راهنمای طراحی برای انتخاب و استفاده از فولادهای زنگ نزن + هندبوک

نویسنده: محمد سفیدموی آذر، عصر مواد

در سال ۱۹۶۷ چهل انسان بر اثر سقوط پل سیلوربریج در ایالت اوهایو امریکا کشته شدند، محققین علت ریزش پل را خوردگی ناشی از تنش اعلام کردند. این مطلب به تفصیل در کتاب مهندسی خوردگی توسط مارس فونتانا، رئیس مرکز تحقیقات خوردگی دانشگاه اوهایو، بررسی شده است. او هزینه های سالانه ناشی از خوردگی را در دهه ۱۹۸۰، تا ۱۲۰ بیلیون دلار در سال برای کشور امریکا اعلام کرده است که با گذشت زمان قطعاً افزایش هم داشته است. از میان روش های متعدد کنترل خوردگی، استفاده از مواد مقاوم در محیط های خورنده یکی از الزامات اولیه به منظور افزایش طول عمر قطعات و کاهش هزینه های ناشی از خوردگی است. تلاش ها به منظور افزایش مقاومت به خوردگی فولادها به عنوان مهم ترین دسته مواد مهندسی، منجر به ایجاد یک گروه اساسی در فولادها با نام فولاد زنگ نزن یا در اصطلاح عامیانه فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) شد. افزودن عناصر کروم و نیکل به فولاد، به عنوان عناصر آلیاژی اصلی در فولادهای زنگ نزن، منجر به بهبود قابل توجه رفتار آن ها در محیط های خورنده شده است. فولاد های زنگ نزن متناسب با نوع و مقدار عناصر آلیاژی می توانند در میکروساختارهای فازی مختلفی وجود داشته باشند که بر همین اساس نیز در چهار دسته طبقه بندی می شوند:

۱- فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی:

علت نامگذاری این گروه آن است که ساختار فازی این فولادها در دمای محیط شامل فاز مارتنزیت است. به دلیل وجود این فاز مغناطیسی در ساختار این فولادها، به این دسته از فولاد های زنگ نزن، بگیر یا مغناطیس نیز گفته می شود. کروم عنصر آلیاژی اصلی این دسته از فولاد ها است. مقاومت به خوردگی این فولاهاد در مقایسه با دو گروه بعدی پایین تر می باشد، اما به دلیل امکان آستنیته کردن در دماهای بالا و تبدیل آستنیت به مارتنزیت در هنگام سرد شدن از ناحیه آستنیتی، توانایی سخت شدن با عملیات حرارتی را دارند. کاربرد اصلی این گروه از فولاد ها زمانی است که مقاومت خوردگی متوسط به همراه سختی و استحکام بالا مورد نیاز باشد.

۲- فولادهای زنگ نزن فریتی:

علت نامگذاری این گروه آن است که ساختار فازی آن ها در دمای محیط شامل فاز فریت است. این فولادها از نظر عناصر آلیاژی مشابه فولادهای مارتنزیتی و بر پایه کروم می باشند، اما به علت اینکه ساختار فازی آن ها در اثر تاثیر مقدار بالای کروم در دمای محیط فریت است و امکان آستنیته کردن وجود ندارد، قابلیت سخت شوندگی با عملیات حرارتی را ندارند و تنها با کار مکانیکی سخت می شوند. مقاومت به خوردگی این گروه بیشتر از فولاد های زنگ نزن مارتنزیتی است و در دماهای بالاتر نیز رفتار بهتری دارند.

۳- فولادهای زنگ نزن آستنیتی:

علت نامگذاری این گروه آن است که ساختار فازی آن ها در دمای محیط شامل فاز آستنیت است. این دسته مشابه فولاد های فریتی قابلیت سخت شوندگی با عملیات حرارتی را ندارند و تنها با کار مکانیکی سخت می شوند. مشخصه اصلی در ترکیب شیمیایی این گروه حضور عنصر نیکل در کنار کروم به عنوان عناصر آلیاژی اصلی است. حضور توامان نیکل – کروم، باعث مقاومت به خوردگی بالاتر این گروه نسبت به تمام فولاد های زنگ نزن دیگر شده است و به همین دلیل پر کاربردترین گروه فولاد های زنگ نزن نیز به شمار می آیند. وجود عناصر آلیاژی دیگر مانند مولیبدن (در فولاد نوع ۳۱۶) منجر به افزایش بیشتر کارآیی و مقاومت به خوردگی نیز می شود.

