کاربرد انواع مختلف فولاد (1)

فولاد

اصطلاح فولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰/۰۲۵ تا حدود ۲ درصد کربن دارند بکار می‌رود فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.

کاربرد انواع مختلف فولاد

از فولادی که تا ۰٫۲ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود.

ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد

آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن، گوگرد، فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می‌شود:
• سوزاندن ناخالصی‌های چدن
• افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن
منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO۲) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً دی‌اکسید سیلسیم (SiO۲) است، بکار می‌برند:
• (MnO + SiO۲ -------> MnSiO۳(l
و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:
• (MgO+SiO۲------->MgSiO۲(l
(۶MgO + P۴O۱۰ -------> ۲Mg۳(PO۴)۲(l

کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها

معمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن ۱۰۰ تا ۲۰۰ تن آهن مذاب جای می‌گیرد.
بالای این ظرف، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.

روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن

در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن استفاده می‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش ۳۰۰ تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.
اکسایش ناخالصی‌ها بسیار سریع صورت می‌گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO۲ رها می‌شوند، توده مذاب را به هم می‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو می‌آید. دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریباً به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی، واکنشها فوق‌العاده سریع بوده، تمامی‌ این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می‌شود و معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.

تبدیل آهن به فولاد آلیاژی

آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم، کروم، تیتانیم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کاربید آهن (Fe۳C) به نام «'سمنتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:
• Fe۳C <------- گرما + ۳Fe + C
هرگاه فولادی که دارای سمنتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود. این مکانیزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می‌ماند. تجزیه سمنتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجام نمی‌گیرد.

عملیات حرارتی

گرم کردن و سرد کردن زمانبندی شدهٔ فلزات، سرامیک‌ها و آلیاژها را به منظور بدست آوردن خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب،‌ عملیات حرارتی می‌نامند. عملیات حرارتی برای مواد غیرفلزی مانند شیشه‌ها و شیشه-سرامیک‌ها نیز بکار می‌رود.

عملیات حرارتی فولادها

کربن‌دهی سطحی
بازپخت کامل (آنیلینگ)
آنیلینگ جهت کروی کردن سمنتیت
نرماله کردن (نرمالیزاسیون)
کوئنچ‌کردن
برگشت دادن (تمپر کردن)

نمودار فازی آهن-کربن

نمودار فازی آهن-کاربید کربن

نمودار تعادلی آهن-کربن (Fe-C) راهنمایی است که به کمک آن می‌توان روش‌های مختلف عملیات حرارتی، فرآیندهای انجماد، ساختار فولادها و چدن‌ها و... را بررسی کرد.
قسمتی از این نمودار که در متالورژی اهمیت بیشتری دارد، قسمت آهن-کاربیدآهن (سمنتیت) است.
چون کاربید آهن یک ترکیب شبه‌پایدار است، بنابراین دیاگرام آهن-کربن را سیستم شبه‌پایدار می‌نامند. حالت پایدار کربن در فشار اتمسفر، کربن آزاد (گرافیت) است.
قسمت‌هایی که در نمودار با حروف یونانی مشخص شده‌اند، نشانگر محلول‌های جامد از نوع بین‌نشینی هستند.

تحولات هم‌دما (ایزوترم) در سیستم آهن-کربن شبه پایدار

خطوط افقی در نمودار، نشان دهندهٔ استحاله‌های هم‌دما هستند.
• استحالهٔ یوتکتیک : دما ۱۱۴۸ºC، غلظت کربن ۴٫۲۰ درصد
• استحالهٔ یوتکتوئید : دما ۷۲8ºC، غلظت کربن ۰٫۸۰ درصد
• استحالهٔ پریتکتیک : دما ۱۴۹۵ºC، غلظت کربن ۰٫۱۸ درصد
البته باید توجه داشت که غلظت‌ها و دماهای ذکرشده برای آهن-کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلیاژی دیگر، این ثابت‌ها تغییر می‌کنند.

