فصل ششم تاریخچه استنلس استیل

02135089 شماره تماس
تاریخ استنلس استیل - فصل 6 - مقالات و کتاب های اولیه در مورد فولاد های ضد زنگ

فصل ششم از تاریخچه استنلس استیل به بررسی مقالات و کتاب های اولیه در رابطه با استنلس استیل ها پرداخته شده است.

گروه فلز
گروه فلز

قیمت ورق استیل؛ فروش انواع ورق استیل صنعتی و ورق استنلس استیل در آلیاژ و ضخامت های مختلف. با حرفه ای ها خرید کنید تلفن: 35089-021

 

فهرست موضوعات


 

تاریخ استنلس استیل - فصل 6 - مقالات و کتاب های اولیه در مورد فولاد های ضد زنگ

بررسی نوشته های اولیه در مورد فولاد زنگ نزن به منظور درک این آلیاژ پس از گذشت حدوداً 37 سال از کشف آن در شفیلد و اِسِن، جالب توجه می باشد.

مقاله دکتر دبلیو.اچ. هاتفیلد (1917)

دکتر ویلیام هربرت هاتفیلد (William Herbert Hatfield) (1882-1943) در سال 1903 مدرک دکترای متالورژی خود را از دانشگاه شفیلد دریافت کرد. او را نباید با رابرت اَبوت هادفیلد (Robert Abbott Hadfield) (1858-1940) دیگر متالورژیست شفیلد که به علت اختراع فولاد منگنزدار هادفیلد مشهور بود، اشتباه گرفت.
دکتر ویلیام هاتفیلد در سال 1916 مدیر آزمایشگاه های فرث براون بود. او جانشین هری بریرلی شد و کارهای وی در زمینه فولاد ضدزنگ را ادامه داد.
هاتفیلد گزارشی با عنوان عملیات حرارتی فولادهای هواپیمایی را در هفتمین جلد از ژورنال مهندسان خودرو بریتانیا در سال 1917 منتشر کرد. این مقاله دربرگیرنده ی نتایج مختلف عملیات حرارتی بر خواص کششی، ضربه ای و سختی فولادی با محتوای تقریباً 0.30 درصد کربن و 13 درصد کروم بود. آزمایش های صورت گرفته شامل نمونه هایی بود که در ابتدا تا دمای 850 درجه سانتی گراد گرم و سپس در هوا، روغن و یا آب کوئنچ می شدند و در نهایت در 4 درجه حرارتِ مختلف تحت بازپخت (تمپر) قرار می گرفتند.
این اطلاعات در حقیقت داده های منتشر نشده از یک گزارش تحقیقاتیِ انجام شده توسط بریرلی بود که در تاریخ 22 دسامبر 1913 به ثبت رسیده بود. این اطلاعات در طول جنگ جهانی اول در سال 1917 مورد توجه قرار گرفت، چون فولاد کارد و چنگال بریرلی به طور انحصاری به منظور ساخت دریچه های خروجی موتور هواپیما استفاده می شد و با نام تجاری فولاد هواپیمایی فرث به فروش می رسید. همانند استفاده در ساخت کارد و چنگال، در چنین کاربردهایی نیز، عملیات حرارتی از اهمیت ویژه ای برخوردار بود.

مقاله ای درباره استلایت و استنلس استیل توسط الوود هاینز (1920)

الوود هاینز، از کوکومو در ایندیانا، به دلیل کشف آلیاژ کبالت-کروم-تنگستن (معروف به استلایت) و ایجاد شرکت Haynes Stellite مشهور می باشد. او همچنین فولاد ضدزنگ مخصوص ساخت کارد و چنگال را کمی زودتر از بریرلی کشف کرد. هاینز از زمان جوانی به فلزات علاقمند بود. در واقع، پایان نامه او در انستیتوی آزاد ورکستر در ماساچوست، درباره تأثیر تنگستن بر فولاد بود. مدرک تحصیلی او شیمی بود و همانند بریرلی، فعالیتش در زمینه کار با فلزات خودساخته و خودآموز بود.
هاینز قبل از شروع به کار در زمینه متالورژی، مدتی معلم دبیرستان بود. سپس مدیریت شرکت گاز کوکومو را برعهده گرفت. او همچنین مخترع یکی از قدیمی ترین اتومبیل های گازوئیلی بود. این خودرو ممکن است همچنان در انستیتوی Smithsonian واقع در واشنگتن موجود باشد. هاینز در سال 1903 شرکت خودروسازی هاینز اَپرسون (Haynes Apperson) و در سال 1912 شرکت Haynes Stellite را تأسیس کرد. این شرکت بعدها توسط یونیون کارباید و سپس شرکت کابوت خریداری شد.
هاینز هنگام کار روی استلایت در سال 1910، وقتی که در جستجوی آلیاژی بهتر برای ساخت اتصالات الکتریکی در ماشین هایش بود، به خواص خوردگی، سختی، کشش و برش علاقمند شد.
در سال 1920، هاینز مقاله ای تحت عنوان "فولاد ضدزنگ و استلایت" را در جلسه ای که توسط انجمن مهندسان غرب پنسیلوانیا برگزار شد، ارائه داد. این ارائه شامل مقاله ای هفت صفحه ای و هشت صفحه بحث و بررسی بود. بخش عمده این ارائه مربوط به استلایت بود. این مقاله، ارائه ای غیر معمول بود، چون در واقع دو صفحه از آن نوشته هایی بود که از دفترچه آزمایشگاه هاینز نقل شده بود. به عنوان مثال:
"15 نوامبر 1911. عنصر کروم، وقتی به فولاد یا آهن اضافه می شود، تا حد مشخصی روی خواص آنها تأثیر می گذارد و یا خواص موجود را اصلاح می کند. با این حال و با علم به این موضوع، من اکنون در حال کسب اطلاعات قطعی از تأثیر کروم بر موارد زیر هستم:

اثر کروم بر مقاومت آهن و فولاد در برابر تأثیرات شیمیایی و اتمسفری
اثر کروم بر سختی آهن و فولاد
اثر کروم بر قابلیت ارتجاعی آهن و فولاد
اثر کروم و کیفیت برش

آزمایشات اولیه ای که قبلاً در این راستا انجام داده ام، نشان از این دارد که تأثیر کروم روی آهن یا فولاد تقریباً مشابه مس و نیکل می باشد.
من قبلاً آلیاژهای زیر را آماده کرده ام:
آلیاژ C20، متشکل از 79.4 درصد آهن، 20 درصد کروم و 0.6 درصد کربن
آلیاژ C15، متشکل از 84.4 درصد آهن و 15 درصد کروم
آلیاژ C5، متشکل از 95.0 درصد آهن و 5 درصد کروم
آلیاژ C10، متشکل از 90 درصد آهن و 10 درصد کروم
آلیاژ C15، متشکل از 85 درصد آهن و 15 درصد کروم
آلیاژ C20، متشکل از 80 درصد آهن و 20 درصد کروم

سال بعد، هاینز آزمایشاتی را با 4 آلیاژ علاوه بر آلیاژهای فوق با محتوای 15 تا 17 درصد کروم انجام داد و نتایج را گزارش کرد. در این گزارش، یکی از نمونه ها مقاومت خوبی در برابر اسید نیتریک از خود نشان داد. هاینز در ادامه به شرح وقایع مربوط به درخواست فوری ثبت اختراع خود پرداخت. او در این درخواست ادعا کرده بود که: ;فولادهای کروم دار باید حاوی بیش از 8 درصد کروم باشند، اگرچه برای برخی اهداف خاص این مقدار ممکن است بیشتر و حتی تا 60 درصد نیز باشد.

از آنجا که هاینز در تجارت موفقیت آمیز استلایت خود غرق شده بود، علاقه ای به ورود به صنعت فولاد ضدزنگ نداشت. هاینز علاوه بر این، صاحب یک کارخانه خودروسازی نیز بود. تنها دلیل درخواست ثبت اختراع فولاد ضد زنگ توسط هاینز، کسب افتخار و فخر و مباهات بود. در نهایت هاینز و بریرلی با واگذاری حق ثبت اختراع خود به شرکت فولاد ضد زنگ آمریکا، که شرکتی جدید برای مدیریت حق ثبت اختراعات و مجوزها بود، اختلافات خود را حل و فصل نمودند. بریرلی و هاینز، صاحبان اصلی این شرکت بودند.

مقاله استنلس استیل توسط ماربل (1920)

در سال 1920، دبلیو.اچ. ماربل، مدیر شرکت فولاد ضدزنگ آمریکا، مقاله ای با عنوان فولاد ضد زنگ-عملیات، خواص و کاربردهای آن" را در کنوانسیون انجمن عملیات فولاد آمریکا، که در فیلادلفیا برگزار شد، ارائه داد (مجموعه مقالات انجمن عملیات فولاد آمریکا، جلد 1، دسامبر 1920، ص 170-179). این مقاله با توصیفی مختصر از الوود هاینز و هری بریرلی آغاز شد: "دو نفر که مستقل از هم کار می کردند و هیچ اطلاعی از کارهای یکدیگر نداشتند، این آلیاژ منحصر به فرد را تولید نمودند." او نمونه ای از کارهای هاینز و بریرلی را که در سال 1911 انجام داده بودند، ذکر کرد. با این حال اشتباهاً کارهای بریرلی را به "ساخت گلوله های ثاقب برای دولت روسیه" و تحقیق در مورد "فرسایش باروت" نسبت داد. این توصیف در مورد کارهای بریرلی کاملاً نادرست بود.

مع ذلک، مقاله ماربل خلاصه خوبی از تحقیقات صورت گرفته به همراه اطلاعات دقیق در مورد خواص و عملیات انجام شده بر روی فولاد با محتوای 11.4 تا 14 درصد کروم و 0.20 تا 0.40 درصد کربن بود. همانطور که در فصل پنجم، زندگی هری بریرلی (1871-1948) اشاره شد، اطلاعاتی نیز از پنج منبع از جمله دکتر دبلیو.اچ. هاتفیلد (جانشین بریرلی در آزمایشگاه های تحقیقاتی براون فرث)، الوود هاینز، آزمایشگاه های تست مواد نیویورک، دفتر استاندارد ملی و کمیته مشترک آهن و فولاد انجمن مهندسین خودرو و انجمن تست مواد آمریکا برای نوشتن این مقاله اقتباس گردید. به استثنای بند مرتبط با مقدمه تاریخی، متن کامل مقاله ماربل در پیوست این فصل قرار دارد.

انتشارات شرکت بازرگانی فولاد فرث-استرلینگ (1923)