۴- فولادهای زنگ نزن رسوب سختی:

روش افزایش سختی این گروه به صورت آنیل – سرد کردن در آب – پیر سختی به مدت طولانی در دمای بالا است. به جز نیکل و کروم، عناصری مانند مس، آلومینیوم و تیتانیوم جزء عناصر آلیاژی این دسته می باشند. مقاومت به خوردگی این فولاد نسبت به گروه های دیگر پایین تر است، اما به علت سختی بالاتر معمولاً برای کاربردهای سایشی همراه با مقاومت به خوردگی متوسط مناسب هستند. رفتار سایشی عالی این گروه از فولادها منجر به کاربرد گسترده آن ها در صنایع هوا – فضا شده است. از آلیاژهای پرکاربرد این گروه می توان به فولاد ۱۷-۴PH اشاره کرد.

به جز چهار دسته مذکور، گروه دیگری نیز به نام فولادهای زنگ نزن دو فازی یا دوپلکس وجود دارند که همان طور که از نام آن ها بر می آید، متشکل از دو فاز هستند. این فولاد ها درصدی تقریباً برابر از فازهای فریت و آستنیت دارند و شامل عناصر آلیاژی کروم، نیکل و مولیبدن به عنوان عناصر اصلی و نیز مقادیری مس و نیتروژن هستند. این فولاد ها به روش های کار مکانیکی و ریختگی تولید می شوند و مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به فولاد های زنگ نزن آستنیتی و فریتی دارند. استحکام بالا در کنار تافنس قابل قبول، این فولادها را از منظر خواص مکانیکی در میان فولادهای زنگ نزن متمایز می کند.

+ هندبوک راهنمای طراحی برای انتخاب و استفاده از فولادهای زنگ نزن

همراه با این نوشته، هندبوک “راهنمای طراحی برای انتخاب و استفاده از فولادهای زنگ نزن” تقدیم علاقمندان و کاربران وب سایت عصر مواد می شود. این هندبوک از سری هندبوک های طراحان است که توسط انجمن توسعه نیکل (NiDI)، زیر نظر انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) و انجمن تخصصی فولاد آمریکای شمالی (SSINA) و به منظور معرفی انواع فولادهای زنگ نزن و بررسی خواص، روش های ساخت و کاربرد آن ها در زمینه های مختلف تدوین شده است. عمده فعالیت انجمن NiDI در زمینه آلیاژ های پایه نیکل و کاربردهای آن در زمینه های مرتبط با خوردگی و نیز فولادهای زنگ نزن است. علاوه بر فعالیت های صنعتی و تولید محصولات، بخشی از فعالیت انجمن NiDI در حوزه تولید محتوا در قالب مقالات و تهیه هندبوک ها و راهنماهای مرتبط با زمینه خوردگی با تاکید بر فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای پایه نیکل به عنوان مواد مقاوم به خوردگی است.

هندبوک حاضر نگاهی کلی و جامع به فولادهای زنگ نزن دارد و در چند بخش به آن ها می پردازد:

تعریف فولاد های زنگ نزن و کاربرد ضد خوردگی آن ها
معرفی چهار گروه فولاد های زنگ نزن (مارتنزیتی، فریتی، آستنیتی و رسوب سختی)
بررسی خواص فولادهای زنگ نزن شامل خواص فیزیکی، مکانیکی در دمای محیط، مکانیکی در دماهای بالا و خواص حرارتی
روش های ساخت و پرداخت فولادهای زنگ نزن شامل فرایندهای شکل دهی سرد و گرم، جوشکاری، ماشینکاری و پرداخت نهایی
رفتار خوردگی فولادهای زنگ نزن
روش های حفاظت سطح به منظور بهبود رفتار خوردگی فولادهای زنگ نزن

هندبوک ” راهنمای طراحی برای انتخاب و استفاده از فولادهای زنگ نزن ” منبعی مناسب و کاربردی به منظور آشنایی کلی با فولاد های زنگ نزن، خواص و روش های تولید آن ها و بررسی رفتار خوردگی آن ها در محیط های خورنده می باشد.

این هندبوک را می توانید از لینک زیر در عصر مواد دریافت کنید:

Design Guidelines For The Selection and Use of Stainless Steel

فرمت: PDF

تعداد صفحه: ۵۴

زبان: انگلیسی

حجم: ۵۷۲ کیلوبایت

لینک دانلود: