن | نيتروژن يك آستنيت زاي بسيار قوي است كه استحكام مكانيكي را نيز به ميزان قابل توجهي افزايش مي دهد. نيتروژن مقاومت به خوردگي موضعي را به ويژه در تركيب با موليبدن افزايش مي دهد. در فولادهاي زنگ نزن آستنيتي و داپلكس، نيتروژن مقاومت به خوردگي بين دانه اي و حفره اي را افزايش مي دهد. اين اثر به خاطر اين است كه Cr۲N به جاي Cr۲۳C۶ در مرز دانه تشكيل مي شود. در فولادهاي زنگ نزن فريتي، نيتروژن مقاومت به خوردگي و چقرمگي را قوياً كاهش خواهد داد. در فولادهاي مارتنزيتي، نيتروژن سختي و استحكام را افزايش مي دهد ولي چقرمگي را پايين مي آورد. |
| تيتانيوم |
تيتانيوم يك فريت زا و كاربيد زاي قوي است. بنابراين با كم كردن میزان كربن تأثير مضاعفي در ايجاد ساختار فريتي دارد. تيتانيوم در برخي فولادهاي آستنيتي به منظور حذف اثر مخرب كربن اضافه می شود تا مقاومت به خوردگي بين دانه اي را افزايش دهد (گريدهاي پايدار شده) اين عنصر همچنين خصوصيات مكانيكي را در دماهاي بالا افزايش مي دهد. در فولادهاي رسوب سخت، تيتانيوم جهت ايجاد تركيبات بين فلزي براي افزايش استحكام استفاده مي شود. در فولادهاي زنگ نزن فريتي تيتانيوم به منظور بهبود چقرمگي، شكل پذيري و مقاومت به خوردگي افزوده مي شود. در فولادهاي زنگ نزن مارتنزيتي، تيتانيوم با كربن تركيب شده و سختي مارتنزيت را كاهش مي دهد ولي مقاومت به تمپر را بهبود مي بخشد. تيتانيوم مي تواند به عنوان يك ريز كننده دانه (grain refiner) تلقي شود. تيتانيم در مذاب و در حضور نيتروژن توليد نيتريد تيتانيوم (TiN) مي كند ولي در فاز جامد هم نيتريد و هم كاربيد تيتانيم (TiC) مي توانند وجود داشته باشند. به منظور پايدار سازي كامل فولاد زنگ نزن نسبت استوكيومتري تيتانيم بايد به صورت زير باشد:
Ti ≥ ۴ (%C) + 3.4 (%N)
البته Ti فلز فعالي بوده و با عناصر مختلف واكنش مي دهد. مثلا در ساختار با گوگرد واكنش داده و تشكیل Ti۲S مي دهد. |
| نايوبيوم | نايوبيوم هم يك فريت زاي قوي و كاربيدزاي قوي است و مثل تيتانيوم ساختار فريتي را پايدار مي كند. اين عنصر در فولادهاي آستنيتي اضافه مي شود تا مقاومت به خوردگي بين دانه اي (گريدهاي پايدار شده) را بهبود بخشد. نايوبيوم همچنين خواص مكانيكي را در دماهاي بالا، افزايش مي دهد. در فولادهاي زنگ نزن فريتي، نايوبيوم و/يا تيتانيوم بعضي اوقات اضافه مي شود تا چقرمگي را بهبود بخشد و مقاومت نسبت به حساس شدن را اصلاح كند تا ريسك خوردگي بين دانه اي را به حداقل رساند. در فولادهاي مارتنزيتي نايوبيوم سختي را كاهش و مقاومت به بازپخت را افزايش مي دهد. نايوبيوم همچنين به عنوان يك ريز كنندة دانه مي تواند به كار گرفته شود.استفاده هم زمان از نايوبيوم و تيتانيوم در فلز جوش فولادهاي زنگ نزن، خواص مكانيكي بهتري ايجاد مي كند. اين امر به خاطر ريز دانه شدن و اصلاح مورفولوژي رسوبات مي باشد. در اين شرايط بهترين نسبت از رابطه زير محاسبه مي شود:
% Ti + 4/7 (% Nb) ≥۰.۱۵ + ۴ (C + N)
در استانداردهاي ايالات متحده نايوبيوم با نام كلمبيوم (Cb) شناخته مي شود. |
| آلومينيم | آلومينيم درصورتي كه به مقدار قابل توجهی اضافه شود مقاومت به اكسيداسيون را بهبود مي بخشد. در برخي آلياژهاي مقاوم به حرارت، آلومينيم به اين منظور افزوده مي شود. در فولادهاي رسوب سخت براي تشكيل تركيبات بين فلزي كه استحكام آلياژ را در حالت پيرشده افزايش مي دهند به كار گرفته مي شود. آلومينيوم يك فريت زاي بسيار قوي است و سختي پذيري فولادهاي زنگ نزن را كاهش مي دهد. |
| كبالت | كبالت به عنوان يك عنصر آلياژي در فولادهاي زنگ نزن مارتنزيتي به منظور افزايش سختي و مقاومت به بازپخت به ويژه در دماهاي بالا بكار مي رود. |
| واناديوم | واناديوم در دماهاي پايين تركيبات كاربيدي و نيتريدي تشكيل مي دهد. اين عنصر فريت را در ريز ساختار توسعه داده و چقرمگي را افزايش مي دهد. واناديوم سختي فولادهاي مارتنزيتي را با اثر گذاري بر نوع كاربيدهاي موجود افزايش مي دهد. واناديوم تنها در فولادهاي زنگ نزن سختي پذير استفاده شده و مقاومت به بازپخت را بالا مي برد. |
| تنگستن | تنگستن اكنون به عنوان يك ناخالصي در بيشتر فولادهاي زنگ نزن معرفي شده است. هرچند در برخي گريدهاي خاص اين عنصر براي اصلاح مقاومت به خوردگي حفره اي اضافه مي شود، مثل فولاد زنگ نزن سوپرداپلكس ۴۵۰۱. |
| گوگرد | گوگرد به برخي فولادهاي زنگ نزن براي ايجاد خاصيت خوش تراشي نظير فولاد زنگ نزن ۴۱۶ اضافه مي شود. اين مقادير از گوگرد، مقاومت به خوردگي، شكل پذيري، جوش پذيري را كمي كاهش مي دهد. |
| سريوم | سريوم يكي از فلزات نادر زمين است (rare earth metal) و در مقادير كم به گريدهاي مقاومت به حرارت اضافه مي شود تا مقاومت به اكسيداسيون در دماهاي بالا را افزايش دهد. |
| بیشتر بخوانید : آشنایی و معرفی با فولاد زنگ نزن |
اثر مركب عناصر بر ريزساختار فولادهاي زنگ نزن
اثر عناصر بر ريزساختارهاي فولادهاي زنگ نزن در دياگرام شافلر دلانگ خلاصه شده است. دياگرام در حالت ساختار بدون كرنش و براساس اين حقيقت بنا شده كه عناصر آلياژي مي توانند در دو دستة پايدار كننده هاي فريت و پايدار كننده هاي آستنيت تقسيم بندي شوند. اثر پايدار كننده هاي آستنيت در شاخصي به عنوان نيكل معادل و اثر عناصر فريت زا در شاخصي بنام كروم معادل محاسبه مي شود:
Ni + 5/0 X % Mn + 30 X (%C + % N) = نیکل معادل%
Cr + % Mo + 5/1 X % Si + 5/0 X % Nb = کروم معادل%
در اين روش اين امكان وجود دارد تا اثر مركب عناصر آلياژي را در نظر بگيريم. دياگرام در اصل براي فلز جوش تنظيم شده است، يعني ساختار را بعد از ذوب و سردكردن سريع شرح مي دهد ولي اين دياگرام نمايي سودمند از اثر عناصر آلياژي آلياژهاي كار شده و تاب ديده (آنيل شده) ارائه مي دهد. فولاد تاب ديده با محتواي فريت پيش بيني شده در محدودة %۵ – 0 طبق دياگرام در عمل مقادير كمتر فريت دارا مي باشد.
لازم به ذكر است كه دياگرام شفلر دلانگ تنها نمودار ارائه شده براي ارزيابي ساختار فولادهاي زنگ نزن نيست. دياگرام هاي گوناگون متعددي تا كنون منتشر شده اند. دياگرام ۹۲‐WRC با همكاري انجمن بين الملل جوشكاري تهيه شده و بسيار مورد استفاده قرار گرفته است.
کارشناسان فنی تیم متالکست آماده مشاوره تخصصی به شما پیش از ریخته گری قطعات صنعتی هستند. شما می توانید سوالات خود را از طریق ایمیل و یا پیام در زیر همین مقاله، برای ما ارسال کنید و یا با شماره تلفن ۵۵۹۰ ۹۱۰۳ ۰۲۱ با ما در ارتباط باشید. شما همچنین می توانید در صورت نیاز به ریخته گری قطعات صنعتی، اطلاعات پروژه خود را از طریق فرم ثبت سفارش برای ما ارسال کنید. کارشناسان ما در اسرع وقت با شما تمس خواهند گرفت.
| فقط یک کلیک تا کارگاه ریخته گری خود فاصله دارید! | ثبت سفارش |
