عمده‌ترين صادركنندگان و واردكنندگان فولاد

با توجه به آمار ارايه شده براي سال 2001 ميلادي، ژاپن و روسيه به ترتيب با صادرات 5,29 و 6,25 ميليون تن، بزرگ ترين صادركننده فولاد جهان بودند؛ درحالي كه كشورهاي آمريكا و چين به ترتيب با واردات 8,27 و 6,25 ميليون تن،‌ عنوان بزرگ ترين واردكنندگان فولاد در جهان را به خود اختصاص دادند. جالب تر اينكه در اين سال، چين به عنوان بزرگ ترين توليدكننده جهان با 9,150 ميليون تن و آمريكا به عنوان سومين توليدكننده جهاني فولاد با توليدي معادل 1,90 ميليون تن در سال معرفي شده بودند. اين امر بيان گر اين موضوع است كه در سال 2001، اگرچه چين و آمريكا جزو بزرگ ترين توليدكنندگان فولاد بوده اند، ولي حتي به اندازه مصرف داخلي كشورهاي خود نيز محصولات فولادي توليد نكرده بودند.
در اين بين اطلاع از وضعيت كشور ايران نيز خواندني و جالب توجه است. ايران در سال 2001 توانست 9,6 ميليون تن فولاد توليد كند كه از اين مقدار تنها 600 هزارتن آن را به كشورهاي ديگر صادر نمود؛ ‌اين درحالي است كه ايران با واردات 7,4 ميليون تن فولاد رتبه 17 جهاني واردكنندگان فولاد را در اين سال به خود اختصاص داد. البته در حال حاضر ايران توانسته است سقف صادرات فولاد خود را به حدود 5,1 ميليون تن در سال برساند.

جايگاه فولاد ايران در خاورميانه

با توجه به آمار موجود، در سال 2002، از ميان كشورهاي خاورميانه ايران با توليد 3,7 ميليون تن و عربستان سعودي با توليد 6,3 ميليون تن فولاد خام، مهم ترين توليدكنندگان هستند و اين درحالي است كه مجموع توليد ساير كشورهاي خاورميانه درحدود 3,1 ميليون تن است.
نكته جالب ديگر در مورد كشورهاي خاورميانه، درصد توليد و مصرف جهاني فولاد در اين كشورهاست. در سال 2002، كشورهاي خاورميانه تنها موفق به توليد 2,1 درصد از فولاد جهان شده بودند و اين در حالي است كه مصرف حدود 2 درصد فولاد جهان براي اين كشورها گزارش شده است. اين امر مي تواند به عنوان يك مزيت براي صنعت فولاد ايران مطرح باشد به اين صورت كه در كشورهاي همسايه ايران، فولاد زيادي توليد نمي شود ضمن اينكه اين كشورها از بازار مصرف نسبتا‌‌ً خوبي نيز برخوردار هستند. بنابراين براي محصولات فولادي كشور مي-توان يك بازار مصرف بسيار مناسب در كشورهايي مثل عراق، بحرين، افغانستان، پاكستان و حتي تركمنستان، آذربايجان و ارمنستان پيش-بيني كرد.

توليدات چدن در ايران و جهان

درسال 2002 ميلادي كشورهاي چين، ژاپن و روسيه به ترتيب با توليد 7,170 و 81 و 2,46 ميليون تن چدن بزرگ ترين توليدكنندگان اين محصول بودند. ايران در اين سال 2,2 ميليون تن چدن توليد نمود كه تمام اين مقدار در كشور مصرف شد و در اين زمينه صادرات و وارداتي صورت نگرفت.

اشتغال زايي صنعت فولاد

از ديرباز يكي از جنبه‌هاي مهم صنايع فولادي در جهان،اشتغالزايي اين صنعت بوده است به گونه‌اي كه در اين صنعت، نيروي كار زيادي به طور مستقيم و غيرمستقيم به كار گرفته مي‌شده‌اند؛ اما بررسي‌هاي صورت گرفته از كاهش 65 درصدي نيروي كار در صنعت فولاد جهان بين سال هاي 1974 تا 2000 ميلادي خبر مي دهند كه علت آن را مي‌توان جايگزيني تكنولوژي‌هاي جديد نظير ريخته‌گري مداوم و همچنين فرآيندهاي كنترل كامپيوتري در اين صنعت دانست.
البته لازم به ذكر است كه نيروي كار به كار گرفته شده در صنعت فولاد كشور، با كشورهاي پيشرفته و صنعتي بسيار متفاوت است؛ به‌طوريكه در اين كشورها براي توليد هر ميليون تن فولاد به طور مستقيم در حدود 1500 نفر نيروي كار لازم است ولي در ايران، براي توليد يك ميليون تن فولاد به نيروي كار مستقيمي در حدود 4 الي 5 هزار نفر نياز است كه در حدود 3 برابر آمار جهاني كشورهاي پيشرفته است.

کاربرد فولاد در قالب‌هاي تزريق پلاستيک

انتخاب نوع فولاد نقش مؤثري در عمر، عملکرد و هزينه قالب دارد. در اين جا به نقش فولاد در قالب سازي، تأثير عناصر آلياژي در فولاد، دسته بندي فولادها، فولادهاي اجزاي قالب و فولادهاي مورداستفاده براي محفظه قالب هاي پلاستيک (کروکويته) مي پردازيم.

نقش فولاد در قالب سازي

نمودار زير، نشانگر هزينه طراحي، مواد، ماشينکاري، مونتاژ، سود و سربار قالب است و نشان مي دهد که حدود 28 درصد هزينه کل قالب مربوط به مواد است و اين مقدار با توجه به شکل هندسي و پيچيدگي قطعه، تغيير خواهد کرد.