در سال 1923، اولین کتاب جهان در مورد استنلس استیل به زبان انگلیسی منتشر شد. این کتاب نشری تجاری توسط شرکت فولاد فرث-استرلینگ واقع در مکیسپورت پنسیلوانیا بود که تحت عنوان فولاد ضد زنگ "S-Less" فرث-استرلینگ به چاپ رسید. کتاب قبلی در این زمینه، به زبان فرانسه و توسط لئون ژیلت (فولادهای ویژه، دانود، پاریس، 1905) منتشر شده بود که تحقیقات اولیه او محسوب می شد.
فرث-استرلینگ، که تولید کننده ی فولاد ابزار بود، اولین فولاد ضدزنگ (استنلس استیل مختص ساخت کارد و چنگال) با محوریت تجاری را در آمریکا و در سال 1915 تولید کرد. فرث-استرلینگ یکی از شرکت های تابعه مجموعه شرکت های "توماس فرث و پسران" بود. اینگونه گفته شده که اطلاعات مندرج در این کتاب برگرفته از تجربیات مشتریان و متخصصان متالورژی خودشان بود.
این کتاب 65 صفحه ای با جلدی سبز رنگ و از جنس گالینگور و عنوانش روی جلد طلاکوب شده بود. این کتاب در دوران خود بسیار قابل توجه محسوب می شد و تنها کتاب در مورد استنلس استیل در آمریکا بود، تا اینکه ۱۰ سال بعد کتاب ارنست ثوم در سال 1933 به چاپ رسید. این کتاب گریدهای فولادیِ بریرلی که مختص ساخت کارد و چنگال بود و آهن های ضدزنگ بدون قابلیت سخت شوندگی را معرفی می کرد. ترکیبات شیمیایی خاصی در این کتاب نیامده بود و توضیح داده شد که فروش فولادها بیشتر بر مبنای خواص فولادها بوده و نه بر اساس ترکیب شیمیایی آنها.
محتوای این کتاب در برگیرنده ی تاریخچه ای مختصر از استنلس استیل، کاربردها، تجزیه و تحلیل شیمیایی، خواص فیزیکی و مقاومت در برابر 40 عامل زنگ زدگی، لکه و خوردگی بود. البته اطلاعات دقیق در مورد دمای آهنگری و خواص بعد از انجام عملیات های حرارتی مختلف به ثبت رسید. این خواص شامل استحکام کششی، نقطه تسلیم، تغییر طول، کاهش سطح، سختی برینل و اسکلروسکوپ، ضریب انبساط، رسانایی و مقاومت بود. این کتاب در آن زمان، مرجع مناسبی برای متالورژیست ها و اپراتورهای عملیات حرارتی بود.
14 صفحه از این کتاب به عکس هایی از انواع کاربردهای استنلس استیل و چندین صفحه از آن به نمودارها اختصاص داده شد. عکس کارد و چنگال (شکل 10) به عنوان اولین کاربرد این آلیاژ نشان داده شد. کارد و چنگال، صنعتی بود که مقدار قابل توجهی از فولاد ضدزنگ در آن مصرف می شد. این کتاب همچنین سایر کاربردهای نوظهور این آلیاژ، مانند استفاده در ساخت ابزار پزشکی (شکل 11) و چوب های گلف (شکل 12) را به تصویر کشید. برخی دیگر از کاربردهای ذکر شده در این کتاب در ذیل آمده است:

قطعات هواپیما
کمپرسور هوا
قطعات و اتصالات خودرو
اتصالات اندام های مصنوعی
ترازوها
بلبرینگ ها
قطعات دوچرخه
پیچ و مهره
ماشین آلات غذایی و نوشیدنی
ابزار بنایی
ریل های قصابی
سوزن کاربراتور، پیچ و مهره
لوازم آشپزی
تجهیزات و ماشین آلات خط تولید لبنیات
لوازم الکتریکی
موتورها
تجهیزات و لوازم ماهیگیری

 

کاربرد ورق استیل

شکل 10- چاقوهایی از جنس استنلس استیل نشان داده شده در کتاب فولاد ضد زنگ "S-Less" فرث-استرلینگ، چاپ شده توسط شرکت فولاد فرث-استرلینگ، مکیسپورت، پنسیلوانیا، 1923.

 

ورق استیل

شکل 11-ابزارهای جراحی و دندانپزشکی نشان داده شده در کتاب فرث-استرلینگ، 1923

 

ورق استیل

شکل 12-چوب های گلف نشان داده شده در کتاب فرث-استرلینگ، 1923

 

این کتاب حاوی عکس هایی از ظروف و قاشق های غذاخوری از جنس استنلس استیل نیز بود که البته حذف شدند و فقط چاقو و چنگال های ضدزنگ نشان داده شدند. حذف این قاشق ها نشان از این داشت که آنها را نمی شد از جنس فولاد ضدزنگ ساخت. همه این ظروف دارای دسته هایی متصل شده به آنها بودند. جنس این دسته ها در برخی موارد عاج و در بعضی موارد فلزی بود. قاشق های استنلس استیل، بعدها با استفاده از فولادهای کروم-نیکلِ فرم پذیرِ دارایِ ریزساختار آستنیت تولید گردید.

مقاله فولاد ضدزنگ کارد و چنگال توسط اووِن. ک. پارمیتر (1924)

اووِن ک. پارمیتر (Owen K. Parmiter)، مهندس متالورژی شرکت فولاد فرث-استرلینگ واقع در مکیسپورت، پنسیلوانیا، مقاله ای جامع در مورد فولادهای ضدزنگ کارد و چنگال را در کنوانسیون انجمن عملیات فولاد آمریکا که در بوستون برگزار می شد، ارائه داد. این مقاله (که در مجموعه مقالات انجمن عملیات آمریکا در جلد ششم، صفحه 315-340 منتشر شد) عمدتاً خطاب به تولیدکنندگانی بود که از سال 1915 مصرف کننده ی فولادِ تولید شده توسط شرکت او بودند. در این مقاله نکات زیادی در مورد روش های تولید ارائه نشده بود، چون هنر فولادسازی رازی کاملاً محرمانه محسوب می شد.
تاریخچه مختصری درباره اولین دهه توسعه فولاد ضدزنگ. مقاله پارمیتر با مرور بر تاریخچه ی تولید اولیه استنلس استیل و این تعریف که این آلیاژ، فولادی با تقریباً 13 درصد کروم است، شروع می شود.

