آلیاژ های فولاد ضد زنگ در جزئیات: عناصر اصلی، ویژگی های اصلی و طبقه بندی فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ معمولاً به پنج دسته تقسیم می شود: آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، دوفازی و رسوبی سخت شونده. این دسته بندی ها واقعی هستند و دلیل رفتار یک گرید به شکلی که دارد نیستند. یک گرید به دلیل دو عدد که از ترکیب آن محاسبه می شود در جای خود قرار می گیرد و مقاومت به خوردگی آن را می توان با عدد سوم رتبه بندی کرد. هنگامی که این سه عدد روی صفحه قرار گرفتند، پنج دسته به مناطق روی نقشه تبدیل می شوند و نه برچسب هایی برای حفظ کردن.

عدد اول محتوای کروم است و یک آستانه است و نه یک مقیاس. جفت دوم معادل های کروم و نیکل هستند که تعیین می کنند ساختار تشکیل شده در هنگام سرد شدن فریت، آستنیت یا مخلوطی از آنها باشد. عدد سوم عدد معادل مقاومت در برابر حفره زایی است که کروم، مولیبدن و نیتروژن را به یک رقم واحد تبدیل می کند که می تواند در بین گریدها مقایسه شود.

این صفحه سه مورد را شرح می دهد، نشان می دهد که گریدهای رایج در هر کدام کجا قرار می گیرند و مکانیسم واحدی را توضیح می دهد که محافظت ارائه شده توسط عدد اول را از بین می برد: کرومی که فیلم غیرفعال را تشکیل می دهد می تواند توسط کربن در مرزهای دانه گرفته شود.

کروم چیزی است که آلیاژ را ضد زنگ می کند. بالاتر از حدود ۱۰.۵ درصد در محلول جامد، فلز یک فیلم نازک و پیوسته اکسید کروم روی سطح خود تشکیل می دهد و این فیلم چیزی است که فولاد ضد زنگ را از فولاد کم آلیاژ که صرفاً حاوی کروم است جدا می کند. در زیر این سطح، فیلم پیوسته نیست و آلیاژ مانند فولاد معمولی زنگ می زند.

آستانه بیانیه ای در مورد کروم در محلول است و نه در مورد کروم در تجزیه و تحلیل. اگر کروم در یک رسوب گره خورده باشد، برای تشکیل فیلم در دسترس نیست و آلیاژ طوری رفتار می کند که گویی کمتر از آن را در بر دارد. این تمایز کل موضوع بخش آخر است و توضیح می دهد که چرا گریدی که گواهی خود را برآورده می کند همچنان می تواند در جوش خوردگی کند.

نیکل کار متفاوتی انجام می دهد. فیلم را ایجاد نمی کند و در هر خانواده برای مقاومت در برابر خوردگی لازم نیست. نقش آن تثبیت آستنیت است، به همین دلیل گریدهای آستنیتی حاوی ۶ تا ۲۲ درصد نیکل در محدوده ترکیباتی هستند که معمولاً فروخته می شوند و چرا گریدهای فریتی حاوی مقدار کمی یا بدون نیکل هستند.

کروم و مولیبدن هر دو فریت را ترجیح می دهند. نیکل، کربن و منگنز آستنیت را ترجیح می دهند. نمودار شافل ترکیب کامل را به دو عدد کاهش می دهد که این تمایلات را در بر می گیرد و یک گرید با محاسبه هر دو روی نمودار قرار می گیرد.

عبارت کربن، نتیجه ای را توضیح می دهد که خریداران را شگفت زده می کند. دو گرید با محتوای نیکل یکسان می توانند در مناطق مختلف قرار گیرند اگر سطوح کربن آنها متفاوت باشد، زیرا کربن در این عبارت سی برابر نیکل در تثبیت آستنیت مؤثر است. این یکی از دلایلی است که یک نسخه کم کربن از یک گرید صرفاً یک نسخه تمیزتر از همان گرید نیست و چرا پسوند L در نقشه هایی که جوشکاری درگیر است ظاهر می شود.