چنانچه در شکل ملاحظه مي شود بيشتر هزينه هاي توليد، توسط قالب به-صورت غير مستقيم وابسته به فولاد است که با عدم انتخاب فولاد مناسب، باعث تحميل هزينه هاي اضافي به قالب شود.

خصوصيات قطعه که براي ساخت قالب و انتخاب فولاد مربوطه مؤثر است عبارتند از:
• صافي سطح
• گرين کاري
• خورنده بودن يا ساينده بودن جنس قطعه
• دقت ابعادي
• تيراژ توليدي
• زمان ساخت
جنس قطعات پلاستيکي متنوع است و با توجه به خواص مختلف مواد و به فولادهاي متفاوت براي ساخت قالب، نياز است. در زير برخي ازانواع پلاستيک هاو خصوصيات فولادهاي مناسب براي آنها ارائه شده است.

PC(Poly Carbonate),PMMA(Polymethyl Methacrylate Acrylic) - :

معمولاً براي لنز هاي چراغ استفاده مي شوند و فولاد مورداستفاده مي-بايست خاصيت پوليش پذيري خوب و مقاوم در مقابل خش و اکسيد شدن را دارا باشد باتوجه به‌اينکه PC خاصيت جريان پذيري خوبي ندارد و ماده سختي است، فولاد مورداستفاده براي پليمر فوق بايد تنش تسليم بالا و چقرمگي خوبي داشته باشد.

- POM (Polyoxymethylene), PA(Nylon):

دماي تزريق اين مواد نسبتاً بالا است و براي بست ها و کليپ ها، استفاده مي شود. با توجه به حساسيت هاي ابعادي اين نوع قطعات، فولاد اين قالب ها مي بايست سخت و مقاوم در مقابل سايش باشد.

- PA(Naylon)+GF:

با توجه به سايندگي الياف شيشه، فولاد بايد مقاوم به سايش باشد.

-PP(Polypropylene):

اين نوع پليمر، براي قطعات سپر و گل ‌پخش‌کن استفاده مي شود. با توجه به حجم قطعه بايد فولاد مربوطه، داراي ثبات ابعادي مناسب، مقاوم در مقابل تنش هاي فشاري و داراي قابليت ماشينکاري خوبي بوده و خواص مکانيکي آن يکنواخت باشد.

- PP(Polypropylene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene):

براي قطعات تزييني خودرو استفاده مي شود که معمولاً سطح اينگونه قطعات چرمي کاري (گرين) هستند و فولاد قالب مي بايست خاصيت خوبي براي عمليات چرمي کاري (اسيدکاري يا گرين) داشته باشد.

- PVC (Polyvinyl Chloride):

اين پليمر به علت آزادسازي گاز کلر و ترکيب آن با آب موجود در هوا،اسيدکلريک توليد مي کند و باعث خوردگي قالب مي شود. بنابراين استفاده از فولادهاي مقاوم در مقابل خورندگي براي قالب هاي فوق پيشنهاد مي‌شود.
با عدم انتخاب فولاد صحيح، عمر قالب کوتاه مي شود و قطعه توليدي کيفيت مطلوب را نخواهدداشت که منجر به ساخت مجدد قالب و هزينه هاي اضافي مي شود.

خواص فولاد

استحکام فولاد پارامتر کلي کيفيت است که براي سنجش آن بايد معيارهاي گوناگون مکانيکي خواص وجود داشته باشد. اين معيارها در ادامه، ارائه شده است .

خصوصيات مکانيکي فولادها

- تنش تسليم (Yield Stress) : ميزان تنش کششي که در آن قططه شروع به تغيير شکل پلاستيک مي کند.
- چکشخواري(Ductility Brittleness): قابليت شکل پذيري ماده درحالت پلاستيک را بدون خطر شکست، چکشخواري مي گويند.
- خزش (creep): مدت زماني که طول مي کشد که قطعه اي، تحت تنش کششي تغيير شکل دائم، داشته باشد.
-چقرمگي(Toughness): مقدار کار لازم براي شکستن واحد حجم ماده است.
- سختي(Hardness): مقاومت در مقابل فرو رفتن مواد ديگر در سطح قطعه را سختي يا مقاومت در مقابل خراش مي گويند.
- استحکام در دماي بالا: خواص مکانيکي قطعه نبايد با افزايش دما تغيير محسوسي کند.
خصوصياتي از فولاد كه در قالب هاي پلاستيک در نظر گرفته مي شود و با توجه به انتظارات ما از هر کدام از آنها، نوع فولاد انتخاب مي-شود.
• قابليت ماشينکاري
• قابليت پوليشکاري
• عمليات حرارتي
• عمليات به‌سازي سطح
• مقاوم در برابر سايش
• مقاوم در مقابل خوردگي
• مقاوم در مقابل تنش هاي فشاري
• قابليت جوشکاري
• چقرمگي

فولادهاي قالب هاي پلاستيک

فولادهاي قالب هاي پلاستيک با توجه به چقرمگي آنها (نوع عمليات حرارتي) در گروه هاي زير به بازار عرضه مي شوند:
پيش سخت شده (Pre Hardened)
آنيل(Annealed)
پير سخت شونده(Age Hardening)

فولادهاي پيش سخت شده (Pre Hardened):

اين فولادها به‌صورت سخت کاري شده و باز پخت شده به بازار ارائه مي شوند و مستقيماً مي توان نقش قالب را روي آنها اجرا و بهره برداري کرد.

