فصل یازدهم تاریخچه استنلس استیل

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

فهرست موضوعات

تاریخ استنلس استیل – فصل 11 – دو کلاس جدید استنلس استیل

تا سال 1930، ورق استیل شامل سه کلاس مارتنزیتی، فریتی و آستنیتی می شد (شکل 39-41). گریدهای آستنیتی مانند 8-18 به چند دلیل جزو محبوب ترین آلیاژها از این خانواده بودند: سهولت در تولید، ساخت و جوشکاری و مقاومت فوق العاده ی آنها در برابر خوردگی در اکثر محیط ها. از جهت دیگر، آلیاژهای آستنیتی به طور قابل توجهی گران تر از گریدهای مارتنزیتی و فریتی بودند و به خوردگی بین دانه ای و خوردگی توأم با تنش حساس بودند.

ورق استیل دوپلکس

در سال 1927، بِین (Bain) و گریفیث (Griffith) در شرکت فولاد ایالات متحده، نمودارهایی فازی از سیستم تعادلی آهن-کروم-نیکل تهیه کردند و آلیاژهای آستنیتی-فریتی با 23 تا 30 درصد کروم و 1.2 تا 9.7 درصد نیکل را توصیف نمودند، اما در مقاله ی ارائه شده توسط این دو، هیچ اطلاعاتی در مورد خواص این آلیاژها ارائه نشده است. با این حال، ظاهراً مقاله ی آنها مورد توجه متالورژیست های شرکت تولید آهن اوستا (Avesta) در سوئد قرار گرفت. آنها دو آلیاژ فریتی-آستنیتی تولید کرده بودند و هدف اصلی آنها از این کار، کاهش مشکل خوردگی بین دانه ای شایع در آلیاژهای آستنیتی بود. گریدهای تولیدی آنها از این قرار بود: گرید 453E اوستا (آلیاژی کروم-نیکل) و گرید 453S اوستا (مشابه گرید 453E اما حاوی 1.5 درصد مولیبدن). محتوای کربن در این آلیاژها تقریباً به همان میزان به کار رفته در گریدهای آستنیتی بود (0.1 درصد) اما مقاومت به خوردگی بین دانه ای بهبود یافته تری را از خود نشان می دادند. این گریدها همچنین مقاومت برابر یا بهتر در برابر خوردگی یکنواخت نسبت به گریدهای آستنیتی داشتند.

شکل 39- ریزساختار یک فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (گرید 410؛ شماره 41000S UNS). (a) آنیل شده (b) سخت کاری شده پس از عملیات تمپر

شکل 40- ریزساختار دو فولاد ضد زنگ فریتی. (a) گرید 409 (شماره 40900S UNS) در حالت بازپخت. (b) گرید 430 (شماره 43000S UNS) استریپ آنیل شده

شکل 41- ریزساختار فولاد ضد زنگ آستنیتی گرید 304 از سه نمونه ی یک قطعه ساخته شده از استریپ جوش داده شده. (a) محل بازپخت که تحت تأثیر فرآیند قرار نگرفته است. (b) منطقه ای با نوارهای لغزش تحت تأثیر رول فورمینگ. (c) منطقه جوش تحت تأثیر حرارت همراه با کاربیدها در مرز دانه ها. منبع: اطلس ریز ساختارهای آلیاژهای صنعتی، جلد 7، هندبوک فلزات، چاپ هشتم، انجمن فلزات آمریکا، 1972، ص 135

اثر مثبت ریزساختار دوپلکس (شکل 42) در رابطه با خوردگی بین دانه ای، توسط پِیسون (Payson) و هریسون (Harrison) در سال 1932 و به وسیله لینده (Lindh) در سال 1934 گزارش شد. 
اولین فولاد ضد زنگ فریتی-آستنیتی پس از عملیات حرارتی تا دمای 1000 تا 1050 درجه سانتی گراد و سپس کوئنچ شدن، حاوی 60 تا 70 درصد فریت بوده است. همانطور که در جدول زیر نشان داده شده، ریزساختار دوپلکس، استحکام را نسبت به ورق استیل 304 در شرایط آنیل، بیش از دوبرابر افزایش داده است:

گرید 453S اوستا که بعدها در سیستم شماره گذاری AISI گرید 329 و در سیستم شماره گذاری سوئدی گرید 2324 SIS نام گرفت، دارای استحکام تسلیم 3 برابر نسبت به گرید 304 (آنیل شده) و استحکام کششی 1.4 برابر نسبت به گرید 304 بود. از دهه 1970 میلادی بود که استنلس استیل دوپلکس به علت افزایش استفاده از فرآیند دکربوریزاسیون اکسیژن-آرگون و ریخته گری مداوم اسلب ها، بسیار رایج شدند.

فولادهای ضد زنگ دوپلکس براساس دوره اول (1930-1960) و دوره دوم (1960-1990) طبقه بندی شده اند. تعیین این آلیاژهای دوپلکس در ایالات متحده بر اساس اعداد سیستم شماره گذاری یکپارچه (UNS) در سری xxxx3S بود. تنها گریدی که به موسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) داده شد، 329 AISI بود که در حال حاضر 32900S UNS نیز می باشد. تا سال 2008، 17 گرید دوپلکس کار شده استنلس استیل توسط ASTM به تصویب رسیده است. معادل ریختگی گرید 329، MC4-CD در سیستم موسسه آلیاژهای ریختگی و 93370J در سیستم UNS می باشد.
فولادهای ضد زنگ دوپلکس نسبت به دیگر مواد مقاوم در برابر خوردگی از بالاترین سطح استحکام برخوردار می باشند. خواص مکانیکی با متعادل کردن ساختار به میزان تقریبی 50 درصد فریت و 50 درصد آستنیت بهبود خواهد یافت و همچنین فاز فریت موجب بهبود خواص مکانیکی آلیاژ می شود. بیشترین میزان توسعه در سال های اخیر با استفاده از این آلیاژهای جدید بوده است.

استیل رسوب سختی

پنجمین و آخرین عضو از خانواده ی فولادهای ضد زنگ، گروه رسوب سختی یا پیرسختی می باشد که به آنها فولادهای PH نیز گفته می شود. برخلاف آلیاژهای موجود در طبقه بندی های دیگر، این فولادها نه با ساختار بلوری خود، بلکه با یک مکانیزم استحکام دهنده ی خاص در یکی از ساختارها مشخص می شوند.

شکل 42- ریزساختار دو فولاد ضد زنگ دوپلکس. (a)  گرید عملیات محلولی و پیرسختی شده 7-Mo (آهن؛ کربن کمتر از 0.1 درصد؛ کروم 27.5؛ نیکل 1.5؛ مولیبدن 1.5)  فاز فریت خاکستری روشن؛ سیگما تیره؛ آستنیت سفیدترین سایه است. (b) گرید 2205 فولاد ضد زنگ دوپلکس کارشده (شماره 31803S UNS). فریت (تیره تر) و آستنیت (سفید). ترکیب برای تولید مقادیر تقریبی مساوی فریت و آستنیت در دمای اتاق متعادل می باشد. منبع: شرکت بوهلر.

فولادی از این نوع، برای اولین بار در سال 1929 توسط ویلیام کرول (William Kroll) در لوگزامبورک کشف شد. آلیاژ تولیدی وی با افزودن اندک مقداری تیتانیوم (به منظور ترکیب با کربن و ایجاد رسوبات ریز کاربید تیتانیوم به منظور تقویت ماتریس بلور) تقویت گردید. کرول بعدها در دهه 1940، وقتی اولین فرآیند تجاری برای تصفیه تیتانیوم و زیرکونیوم را توسعه داد، مشهور شد.

اولین آلیاژ رسوب سختی به صورت تجاری، استنلس W بود که توسط شرکت فولاد کارنگی-ایلینویز در پیتزبورگ تولید شد. این امر در سال 1947 با توسعه گرید 17-4 PH آرمکو و بعداً تولید گریدهای 17-7 PH و Mo 7-15 PH دنبال شد. شرکت فولاد Allegheny Ludlum به توسعه گریدهای 286A، 350AM پرداخت. شرکت فولاد Carpenter نیز گریدهای سفارشی 450، 455 و 630 را تولید نمود. این آلیاژها حاوی 11 تا 18 درصد کروم، 3 تا 27 درصد نیکل و مقادیر کمتری از فلزات اضافی از جمله آلومینیوم، مس، کلمبیوم (نیوبیم)، مولیبدن، تیتانیوم و تنگستن بودند.

مشخصه ی این آلیاژها، داشتن استحکام بسیار بالا و مقاومت یکسان یا بهتر در برابر خوردگی نسبت به استنلس استیل 304 می باشد. آنها با تشکیل رسوبات جزئی در طی عملیات پیرسختی به استحکام بالای خود دست پیدا می کنند. این آلیاژها در شرایط عملیات محلولی، ماشینکاری نهایی می شوند و پس از آن سخت می شوند (معمولاً با عملیات پیرسختی به مدت 4 ساعت و در دمای 540 درجه سانتی گراد).

از آنجا که نام این آلیاژهای اختصاصی در مشخصات ASTM قابل استفاده نبود، چندین سیستم شماره گذاری برای این منظور ابداع گردید. روال AISI این بود که به آلیاژهای اختصاصی، اعداد را اختصاص نمی دهد، اما گروهی که اکنون ناشناخته است، تصمیم گرفتند شماره گذاری این آلیاژها را با یک سری اعداد سه رقمی (600) شروع کنند. نظر به اینکه AISI از یک سیستم سه رقمی استفاده می کرد، بسیاری تصور می کردند که اعداد سری 600، اعداد AISI می باشند.

شماره های 630 تا 635 به بعضی از فولادهای PH اختصاص داده شد و به دیگران شماره های XM، 9-XM، 12، 13، 16 و 25 اختصاص داده شده است. این مشخصات به جای نام تجاری در مشخصات ASTM استفاده می شود. این آلیاژها با اعداد UNS نیز مشخص می شوند.

برخی آلیاژهای رسوب سختی، مارتنزیتی و برخی دیگر نیمه آستنیتی می باشند. آلیاژ 286A آستنیتی است (شکل 43). این آلیاژها در ابتدا به منظور آهنگری و اتصال دهنده ها برای مقاصد نظامی و هوافضا استفاده می شد.

شکل 43- ریزساختار فولادهای ضد زنگ رسوب سختی (PH). (a) فولاد ضد زنگ مارتنزیتی PH گرید 15-5 PH (شماره 15500S UNS) در شرایط عملیات محلولی و پیرسختی. (b) فولاد ضد زنگ PH نیمه آستنیتی گرید 17-7 PH (شماره 17700S UNS) در شرایط عملیات محلولی و پیرسختی. (c) فولاد ضد زنگ PH آستنیتی گرید 286A (شماره 66286S UNS) در شرایط آنیل.