تاریخچه فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ چیست؟

'زنگ نزن' ​​اصطلاحی است که در اوایل توسعه این فولادها برای کاربردهای کارد و چنگال ابداع شد.این نام به عنوان یک نام عمومی برای این فولادها پذیرفته شد و اکنون طیف گسترده ای از انواع فولاد و گریدها را برای کاربردهای مقاوم در برابر خوردگی یا اکسیداسیون پوشش می دهد.
فولادهای زنگ نزن آلیاژهای آهن با حداقل 10.5 درصد کروم هستند.سایر عناصر آلیاژی برای تقویت ساختار و خواص آنها مانند شکل پذیری، استحکام و چقرمگی برودتی اضافه می شوند.
این ساختار کریستالی باعث می شود چنین فولادهایی در دماهای پایین غیر مغناطیسی و کمتر شکننده باشند.برای سختی و استحکام بیشتر، کربن اضافه می شود.هنگامی که این فولادها تحت عملیات حرارتی کافی قرار می گیرند به عنوان تیغ، کارد و چنگال، ابزار و غیره استفاده می شوند.
مقادیر قابل توجهی منگنز در بسیاری از ترکیبات فولاد ضد زنگ استفاده شده است.منگنز ساختار آستنیتی را در فولاد مانند نیکل حفظ می کند، اما با هزینه کمتر.

عناصر اصلی در فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ یا فولاد مقاوم در برابر خوردگی نوعی آلیاژ فلزی است که به اشکال مختلف یافت می شود.این نیازهای عملی ما را به خوبی برآورده می کند که به سختی می توان حوزه ای از زندگی خود را پیدا کرد که در آن از این نوع فولاد استفاده نمی کنیم.اجزای اصلی فولاد ضد زنگ عبارتند از: آهن، کروم، کربن، نیکل، مولیبدن و مقادیر کمی از فلزات دیگر.

عناصر در فولاد ضد زنگ - تاریخچه فولاد ضد زنگ

اینها شامل فلزاتی مانند:

  • نیکل
  • مولیبدن
  • تیتانیوم
  • فلز مس

اضافات غیر فلزی نیز ساخته می شوند که عمده آنها عبارتند از:

  • کربن
  • نیتروژن
کروم و نیکل:

کروم عنصری است که فولاد ضد زنگ را ضد زنگ می کند.در شکل گیری فیلم منفعل ضروری است.عناصر دیگر می توانند بر کارایی کروم در تشکیل یا حفظ فیلم تأثیر بگذارند، اما هیچ عنصر دیگری به تنهایی نمی تواند خواص فولاد ضد زنگ را ایجاد کند.

در حدود 10.5٪ کروم، یک لایه ضعیف تشکیل می شود و محافظت ملایم جو را فراهم می کند.با افزایش کروم به 17-20 درصد که در سری فولادهای زنگ نزن آستنیتی نوع 300 معمول است، پایداری لایه غیرفعال افزایش می یابد.افزایش بیشتر در محتوای کروم محافظت بیشتری را فراهم می کند.

سمبل

عنصر

ال آلومینیوم
سی کربن
Cr کروم
مس فلز مس
Fe اهن
مو مولیبدن
منگنز منگنز
ن نیتروژن
نی نیکل
پ فسفر
اس گوگرد
ببینید سلنیوم
تا تانتالیوم
Ti تیتانیوم

نیکل ساختار آستنیتی (ساختار دانه یا کریستال) فولاد ضد زنگ را تثبیت می کند و خواص مکانیکی و ویژگی های ساخت را افزایش می دهد.مقدار نیکل 8 تا 10 درصد و بالاتر، تمایل فلز به ترک خوردگی را کاهش می دهد.نیکل همچنین در صورتی که فیلم آسیب ببیند، باعث تحریک مجدد می شود.

منگنز:

منگنز در ارتباط با نیکل، بسیاری از عملکردهای نسبت داده شده به نیکل را انجام می دهد.همچنین با گوگرد موجود در فولاد ضد زنگ برای تشکیل سولفیت های منگنز که مقاومت در برابر خوردگی حفره ای را افزایش می دهد، تعامل خواهد داشت.با جایگزینی منگنز به جای نیکل و سپس ترکیب آن با نیتروژن، استحکام نیز افزایش می یابد.

مولیبدن:

مولیبدن در ترکیب با کروم در تثبیت لایه غیرفعال در حضور کلریدها بسیار موثر است.در جلوگیری از خوردگی شکاف یا حفره موثر است.مولیبدن، در کنار کروم، بیشترین افزایش مقاومت در برابر خوردگی را در فولاد ضد زنگ ایجاد می کند.صنایع Edstrom از ضد زنگ 316 استفاده می کند زیرا حاوی 2-3٪ مولیبدن است که هنگام اضافه شدن کلر به آب محافظت می کند.

کربن:

کربن برای افزایش استحکام استفاده می شود.در گرید مارتنزیتی، افزودن کربن سخت شدن را از طریق عملیات حرارتی تسهیل می کند.

نیتروژن:

نیتروژن برای تثبیت ساختار آستنیتی فولاد ضد زنگ استفاده می شود که مقاومت آن را در برابر خوردگی حفره ای افزایش می دهد و فولاد را تقویت می کند.استفاده از نیتروژن باعث می شود تا میزان مولیبدن تا 6 درصد افزایش یابد که باعث بهبود مقاومت به خوردگی در محیط های کلرید می شود.

تیتانیوم و میوبیوم:

تیتانیوم و میوبیوم برای کاهش حساسیت فولاد ضد زنگ استفاده می شود.هنگامی که فولاد ضد زنگ حساس می شود، خوردگی بین دانه ای ممکن است رخ دهد.این امر به دلیل رسوب کاربیدهای کروم در مرحله خنک سازی هنگام جوشکاری قطعات ایجاد می شود.این باعث کاهش کروم در ناحیه جوش می شود.بدون کروم، فیلم غیرفعال نمی تواند تشکیل شود.تیتانیوم و نیوبیم با کربن برهمکنش می‌کنند و کاربید تشکیل می‌دهند و کروم را در محلول باقی می‌گذارند تا یک لایه غیرفعال تشکیل شود.

مس و آلومینیوم:

مس و آلومینیوم به همراه تیتانیوم را می توان به فولاد ضد زنگ اضافه کرد تا سخت شدن آن را رسوب دهد.سخت شدن با خیساندن در دمای 900 تا 1150 درجه فارنهایت به دست می آید.این عناصر یک ریزساختار بین فلزی سخت را در طول فرآیند خیساندن در دمای بالا تشکیل می دهند.

گوگرد و سلنیوم:

گوگرد و سلنیوم به ضد زنگ 304 اضافه می شود تا آزادانه آن را ماشین سازی کند.این فولاد ضد زنگ 303 یا 303SE می شود که توسط صنایع Edstrom برای ساخت شیرهای خوک، مهره ها و قطعاتی که در معرض آب آشامیدنی نیستند استفاده می شود.

انواع فولاد ضد زنگ

AISI درجات زیر را در میان موارد دیگر تعریف می کند:

همچنین به دلیل افزایش توانایی آن در مقاومت در برابر خوردگی آب شور در مقایسه با نوع 304، به عنوان فولاد ضد زنگ "دریایی" نیز شناخته می شود. SS316 اغلب برای ساخت کارخانه های بازفرآوری هسته ای استفاده می شود.

فولاد ضد زنگ 304/304L

تیپ 304 به دلیل محتوای کربن پایین تر از 302 استحکام کمی دارد.

فولاد ضد زنگ 316/316L

فولاد ضد زنگ نوع 316/316L یک فولاد مولیبدنی است که دارای مقاومت بهبود یافته در برابر سوراخ شدن توسط محلول های حاوی کلریدها و هالیدهای دیگر است.

فولاد ضد زنگ 310S

فولاد ضد زنگ 310S دارای مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون تحت دمای ثابت تا 2000 درجه فارنهایت است.

فولاد ضد زنگ 317 لیتری

317L یک فولاد نیکل کروم آستنیتی دارای مولیبدن است که مشابه نوع 316 است، با این تفاوت که محتوای آلیاژی در 317L تا حدودی بالاتر است.

فولاد ضد زنگ 321/321H

نوع 321 نوع پایه 304 است که با افزودن تیتانیوم به مقدار حداقل 5 برابر کربن به اضافه نیتروژن اصلاح شده است.

فولاد ضد زنگ 410

نوع 410 یک فولاد ضد زنگ مارتنزیتی است که مغناطیسی است، در محیط های ملایم در برابر خوردگی مقاومت می کند و شکل پذیری نسبتاً خوبی دارد.

DUPLEX 2205 (UNS S31803)

دوپلکس 2205 (UNS S31803) یا اوستا شفیلد 2205 یک فولاد ضد زنگ فریتی آستنیتی است.

فولادهای ضد زنگ نیز بر اساس ساختار کریستالی آنها طبقه بندی می شوند:
  • فولادهای زنگ نزن آستنیتی بیش از 70 درصد از کل تولید فولاد ضد زنگ را تشکیل می دهند.آنها حاوی حداکثر 0.15٪ کربن، حداقل 16٪ کروم و نیکل و / یا منگنز کافی برای حفظ ساختار آستنیتی در تمام دماها از منطقه برودتی تا نقطه ذوب آلیاژ هستند.یک ترکیب معمولی 18٪ کروم و 10٪ نیکل است که معمولاً به عنوان ضد زنگ 18/10 شناخته می شود که اغلب در ظروف تخت استفاده می شود.به طور مشابه 18/0 و 18/8 نیز موجود است.فولادهای ضد زنگ فوق آستنیتی مانند آلیاژی AL-6XN و 254SMO به دلیل محتوای بالای مولیبدن (بیشتر از 6%) و نیتروژن، مقاومت زیادی در برابر خوردگی حفره‌ای کلرید و خوردگی از خود نشان می‌دهند و محتوای نیکل بالاتر مقاومت بهتری را در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش-خوردگی تضمین می‌کند. بیش از سری 300محتوای آلیاژی بالاتر فولادهای "سوپراوستنیتی" به این معنی است که آنها بسیار گران هستند و عملکرد مشابه معمولاً با استفاده از فولادهای دوبلکس با هزینه بسیار کمتر قابل دستیابی است.
  • فولادهای زنگ نزن فریتی بسیار مقاوم در برابر خوردگی هستند، اما به مراتب از دوام کمتری نسبت به گریدهای آستنیتی برخوردارند و با عملیات حرارتی سخت نمی شوند.آنها بین 10.5٪ تا 27٪ کروم و نیکل بسیار کمی دارند، در صورت وجود.بیشتر ترکیبات شامل مولیبدن هستند.برخی، آلومینیوم یا تیتانیوم.گریدهای فریتی رایج شامل 18Cr-2Mo، 26Cr-1Mo، 29Cr-4Mo، و 29Cr-4Mo-2Ni است.
  • فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی به اندازه دو کلاس دیگر در برابر خوردگی مقاوم نیستند، اما بسیار قوی و سخت و همچنین ماشین‌پذیر هستند و می‌توانند با عملیات حرارتی سخت شوند.فولاد ضد زنگ مارتنزیتی حاوی کروم (12-14٪)، مولیبدن (0.2-1٪)، بدون نیکل و حدود 0.1-1٪ کربن است (به آن سختی بیشتری می بخشد اما مواد را کمی شکننده تر می کند).خاموش و مغناطیسی است.همچنین به عنوان فولاد سری 00 نیز شناخته می شود.
  • فولادهای زنگ نزن دوبلکس دارای ریزساختار مخلوطی از آستنیت و فریت هستند، هدف تولید مخلوط 50:50 است، اگرچه در آلیاژهای تجاری این مخلوط ممکن است 60:40 باشد.فولاد دوبلکس استحکام بهتری نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی دارد و همچنین مقاومت در برابر خوردگی موضعی به ویژه حفره، خوردگی شکاف و ترک خوردگی تنشی را بهبود می بخشد.آنها با کروم بالا و محتوای نیکل کمتر نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی مشخص می شوند.

