متالورژی – فولادهای ضد زنگ

در مطلب قبلی در مورد انواع خطا در جوش لب به لب جوشکاری تیگ گفتیم.

حال در ادامه مقاله با فولادهای ضد زنگ آشنا می شویم.

متالورژی – فولادهای ضد زنگ

مقدمه:

فولادهای زنگ نزن شامل انواع فولادی است که با آلیاژ کردن فولاد با عناصر آلیاژی مختلف در برابر خوردگی مقاوم می شوند.

با این حال، فولادهای مقاوم در برابر خوردگی می توانند تحت تأثیر مواد مختلف “خورنده” شوند.

بنابراین اصطلاح “فولاد ضد زنگ” ممکن است نام اشتباهی به نظر برسد، به همین دلیل است که اصطلاح “فولاد ضد زنگ” به عنوان اصطلاحی برای کل گروه فولادهایی استفاده می شود که در آنها کروم به دلیل خواص مقاوم در برابر خورندگی آن آلیاژ می شود.

در بخش زیر از نام شیمیایی تعدادی از عناصر آلیاژی استفاده شده است. در زیر لیستی از نام و نام شیمیایی آنها آمده است:

Cr کروم

C کربن

Ti تیتانیوم

Nb  نیوبیم

N نیتروژن

Mo مولیبدن

Ta تانتالوم

انواع فولادهای ضد زنگ

فولادهای زنگ نزن آلیاژهای آهن، کروم، نیکل، منگنز، مولیبدن، تیتانیوم، نیوبیم، کربن و غیره هستند.

همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است، فولادهای ضد زنگ را می توان به سه گروه اصلی و علاوه بر آن یک گروه کوچکتر تقسیم کرد.

تقسیم بندی بر اساس ساختار کریستالی است.

همانطور که می بینید در اصل دو گروه وجود دارد:

• انواع آلیاژی کروم
• انواع آلیاژ کروم نیکل

از انواع آلیاژی کروم-نیکل، انواع مارتنزیتی به دلیل محتوای کربن نسبتاً بالا، قابل سخت شدن هستند. انواع دیگر را نمی توان با عملیات حرارتی سخت کرد.

فولادهای آلیاژی کروم

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی

این گروه از فولادها دارای محتوای کربن از 0.1 تا 1.0 درصد است. محتوای کروم از 13 تا 18 درصد متغیر است.

این فولادها ماریجینگ و قابل سخت شدن در هوا هستند. این بدان معنی است که فولادها را نمی توان بدون پیش گرم کردن و تلطیف زیر جوش داد. بنابراین این فولادها متعلق به فولادهای ماشینی هستند.

این فولادها کروی شدن و در آن شرایط با برش قابل کار هستند. آنها در شرایط عملیات حرارتی استحکام قابل توجهی دارند و همچنین مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشند.

این فولادها برای قطعات ماشین آلات که در معرض خوردگی هستند، به عنوان مثال:

• شفت سوپاپ
• شفت پمپ
• چاقو و غیره.

فولادهای ماشینی انواع فولادی هستند که برای قطعات ماشین آلات مانند:

• محورها
• چرخ دنده
• شیرآلات و غیره

به طور معمول نیاز به جوش پذیری این فولادها زیاد نیست زیرا اغلب به روش های دیگر به یکدیگر متصل می شوند.

کروی (نرم کننده)

فولادهای با محتوای زیاد سمنتیت یا فولادهای آلیاژی با محتوای زیاد کاربید فقط با تغییر شکل سرد و برشکاری که به دلیل سختی زیاد و تشکیل صفحه ای شکل کاربیدها ایجاد می شود، به سختی قابل جوش هستند. هنگام آهنگری یا جوشکاری که در طی آن فولاد تا دمای بیش از A3-Acm گرم می شود، این ساختار به ساختاری با پرلیت صفحه ای شکل و کاربیدهای مرز دانه ای تبدیل می شود که با ابزارهای برش بدون سایش زیاد ابزار برش داده نمی شود.