بازگویی این موارد تاریخی خالی از لطف نیست:

"ظهور ورق استیل همزمان با دوره ای بود که تولید فولادهای ابزار و تُندبُر از اهمیت ویژه ای برخوردار بود و به همین جهت در ابتدای قرن حاضر، در اولویت دوم قرار داشت. اگرچه توسعه و پیشرفت آن در طول جنگ تا حدودی عقب مانده بود، اما ارزش این آلیاژ در حال حاضر و طی شرایط کاری واقعی، کاملاً اثبات شده و خود را به عنوان فولادی تجاری با درجه اهمیت بالا معرفی کرده است. علم به اینکه اضافه نمودن درصدهای بالای کروم به آهن و فولاد، ویژگی های خاصی به آنها می بخشد، سال ها است ثابت شده است. در اوایل سال 1872، تأثیر کروم در تولید فولادهایی با خواص غیرخورنده توسط دو دانشمند انگلیسی به نام های وودز و کلارک (Woods, Clarke) به شکلی مبهم توصیف شد. درخواستی برای ثبت اختراع این موضوع داده شد که البته پذیرفته نشد. مشخصات این فولاد، مربوط به فولادی کم کربن با محتوای تقریبی 0.32 درصد کربن بود. تحقیقاتی نیز در رابطه با مقاومت فولادهای کروم بالا در محیط های خاص و خورنده که در کاربردهای نظامی استفاده می شد، توسط کارخانه کروپ واقع در اِسِن آلمان در اوایل سال 1895 انجام شد. دکتر گلد اشمیت، از شرکت ترمیت، مقاومت این فولادها در برابر حرارت و خوردگی و همچنین اهمیتِ کم بودنِ کربن در آنها را کشف کرده بود. گلد اشمیت پس از حضور در نمایشگاه پاریس در سال 1900، در دوسلدورف، در مورد مشکلات تولید، خواص و امکانات فولاد به سخنرانی پرداخت. در سال 1900، نمایشگاهی با محوریت فولادهای ساخته شده با 0.40 درصد کربن و 10 تا 15 درصد کروم توسط شرکت جاکوب هولتزر (Jacob Holtzer)، در پاریس برگزار شد. با حضور در این نمایشگاه می شد به اطلاعات کامل متالورژیکی درباره این فولادها دست یافت. در همین حین، بحث هایی در مورد کیفیت عناصر آلیاژی مورد نیاز برای ساخت این فولاد، بین شرکت انگلیسی جورج جی. بلکوِل و پسران (George G. Blackwell & Sons) و تولیدکننده آلمانی ترمیت گلد اشمیت صورت گرفت. خواص مثبت این دو آلیاژ، که هرکدام توسط سازنده ای متفاوت اما با هدفی یکسان ساخته شده بودند، در برجسته ترین مجلات صنعتی و متالورژی انگلیسی، فرانسوی و آلمانی آن زمان به چاپ می رسید. "
"در تمام این مدت، بکارگیری این آلیاژ، علیرغم خواص ارزشمندی که داشت، بسیار کم بود و هنوز در هیچ کاربرد مهمی از آن استفاده نشده بود. الوود هاینز در آمریکا و هری بریرلی در انگلیس اولین محققانی بودند که از خواص مفید این آلیاژ برای کاربردهای روزمره استفاده کردند. این دو با اینکه مستقل از یکدیگر کار می کردند، تقریباً همزمان با یکدیگر این آلیاژ را کشف کردند. درخواست اختراع هر دو دانشمند در اداره ثبت اختراعات ایالات متحده پذیرفته شد. هاینز و بریرلی هر دو در مارس 1915 درخواست خود را ثبت نمودند، با این حال هاینز چند هفته زودتر نسبت به بریرلی اقدام به این کار کرده بود."
"در حق اختراع هاینز، محدوده ترکیبات کربن بین 0.10 تا 1 درصد و کروم 8 تا 60 درصد عنوان شده بود. این درحالی بود که محدوده ترکیبات در حق اختراع بریرلی برای کربن، کمتر از 0.70 درصد و برای کروم، 9 تا 16 درصد بود. به عنوان یک ترکیب استاندارد، 0.30 درصد کربن، 0.30 درصد منگنز و 13 درصد کروم توصیه شده است. اگر نسبت به بریرلی عادل باشیم، می توانیم بگوییم طی 10 سال گذشته محدوده ترکیبیِ ثبت شده توسط او تغییر آنچنانی نیافته و علیرغم تلاش های بسیار به منظور بهبود خواص با جایگزینی یا تغییر برخی عناصر آلیاژی در آن، همچنان بهترین گزینه برای مقاومت در برابر انواع خوردگی می باشد. بریرلی همچنین اصرار داشت که فولاد باید در کوره الکتریکی ساخته شود. سپس سخت کاری شده و پولیشکاری روی آن صورت بگیرد. آلیاژ بدست آمده از این فرآیند بهترین گزینه برای ساخت کارد و چنگال می باشد. درستی این اظهارات در طول زمان به اثبات رسید و امروزه می بینیم که همتراز با ترکیب شیمیایی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد."
"اگرچه حق اختراع بریرلی و هاینز مهم ترین ثبت اختراع ها در این زمینه بود، اما چند مورد دیگر نیز توسط اداره ثبت اختراعات ایالات متحده به برخی دانشمندان دیگر اعطا شده بود. در اکثر اختراعات ثبت شده از این موارد، سیلیسیم و نیکل نیز به عنوان عناصر آلیاژی اضافی توصیه شده بود. برخی از صاحبان حق اختراع، محتوای کربن را تا حدود 2 درصد ثبت کرده بودند. برای اهداف خاص، چندین نمونه از این فولادها از مزایایی برخوردار بودند، اما برای استفاده در کاربردهای گسترده و به منظور ایجاد تعادل بین سختی و مقاومت در برابر خوردگی، هنوز هیچ فولادی تولید نشده که ویژگی های مثبتِ مشخصی نسبت به استنلس استیل استاندارد حاوی 13 درصد کروم داشته باشد."
"در طول جنگ، به دلیل مصادره همه ی مواد و عناصر آلیاژی توسط دولت و استفاده از آنها برای اهداف نظامی، دستیابی به کروم با مشکلات زیادی مواجه بود. در این زمان، پیشرفت آنچنانی ای در توسعه استنلس استیل حاصل نشد. با این حال، به محض پایان جنگ، پیشرفت های سریعی در زمینه روش های ساخت این آلیاژ بدست آمد.
ابعاد ساخت. مقاله پارمیتر در سال 1924 با بررسی برخی مشکلات مرتبط با ساخت این آلیاژ، ترکیب آن و تأثیر عناصر آلیاژی مختلف ادامه یافت. در سال 1924 او نوشت: از بین تمامی فولادهای حاضر، تولید رضایت بخش استنلس استیل احتمالاً جزو سخت ترین فرآیندها می باشد. از جمله موضوعاتی که تولید کننده این فولاد با آنها روبرو است می توان به موارد زیر اشاره کرد:

محدودیت های ترکیبی و درصد عناصر آلیاژی بسیار پایین
هوا سختی و قرمز سختی (سطح فلز بر اثر گرما قرمز و سخت شده و کار با آن دشوار می شود.)
حساسیت به درزهای سطحی، داخلی و اجزاء غیرفلزی"

پارمیتر سپس ابعاد ساخت این فولاد را از نقطه نظر اثرات ترکیب شیمیایی، عملیات حرارتی، آهنگری، لحیم کاری، جوشکاری و نورد سرد توصیف نمود. او همچنین داده هایی در مورد خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی و خواص فیزیکی (مانند هدایت الکتریکی، خواص مغناطیسی و هدایت گرمایی) ارائه داد. او همچنین ریز ساختار استنلس استیل آنیل شده را این چنین توصیف کرد: "ساختاری یکنواخت و سوربیتی و در برخی موارد جدایش بلورهای کامپلکس فریت کروم-آهن." هیچ میکروگرافی در مقاله سال 1924 ارائه نگردید.
در نهایت، پارمیتر متذکر شد که علیرغم موفقیت های زیاد در زمینه تولید کارد و چنگال، استنلس استیل هنوز در مراحل ابتدایی خود می باشد. کاربردهای جدیدی که توسط پارمیتر ارائه شد، شبیه به مواردی بودند که در انتشارات بازرگانی فرث-استرلینگ در سال 1923 شرح داده شده بود، مانند ابزار جراحی و طیف گسترده ای از تجهیزات آشپزی. پارمیتر همچنین به کاربردهایی مانند ساخت پره توربین (شکل 13)، سخت افزارهای رده بالا و قطعات مورد استفاده در تجهیزات دریایی و معدن اشاره کرد. با توجه به استفاده های قبلی از فولاد ضد زنگ در ساخت دریچه های خروجی موتور هواپیما در طول جنگ جهانی اول، اهمیت صنعتی این آلیاژ در آن زمان بسیار مشهود بود.

 

ورق استیل

شکل 13- تیغه توربین از جنس فولاد ضد زنگ که در کتاب فرث-استرلینگ نشان داده شده است. (چاپ شده در سال 1923)

 

یک دهه بعد. تقریباً یک دهه بعد، مقاله دیگری از پارمیتر در مورد فولاد ضد زنگ کارد و چنگال، که اقتباسی از مقاله سال 1924 وی بود، در اولین چاپ کتاب استنلس استیل منتشر شد ( ای.ای. ثوم، انجمن عملیات فولاد آمریکا، 1933، صفحه 241). این مقاله در نسخه دوم این کتاب نیز به چاپ رسید (ای.ای. ثوم، انجمن فلزات آمریکا، 1935، صفحه 278). همانند مقاله سال 1924، او دوباره به این موضوع اشاره کرد که: "تولید رضایت بخش استنلس استیل مخصوص ساخت کارد و چنگال احتمالاً جزو سخت ترین فرآیندها می باشد."
مشابه مقاله قبلی در سال 1924، او مجدداً نوشت: از زمانی که هری بریرلی ترکیب 0.3 درصد کربن و 13 درصد کروم را برای استنلس استیل کارد و چنگال کشف کرد، علیرغم تلاش های بسیار به منظور بهبود خواص با جایگزینی یا تغییر برخی عناصر آلیاژی در آن، محدوده ترکیبیِ ثبت شده توسط او تغییر آنچنانی نیافت. وی ذکر کرد: نوعی آلیاژ اصلاح شده دارای 0.70 درصد کربن و 16.5 درصد کروم کشف شده که دارای سختی بیشتری بوده و در تولید کارد و چنگال و ابزار جراحی و دندانپزشکی استفاده می شود.
او همچنین با نشان دادن تعدادی میکروگراف، به بررسی ساختار این آلیاژها پرداخت. در این مقاله نموداری نیز آورده شده بود که نشان می داد چاقوهای ساخته شده از فولاد کربنی و فولاد ضد زنگ از نظر خواص برشی کاملاً نزدیک به هم هستند. اطلاعاتی نیز در مورد آهنگری، آنیل، سخت کاری و دماهای بازپخت (تمپر) ارائه شد. پارمیتر در جدولی (شکل 14) نشان داد که اگر فولاد پس از قرارگرفتن در دماهای 1038 تا 1148 درجه سانتی گراد در روغن کوئنچ شود، فولادِ با مقاومت بالا در برابر لکه و زنگ تولید خواهد شد. پارمیتر در مورد تحقیقاتی که روی ترکیبات مختلف انجام داده بود نوشت: "در محدوده های معقولی که ترکیب شیمیایی نقش مهمی دارد، هر قدر سختی فولاد بیشتر باشد، مقاومت سطح در برابر لکه شدن بیشتر خواهد بود."

 

ورق استیل

شکل14- جدول پارمیتر که نشانگر تأثیر کوئنچ (سخت کاری) بر مقاومت در برابر لکه (مقایسه درصدی) فولادهای کروم دار مخصوص کارد و چنگال می باشد. منبع: ثوم، 1935، صفحه 288

پارمیتر می گوید که: "جدای از سخت کاریِ مناسب، مهم ترین فرآیندی که مقاومت فولاد ضد زنگ را تحت تأثیر قرار می دهد، عملیات سنگ زنی است." او ادامه می دهد: در وهله اول این موضوع را نیز باید درک کرد که سنگ زنیِ استنلس استیل نسبت به فولاد کربنی دشوارتر می باشد. استنلس استیل هدایت گرمایی آهسته ای دارد و در سنگ زنی آن باید دقت زیادی شود تا از سوختگی سطح و ایجاد آخال های ناشی از این فرآیند جلوگیری شود."
او همچنین درباره مقاومت قابل توجه استنلس استیل در برابر اسید نیتریک و حمله اسید کلریدریک و اسید سولفوریک اظهاراتی داشت.

آهن و فولاد ضد زنگ-نوشته شده توسط جان هنری گیل مونیپنی (1926)

اولین کتاب در مورد فولاد ضدزنگ در انگلیس، تحت عنوان آهن و فولاد ضد زنگ، توسط جان اچ.جی. مونیپنی (1885-1949) تألیف شد (شکل 15) و توسط شرکت چاپمن و هال در لندن به چاپ رسید. او هنگام انتشار این کتاب 41 سال داشت.
مونیپنی در کالجی دانشگاهی در شفیلد تحصیل کرده بود و به عنوان "دانشیاری در متالورژی" دست پیدا کرد. در سال 1926، مونیپنی رئیس آزمایشگاه تحقیقاتی کارخانه فولاد Brown Bayley بود. همزمان با او، هری بریرلی به عنوان مدیر ساخت در این کارخانه مشغول به کار بود. آرتور و هری بریرلی در مقدمه کتابشان به نام شمش ها و قالب های شمش از مونیپنی یاد کرده اند (لانگمنز، گرین و شرکت، 1918).
کتاب 315 صفحه ای مونیپنی، با توجه به این واقعیت که فولادهای ضد زنگ 13 سال قبل و برای اولین بار با محوریت تجاری تولید شده بودند، حاوی اطلاعات قابل توجهی بود. 4 سال از این 13 سال، پیشرفت های خاصی در خصوص کاربردهای تجربی استنلس استیل انجام نشد و این درست زمانی بود که جنگ در جریان بود و کل تولید فولاد ضد زنگ به منظور ساخت دریچه های خروجی موتور هواپیما به کار برده می شد. مونیپنی تایید کرد که تنها از 4 نفر مشاوره فنی گرفته که در رأس آنها اچ. بریرلی و آر. مِینپرایس (R. Mainprice) قرار داشتند.
مونیپنی بیان کرد: "هدف نویسنده این بود که داده های مرتبط با آلیاژهای مختلف فولادی را تا حد امکان به روشنی ارائه دهد تا به کاربر در انتخاب گریدهای مناسب برای بکارگیری در شرایط متفاوت کمک نماید." استفاده از آهن ضد زنگ در عنوان این کتاب اصطلاحی بود که در اصل به فولاهای ضد زنگ کروم دار با محتوای کمِ کربن که با عملیات حرارتی قابل سخت شدن نبودند، اطلاق می شد. امروزه به این نوع فولادها، استنلس استیل فریتی گفته می شود. اولین نمونه تجاری از این کلاس آلیاژی، شش سال قبل در شفیلد ریخته گری شده بود.

 

بزرگان ورق استیل

شکل 15- افراد برجسته ای که در توسعه اولیه فولادهای زنگ نزن نقش داشتند. منبع: زاپفه، 1949، ص 22

مونیپنی عنوان کرد که "هنر مدرن متالوگرافی" از اهمیت ویژه ای در مطالعه استنلس استیل برخوردار می باشد. اکثر مردم فکر می کردند استنلس استیل فقط برای ساخت کارد و چنگال بکار می رود و برخی دیگر چنین  فکر می کردند که این آلیاژ نوعی فلز آبکاری شده است. مونیپنی نسبت به این طرز تفکر ابراز تأسف می کرد. بیشترِ این کتاب به بحث در مورد فولادهای کروم دار اختصاص داده شد، از آن جهت که فولادهای آستنیتی نیکل-کروم تقریباً تا سال 1920، که سندیکای فولاد ضد زنگ فرث-بریرلی و کروپ امتیاز اختراع خود را رد و بدل کردند، در انگلیس تولید نشده بود. با این حال، 20 صفحه از این کتاب به بحث در مورد فولادهای کروم-نیکل، از جمله مقایسه با فولادهای کارد و چنگال، پرداخته است. در این کتاب، نمودار اشتراوس-ماورر (شکل 16) که نشانگر درصدهای مختلف کروم و نیکل مورد نیاز برای تولید آلیاژهای آستنیتی بود، آورده شد.

 

ورق استیل

شکل 16- درصدهای کروم و نیکل مورد نیاز برای تولید یک آلیاژ آستنیتی. منبع: بی. اشتراوس، فولادهای ضد زنگ و زنگ نزن، مجموعه مقالات انجمن تست مواد آمریکا، 1924، ص 208-216

پدیده رسوب کاربید در فولاد آستنیتی در این کتاب ذکر نشد. البته موضوع پسیواسیون در این کتاب آمده، اما مونیپنی گفت آن را به طور کامل درک نکرده. با این حال، بحث های زیادی در رابطه با تأثیر محتوای کروم بر مقاومت در برابر لکه و خوردگی در محیط های مختلف ارائه گردید. این کتاب دربرگیرنده ی بیش از 100 تصویر بود که عمده ی آنها میکروگراف بودند. 35 جدول نیز در آن آورده شد.
فصل آخر این کتاب در مورد کاربردهای استنلس استیل بود. از جمله کاربردهای ذکر شده ی فولادهای زنگ نزن حاوی کروم، ساخت قطعات لوکوموتیو بخار، پمپ های هیدرولیکی، کارد و چنگال، پره ها و تیغه های توربین های بخار بود. کتاب مونیپنی به چاپ ششم خود نیز رسید که همین موضوع او را به عنوان یکی از برجسته ترین نویسنده ها در زمینه استنلس استیل بدل کرد.

