فولاد

اصطلاح فولاد براي آلياژهاي آهن که بين 0/025 تا حدود 2 درصد کربن دارند بکار مي‌رود فولادهاي آلياژي غالبا با فلزهاي ديگري نيز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عمليات حرارتي انجام شده بر روي آن و فلزهاي آلياژ دهنده موجود در آن بستگي دارد.

کاربرد انواع مختلف فولاد

از فولادي که تا 0?2 درصد کربن دارد، براي ساختن سيم، لوله و ورق فولاد استفاده مي‌شود. فولاد متوسط 0?2 تا 0?6 درصد کربن دارد و آن را براي ساختن ريل، ديگ بخار و قطعات ساختماني بکار مي‌برند. فولادي که 0?6 تا 1?5 درصد کربن دارد، سخت است و از آن براي ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده مي‌شود.

ناخالصي‌هاي آهن و توليد فولاد

آهني که از کوره بلند خارج مي‌شود، چدن ناميده مي‌شود که داراي مقاديري کربن، گوگرد، فسفر، سيليسيم، منگنز و ناخالصي‌هاي ديگر است. در توليد فولاد دو هدف دنبال مي‌شود:
• سوزاندن ناخالصي‌هاي چدن
• افزودن مقادير معين از مواد آلياژ دهنده به آهن
منگنز، فسفر و سيليسيم در چدن مذاب توسط هوا يا اکسيژن به اکسيد تبديل مي‌شوند و با کمک ذوب مناسبي ترکيب شده، به صورت سرباره خارج مي‌شوند. گوگرد به صورت سولفيد وارد سرباره مي‌شود و کربن هم مي‌سوزد و مونوکسيد کربن (CO) يا دي‌اکسيد کربن (CO2) در مي‌آيد. چنانچه ناخالصي اصلي منگنز باشد، يک کمک ذوب اسيدي که معمولاً دي‌اکسيد سيلسيم (SiO2) است، بکار مي‌برند:
• (MnO + SiO2 -------> MnSiO3(l
و چنانچه ناخالصي اصلي سيلسيم يا فسفر باشد (و معمولاً چنين است)، يک کمک ذوب بازي که معمولاً اکسيد منيزيم (MgO) يا اکسيد کلسيم (CaO) است، اضافه مي‌کنند:
• (MgO+SiO2------->MgSiO2(l
(6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2(l

کوره توليد فولاد و جدا کردن ناخالصي‌ها

معمولاً جداره داخلي کوره‌اي را که براي توليد فولاد بکار مي‌رود، توسط آجرهايي که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، مي‌پوشانند. اين پوششي مقداري از اکسيدهايي را که بايد خارج شوند، به خود جذب مي‌کند. براي جدا کردن ناخالصي‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده مي‌کنند. اين کوره يک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جاي مي‌گيرد.
بالاي اين ظرف، يک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روي سطح فلز مذاب منعکس مي‌کند. جريان شديدي از اکسيژن را از روي فلز مذاب عبور مي‌دهند تا ناخالصي‌هاي موجود در آن بسوزند. در اين روش ناخالصيها در اثر انتقال گرما در مايع و عمل پخش به سطح مايع مي‌آيند و عمل تصفيه چند ساعت طول مي‌کشد، البته مقداري از آهن، اکسيد مي‌شود که آن را جمع‌آوري کرده، به کوره بلند باز مي‌گردانند.

روش ديگر جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن

در روش ديگري که از همين اصول شيميايي براي جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن استفاده مي‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌اي بشکه مانند که گنجايش 300 تن بار را دارد، مي‌ريزند. جريان شديدي از اکسيژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدايت مي‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌اي از فلز مذاب را در معرض اکسيژن قرار مي‌دهند.
اکسايش ناخالصي‌ها بسيار سريع صورت مي‌گيرد و وقتي محصولات گازي مانند CO2 رها مي‌شوند، توده مذاب را به هم مي‌زنند، بطوري که آهن ته ظرف، رو مي‌آيد. دماي توده مذاب، بي آنکه از گرماي خارجي استفاده شود، تقريباً به دماي جوش آهن مي‌رسد و در چنين دمايي، واکنشها فوق‌العاده سريع بوده، تمامي‌ اين فرايند، در مدت يک ساعت يا کمتر کامل مي‌شود و معمولاً محصولي يکنواخت و داراي کيفيت خوب بدست مي‌آيد.