آلوتروپ‌های آهن

• آهن آلفا
• آهن گاما
• آهن دلتا

فازها و ساختارهای مخلتف نمودار فازی

• فریت
• اوستنیت
• سمنتیت
• لدبوریت
• پرلیت
• بینیت
• مارتنزیت

آهن آلفا

آهن آلفا یکی از آلوتروپ‌های آهن است. این آلوتروپ از دمای ۲۷۳- درجه سانتیگراد تا ۹۱۰ درجه سانتیگراد پایدار است. این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) است.
ثابت شبکهٔ آهن آلفای فرومغناطیس، ۲/۸۶ آنگستروم است.

آهن گاما

آهن گاما یکی از آلوتروپ‌های آهن است که در محدودهٔ دمایی ۹۱۲ تا ۱۳۹۴ درجه سانتیگراد پایدار بوده و ساختمان بلوری fcc (مکعبی مرکزپر) دارد.

آهن دلتا

آهن دلتا یکی از آلوتروپ‌های آهن است که از دمای ۱۴۰۱ درجه سانتیگراد تا ۱۵۳۹ درجه سانتیگراد (نقطهٔ ذوب آهن) پایدار است.
آهن دلتا دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) است. آهن دلتا دارای خاصیت پارامغناطیس بوده و ثابت شبکه‌ی آن بزرگ‌تر از آهن آلفا است.
ثابت شبکهٔ آهن دلتا، ‎۲/۹۳ آنگستروم است.

فریت

به محلول جامد از نوع بین‌نشینی کربن در آهن آلفا α-Fe (آهن مکعبی مرکزپر) فِریت گفته می‌شود.
حداکثر غلظت کربن در فریت حدود ۲/. درصد وزنی و در دمای ۷۲۷ درجه سانتیگراد است.
مقاومت کششی فریت در حدود ۴۰۰۰۰ پسی (psi) است.

اوستنیت

نمودار فازی تعادلی آهن-کاربید آهن

اوستِنیت (به انگلیسی: Austenite) محلول جامد از نوع بین‌نشینی کربن در آهن گاما (آهن مکعبی وجوه مرکزپر) است.
حداکثر حلالیت کربن در آهن گاما، ۲ درصد در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد است. اوستنیت در دمای محیط پایدار نیست.

ریشه لغوی

نام این فاز از ویلیام چاندلر روبرتز-اوستن متالورژیست انگلیسی گرفته شده‌است.

سمنتیت

سِمِنتیت یا کاربید آهن یک ماده مرکب شیمیایی به فرمول شیمیایی Fe3C دارای ‎۶/۶۷ درصد کربن با ساختار بلوری ارتورومبیک است. سمنتیت فازی بسیار سخت و شکننده است.

لدبوریت

نمودار فازی تعادلی آهن-کاربید آهن

لدبوریت (به آلمانی: Ledeburit) به مخلوط یوتکتیکی اوستنیت و سمنتیت گفته می‌شود که از مذابی با ۴/۳ درصد کربن در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد تحت یک واکنش یوتکتیکی حاصل می‌شود. از آنجایی که اوستنیت در دمای محیط پایدار نیست و بر اساس یک واکنش یوتکتوئیدی به پرلیت تبدیل می‌شود، بنابراین ساختمان لدبوریت در دمای محیط بصورت پرلیت و سمنتیت خواهد بود.
نام این ساختار از کارل هاینریش آدولف لدبور متالورژیست آلمانی گرفته شده‌است.

پرلیت

نمودار فازی تعادلی آهن-کاربید آهن
پرلیت به مخلوط یوتکتوئیدی فریت و سمنتیت ‌گفته می‌شود.
پرلیت تحت یک تحول یوتکتوئیدی از آهن گاما با ۰/۸ درصد کربن در ۷۲۳ درجه سانتیگراد حاصل می‌شود.