کتاب فولادهای زنگ نزن (1933 و 1935)

در سال 1933، کتاب فولادهای ضد زنگ توسط انجمن عملیات فولاد آمریکا (ASST) منتشر شد که بعداً در همان سال تغییر نام یافت و به انجمن فلزات آمریکا (ASM) معروف گردید. ارنست ای. ثوم این کتاب را ویرایش کرد (شکل 17). ثوم که قبلاً در نشریه عصر آهن فعالیت می کرد، به اولین ویرایشگر متال پراگرس بدل گردید. این نشریه از سال 1930 توسط ASST منتشر می شد و تا سال 1986 تحت عنوان انتشارات ASM به کار خود ادامه داد.
ارنست ثوم تصمیم گرفت کتابی در مورد فولاد ضد زنگ ویرایش کند. این کتاب طی چندین فصل، عمدتاً توسط جمعی از متخصصان نوشته شده بود. تا آن زمان، به جز جزوات کوتاه بازرگانی که توسط شرکت فولاد فرث-استرلینگ در مکیسپورت در سال 1923 به چاپ رسیده بود، هنوز کتابی در مورد فولادهای زنگ نزن در آمریکا نوشته نشده بود. از آنجایی که مقالات ثوم در نشریه متال پراگرس به چاپ می رسید، او با طیف گسترده ای از متخصصان در زمینه استنلس استیل آشنایی داشت.
چاپ اول کتاب فولادهای ضد زنگ (1933) با استقبال بسیار خوبی روبرو شد، اما لازم بود برخی موضوعات و موارد خاص به این کتاب افزوده شود. چاپ دوم این کتاب توسط ثوم (1935)، دارای بخش هایی بود که با همکاری 75 متخصص نوشته شد و تقریباً تمام ابعاد متالورژی استنلس استیل را پوشش می داد. این کتاب 800 صفحه ای به شش بخش زیر تقسیم شده بود:

I.ملاحظات عمومی، دربرگیرنده یک فصل مقدماتی و تاریخی که توسط ثوم نوشته شد.
II.ساخت و تولید
III.خواص آلیاژهای رایج
IV.آزمایشات تخصصی
V.الزامات صنایع مصرف کننده
VI.ضمائم
فهرست مفصل مطالب (شکل 18) معرف متالورژیست های برجسته آمریکایی و شرکت های صنعتی آن زمان می باشد. این کتاب همچنین شامل مقاله ای از ویلیام ون آلن، معمار مشهور ساختمان کرایسلر بوده است. ون آلن در مقدمه خود نوشت:
"ساختمان کرایسلر در حال حاضر چهار سال است که فعالیت خود را آغاز کرده و در معرض خاکستر و دود (در برخی مواقع بسیار غلیظ) ناشی از نیروگاه برق ادیسون نیویورک (در فاصله سه بلوک) قرار دارد. فلز بکار رفته هنوز درخشش خود را از دست نداده است. با توجه به اینکه سطح این آلیاژ مانند شیشه، صیقلی و آینه ای است، دوده زیادی روی آن جمع نمی شود. این مسئله بسیار قابل توجه است چون فارغ از بحث دوام، شکل ظاهری اولویت پیدا کرده است، زیرا در این حالت رسوبات روی فلز، سطح آن را دستخوش تغییر نخواهند کرد. "

 

ورق استیل

شکل 17- ارنست ای. ثوم، اولین ویراستار متال پراگرس و ویراستار کتاب فولادهای ضد زنگ

وَن آلن (Van Alen) پس از ارائه خلاصه ای در مورد کاربردهای معماری استنلس استیل، طی یک نتیجه گیری گفت:

"از نظر من ورق استیل 8-18 آینده شگفت انگیزی دارد، چون احتمالاً ماندگارترین مواد ساختمانی شناخته شده می باشد. اینطور به نظر می رسد که شرایط جوی هیچگونه اثر مخربی بر روی آن ندارد و من معتقدم در آینده ای نه چندان دور، قسمت های بیرونی سازه های فلزی که در معرض آب و اتمسفر قرار دارند، به منظور حفاظت حداقلی در فضای بیرونی، با استفاده از این ماده پوشانده خواهند شد. این آلیاژ گرما را از خود عبور نمی دهد و باعث می شود در مصرف انرژی صرفه جویی شود. همچنین روش مشابهی در طراحی خانه های کوچک مدرن نیز می تواند بکار گرفته شود."
به طور کلی، این کتاب به منبعی حاوی اطلاعات بسیار ارزشمند از یک صنعت کلاسیک تبدیل شد. این کتاب علاوه بر اینکه شامل مجموعه ای از مقالات فنی است، دربرگیرنده ضمیمه ای با بیش از 1000 نام تجاری و دیگر نام گذاری های استنلس استیل انجام شده توسط تقریباً 100 تولید کننده نیز می باشد. از آنجا که اخیراً شماره های سه رقمی انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) برای فولادهای ضدزنگ معرفی شده است، هیچ یک از نویسندگان این کتاب از این اعداد استفاده نکردند و ترجیح دادند از نام های قدیمی مانند فولاد کارد و چنگال، 8-18 و رزیستال 2 و محدوده های ترکیب شیمیایی از قبیل 18 تا 20 درصد کروم استفاده نمایند. با این حال، مقاله "طبقه بندی نام های تجاری" از کلایتون پلامر (Clayton Plummer)، به ترکیبات طبقه بندی شده، که در آن زمان توسط AISI و قوانین کدگذاری موسسه آلیاژهای ریختگی (ACI) اتخاذ شده بود، اشاره نمود. شماره گذاری های AISI و  ACIذکر شده در فهرست کتاب ثوم، در جداول 1 و 2 آمده است.

جدول ۱-ترکیبات استنلس استیل کارشده AISI در کتاب استنلس استیل، ویرایش توسط ای. ثوم (1935 ASM)

ورق استیل

 

a-در لیست نام های آلیاژی تجاری در کتاب ثوم، برخی آلیاژهای بازرگانی با محتوای کربن بالاتر (حداکثر 12/0 درصد) نیز در استاندارد AISI به عنوان 304، 306 و 308 طبقه بندی شده اند.