تبديل آهن به فولاد آلياژي

آهن مذاب تصفيه شده را با افزودن مقدار معين کربن و فلزهاي آلياژ دهنده مثل واناديم، کروم، تيتانيم، منگنز و نيکل به فولاد تبديل مي‌کنند. فولادهاي ويژه ممکن است موليبدن، تنگستن يا فلزهاي ديگر داشته باشند. اين نوع فولادها براي مصارف خاصي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در دماي زياد، آهن و کربن با يکديگر متحد شده، کاربيد آهن (Fe3C) به نام «'سمنتيت» تشکيل مي‌دهند. اين واکنش، برگشت‌پذير و گرماگير است:
• Fe3C <------- گرما + 3Fe + C
هرگاه فولادي که داراي سمنتيت است، به کندي سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکيل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهاي گرافيت جدا مي‌شود. اين مکانيزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بيشتر است، اهميت بيشتري دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتيت باقي مي‌ماند. تجزيه سمنتيت در دماي معمولي به اندازه‌اي کند است که عملا انجام نمي‌گيرد.

عمليات حرارتي

گرم کردن و سرد کردن زمانبندي شده? فلزات، سراميک‌ها و آلياژها را به منظور بدست آوردن خواص مکانيکي و فيزيکي مطلوب،‌ عمليات حرارتي مي‌نامند. عمليات حرارتي براي مواد غيرفلزي مانند شيشه‌ها و شيشه-سراميک‌ها نيز بکار مي‌رود.

عمليات حرارتي فولادها

کربن‌دهي سطحي
بازپخت کامل (آنيلينگ)
آنيلينگ جهت کروي کردن سمنتيت
نرماله کردن (نرماليزاسيون)
کوئنچ‌کردن
برگشت دادن (تمپر کردن)

نمودار فازي آهن-کربن

نمودار فازي آهن-کاربيد کربن

نمودار تعادلي آهن-کربن (Fe-C) راهنمايي است که به کمک آن مي‌توان روش‌هاي مختلف عمليات حرارتي، فرآيندهاي انجماد، ساختار فولادها و چدن‌ها و... را بررسي کرد.
قسمتي از اين نمودار که در متالورژي اهميت بيشتري دارد، قسمت آهن-کاربيدآهن (سمنتيت) است.
چون کاربيد آهن يک ترکيب شبه‌پايدار است، بنابراين دياگرام آهن-کربن را سيستم شبه‌پايدار مي‌نامند. حالت پايدار کربن در فشار اتمسفر، کربن آزاد (گرافيت) است.
قسمت‌هايي که در نمودار با حروف يوناني مشخص شده‌اند، نشانگر محلول‌هاي جامد از نوع بين‌نشيني هستند.

تحولات هم‌دما (ايزوترم) در سيستم آهن-کربن شبه پايدار

خطوط افقي در نمودار، نشان دهنده? استحاله‌هاي هم‌دما هستند.
• استحاله? يوتکتيک : دما 1148?C، غلظت کربن 4?20 درصد
• استحاله? يوتکتوئيد : دما 728?C، غلظت کربن 0?80 درصد
• استحاله? پريتکتيک : دما 1495?C، غلظت کربن 0?18 درصد
البته بايد توجه داشت که غلظت‌ها و دماهاي ذکرشده براي آهن-کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلياژي ديگر، اين ثابت‌ها تغيير مي‌کنند.

آلوتروپ‌هاي آهن

• آهن آلفا
• آهن گاما
• آهن دلتا

فازها و ساختارهاي مخلتف نمودار فازي

• فريت
• اوستنيت
• سمنتيت
• لدبوريت
• پرليت
• بينيت
• مارتنزيت

آهن آلفا

آهن آلفا يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است. اين آلوتروپ از دماي 273- درجه سانتيگراد تا 910 درجه سانتيگراد پايدار است. اين آلوتروپ داراي ساختمان بلوري مکعبي مرکزپر (bcc) است.
ثابت شبکه? آهن آلفاي فرومغناطيس، 2/86 آنگستروم است.

آهن گاما

آهن گاما يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است که در محدوده? دمايي 912 تا 1394 درجه سانتيگراد پايدار بوده و ساختمان بلوري fcc (مکعبي مرکزپر) دارد.

آهن دلتا

آهن دلتا يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است که از دماي 1401 درجه سانتيگراد تا 1539 درجه سانتيگراد (نقطه? ذوب آهن) پايدار است.
آهن دلتا داراي ساختمان بلوري مکعبي مرکزپر (bcc) است. آهن دلتا داراي خاصيت پارامغناطيس بوده و ثابت شبکه‌ي آن بزرگ‌تر از آهن آلفا است.
ثابت شبکه? آهن دلتا، ‎2/93 آنگستروم است.

فريت

به محلول جامد از نوع بين‌نشيني کربن در آهن آلفا ?-Fe (آهن مکعبي مرکزپر) فِريت گفته مي‌شود.
حداکثر غلظت کربن در فريت حدود 2/. درصد وزني و در دماي 727 درجه سانتيگراد است.
مقاومت کششي فريت در حدود 40000 پسي (psi) است.

اوستنيت

نمودار فازي تعادلي آهن-کاربيد آهن

اوستِنيت (به انگليسي: Austenite) محلول جامد از نوع بين‌نشيني کربن در آهن گاما (آهن مکعبي وجوه مرکزپر) است.
حداکثر حلاليت کربن در آهن گاما، 2 درصد در دماي 1147 درجه سانتيگراد است. اوستنيت در دماي محيط پايدار نيست.

ريشه لغوي

نام اين فاز از ويليام چاندلر روبرتز-اوستن متالورژيست انگليسي گرفته شده‌است.

سمنتيت

سِمِنتيت يا کاربيد آهن يک ماده مرکب شيميايي به فرمول شيميايي Fe3C داراي ‎6/67 درصد کربن با ساختار بلوري ارتورومبيک است. سمنتيت فازي بسيار سخت و شکننده است.

لدبوريت

نمودار فازي تعادلي آهن-کاربيد آهن

لدبوريت (به آلماني: Ledeburit) به مخلوط يوتکتيکي اوستنيت و سمنتيت گفته مي‌شود که از مذابي با 4/3 درصد کربن در دماي 1147 درجه سانتيگراد تحت يک واکنش يوتکتيکي حاصل مي‌شود. از آنجايي که اوستنيت در دماي محيط پايدار نيست و بر اساس يک واکنش يوتکتوئيدي به پرليت تبديل مي‌شود، بنابراين ساختمان لدبوريت در دماي محيط بصورت پرليت و سمنتيت خواهد بود.
نام اين ساختار از کارل هاينريش آدولف لدبور متالورژيست آلماني گرفته شده‌است.

پرليت

نمودار فازي تعادلي آهن-کاربيد آهن
پرليت به مخلوط يوتکتوئيدي فريت و سمنتيت ‌گفته مي‌شود.
پرليت تحت يک تحول يوتکتوئيدي از آهن گاما با 0/8 درصد کربن در 723 درجه سانتيگراد حاصل مي‌شود.