تاریخچه فولاد ضد زنگ

چند مصنوع آهنی مقاوم در برابر خوردگی از دوران باستان باقی مانده است.یک نمونه معروف (و بسیار بزرگ) ستون آهن دهلی است که به دستور کومارا گوپتا اول در حدود سال 400 پس از میلاد ساخته شد. با این حال، برخلاف فولاد ضد زنگ، این مصنوعات دوام خود را نه به کروم، بلکه به دلیل محتوای بالای فسفرشان مدیون هستند. که همراه با شرایط آب و هوایی مطلوب محلی باعث تشکیل یک لایه غیرفعال محافظ جامد از اکسیدهای آهن و فسفات می شود، به جای لایه زنگ غیر محافظ و ترک خورده که در اکثر آهن آلات ایجاد می شود.

20171130094843 25973 - تاریخچه فولاد ضد زنگ
هانس گلداشمیت

مقاومت به خوردگی آلیاژهای آهن و کروم برای اولین بار در سال 1821 توسط متالورژیست فرانسوی پیر برتیه شناسایی شد که به مقاومت آنها در برابر حمله برخی اسیدها اشاره کرد و استفاده از آنها را در کارد و چنگال پیشنهاد کرد.با این حال، متالورژیست‌های قرن نوزدهم قادر به تولید ترکیبی از کربن کم و کروم بالا نبودند که در اکثر فولادهای ضد زنگ مدرن یافت می‌شود و آلیاژهای کروم بالا که می‌توانستند تولید کنند آنقدر شکننده بودند که مورد توجه عملی نباشند.
این وضعیت در اواخر دهه 1890 تغییر کرد، زمانی که هانس گلداشمیت آلمانی فرآیند آلومینوترمیک (ترمیت) را برای تولید کروم بدون کربن توسعه داد.در سالهای 1904-1911، چندین محقق، به ویژه لئون گیله فرانسوی، آلیاژهایی را تهیه کردند که امروزه به عنوان فولاد ضد زنگ در نظر گرفته می شوند.در سال 1911، فیلیپ مونارتز آلمانی در مورد رابطه بین محتوای کروم و مقاومت به خوردگی این آلیاژها گزارش داد.

هری برلی از آزمایشگاه تحقیقاتی Brown-Firth در شفیلد، انگلستان معمولاً به عنوان "مخترع" ضد زنگ شناخته می شود.

20171130094903 45950 - تاریخچه فولاد ضد زنگ
هری برلی

فولاد.در سال 1913، در حالی که به دنبال یک آلیاژ مقاوم در برابر فرسایش برای لوله های تفنگ بود، یک آلیاژ فولاد ضد زنگ مارتنزیتی را کشف کرد و متعاقباً صنعتی کرد.با این حال، پیشرفت‌های صنعتی مشابه همزمان در کارخانه‌های آهن کروپ در آلمان، جایی که ادوارد مورر و بنو استراوس در حال توسعه یک آلیاژ آستنیتی (21٪ کروم، 7٪ نیکل) بودند، و در ایالات متحده، جایی که کریستین دانتسیزن و فردریک بکت بودند، رخ داد. فولاد ضد زنگ فریتی را صنعتی می کردند.

لطفا توجه داشته باشید که ممکن است به مقالات فنی دیگری که منتشر کرده ایم علاقه مند باشید:


زمان ارسال: ژوئن-16-2022