فولاد در دمای کمتر از دمای A1 کروی می شود. کروی شدن به این معنی است که صفحات کاربید به سازندهای توپ مانند تبدیل می شوند.

معمولاً این عملیات حرارتی در کارخانه فولاد انجام می شود.

هنگام ماشینکاری مواد کروی، توپ های سخت به مواد پایه فریت نرم تر فشار داده می شوند.

سختی کاهش یافته و شکل پذیری افزایش یافته است.

فولادهای زنگ نزن با آلیاژ کروم فریتی

این فولادها در تمام دماها فریتی هستند اگر درصد C و درصد کروم نسبت به یکدیگر متعادل باشند. محتوای کروم ممکن است از 12 تا 30 درصد متفاوت باشد.

اگر درصد کروم 27٪ باشد، محتوای C تا 0.25٪ مجاز است. اگر محتوای کروم 13٪ باشد، درصد C نباید از 0.05٪ تجاوز کند، به نقاشی صفحه بعد مراجعه کنید.

جوشکاری فولادهای فریتی سخت تر از فولادهای آستنیتی است زیرا خطر ایجاد ترک در ناحیه متاثر از حرارت (HAZ) به دلیل تشکیل دانه وجود دارد.

با عملیات حرارتی نمی توان از تشکیل دانه های درشت جلوگیری کرد زیرا فولاد در دماهای بالا نیز فریتیت دارد.

مقادیر کمی وانادیم (V) و مولیبدن (Mo) می تواند با تشکیل دانه های درشت مقابله کند.

این فولادها را نمی توان به صورت مارتنزیتی سخت کرد، اما با تغییر شکل سرد استحکام آنها را افزایش می دهد.

فولادها برای شکل دادن به تغییر شکل مناسب هستند و از جمله موارد دیگر برای لوازم خانگی استفاده می شوند.

خوردگی بین دانه ای ممکن است در این فولادها در نتیجه رسوب کروم-کاربید ظاهر شود.

بارش کاربید در دمای 900 تا 1000 درجه سانتی گراد اتفاق می افتد.

این خطا را نمی توان با عملیات حرارتی این فولادها اصلاح کرد زیرا عملیات حرارتی محلول باعث رشد زیاد دانه ها می شود و علیرغم سرد شدن سریع، بارش کاربید جدید به دلیل شرایط خوب برای انتشار در شبکه فضای مرکزی مکعبی رخ می دهد. .

با این حال، اگر عملیات حرارتی در دمای 700 تا 800 درجه سانتیگراد انجام شود، غلظت باقیمانده کروم در بلورهای a متعادل خواهد شد.

تثبیت فولادها با Ti و Nb می تواند تمایل فولادهای فریتی به خوردگی بین دانه ای را کاهش دهد.

راه دیگر برای جلوگیری از خوردگی بین دانه ای استفاده از فولاد ELI است که فولادهایی با محتوای کربن 0.003% (C) و نیتروژن (N) بسیار کم است، اما محتوای کروم باید بسیار بالا باشد زیرا C و N هر دو دارای مقدار بسیار کمی هستند. اثر آستنیتی، نمودار شفلر را ببینید.

گرمایش طولانی مدت از 550 تا 800 درجه سانتیگراد فولادهای کروم فریتی بیش از 20 درصد کروم به دلیل تشکیل فاز سیگما باعث شکنندگی می شود.

در این مرحله ماده شکننده است و به همین دلیل شکل پذیری آن به طور قابل توجهی کاهش می یابد در حالی که مقاومت کششی آن افزایش می یابد. فاز با حرارت دادن به بیش از 800 درجه سانتیگراد قابل حل است و پس از آن سرد شدن سریع از ظاهر شدن مجدد این فاز جلوگیری می کند.

ادامه مطلب: فولادهای ضد زنگ آلیاژی کروم نیکل