ردیف آستنیتی دارای یک شرط است که کتاب های درسی اغلب آن را حذف می کنند. یک گرید آستنیتی بازپخت شده غیر مغناطیسی است و یک گرید کار سرد شده کاملاً غیر مغناطیسی نیست. کار سرد می تواند در یک گرید آستنیتی ناپایدار مارتنزیت تشکیل دهد، بنابراین یک قطعه عمیق کشیده شده یا به شدت نورد شده می تواند پاسخی مغناطیسی نشان دهد که گواهی بازپخت شده پیش بینی نمی کند. مشخصاتی که رفتار غیر مغناطیسی را الزامی می کند باید آن را در وضعیت نهایی و نه در وضعیت بازپخت شده بیان کند.

حفره زایی حالت خرابی است که ماده را در سرویس کلرید تعیین می کند و به سه عنصر و نه یک عنصر بستگی دارد. عدد معادل مقاومت در برابر حفره زایی آنها را در یک رقم واحد ترکیب می کند و شکل استاندارد کروم به علاوه ۳.۳ برابر مولیبدن به علاوه ۱۶ برابر نیتروژن است.

این عدد گریدهای رایج را در مقیاسی از حدود ۱۶ تا بیش از ۷۰ قرار می دهد و این مقیاس دلیل این است که چرا ۳۱۶ برای یک سایت ساحلی مشخص می شود و ۳۰۴ اینطور نیست.

دو آستانه ارزش به خاطر سپردن دارند زیرا در مشخصات خرید ظاهر می شوند. PREN حداقل ۳۲ رقمی است که معمولاً برای مقاومت در برابر حفره زایی در آب دریا استفاده می شود و PREN ۴۰ یا بالاتر رقمی است که معمولاً برای سرویس سولفید هیدروژن و برای سرویس آب دریا با ریسک بالاتر استفاده می شود. اینها مقادیر غربالگری هستند و نه تضمین، و پاراگراف بعدی دلیل آن را توضیح می دهد.

محدودیت توسط انجمنی که محاسبه را منتشر می کند بیان شده است. PREN برای رتبه بندی گریدها در یک خانواده مفید است و نمی تواند پیش بینی کند که آیا یک گرید خاص برای یک کاربرد خاص مناسب است یا خیر. یک ۲۲۰۵ و یک ۹۰۴L با PREN مشابه رفتار یکسانی ندارند، زیرا یکی دوفازی و دیگری آستنیتی است و مقایسه فقط بین گریدها با ساختار یکسان معنی دار است. دما، پرداخت سطح، جریان و وجود رسوبات همگی پاسخ را تغییر می دهند و هیچ کدام از آنها در فرمول ظاهر نمی شوند.

کروم فقط تا زمانی که در محلول باقی بماند فیلم را تشکیل می دهد. کربن آن را حذف می کند و این کار را در مرزهای دانه انجام می دهد. هنگامی که یک فولاد ضد زنگ آستنیتی در محدوده دمایی حدود ۵۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد نگهداری می شود، کربن در آلیاژ در مرزها با کروم ترکیب می شود تا کاربیدهای کروم را تشکیل دهد و فلز بلافاصله در کنار هر کاربید از کروم تهی می شود.

منطقه تهی شده باریک و پیوسته در امتداد مرز است، بنابراین آلیاژ اکنون مسیری از طریق خود دارد که دیگر ضد زنگ نیست در حالی که بخش عمده ای از دانه هنوز ضد زنگ است. یک محیط خورنده به آن مسیر حمله می کند و نتیجه خوردگی بین دانه ای است که شبیه اتصالی است که لبه های خود را از دست داده است و نه سطحی که زنگ زده است.

دو پاسخ استاندارد با مکانیسم های مختلف کار می کنند. گرید L کربن موجود را کاهش می دهد، بنابراین کاربید کمتری می تواند تشکیل شود. گرید پایدار تیتانیوم یا نیوبیوم اضافه می کند که با کربن راحت تر از کروم ترکیب می شوند، بنابراین کروم در محلول باقی می ماند. هر دو صحیح هستند و قابل تعویض نیستند: یک گرید پایدار می تواند در دمای بالاتری نسبت به گرید L استفاده شود و یک گرید L معمولاً ارزان تر است.

یک گرید باید بر اساس مکانیسمی انتخاب شود که انتظار می رود قطعه را پایان دهد. جدول مکانیسم را به خانواده و عدد پیش بینی کننده آن مرتبط می کند.

DLX محصولات فولاد ضد زنگ و آلیاژ نیکل را از چانگژو، جیانگ سو، در سیم از ۰.۰۲۵ میلی متر، میله گرد تا ۵۰ میلی متر، نوار از ۰.۵۰ میلی متر تا ۲.۵ میلی متر ضخامت، و لوله و صفحه در اندازه های استاندارد آسیاب عرضه می کند. این محدوده شامل خانواده های آستنیتی، فریتی، دوفازی و رسوبی سخت شونده، همراه با آلیاژهای نیکل مورد استفاده در مواردی است که یک گرید ضد زنگ در کلرید یا اسید کاهنده به حد خود می رسد.

مواد بر اساس گرید ذکر شده در سفارش، با گواهی EN 10204 3.1 در صورت درخواست و شماره حرارت قابل ردیابی به نتایج آزمایش عرضه می شوند. سوال مفید این نیست که یک گرید به کدام خانواده تعلق دارد، بلکه این است که کدام مکانیسم انتظار می رود قطعه را پایان دهد و کدام عدد آن مکانیسم را پیش بینی می کند.

زیرا این سطحی است که در آن فیلم اکسید کروم به اندازه کافی پیوسته می شود تا سطح را محافظت کند. زیر آن فیلم ناقص است و آلیاژ مانند فولاد کم آلیاژ زنگ می زند. آستانه به کروم در محلول اعمال می شود، بنابراین آلیاژی که کروم آن توسط کاربیدها مصرف شده است می تواند طوری رفتار کند که گویی زیر خط است حتی زمانی که گواهی خلاف آن را می گوید.

مولیبدن. گرید ۳۱۶ آن را اضافه می کند و مولیبدن وزنی معادل ۳.۳ در عدد مقاومت در برابر حفره زایی دارد که مقدار را از حدود ۱۹ برای ۳۰۴ به حدود ۲۷ برای ۳۱۶ می رساند. این برای تأثیرگذاری در سرویس کلرید کافی است و برای رسیدن به آستانه آب دریا ۳۲ کافی نیست، به همین دلیل است که یک کاربرد ساحلی اغلب به ۹۰۴L، به یک گرید دوفازی یا به یک آلیاژ نیکل منتقل می شود.

در وضعیت بازپخت شده غیر مغناطیسی است و در وضعیت کار سرد شده ممکن است نباشد. کار سرد می تواند در یک گرید آستنیتی ناپایدار مارتنزیت تشکیل دهد، بنابراین یک قطعه عمیق کشیده شده یا به شدت نورد شده می تواند پاسخی مغناطیسی نشان دهد که گواهی بازپخت شده پیش بینی نمی کند. مشخصاتی که رفتار غیر مغناطیسی را الزامی می کند باید وضعیت اندازه گیری آن را بیان کند.

این از دست دادن کروم از مرزهای دانه هنگام تشکیل کاربیدهای کروم در محدوده حدود ۵۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد است. جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت آن در هنگام خنک شدن از این محدوده عبور می کنند، بنابراین مرز به مسیری تبدیل می شود که دیگر ضد زنگ نیست در حالی که داخل دانه ها هنوز ضد زنگ هستند. نتیجه خوردگی بین دانه ای است و پاسخ های استاندارد گرید کم کربن یا گرید پایدار هستند.

این یک ابزار غربالگری است و نه یک روش انتخاب. گریدها را در یک خانواده رتبه بندی می کند و نمی تواند پیش بینی کند که آیا یک گرید خاص برای یک کاربرد خاص مناسب است یا خیر. یک گرید دوفازی و یک گرید آستنیتی با مقادیر مشابه رفتار یکسانی ندارند و دما، پرداخت سطح، جریان و رسوبات همگی پاسخ را بدون ظاهر شدن در فرمول تغییر می دهند.

کم کربن. حد کربن به حدود ۰.۰۳ درصد کاهش می یابد که مقدار کاربید کروم را که می تواند در مرزهای دانه در طول جوشکاری تشکیل شود، کاهش می دهد. این پاسخ استاندارد برای یک قطعه ساخته شده است که پس از جوشکاری نمی توان آن را مجدداً در محلول بازپخت کرد و هزینه آن کمتر از یک گرید پایدار است.

فولاد ضد زنگ پنج خانواده است که توسط دو معادل محاسبه شده قرار می گیرند، توسط یک آستانه محافظت می شود و در سرویس کلرید توسط یک عدد رتبه بندی می شود. کروم بالاتر از حدود ۱۰.۵ درصد در محلول فیلم را تشکیل می دهد. معادل های کروم و نیکل تعیین می کنند که آیا ساختار فریت، آستنیت یا مخلوطی از آنها است. عدد مقاومت در برابر حفره زایی، کروم به علاوه ۳.۳ برابر مولیبدن به علاوه ۱۶ برابر نیتروژن، گریدها را در یک خانواده رتبه بندی می کند و آستانه های غربالگری ۳۲ و ۴۰ را تعیین می کند.