جدول ۲-ترکیبات ریختگی فولاد زنگ نزن ذکر شده در کتاب استنلس استیل، ویرایش توسط ای. ثوم (1935 ASM)

ورق استیل

 

a-نامگذاری آلیاژهای ریختگی بعدها با نامگذاری های جدید موسسه آلیاژهای ریختگی جایگزین شد.

فولادهای ضد زنگ توسط کارل اندرو زاپفه (1949)

در سال 1949، کارل زاپفه (1912-1994) (شکل 19) دومین کتاب آمریکایی در مورد فولاد ضد زنگ را نوشت. این کتاب 370 صفحه ای توسط انجمن فلزات آمریکا در کلیولند، اوهایو منتشر شد. زاپفه که اهل مینه سوتا بود، مدرک کارشناسی متالورژی خود را در سال 1933 از دانشکده فنی میشیگان و مدرک کارشناسی ارشد خود را در سال 1934 از دانشگاه لی های دریافت نمود. او طی سال های 1934 تا 1946 در مرکز تجربی دوپانت (DuPont) واقع در ویلمینگتون، دلاوِر مشغول به کار بود. در سال 1946، زاپفه به طور مستقل به مشاوره ی تحقیقاتی در بالتیمور مریلند پرداخت. بالتیمور مرکز شرکت آهن و فولاد زنگ نزن و شرکت استنلس استیل (شرقی) بود.
او هنگام انتشار کتابش تنها 37 سال داشت. او نام 28 متالورژیست برجسته آمریکایی را که در تهیه این کتاب او را یاری کرده بودند، در کتابش ذکر نمود. این کتاب در قالب کتاب درسی دانشگاهی نوشته شد و پایان هرفصل دربرگیرنده 20 تا 40 سوال بود. برخلاف کتاب ثوم، که 14 سال قبل منتشر شده بود، زاپفه استفاده گسترده ای از نام گذاری های AISI و ACI نمود.

 

بزرگان استیل

شکل 19-کارل زاپفه نویسنده کتاب استنلس استیل (1949). او اصطلاح فراکتوگرافی را از کارهای اصلی خود که بررسی سطوح میکروسکوپی شکست بود، ابداع نمود. عکس در سال 1968 گرفته شده. با تشکر از خانواده زاپفه

فصل های کتاب زاپفه شامل موارد زیر بود:
پیشینه تاریخی
مقاومت در برابر خوردگی
قوانین متالورژیکی
استنلس استیل مارتنزیتی
استنلس استیل فریتی
استنلس استیل آستنیتی
تولید، ساخت و پرداخت کاری
واژه نامه
کتاب شناسی
ضمیمه نویسنده
ضمیمه موضوعات

زاپفه طی 27 صفحه به تاریخ استنلس استیل پرداخت و از این نظر یکی از برجسته ترین مورخان استنلس استیل در آمریکا و کشورهای دیگر می باشد. کتابشناسی وی دارای 317 مورد ثبت شده می باشد. در این کتاب بحث گسترده ای در مورد پدیده غیر فعال شدن (پسیواسیون) به عنوان پایه ی اساسی مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون فولادهای ضد زنگ وجود دارد (شکل 20). با این حال، او طی یک نتیجه گیری نوشت که در مورد ماهیت اساسی پدیده غیرفعال شدن همچنان اختلافاتی وجود دارد.
زاپفه درباره فولاد ضد زنگ هیجان زده بود و از آن به عنوان "فلز معجزه" و "نقطه عطف موفقیت های متالورژی" یاد می کرد. این کتاب حتی امروز نیز رساله ای درجه یک در مورد استنلس استیل می باشد. وی در ادامه، مدرک دکترای خود را در رشته تحقیقات و مهندسی دریافت نمود. در سال 1960، او فیلمی در مورد فولادهای ضد زنگ برای شرکت فولاد جمهوری (Republic Steel) تدوین نمود. او دو جزوه دیگر منتشر نمود که در آنها به طور عامیانه در مورد استنلس استیل صحبت و طرح هایی را ارائه داد.
یکی دیگر از بزرگترین دستاوردهای زاپفه، اختراع فراکتوگرافی بود. در سال 1944 او که در پی کشف ابزاری برای غلبه بر مشکلات ناشی از نزدیک کردن کافی عدسی میکروسکوپ به سطح دندانه دار یک شکست با هدف آشکار کردن جزئیات دانه های مجزا بود، این اصطلاح را ابداع نمود. (مجموعه مقالات ASM، جلد 34، 1945، ص 71-107). وی همچنین کشف کرد که شکنندگی هیدروژن باعث رخ دادن شکست در کشتی های جوشکاری شده در دریاهای حاوی آب سنگین در طول جنگ جهانی دوم بود. علاوه بر اینها، وی به فیزیکدانی برجسته بدل شد و مقالاتی انتقادی در مورد نظریه نسبیت اینشتین نوشت.
کتاب زاپفه به ژاپنی ترجمه شد. این موضوع باعث شد که ژاپن به یک قطب تولید کننده ی عمده استنلس استیل تبدیل شود. به همین دلیل است که ژاپنی ها از گریدهای فولاد ضد زنگ آمریکایی و شماره گذاری های AISI و ACI در نام گذاری فولادهای تولیدی خود بهره گرفتند. استنلس استیل 304 در سیستم شماره گذاری ژاپن 304 SUS می باشد.

 

ورق استیل

ورق استیل

شکل 20-اثر کروم بر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون فولاد

a-آلیاژهای آهن-کروم که به مدت 10۰ سال در یک محیط صنعتی در معرض خوردگی و زنگ زدن قرار گرفتند. b-نفوذ اکسیداسیون مکعب های نیم اینچی در معرض هوا در دمای 1000 درجه به مدت 48 ساعت. منبع: زاپفه، 1949، صفحات 31 و 32

ضمیمه-متن مقاله ماربل در سال 1920


امتیاز شما به این مطلب چقدر است؟


ارسال نظر درباره این موضوع

Loading...
تماس بگیرید