خواص مکانيکي

مقاومت کششي پرليت سه برابر فريت است يعني تقريباً 120000 psi

بينيت

بينيت (به انگليسي: Bainite) يک محصول ريزساختاري از تجزيه‌ي يوتکتوئيد است. اين ساختار هنگامي ايجاد مي‌شود که يک فاز دما-بالا هنگام سرمايش، به دو فاز متفاوت تجزيه مي‌شود.
تفاوت اين ساختار با پرليت در مورفولوژي آن است. بينيت مخلوط غيرلايه‌اي است و زماني به وجود مي‌آيد که سرعت رشد دو فاز محصول متفاوت باشد.
با اينکه ساختار بينيت در بسياري از آلياژهاي غيرفلزي نيز ديده‌شده‌است، اما تحقيقات در اين زمينه عمدتاً بر روي آلياژهاي فولادي متمرکز بوده است.

مارتنزيت

مارتنزيت (به آلماني: Martensite) بطور کلي به ساختارهاي بلوريني گفته مي‌شود که توسط استحاله مارتنزيتي به وجود بيايند. اما اين اصطلاح بيشتر به فاز مارتنزيت در فولادهاي سخت‌شده اطلاق مي‌شود.

تصوير ميکروسکوپ نوري بازتابي از مارتنزيت سوزني در فولاد AISI 4140 آستنيته شده در 850 درجه سانتيگراد و کوئنچ شده در روغن
اگر اوستنيت به قدري سريع سرد شود که هيچ يک از استحاله‌هاي بر پايه? نفوذ در آن اتفاق نيافتد و فوق سرمايش تا حدي ادامه يابد که ساختار fcc پايدار نباشد، اين ساختار بصورت برشي به bcc تبديل مي‌شود که از کربن فوق اشباع شده است. فاز حاصل را مارتنزيت مي‌نامند.

ريشه لغوي

مارتنزيت از نام متالورژيست آلماني آدولف مارتنز گرفته شده است.