مزاياي اين فولادها

- کوتاه شدن فرايند هاي ساخت: اين فولاد، در فرايند بهره برداري، قبلاً سخت کاري شده و نيازي به عمليات حرارتي و فرايند ماشين کاري بعد از آن را ندارد.
- عدم ايجاد ترک هاي ريز در اثر عمليات حرارتي: معمولاًٌ فولادها بعد از عمليات حرارتي در اثر شوک هاي حرارتي تابيده و در سطح آنها ترک هاي ريزي به‌وجود مي آيد. نظر به اينکه اين گونه فولادها پيش از عرضه به بازار توسط توليد کننده فولاد سختکاري شده اند و بعد از فرايندهاي ماشينکاري نيازي به‌عمليات حرارتي ندارند، ترک هاي ريز و پسماند تنش هاي حرارتي در فولاد، وجود نخواهد داشت و طول عمر آن بالاتر خواهدبود.

معايب اين فولادها

- زمان ماشين کاري اين فولادها با توجه به سختي آنها بيشتر از فولادهاي آنيل شده است.
- با توجه به اينکه سختي اينگونه فولادها به‌تدريج از سطح به عمق کم مي شود، قالب هايي که توسط اينگونه فولادها تهيه مي شوند داراي سختي يکنواخت نيستند.
- براي رزين هايي که بسيار ساينده يا داراي دماي پروسه بسيار بالا هستند، مناسب نيستند.

فولادهاي پير سخت شونده(Age Hardening)

سختي اين فولادها شبيه فولادهاي پيش سخت شده است که براي افزايش سختي آن مي توان فولاد را عمليات حرارتي کرد.
باتوجه به‌اينکه دماي گرم شدن آن به‌هنگام عمليات حرارتي حدود 500 الي 600 درجه سانتيگراد است، فولاد دچار تابيدگي يا ترک هاي سطحي نمي شود و مي توان آن را بدون فرايندهاي جانبي، استفاده کرد.
ثبات ابعادي اينگونه فولادها در طولاني مدت خوب است.
مراحل بهره برداري از فولاد
ماشينکاري نيمه نهايي يا نهايي
عمليات حرارتي
ماشينکاري نهايي چنانچه مورد نياز باشد
مراحل فرايندهاي بهره برداري اينگونه فولادها بيشتر از پيش سخت شده است.

فولادهاي آنيل

اين فولادها به‌صورت آنيل شده به بازار ارائه مي شوند.
مراحل بهره برداري از فولاد
ماشينکاري اوليه
عمليات حرارتي
ماشينکاري نهايي

مزاياي اين فولادها

باتوجه به‌اينکه بعد از ماشينکاري روي فولاد، عمليات حرارتي بر روي آن انجام مي‌شود، برخلاف فولادهاي پيش سخت شده سطح محفظه قالب داراي سختي و خصوصيات مکانيکي يکنواختي خواهدبود. به‌دليل آنيل‌بودن فولاد در هنگام ماشينکاري، زمان اين فرايند کوتاه تر مي شود.

مقاوم بودن نسبت به سايش و چقرمگي
معايب

بعد از عمليات حرارتي احتمال ايجاد ترک هاي ريز در سطح قطعه و تابيدگي آن وجود دارد که پس از آن با عمليات ماشينکاري نهايي از بين مي رود. اين موضوع باعث طولاني تر شدن فرايندهاي ساخت قالب مي-شود.

فولادهاي ماريجينگ ( 18 % Ni)

يكي از نيازهاي اساسي صنايع پيشرفته احتياج به موادي با قابليت اطمينان بالا از استحكام و تافنس شكست مي باشد . در اين راستا محققان زيادي فولادهاي استحكام بالاي مختلفي را گسترش داده اند ؛ كه در اين ميان تنها فولادهاي ماريجينگ توانسته اند به هر دو نياز صنايع پيشرفته پاسخ گويند . مهمترين كاربرد اين فولاد ها در صنايع نظامي ، هوافضا ، اجزاء الكترومكانيكي و ... است.
اين فولادها كه تعلق به خانواده آلياژهاي پايه آهن دارند . ابتدا تحت پروسه استحاله مارتنزيت قرار مي گيرند و سپس به وسيله پيري يا رسوب سختي دنبال مي شوند . كه كلمه Maraging از دو كلمه Martensite و Aging گرفته شده است .
فولادهاي ماريجينگ داراي 18 % Ni به دو كلاس گسترده تقسيم مي شوند. كه بستگي به عناصر تقويت كننده در آناليز شيميايي آنها دارد . فولاد ماريجينگ اورجينال در اوايل 1960 معرفي شد ، كه كبالت به عنوان عنصر تقويت كننده و استحكام بخش ( 7-12% ) در فولاد ماريجينگ 18 % Ni بكار برده مي شد . در اوايل دهه 70 كار بر روي اين فولادها كمرنگ شد . كه دليل آن افزايش قيمت كبالت بود كه منجر به نوع جديدي از فولادهاي ماريجينگ شد ، اين دسته تيتانيوم را به عنوان عامل اصلي تقويت كننده به همراه داشتند. درجه تقويت كبالت يا " C-type 18 Ni Maraging " به وسيله حرف " C " در شناسائي اين كلاس انتخاب مي شود ؛ همچنين درجه استحكام تيتانيوم يا " T-type 18 Ni Maraging " را با حرف " T " نشان مي دهند.
اين دو نوع فولاد با توجه به ميزان استحكام آنها به 200 ، 250، 300، 350 درجه پيري طبقه بندي مي شوند و به طور C-200 و T-200 آنها را نمايش مي دهند . استحكام دهي به وسيله رسوب دهي آسان اجزاء فلزي در حين عمليات پير سازي صورت مي گيرد . كه اين رسوب سختي به واسطه عناصر آلياژي همچون Co , Mo , Ti در مارتنزيت Fe-Ni با كربن بسيار كم 0.03% يا كمتر صورت مي گيرد.
فولاد هاي ماريجينگ در شرايط آنيل محلول سازي تهيه مي شوند پس داراي چقرمگي و نرمي نسبي ( 28 - 32 RC ) هستند . پس به سهولت شكل مي گيرند و ماشين مي شوند . خواص كامل آنها از طريق پيرسازي مارتنزيت بدست مي آيد .