خواص مکانیکی

مقاومت کششی پرلیت سه برابر فریت است یعنی تقریباً ۱۲۰۰۰۰ psi

بینیت

بینیت (به انگلیسی: Bainite) یک محصول ریزساختاری از تجزیه‌ی یوتکتوئید است. این ساختار هنگامی ایجاد می‌شود که یک فاز دما-بالا هنگام سرمایش، به دو فاز متفاوت تجزیه می‌شود.
تفاوت این ساختار با پرلیت در مورفولوژی آن است. بینیت مخلوط غیرلایه‌ای است و زمانی به وجود می‌آید که سرعت رشد دو فاز محصول متفاوت باشد.
با اینکه ساختار بینیت در بسیاری از آلیاژهای غیرفلزی نیز دیده‌شده‌است، اما تحقیقات در این زمینه عمدتاً بر روی آلیاژهای فولادی متمرکز بوده است.

مارتنزیت

مارتنزیت (به آلمانی: Martensite) بطور کلی به ساختارهای بلورینی گفته می‌شود که توسط استحاله مارتنزیتی به وجود بیایند. اما این اصطلاح بیشتر به فاز مارتنزیت در فولادهای سخت‌شده اطلاق می‌شود.

تصویر میکروسکوپ نوری بازتابی از مارتنزیت سوزنی در فولاد AISI 4140 آستنیته شده در ۸۵۰ درجه سانتیگراد و کوئنچ شده در روغن
اگر اوستنیت به قدری سریع سرد شود که هیچ یک از استحاله‌های بر پایهٔ نفوذ در آن اتفاق نیافتد و فوق سرمایش تا حدی ادامه یابد که ساختار fcc پایدار نباشد، این ساختار بصورت برشی به bcc تبدیل می‌شود که از کربن فوق اشباع شده است. فاز حاصل را مارتنزیت می‌نامند.

ریشه لغوی

مارتنزیت از نام متالورژیست آلمانی آدولف مارتنز گرفته شده است.

تهيه فولاد

اطلاعات اولیه محصول کوره ذوب آهن ، چدن است که معمولا دارای ناخالصی کربن و مقادیر جزئی ناخالصی‌های دیگر است که به نوع سنگ معدن و ناخالصی‌های همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. از آنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو ، باید به روش مناسب چدن را به فولاد تبدیل کرد که در این عمل ناخالصی‌های کربن و دیگر ناخالصی‌ها به مقدار ممکن کاهش ‌یابند. روشهای تهیه فولاد از سه روش برای تهیه فولاد استفاده می‌شود: روش بسمه در این روش ، ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده ، آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به‌صورت گازهای SO2 و CO2 از محیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به‌صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10 و SiO2 جذب جدارهای داخلی کوره شوند و به ترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به‌صورت سرباره خارج شوند. سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد.
روش کوره باز (یا روش مارتن) در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفاده می‌شود. برای این منظور از کوره باز استفاده می‌شود که پوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین می‌شود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون ، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده می‌شود. زمان عملکرد این کوره طولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌ها را کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری بدست آورد. روش الکتریکی از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی ‌و صنعتی بسیار دقیق لازم است، استفاده می‌شود که در کوره الکتریکی با الکترودهای گرافیت صورت می‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به ماده سوختنی و اکسیژن ندارد و دما را می‌توان نسبت به دو روش قبلی ، بالاتر برد.
این روش برای تصفیه مجدد فولادی که از روش بسمه و یا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصول مرغوبتر ، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده ای از زنگ آهن را به فولاد بدست آمده از روشهای دیگر ، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در این روش ، برای جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برای جذب اکسیژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن و سیلیسیم) اضافه می‌کنند. انواع فولاد و کاربرد آنها از نظر محتوای کربن ، فولاد به سه نوع تقسیم می‌شود: فولاد نرم این نوع فولاد کمتر از 0,2 درصد کربن دارد و بیشتر در تهیه پیچ و مهره ، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت و ... بکار می‌رود. فولاد متوسط این فولاد بین 0,2 تا 0,6 درصد کربن دارد و برای تهیه ریل و راه آهن و مصالح ساختمانی مانند تیرآهن مصرف می‌شود. فولاد سخت فولاد سخت بین 0,6 تا 1,6 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه فنرهای فولادی ، تیر ، وسایل جراحی ، مته و ... بکار می‌رود.

فولاد های مقاوم حرارتی :

امروزه فولادها در شرایط متغیر و گسترده ای ؛ شامل محیط هایی با دمای بالا و خورنده تحت شرایط تنش استاتیكی و دینامیكی بكار می روند. از قبیل دریچه های موتور هواپیما ، حامل های كوره ، رتورت ها ، واحدهای كراكینگ نفت و توربین های گازی . سه مشخصه برای فلزاتی كه در دمای بالا به كار می روند ؛ مورد نیاز است :
1- مقاومت به اكسیداسیون و پوسته شدن
2- حفظ استحكام در دمای كاری
3- پایداری ساختار ؛ با توجه به رسوب كاربیدها ، كروی شدن ، كاربیدهای سیگما، تردی بازپخت
دیگر ویژگی ها نیز ممكن است در كاربرد مهم باشند ؛ همچون مقاومت ویژه و ضریب حرارتی برای اهداف الكتریكی ، ضریب انبساط برای واحدهای ساختمانی و مقاومت به نفوذ در اثر پدیده سوختن در بعضی كاربردهای كوره ای . در مورد فولادهای توربین های گازی مشخصات دیگری نیز مطرح می شود ، ظرفیت میرایی داخلی و استحكام خستگی ، حساسیت به فاق و استحكام ضربه ای ( سرد و گرم ) ، مشخصه جوشكاری و ماشینكاری ، بویژه در رتورهای بزرگ كه باید با حداقل مقاطع جوشكاری شده ساخته شوند .
پوسته اكسیدی كه بر روی آهن شكل می گیرد متخلخل بوده و چسبنده نیست، اما این پوسته در اثر اضافه كردن عناصر ویژه ای به فولاد ، چسبنده و محافظ می شود . این عناصر كرم ، سیلیسیم و آلومینیوم هستند و آنها بوسیله میل تركیبی زیاد با اكسیژن توصیف می شوند ؛ اما واكنش بوسطه شكل گیری فیلم اكسیدی خنثی به سرعت متوقف می شود. مقاومت به اكسیداسیون فولاد نرم بوسیله شكل گیری آلیاژ آهن - آلومینیوم در سطح ، به مقدار زیادی بهبود می یابد. این عمل به وسیله حرارت دادن در 0C 1000 و تماس با پودر آلومینیوم (calorising ) یا اسپری حرارتی انجام می شود.
بهبود مقاومت خزشی نیز بوسیله روش های زیر بدست می آید :
- بالا بردن دمای نرم شدن بوسیله انحلال عناصر آلیاژی
- استفاده معقول از رسوب سختی در دمای كاری ، بدون پدیده فراپیری . سختی فاز ثانویه شدیدا وابسته به درجه و یكنواختی ، پراكندگی بدست آمده است و ضریب خزش وابسته به دامنه فاصله اجزا است .
- كنترل درجه كارسختی در بازه دمایی مناسب كه اغلب اندازه خزشی اولیه را كاهش می دهد.
- تغییرات در پروسه تولید ، اكسیژن زدایی و ذرات درون مرزهای كریستالی نیز می توانند روی خواص خزشی تاثیر گذار باشند.
- ذوب در خلا مزایایی دارد كه در روش های معمول نمی توان به آنها دست یافت .
خواص مكانیكی نیز بوسیله اضافه كردن عناصر گوناگون بهبود بخشیده می شود ؛ كبالت ، تنگستن و مولیبدن باعث استقامت فولاد در برابر عمل تمپر كردن می شود. فولادهای آستنیتی آلیاژی هیچ تغییری ندارندو بنابراین بوسیله سرد كردن در هوا سخت نمی شوند . اما مقاومت به سایش آنها خوب نیست . مقدار كافی از عناصر آلیاژی همچون سیلسیم و كرم خط Ac را بالا می برد. فولاد با درصد بالای نیكل نباید در دمای بالا در تماس با دی اكسید گوگرد و یا دیگر تركیبات گوگردی قرار گیرد ؛ چون فیلم های كریستالی سولفید نیكل شكل می گیرد.
در فولادهایی با كرم بالا كاربیدها به هم پیوسته و بزرگ می شوند، كه این منجر به كم كردن مسدود شدن رشد دانه های فریت در دمای بالای 0C 700 می شود. رشد بیش از اندازه دانه ها باعث كم شدن تافنس می شود. همچنین رشد دانه در بالای 0C 1000 در فولاد های آستنیتی اتفاق می افتد، اما هیچ مشكلی بوجود نمی آید . چون آنها حتی در شرایط دانه های درشت چقرمه و داكتیل باقی می مانند. هنگام گرم كردن در بازه 0C 500- 900 فولادهای آستنیته ، كاربیدها در طول مرزهای آستنیت رسوب نمی كنند و بعلت اینكه ترك های درون بلوری احتمالا افزایش می یابند اگر فولاد تحت تنش پیوسته در شرایط كششی در این رنج دمایی قرار گیرد. فولادهای فرتیك و آستنیتیك در تركیب ویژهای بوسیله شكل گیری فاز سیگما ترد می شوند.

شناخت فولادهاي زنگ نزن

آهن خالص بسيار نرم تر از آن است كه بتواند به قصد ساختارش از آن استفاده شود. اما اضافه كردن مقداري از عناصر ديگر ( مانند كربن، منگنز، سيليكون) به طور مشخص استحكام مكانيكي آن را افزايش مي دهد. در مورد كروم اضافه شده به آهن مزيت ديگري وجود دارد كه باعث افزايش قابل توجهي در مقاومت خوردگي نسبت به آهن خالص مي شود.
فولاد زنگ نزن يك لغت عمومي براي يك خانواده بزرگ از آلياژهاي مقاوم در برابر خوردگي كه حداقل% 5/10 كروم دارند، مي باشد (مطابق با استاندارد اروپايي EN 10088) . مهمترين ويژگي براي آلياژهاي حاوي كروم در گروه فولادهاي زنگ نزن دارا بودن كروم به حدي است كه آنها را نسبت به خوردگي، اكسيداسيون و گرما مقاوم مي سازد.
فيلم اکسيد کروم نازک ولي فشرده که روي سطح فولاد زنگ نزن تشکيل مي شود باعث ايجاد مقاومت خوردگي مي شود. از جمله ويژگي هاي ديگر اين آلياژها شكل پذيري عالي، چقرمگي زياد در دماي پايين و مقاومت خوب در برابر پوسته شدن، اكسايش و خزش در دماهاي بالاست.
ممكن است عناصر ديگري نظير نيكل، موليبدن،كربن، منگنز، نيتروژن، گوگرد، فسفر، سيليكون و... نيز در اين فولاد به كار رود. نيكل عمدتاً موجب بهبود انعطاف پذیری و فرم پذیری فولاد ضدزنگ مي شود . موليبدن نيز باعث افزايش مقاومت خوردگي در محيط هاي كلريدي و كاهش احتمال ترك برداشتن در آلياژهاي Fe-Cr و آلياژهاي Fe-Cr-Ni مي شود. حضور منگنز در فولادهاي زنگ نزن باعث افزايش سختي پذيري و نيتروژن نيز باعث افزايش مقاومت در برابر خوردگي حفره اي فولادهاي زنگ نزن مي شود. كربن نيز يك عنصرآستنيت زاي قوي است و استحكام فولاد را افزايش مي دهد. اثر كربن در مقاومت به خوردگي در تمام آلياژهايي كه كربن حضور دارد ديده مي شود. اگر كربن با كروم يك تركيب جداگانه مثل كاربيد كروم بسازد، با مصرف كروم از محلول جامد اثر نامطلوبي بر روي مقاومت به خوردگي آلياژ خواهد گذاشت. اين اثر زماني بوجود مي آيد كه آلياژ به آرامي پس از كار گرم يا آنيلينگ سرد شود كه سبب تشكيل رسوب ناخواسته كاربيد كروم مي شود. اين رسوب در مرزدانه ها تشكيل مي شود و باعث كاهش مقاومت به خوردگي فولاد مي شود.
فولادهاي زنگ نزن به پنج گروه تقسيم مي شوند: مارتنزيتي، فريتي، آستنيتي، آستنيتي- فريتي يا دوفازي و رسوب سختي.
فولادهاي زنگ نزن مارتنزيتي( Fe-Cr-C-(Ni-Mo)) حاوي 5/11تا %18 كروم و در حدود 15/0تا %2/1 كربن است و در مقايسه با ديگر فولادهاي زنگ نزن موليبدن هم در تركيب آن مي تواند استفاده شود. بيشترين كاربرد اين فولادها در تيغه هاي چاقو، ابزار جراحي و شافت ها و ... است.
فولادهاي زنگ نزن فريتي(Fe-Cr-Mo) داراي 5/10 تا %30 كروم و %8/0 كربن است. اين فولاد به دليل افزايش مقاومت به خوردگي در مقابل تنش هاي كلريدي در سيستم هاي اگزوز خودرو و قسمت هاي داخلي خودرو استفاده مي شود. اين گروه زماني انتخاب مي شوند كه چقرمگي ضرورت اوليه نباشد و مقاومت به خوردگي در مقابل تنش هاي كلريدي مورد نياز باشد.
در فولادهاي زنگ نزن آستنيتي(Fe-Cr-Ni-Mo) كربن در حد پايين و كمتر از%8/. نگه داشته مي شود وكروم در محدوده 16 تا %28 متغير و ميزان نيكل 5/3 تا % 32 است. اين آلياژ با عمليات حرارتي سخت نمي شوند و خواص كليدي مانند مقاومت به خوردگي، انعطاف پذيري و چقرمگي در اين فولادها بسيار عالي است. كاربرد اين فولادها در تجهيزات مواد غذايي، تجهيزات محصولات شيميايي، كاربردهاي خانگي و ساختماني است.
در فولاد زنگ نزن آستنيتي- فريتي(Fe-Cr-Ni-Mo-N) نيز ميزان كربن در حد پايين و كمتر از %3/0 در نظر گرفته مي شود. كرم نيز در رنج 21 تا %26 و ميزان نيكل حدود 5/3 تا %8 متغير است. اين آلياژها ممكن است بيش از %4 موليبدن داشته باشد. اين آلياژ داراي خاصيت مغناطيسي است و استحكام كششي و استحكام تسليم بالاتري نسبت به فولادهاي زنگ نزن آستنيتي دارند. كاربردهاي متداول اين آلياژ در كارخانه هاي پتروشيمي، كارخانه هاي توليد نمك، مبدل هاي حرارتي و صنعت كاغذسازي است.
آخرين گروه از فولادهاي زنگ¬نزن فولاد زنگ¬نزن رسوب سختي(Fe-Cr-Ni-(Mo-Al-Cu-Nb)-N(PH)) مي¬باشد. استحكام بالا، مقاومت خوردگي متوسط، توليد آسان از مزيت هاي اوليه ارايه شده توسط اين نوع آلياژ است. بعد از عمليات حرارتي در دماي پايين حدود (660-500) درجه سانتيگراد استحكام بسيار افزايش مي يابد.
اگر دماهاي كمتر انتخاب شود اعوجاج در قطعه كمتر رخ مي دهد كه آنها را براي مصارف با دقت بالا مي توان به كار برد.
فولادهاي زنگ نزن رسوب سختي شده داراي ميكروساختاري از مارتنزيت يا آستنيت مي باشد. فولادهاي آستنيتي مي توانند با عمليات حرارتي تبديل به نوع مارتنزيتي شوند البته قبل از اينكه رسوب سختي رخ دهد. رسوب سختي زماني رخ مي دهد كه عمليات حرارتي باعث تشكيل شدن تركيبات بين فلزي شود.
رايج ترين موارد استفاده از اين آلياژ در صنايع هوافضا و ديگر صنايع با تكنولوژي بالاست.