تهيه فولاد

اطلاعات اوليه محصول کوره ذوب آهن ، چدن است که معمولا داراي ناخالصي کربن و مقادير جزئي ناخالصي‌هاي ديگر است که به نوع سنگ معدن و ناخالصي‌هاي همراه آن و همچنين به چگونگي کار کوره بلند ذوب آهن بستگي دارد. از آنجايي که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از اين رو ، بايد به روش مناسب چدن را به فولاد تبديل کرد که در اين عمل ناخالصي‌هاي کربن و ديگر ناخالصي‌ها به مقدار ممکن کاهش ‌يابند. روشهاي تهيه فولاد از سه روش براي تهيه فولاد استفاده مي‌شود: روش بسمه در اين روش ، ناخالصي‌هاي موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسيژن کاهش داده ، آن را به فولاد تبديل مي‌کنند. پوشش جدار داخلي کوره بسمه از سيليس يا اکسيد منيزيم و گنجايش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به اين ترتيب است که جرياني از هوا را به داخل چدن مذاب هدايت مي‌کنند تا ناخالصي‌هاي کربن و گوگرد به‌صورت گازهاي SO2 و CO2 از محيط خارج شود و ناخالصي‌هاي فسفر و سيليس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسيژن موجود در هوا به‌صورت اکسيدهاي غير فرار P4O10 و SiO2 جذب جدارهاي داخلي کوره شوند و به ترکيبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبديل و سپس به‌صورت سرباره خارج شوند. سرعت عمل اين روش زياد است، به همين دليل کنترل مقدار اکسيژن مورد نياز براي حذف دلخواه ناخالصي‌هاي چدن غيرممکن است و در نتيجه فولاد با کيفيت مطلوب و دلخواه را نمي‌توان به اين روش بدست آورد.
روش کوره باز (يا روش مارتن) در اين روش براي جدا کردن ناخالصي‌هاي موجود در چدن ، از اکسيژن موجود در زنگ آهن يا اکسيد آهن به جاي اکسيژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصي‌هايي مانند کربن ، گوگرد و غيره) استفاده مي‌شود. براي اين منظور از کوره باز استفاده مي‌شود که پوشش جدار داخلي آن از MgO و CaO تشکيل شده است و گنجايش آن نيز بين 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم براي گرم کردن کوره از گازهاي خروجي کوره و يا مواد نفتي تأمين مي‌شود. براي تکميل عمل اکسيداسيون ، هواي گرم نيز به چدن مذاب دميده مي‌شود. زمان عملکرد اين کوره طولاني‌تر از روش بسمه است. از اين نظر مي‌توان با دقت بيشتري عمل حذف ناخالصي‌ها را کنترل کرد و در نتيجه محصول مرغوب‌تري بدست آورد. روش الکتريکي از اين روش در تهيه فولادهاي ويژه‌اي که براي مصارف علمي ‌و صنعتي بسيار دقيق لازم است، استفاده مي‌شود که در کوره الکتريکي با الکترودهاي گرافيت صورت مي‌گيرد. از ويژگي‌هاي اين روش اين است که احتياج به ماده سوختني و اکسيژن ندارد و دما را مي‌توان نسبت به دو روش قبلي ، بالاتر برد.
اين روش براي تصفيه مجدد فولادي که از روش بسمه و يا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبديل آن به محصول مرغوبتر ، بکار مي‌رود. براي اين کار مقدار محاسبه شده اي از زنگ آهن را به فولاد بدست آمده از روشهاي ديگر ، در کوره الکتريکي اضافه کرده و حرارت مي‌دهند. در اين روش ، براي جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌اي اکسيد کلسيم و براي جذب اکسيژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده اي آلياژ فروسيليسيم (آلياژ آهن و سيليسيم) اضافه مي‌کنند. انواع فولاد و کاربرد آنها از نظر محتواي کربن ، فولاد به سه نوع تقسيم مي‌شود: فولاد نرم اين نوع فولاد کمتر از 0,2 درصد کربن دارد و بيشتر در تهيه پيچ و مهره ، سيم خاردار و چرخ دنده ساعت و ... بکار مي‌رود. فولاد متوسط اين فولاد بين 0,2 تا 0,6 درصد کربن دارد و براي تهيه ريل و راه آهن و مصالح ساختماني مانند تيرآهن مصرف مي‌شود. فولاد سخت فولاد سخت بين 0,6 تا 1,6 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و براي تهيه فنرهاي فولادي ، تير ، وسايل جراحي ، مته و ... بکار مي‌رود.

فولاد هاي مقاوم حرارتي :

امروزه فولادها در شرايط متغير و گسترده اي ؛ شامل محيط هايي با دماي بالا و خورنده تحت شرايط تنش استاتيكي و ديناميكي بكار مي روند. از قبيل دريچه هاي موتور هواپيما ، حامل هاي كوره ، رتورت ها ، واحدهاي كراكينگ نفت و توربين هاي گازي . سه مشخصه براي فلزاتي كه در دماي بالا به كار مي روند ؛ مورد نياز است :
1- مقاومت به اكسيداسيون و پوسته شدن
2- حفظ استحكام در دماي كاري
3- پايداري ساختار ؛ با توجه به رسوب كاربيدها ، كروي شدن ، كاربيدهاي سيگما، تردي بازپخت
ديگر ويژگي ها نيز ممكن است در كاربرد مهم باشند ؛ همچون مقاومت ويژه و ضريب حرارتي براي اهداف الكتريكي ، ضريب انبساط براي واحدهاي ساختماني و مقاومت به نفوذ در اثر پديده سوختن در بعضي كاربردهاي كوره اي . در مورد فولادهاي توربين هاي گازي مشخصات ديگري نيز مطرح مي شود ، ظرفيت ميرايي داخلي و استحكام خستگي ، حساسيت به فاق و استحكام ضربه اي ( سرد و گرم ) ، مشخصه جوشكاري و ماشينكاري ، بويژه در رتورهاي بزرگ كه بايد با حداقل مقاطع جوشكاري شده ساخته شوند .
پوسته اكسيدي كه بر روي آهن شكل مي گيرد متخلخل بوده و چسبنده نيست، اما اين پوسته در اثر اضافه كردن عناصر ويژه اي به فولاد ، چسبنده و محافظ مي شود . اين عناصر كرم ، سيليسيم و آلومينيوم هستند و آنها بوسيله ميل تركيبي زياد با اكسيژن توصيف مي شوند ؛ اما واكنش بوسطه شكل گيري فيلم اكسيدي خنثي به سرعت متوقف مي شود. مقاومت به اكسيداسيون فولاد نرم بوسيله شكل گيري آلياژ آهن - آلومينيوم در سطح ، به مقدار زيادي بهبود مي يابد. اين عمل به وسيله حرارت دادن در 0C 1000 و تماس با پودر آلومينيوم (calorising ) يا اسپري حرارتي انجام مي شود.
بهبود مقاومت خزشي نيز بوسيله روش هاي زير بدست مي آيد :
- بالا بردن دماي نرم شدن بوسيله انحلال عناصر آلياژي
- استفاده معقول از رسوب سختي در دماي كاري ، بدون پديده فراپيري . سختي فاز ثانويه شديدا وابسته به درجه و يكنواختي ، پراكندگي بدست آمده است و ضريب خزش وابسته به دامنه فاصله اجزا است .
- كنترل درجه كارسختي در بازه دمايي مناسب كه اغلب اندازه خزشي اوليه را كاهش مي دهد.
- تغييرات در پروسه توليد ، اكسيژن زدايي و ذرات درون مرزهاي كريستالي نيز مي توانند روي خواص خزشي تاثير گذار باشند.
- ذوب در خلا مزايايي دارد كه در روش هاي معمول نمي توان به آنها دست يافت .
خواص مكانيكي نيز بوسيله اضافه كردن عناصر گوناگون بهبود بخشيده مي شود ؛ كبالت ، تنگستن و موليبدن باعث استقامت فولاد در برابر عمل تمپر كردن مي شود. فولادهاي آستنيتي آلياژي هيچ تغييري ندارندو بنابراين بوسيله سرد كردن در هوا سخت نمي شوند . اما مقاومت به سايش آنها خوب نيست . مقدار كافي از عناصر آلياژي همچون سيلسيم و كرم خط Ac را بالا مي برد. فولاد با درصد بالاي نيكل نبايد در دماي بالا در تماس با دي اكسيد گوگرد و يا ديگر تركيبات گوگردي قرار گيرد ؛ چون فيلم هاي كريستالي سولفيد نيكل شكل مي گيرد.
در فولادهايي با كرم بالا كاربيدها به هم پيوسته و بزرگ مي شوند، كه اين منجر به كم كردن مسدود شدن رشد دانه هاي فريت در دماي بالاي 0C 700 مي شود. رشد بيش از اندازه دانه ها باعث كم شدن تافنس مي شود. همچنين رشد دانه در بالاي 0C 1000 در فولاد هاي آستنيتي اتفاق مي افتد، اما هيچ مشكلي بوجود نمي آيد . چون آنها حتي در شرايط دانه هاي درشت چقرمه و داكتيل باقي مي مانند. هنگام گرم كردن در بازه 0C 500- 900 فولادهاي آستنيته ، كاربيدها در طول مرزهاي آستنيت رسوب نمي كنند و بعلت اينكه ترك هاي درون بلوري احتمالا افزايش مي يابند اگر فولاد تحت تنش پيوسته در شرايط كششي در اين رنج دمايي قرار گيرد. فولادهاي فرتيك و آستنيتيك در تركيب ويژهاي بوسيله شكل گيري فاز سيگما ترد مي 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 پذيري و فرم پذيري 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 2003) 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.
ادامه دارد ......

/خ