خصوصيات فولادهاي ماريجينگ :

الف ) خواص مكانيكي عالي :
1-استحكام نهايي و استحكام تسليم بالا
2-تافنس ، داكتيليتي و مقاومت به ضربه بالا در مقايسه با فولاد كوئنچ و تمپر شده با استحكام مشابه
3-استحكام خستگي زياد
4-استحكام فشاري بالا
5-سختي و مقاومت به سايش كافي براي بعضي از ابزار هاي كاربردي
ب) خصوصيات عمليات حرارتي :
1-دماي مورد نياز براي كوره پايين است
2-رسوب سختي و عمليات حرارتي پيري
3-انقباض يكنواخت و قابل پيش بيني در طول عمليات حرارتي
4-حداقل اعوجاج در طول عمليات حرارتي
5-سخت شدن بدون كوئنچ كردن
6-درصد پايين كربن ، كه جلوگيري از مشكل دكربوره شدن مي كند.
ج) كارپذيري عالي
1-ماشينكاري آسان
2-مقاومت بالا در برابر انتشار ترك
3-شكل پذيري آسان در حالت سرد ، گرم و داغ
4-قابليت جوشكاري خوب به خاطر درصد پايين كربن
5-مقاومت به خوردگي خوب كه نرخ خوردگي آن در حدود نصف فولادهاي كوئنچ و تمپر شده است
اين فاكتورها نشان مي دهد كه فولادهاي ماريجينگ در كاربردهايي مثل شفت ها و اجزايي كه تحت خستگي ضربه اي همچون كلاچ ها و چكش ها بهترين استفاده را دارد.

توليد و فرآوري فولادهاي ماريجينگ

روش متداول براي توليد فولادهاي ماريجينگ به ترتيب زير است :
1-ذوب و ريخته گري
2-همگن سازي
3-آهنگري و نورد گرم
4-آنيل معمولي
5-پير سازي
در فولادهاي ماريجينگ رسيدن به استحكام و تافنس بالا مستلزم كنترل دقيق ريزساختار مي باشد. از طرف ديگر چون آخال هاي موجود در زمينه اين نوع فولادها تاثير منفي شديدي بر روي تافنس شكست دارند. بايد تركيب ، ابعاد و توزيع آخال ها كنترل گردد. در اين نوع فولادها به علت زياد بودن عناصر آلياژي جدايش شديد اين عناصر در حين انجماد وجود دارد كه اين جدايش تاثير زيادي بر روي كاهش قابليت آهنگري ، نورد گرم و .. خواهد داشت . پس لازم است كه شرايط انجمادي مناسب به صورت كنترل شده و سريع براي فولادها مهيا گردد. براي تهيه اين فولادها از روش ذوب چند مرحله اي استفاده مي شود. روش استاندارد براي تهيه فولادهاي ماريجينگ استفاده از روش ذوب تحت خلاء دو مرحله اي مي باشد كه در آن ابتدا به روش ذوب القائي تحت خلاء آلياژ سازي صورت گرفته و سپس شمش تهيه شده به روش ذوب مجدد قوسي تحت خلاء الياژ سازي صورت گرفته و سپس شمش تهيه شده به روش ذوب مجدد قوسي تحت خلا تصفيه مي گردد.
عمليات حرارتي همگن كردن نيز به منظور افزايش قابليت شكل پذيري شمش ها صورت مي گيرد . همگن سازي فولاد ماريجينگ در 1250 c0 به مدت 2 الي 3 ساعت انجام مي گيرد و به دنبال آن فولاد تحت كار مكانيكي گرم قرار گرفته و يا اينكه سريع سرد مي گردد. اين فولادها تحت انواع كارهاي مكانيكي از قبيل آهنگري ، نورد ، اكستروژن گرم قرار مي گيرند . بعد از مراحل فوق فولادهاي ماريجينگ تحت عمليات آستنيته و سپس پيري قرار مي گيرند.

عمليات حرارتي فولادهاي ماريجينگ

فولادهاي ماريجنينگ فولادهاي پر آلياژ-کم کربن-آهن ونيکل باساختار مارتنزيتي هستند که داراي ترکيبي عالي از استحکام وتافنسي به مراتب بالاتر از فولادهاي پر کربن کوينچ شده مي باشند.
اين فولادها دو کاربرد بحراني ومتمايز فولادهاي کربن آبداده که استحکام بالا وتافنس وانعطاف پذيري خوب مورد نياز است را دارا ميباشد . فولادهاي کربني آبداده استحکامشان را از مکانيسمهاي تغيير فاز وسخت گرداني بدست ميآورند. ( مثل شکل گيري مارتنزيت و بينيت ) واين استحکام پس از رسوب گيري کاربيدها در طول مدت تمپر کردن بدست مي آيد. درمقايسه فولادهاي ماريجينگ استحکامشان را از شکل گيري يک فولاد مارتنزيتي کم کربن انعطاف پذيرو سخت آهن ونيکل بدست مي آورند که مي توانند بوسيله رسوب گيري ترکيبات بين فلزي در طول مدت پيرسختي استحکام بيشتري داشته باشند. دوره ماريجينگ بر اساس پيرسختي ساختار مارتنزيتي وضع شده است.