محافظت را می توان بدون تغییر گواهی حذف کرد. کربن کروم را از مرزهای دانه بین حدود ۵۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد می گیرد و جوش معمولاً جایی است که این اتفاق می افتد. یک گرید کم کربن یا یک گرید پایدار از آن جلوگیری می کند و انتخاب بین آنها به دمای سرویس و هزینه بستگی دارد.

نمودار شافل و عبارات معادل، همانطور که در منابع متالورژی جوشکاری منتشر شده است: معادل کروم = Cr + Mo + 1.5 Si + 0.5 Nb، و معادل نیکل = Ni + 30 C + 0.5 Mn.

انجمن فولاد ضد زنگ بریتانیا، محاسبه اعداد معادل مقاومت در برابر حفره زایی. منبع عبارت PREN = Cr + 3.3 Mo + 16 N، محدوده های منتشر شده برای ۳۰۴، ۳۱۶، ۳۱۶L، ۹۰۴L، ۲۲۰۵ و ۲۵۰۷، و این بیان که PREN برای رتبه بندی و مقایسه مفید است اما نمی تواند پیش بینی کند که آیا یک گرید برای یک کاربرد معین مناسب است یا خیر.

داده های مقایسه PREN منتشر شده برای فولادهای ضد زنگ و آلیاژهای نیکل، با ارائه مقادیر واحد ۱۹ برای ۳۰۴، ۲۷ برای ۳۱۶، ۳۵ برای ۹۰۴L، ۳۶ برای ۲۲٠۵، ۴۳ برای ۲۵٠۷ و ۲۵۴ SMO، ۴۶ برای AL-6XN، ۵۱ برای آلیاژ ۶۲۵، و ۶۸ برای Hastelloy C-276.

راهنمایی فنی منتشر شده در مورد آستانه های PREN، بیان می کند که مقدار حداقل ۳۲ برای محافظت در برابر حفره زایی آب دریا استفاده می شود و ۴۰ یا بیشتر برای سولفید هیدروژن و برای سرویس شدیدتر آب دریا استفاده می شود.

تحقیقات منتشر شده در مورد حساس شدن فولاد ضد زنگ آستنیتی، توصیف رسوب کاربید کروم در مرزهای دانه و منطقه تهی شده کروم حاصل در محدوده دمایی حدود ۵۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد.

منابع متالورژی جوشکاری منتشر شده که حساس شدن در منطقه تحت تأثیر حرارت را توصیف می کنند و استفاده از گریدهای کم کربن و پایدار برای جلوگیری از آن.

EN 10088 و ASTM A240، به عنوان استانداردهای محصول که گریدهای ضد زنگ نامگذاری شده و محدوده های ترکیب ذکر شده را تعریف می کنند.

EN 10204، اسناد بازرسی، برای تعریف گواهی ۳.۱ به عنوان سندی که نتایج واقعی آزمایش را حمل می کند و توسط نماینده بازرسی مستقل سازنده تأیید شده است.

محدوده های ترکیب و مقادیر محاسبه شده در بالا ارقام استاندارد برای گریدهای نامگذاری شده هستند و محدودیت پذیرش برای یک دسته تحویل داده شده نیستند. PREN یک شاخص رتبه بندی است و نه یک نرخ خوردگی، و دو گرید با مقدار یکسان در خانواده های مختلف رفتار یکسانی ندارند. حساس شدن به محتوای کربن، زمان در محدوده و سرعت خنک شدن بستگی دارد، بنابراین گریدی که در یک ساخت مقاوم است می تواند در ساخت دیگری با همان تجزیه و تحلیل مورد حمله قرار گیرد. مقادیر خواص برای یک قطعه تحویل داده شده به وضعیت آن و جهت آزمایش بستگی دارد و گواهی یک دسته را توصیف می کند و نه یک جزء. مشخصات محصول بازبینی می شوند و نسخه نامگذاری شده در سفارش خرید حاکم است. هیچ چیز در این صفحه جایگزین انتشار مهندسی یا آزمایشات صلاحیت توافق شده بین خریدار و تامین کننده نیست.