صنعت فولاد ايران در جهان چه جايگاهي دارد؟ (گزارش آماري)

جهت آغاز اراية تحليل‌هايي از صاحب‌نظران و مسئولين پيرامون صنعت فولاد، لازم است گزارش آماري در خصوص ميزان توليد و مصرف، صادرات و واردات و اشتغالزايي و غيرة صنعت فولاد در جهان و ايران ارايه شود. متن زير كه با استناد به آمار ارايه شده توسط مؤسسه بين‌المللي آهن و فولاد (ويرايش سال ۲۰۰۳) تهيه شده است جايگاه ايران و وضعيت صنعت فولاد جهان را به اختصار نشان مي‌دهد:
فولادها تركيبات بسيار متنوعي از آهن، كربن و عناصر آلياژي هستند به طوري¬كه مي‌توان با تغيير مقدار و نوع اين عناصر، تركيبات مختلف فولادي با خواص بسيار جالب و متفاوت را توليد نمود. اگرچه تاريخچه توليد آهن و فولاد به حدود 3000 سال قبل برمي‌گردد، ولي روش¬هاي جديد جهت توليد محصولات فولادي در قرن 19 ميلادي به كارگرفته شدند. توسعه تكنولوژي توليد فولاد در آن زمان، باعث توليد مقادير بسيار زياد اين محصول گرديد و در نتيجه كاربردهاي جديدي جهت استفاده از آن مثلاً در راه‌آهن و صنايع اتومبيل‌سازي به وجود آمد كه از آن زمان تا به حال، دامنه كاربرد و توليد اين محصول روزبه‌روز گسترش بيشتري يافته است.

توليد جهاني فولاد خام

درسال 1950 ميلادي، مجموع فولاد توليد شده درجهان كمتر از 200 ميليون تن در سال بوده است و اين در حالي است كه توليد ساليانه فولاد تا پايان سال 2002 بيش از 900 ميليون تن گزارش شده است. جداول زير ميزان فولاد توليد شده و همچنين نرخ رشد توليد فولاد را بين سال¬هاي 1970 تا 2002 نشان مي‌دهند.

از آمارهاي فوق نتيجه‌گيري مي‌شود كه در تمام اين سال¬ها لزوماً توليد جهاني فولاد افزايش نيافته و حتي در بعضي موارد، رشد توليد اين محصولات منفي بوده است؛ همچنين نشان داده شده است كه در چند سال اخير، توليد فولاد رشد بسيار زيادي داشته است.

بزرگترين شركت¬هاي توليد‌كنندة فولاد

جدول زير 40 شركت عمدة توليدكننده فولاد جهان را در سال 2002 ميلادي نشان مي‌دهد كه برحسب ميزان توليد مرتب شده‌اند. در اين ميان شركت اروپايي Arcelor با توليد 44 ميليون تن فولاد در سال 2002، بزرگترين شركت توليدكننده فولاد جهان است. در اين بين، شركت ملي فولاد ايران (NISCO) به عنوان بزرگترين شركت توليدكننده فولاد درخاورميانه در رده 24 جدول قرار دارد كه توليد سالانه آن درسال 2002 برابر 7,3 ميليون تن فولاد خام بوده است.

بزرگ¬ترين كشورهاي توليدكننده فولاد

به دليل اهميت بسيار بالاي توليد فلزات اساسي و از جمله فولاد، كشورهاي صنعتي جهان هركدام به دنبال جايگاه ويژه‌اي در توليد اين محصول هستند. در اين بين كشور چين در سال 2002 ميلادي با توليد بيش از 180 ميليون تن فولاد،‌ مقام اول توليد جهاني را دارا است و اين در حالي است كه كشورهاي ژاپن با توليد 107.7 و آمريكا با توليد 2,92 ميليون تن در سال در رده¬هاي دوم و سوم جهاني قراردارند.
جدول زير وضعيت 39 كشور بزرگ توليدكننده فولاد خام در جهان در سال 2002 ميلادي را نشان مي‌دهد.

در حال حاضر در بيش از يكصد كشور جهان محصولات فولادي توليد مي¬شود كه از اين ميان، كشور ايران در سال 2002 ميلادي با توليد 3,7 تن و در حال حاضر با توليد حدود 8 ميليون تن فولاد، به عنوان بيست-و¬دومين توليدكننده اين محصول در جهان و ششمين توليدكننده بزرگ آسيا مطرح است.

/خ