متالورژي فيزيکي:

قبلا اشاره شد که استحکام وتافنس خوب فولادهاي ماريجينگ بوسيله پير سختي يک ساختار مارتنزيتي کم کربن بسيار انعطاف پذيربا استحکام نسبتا خوب بدست ميآيد.در حين پيرسازي ساختار مارتنزيتي هدف اصل روش توزيع يکنواخت رسوبات بين فلزي خوب است که صرف تقويت کردن بافت مارتنزيتي مي شود. يکي ديگر از هدفهاي اصلي در مدت پير سازي فولادهاي ماريجينگ کم کردن يا حذف کردن برگشت فاز نيمه پايدارمارتنزيت به آستنيت و فريت مي باشد .

شکل گيري مارتنزيت :

مارتنزيت فولادهاي ماريجينگ معمولا مکعب مرکز دار (bcc ) کم کربن است که اين مارتنزيت شامل چگالي بالاي نابجايي مي باشد اما نه به صورت دوقلويي. در حين سرد شدن بعد از تابکاري انحلالي آستنينت fcc بوسيله بازگشت برشي کم نفوذ تجزيه به ساختارهاي متعادل به ساختار bcc تبديل ميشود.اين تبديل آستنيت به مارتنزيت ناپايدار اتفاق نمي افتد تا دماي شروع مارتنزيت (Ms) بدست آيد ودماي شروع مارتنزيت بايد به اندازه کافي بالا باشد بنابراين يک تبديل کامل به مارتنزيت قبل از خنک شدن فولاد تا دماي اتاق اتفاق مي افتد.
بيشتر انواع فولادهاي ماريجينگ دماي شروع مارتنزيت حدود 200 تا300 درجه سانتيگراد را دارند ودر دماي اتاق به طور کامل مارتنزيت هستند . نتيجه ساختار مارتنزيت يک فولاد نسبتا قوي و فوق العاده انعطاف پذير ميباشد .
عناصر آلياژي دماي شروع مارتنزيت را بطور قابل ملاحظه اي تغيير مي دهد اما تغيير مشخصه اين استحاله به مقدار زيادي بستگي به سرعت سرد شدن دارد.
اغلب عناصرآلياژي اضافه شده در فولادهاي ماريجينگ (به استثناء کبالت ) درجه حرارت شروع مارتنزيت را کاهش مي دهند.
يکي از دونوع ممکن مارتنزيت که در سيستم آلياژي آهن- نيکل ممکن است شکل بگيرد بستگي به مقدار نيکل در ماده مورد سوال ميباشد.در سرعتهاي سرد کردن بالا در فولادهاي شامل 5 تا 10 درصد نيکل ،و بيش از 10 درصد پايين آوردن سرعت سرد کردن، لازمه شکل گيري مارتنزيت در فولادها مي انجامد وشکل گيري کامل ساختار مارتنزيتي را تعيين مي کند.در فولادهاي شامل 25 درصد نيکل ، مارتنزيت لايه اي وبالاي 25 درصد مارتنزيت دو قلويي داريم .مطالعه برروي آلياژهاي مارجنيگ آهن – 7 درصد کبالت 5 درصد موليبدن و4/. درصد تيتانيم در ( ماريجينگ 18 درصد نيکل 250 ) شامل مقادير متفاوت نيکل نشان مي دهد که يک ساختار مارتنزيتي لايه اي با مقادير نيکل بيش از 23 درصد بدست مي آيد .
اگر چه مقادير نيکل بيش از 23 درصد شکل گيري مارتنزيت دو قلويي را نتيجه داده است . معمولا يک ساختار مارتنزيتي لايه اي در فولادهاي ماريجينگ ترجيح داده مي شود زيرا در مدت پير سازي اين ساختار سخت تر از يک ساختار مارتنزيتي دو قلويي ميباشد.

چگونگي انجام عمليات حرارتي فولادهاي ماريجينگ:

تابکاري انحلالي : تابکاري انحلالي مستلزم حرارت دادن آلياژي به اندازه کافي،بالاي درجه حرارت پايان آستنيت و نگهداري در زمان کافي تا جا گيري عناصر در محلول جامد و سرد کردن آن تا دماي اتاق .متداول ترين سيکل عمليات حرارتي براي فولادهاي ماريجينگ 18 درصد نيکل 200 ،250 300 درگير کردن آلياژهاي در دماي 815 درجه سانتيگراد به مدت يک ساعت و سپس سرد کردن آن بوسيله هوا.توليد براي کاربردهاي فورجينگ معمولا در حالت آنيل نشده خريداري مي شود زيرا حرارت دادن سيکل تابکاري حرارتي قبلي را خنثي ميکند .استفاده از خلا ، کنترل گردش هواي اتمسفر ، تمام نمک خنثي يا کوره هاي سيال تخت براي حداقل کردن صدمات سطحي ممکن است مورد نياز باشد .
اثرزمان و درجه حرارت تابکاري بر خواص پيرسازي: اطلاعات نشان ميدهد که بيشترين استحکام در دماي تابکاري انحلالي 800 تا815 درجه بوجود مي آيد. استحکام وانعطاف پذيري پايين تر با درجه حرارت تابکاري از 760 تا 800 درجه ناشي از انحلال ناقل عناصر سخت کننده ميباشد و کاهش استحکام مربوط به درجه حرارت تابکاري انحلالي بالاي 815 درجه ناشي از درشتي ساختار دانه ها ميباشد. سرعت سرد شدن بعد از تابکاري انحلالي از اهميت کمتري برخورداراست چون اثر کمتري بر خواص زير ساختاري ومکانيکي دارد.
اصلاح دانه ها بوسيله سيکل حرارتي : سيکل حرارتي فولادهاي ماريجينگ بين درجه حرارت پايان مارتنزيت و دماي بسيار بالاتر از دماي تابکاري انحلال مي تواند براي اصلاح ساختار دانه هايي که درشت هستند استفاده شود.اين عمل استحاله برشي کم نفوذ ، مارتنزيت به آستنيت واز آستنيت به مارتنزيت نيروي محرکه براي تبلور مجدد در حين سيکلهاي حرارتي تامين ميکند.

پير سختي:

نوعي پير سختي بعد از تابکاري انحلالي معمولا شامل حرارت دادن آلياژ تا رنج دمايي 455 تا 510 درجه سانتيگراد و نگاه داشتن در اين دما به مدت 3 الي 12 ساعت وخنک کردن آن در معرض هوا تا دماي اتاق مي باشد. استفاده از فولادهاي ماريجينگ در کاربردهاي مانند ابزارآلات دايکست لازم است استفاده از يک حرارت پير سازي تقريبا 530 درجه سانتيگراد که ساختار متعادلي را فراهم مي کند و از نظر حرارتي تثبيت شده است. هنگامي که زمان پير سازي افزايش پيدا ميکند تا جائيکه به نقطه اي مي رسيم که سختي واستحکام شروع به کاهش ميکند به علت شکل گيري بازگشت آستنيت که معمولا از ذرات ريز باندهاي آستنيت دور دانه اي قبلي شروع ميشود.

کار سرد وپير سازي :

استحکام تسليم واستحکام نهايي کششي فولادهاي ماريجينگ مي توانند بوسيله کار سرد قبل از پير سازي تا 15 درصد افزايش پيدا کنند . بوسيله کار سرد قبل از تابکاري انحلالي ماده بالاي 50 درصد کاهش قبل از پير سازي ،نتيجه رسيده است .اين سازگاري کمي با انعطاف پذيري وچغرمگي است .از کاهش سرما بيش از 50 درصد بايد خوداري شود زيرا ممکن است که پوسته پوسته شدن توليدات بوجود آيد.

نيتريده کردن :

سختي سطح را مي تواند بوسيله نيتريده کردن فولادهاي ماريجينگ در آمونياک بدست آيد . سطح سختي معادل 65 تا70 راکول سي به عمق 15/0 ميليمتر بعد از نيتريده کردن به مدت 24 الي 48 ساعت در دماي 455 درجه سانتيگراد ميتواند بدست آيد. نيترده کردن در اين دما مي تواند همزمان با پيرسختي اتفاق بيافتد . حمام نمک نيتريده کردن براي 90 دقيقه در دماي 540 درجه سانتيگراد بخوبي مي تواند اين عمل را شکل بدهد اگر چه براي پرهيز از فوق پير سازي شدن بيش از حد اين عمل بايد بخوبي کنترل شود. استحکام خستگي ومقاومت به سايش فولادهاي ماريجينگ بوسيله نيتريده کردن بهبود پيدا مي کنند.

پخت :

عملياتي است براي حذف هيدروژن که در دماي پايين بين150 تا 200 درجه سانتيگراد قرارميگيرد. تردي هيدروژن ممکن است در فولادهاي ماريجينگ اتفاق بيافتد وقتي که در معرض کارهاي الکترومکانيکي مثل آبکاري قرار ميگيرد. حذف هيدروژن کار مشکلي است بايد در يک سيکل عمليات حرارتي (پخت) بين 3تا 10 ساعت قرار بگيرد.
سند بلاست موثرترين روش براي حذف اکسيد ناشي عمليات حرارتي است . فولادهاي ماريجينگ را ميتوان بوسيله مواد شيميائي تميز کننده مثل اسيد شوئي در محلول اسيد سولفوريک يا محلول اسيد كلريدريك و اسيدنيتريك واسيد هيدروفلوريک . اگر چه بايد مراقب بود که بيش از حد اسيد شوئي نشود
عمليات حرارتي كه روي اين نوع فولادها انجام مي گيرد عبارت است از عمليات محلول سازي در دماي بالاتر از 1000 C0 و نگهداري در اين دما به مدت يك ساعت به منظور اينكه كاربيدهاي آلياژي كاملا حل شوند و ساختار 100% آستنيته تشكيل گردد.
به علت وجود عناصر آلياژي منحني TTT براي اين فولاد به سمت راست حركت مي كند. پس با سرد كردن اين فولاد در هوا نيز ساختاري مارتنزيتي داريم كه مارتنزيت بدست آمده نرم بوده و قابليت كار مكانيكي دارد. ساختار مارتنزيتي ايجاد شده را در 480-500 درجه تمپر مي كنند. اين تمپر كردن منجر به يك رسوب سختي قوي مي گردد. رسوبات بين فلزي به واسطه مارتنزيت كه فوق اشباع از عناصر آلياژي است صورت مي گيرد . ساختار فولادهاي ماريجينگ تجاري با حداكثر سختي مي تواند شامل رسوبات كوهرنت از فاز نيمه پايدار Ni3Mo و Ni3Ti باشد. ذرات ميان مرحله اي اينتر متاليك در فولاد ماريجينگ به شدت پراكنده هستند كه ناشي از رسوب آنها در نابجايي ها است . ساختار فولادهاي ماريجينگ داراي دانسيته بالايي از نابجايي ها است . كه در چيدمان مجدد لتيس مارتنزيت ظاهر مي شوند . در مارتنزيت دوقلويي نشده ، چگالي ديسلوكيشن ها 1011 - 1012 cm-2 است كه مشابه فلزات شديدا كار سخت شده است.
اين طور فرض مي شود كه رسوب فازهاي ميان مرحله اي در هنگام تمپر كردن فولادهاي ماريجينگ مقدم تر از جدايش اتم هاي اجزاء آلياژي در ديسلوكيشن ها است . اين اتمسفر شكل گرفته در ديسلوكيشن ها به عنوان مراكزي براي تمركز لايه هاي بعدي مارتنزيت كه با عناصر آلياژي اشباع شده اند بكار مي رود. در فولادهاي ماريجينگ ساختار ديسلوكيشن ها كه در ضمن استحاله مارتنزيت شكل مي گيرد . بسيار پايدار است . و در طي گرمادهي بعدي و در دماي بهينه تمپرينگ عملا بدون تغيير مي ماند .
دانسيته بالاي ديسلوكيشن ها در طي تمپرينگ ممكن است به علت فضاي محسوس و پين شدن انها بوسيله تفرق رسوبات باشد . نگه داري زياد در يك دماي تمپر بالا ( بيشتر يا 550 C0 ) مي تواند رسوبات را درشت و فضاي ميان ذره اي را افزايش دهد . كه بر خلاف آن از دانسيته ديسلوكيشن ها كاسته مي شود . با زمان نگه داري بالا رسوبات سمي كوهرنت اينتر متاليك با رسوبات درشت اينكوهرنت از فازهاي پايداري چون Fe2Mo يا Fe2Ni جايگزين مي شوند. در دماي افزايش يافته تمپرينگ ؛ فولادهاي ماريجينگ ممكن است متحمل استحاله معكوس مارتنزيت شوند . به طور كلي مي توان گفت كه خصوصيات استحكامي اين نوع از فولاد ها بعد از يك نرمي به سوي ماكزيمم افزايش پيدا مي كند . سختي موثر به علت شكل گيري جدايش در ديسلوكيشن ها و شكل گيري رسوبات كوهرنت از فازهاي مياني همچون Ni3Ti و Ni3Mo است . دليل نرم شدن را نيز مي توان گفت كه به علت جايگزيني رسوبات پراكنده كه فضاي ميان ذره اي زيادي دارند و استحاله معكوس مارتنزيت است.

استفاده از کامپوزيت‌ها به جاي فولاد

استفاده از مصالح جديد و به خصوص کامپوزيت‌ها به جاي فولاد در دهة اخير در دنيا به شدت مورد علاقه بوده است. کامپوزيت‌ها از يک مادة چسباننده (اکثراً اپوکسي) و مقدار مناسبي الياف تشکيل يافته است. اين الياف ممکن است از نوع کربن، شيشه، آراميد و ... باشند، که کامپوزيت حاصله به ترتيب، به نام AFRP, GFRP, CFRP خوانده مي‌شود. مهمترين حسن کامپوزيت‌ها، مقاومت بسيار عالي آنها در مقابل خوردگي است. به همين دليل کاربرد کامپوزيت‌هاي FRP در بتن‌آرمه به جاي ميلگردهاي فولادي، بسيار مورد توجه قرار گرفته است لازم به ذکر است که خوردگي ميلگرد در بتن مسلح به فولاد به عنوان يک مسئلة بسيار جدي تلقي مي‌گردد. تاکنون بسياري از سازه‌هاي بتن‌آرمه در اثر تماس و مجاورت با سولفاتها، کلرورها و ساير عوامل خورنده دچار آسيب جدي گرديده‌اند، چنانچه فولاد به کار رفته در بتن تحت تنش‌هاي بالاتر در شرايط بارهاي سرويس قرار گيرند، اين مسئله به مراتب بحراني‌تر خواهد بود. يک سازة بتن‌آرمة معمولي که به ميلگردهاي فولادي مسلح است، چنانچه در زمان طولاني در مجاورت عوامل خورنده نظير نمک‌ها، اسيدها و کلرورها قرار مي‌گيرد، قسمتي از مقاومت خود را از دست خواهد داد. به علاوه فولادي که در داخل بتن زنگ مي‌زند، بر بتن اطراف خود فشار آورده و باعث خرد شدن آن و ريختن پوستة بتن مي‌گردد.
تاکنون تکنيک‌هايي جهت جلوگيري از خوردگي فولاد در بتن‌آرمه توسعه داده شده و به کار رفته است که در اين ارتباط مي‌توان به پوشش ميلگردها توسط اپوکسي، تزريق پليمر به سطح بتن و يا حفاظت کاتديک اشاره نمود. با اين وجود هر يک از اين روش‌ها تا حدودي و فقط در بعضي از زمينه‌ها موفق بوده‌اند. به همين جهت به منظور حذف کامل خوردگي ميلگردها، توجه محققين و متخصصين بتن‌آرمه به حذف کامل فولاد و جايگزيني آن با مواد مقاوم در مقابل خوردگي معطوف گرديده است. در همين راستا کامپوزيت‌هاي FRP )پلاستيک‌هاي مسلح به الياف) از آنجا که به شدت در محيط‌هاي نمکي و قليايي در مقابل خوردگي مقاوم هستند، موضوع تحقيقات گسترده‌اي به عنوان يک جانشين مناسب براي فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌هاي ساحلي و دريايي گرديده‌اند.
لازم به ذکر است که اگر چه مزيت اصلي ميلگردهاي از جنس FRP مقاومت آنها در مقابل خوردگي است، با اين وجود خواص ديگر کامپوزيت‌هاي FRP نظير مقاومت کششي بسيار زياد (تا 7 برابر فولاد)، مدول الاستيسيتة قابل قبول، وزن کم ، مقاومت خوب در مقابل خستگي و خزش، عايق بودن در مقابل امواج مغناطيسي و چسبندگي خوب با بتن، مجموعه‌اي از خواص مطلوب را تشکيل مي‌دهد که به جذابيت کاربرد FRP در بتن‌آرمه افزوده‌اند. اگر چه بعضي از مشکلات نظير مشکلات مربوط به خم کردن آنها و نيز رفتار کاملاً خطي آنها تا نقطة شکست، مشکلاتي از نظر کاربرد آنها فراهم نموده‌اند که امروزه موضوع تحقيقات گسترده‌‌اي به عنوان يک جانشين مناسب براي فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌هاي ساحلي و دريايي گرديده‌اند.
با توجه به آنچه که ذکر شد ، بسيار به جاست که در ارتباط با کاربرد کامپوزيت‌هاي FRP در بتن‌ سازه‌هاي ساحلي و دريايي مناطق جنوبي ايران و به خصوص منطقة خليج‌فارس، تحقيقات گسترده‌اي صورت پذيرد. در همين راستا مناسب است که تحقيقات مناسبي بر انواع کامپوزيت‌هاي FRP(AFRP, CFRP, GFRP) و ميزان مناسب بودن آنها براي سازه‌هاي دريايي که در منطقة خليج‌فارس احداث شده است، صورت پذيرد. اين تحقيقات شامل پژوهش‌هاي گستردة تئوريک بر رفتار سازه‌هاي بتن‌آرمة متداول در مناطق دريايي (به شرط آنکه با کامپوزيت‌هاي FRP مسلح شده باشند) خواهد بود. در همين ارتباط لازم است کارهاي تجربي مناسبي نيز بر رفتار خمشي، کششي و فشاري قطعات بتن‌آرمة مسلح به کامپوزيت‌هاي FRP صورت پذيرد.
لازم به ذکر است که چنين تحقيقاتي در 10 سال اخير در دنيا صورت گرفته که نتيجة اين تحقيقات منجمله آئين‌نامة ACI-440 است که در چند سال اخير انتشار يافته است. با اين وجود کامپوزيت‌هاي FRP در ايران کماکان ناشناخته باقي مانده است و به خصوص کاربرد آنها در بتن‌آرمه در سازه‌هاي ساحلي و دريايي کاملاً دور از چشم متخصصين و مهندسين ايراني بوده است. تحقيقاتي که در اين ارتباط صورت خواهد گرفت، مي‌تواند منجر به تهية دستورالعمل و يا حتي آئين‌نامه‌اي جهت کاربرد FRP در بتن‌آرمه به عنوان يک جسم مقاوم در مقابل خوردگي در سازه‌هاي بندري و دريايي ايران گردد. اين حرکت مي‌تواند فرهنگ کاربرد اين مادة جديد در بتن‌آرمة ايران را بنيان گذارد و از طرفي منجر به صرفه‌جويي‌ ميلياردها ريال سرمايه‌اي ‌شود که متأسفانه همه ساله در سازه‌هاي بتن‌آرمة احداث شده در مناطق جنوبي ايران (به خصوص در مناطق بندري و دريايي)، به جهت خوردگي ميلگردها و تخريب و انهدام سازة بتني، به‌هدر مي‌رود.
مآخذ :
http://www.worldsteel.org
http://www.uneptie.org/
http://www.rahyarbamin.com
http://www.netiran.com/
http://www.key-to-steel.com/
http://www.bamehrgan.com/
http://www.sanatekhodro.com/
http://steel-institute.ir/
http://www.infosanat.com
http://metallurg.mihanblog.com
آفتاب
دانشنامه? رشد
مراجع:
گلعذار، محمدعلي - عمليات حرارتي فولادها - انتشارات دانشگاه صنعتي اصفهان- 1383
• M. S. Andrade, O. A. Gomes, J. M. C. Vilela, A. T. L. Serrano and J. M. D. de Moraes, Formability Evaluation of Two Austenitic Stainless Steels, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Science & Engineering, 24, 47-50 2004.
• A. Westgren and G. Phragmen, X-ray studies on the crystal structure of steel, Journal of Iron Institute, 105, 241-262, 1922.
• H. K. D. H. Bhadeshia, Bainite in Steels, 2nd Edition, Institute of Materials, Woodhead Pub Ltd, 2001, ISBN 1861251122
• Zenji NISHIYAMA, Atsuo KORE'EDA and Ken'ichi SHIMIZU, Morphology of the Pearlite Examined by the Direct Observation Method of Electron Microscopy, Journal of Electron Microscopy, 7, 41-47, 1959.
• V. B. Spiridonov, Yu. A. Skakov and V. N. Iordanskii, Microstructure of martensite in chromium-nickel steel, Metal Science and Heat Treatment, 6, 630-632, 1964. doi:10.1007/BF00648705
• . The family of steels for plastic moulding- LUCCHINI SIDERMER -MECCANICA- June 2005
• . Tool steels for the plastics industry-Edelstahlwerke Buderus AG-2007
• . Plastic mould steels-FLETCHER EASYSTEEL-2007
• . Steels for plastic moulding-EDELSTAHL WITTEN- KREFELD GMBH-2007
• . Plastic mould steels- BOHLER-11.2003
• . Plastic mould steels- ESCHMANN STAHL-2007
• . Table of plastic steels properties- ASSAB-2008
/خ