مقدمه
کروم جزء ضروری همه ورق های استیل است که حداقل 10.5 درصد از محتوای آلیاژ را تشکیل می دهد. برای شناخت تاثیر کروم بر ورق استیل لازم است پنج واقعیت کلیدی در مورد کروم را مورد بررسی قرار دهیم:
- کروم (Cr) بیست و چهارمین عنصر جدول تناوبی است. یک فلز انتقالی، سخت و شکننده با ظاهری براق و خاکستری است.
- کروم به طور طبیعی در برابر خوردگی مقاوم است و زنگ نمی زند. این عنصر با هوای اطراف واکنش نشان می دهد و لایه ای از اکسید کروم را روی ورق استیل تشکیل می دهد که به عنوان "لایه غیرفعال" شناخته می شود، این چیزی است که به محافظت از ورق استیل در برابر زنگ زدگی کمک می کند.
- کروم با امتیاز 8.5 در مقیاس سختی Moh، سخت‌ترین فلز روی سیاره است و به راحتی از تیتانیوم که تنها امتیاز 6 دارد، پیشی می‌گیرد. در این مقیاس فقط بور و الماس بالاتر از کروم قرار می‌گیرند که به ترتیب دارای رتبه‌بندی‌های 9.5 و 10 هستند.
- در ترکیب با استحکام و مقاومت آن در برابر خوردگی، درخشش جذاب کروم به این معنی است که برای استفاده در کاربردهایی که زیبایی جذاب اولویت بالایی دارد، بسیار ارزشمند است. این ظاهر درخشان و نمادین به این دلیل است که کروم حدود 70٪ نور مرئی را منعکس می کند (علاوه بر این، فلز نزدیک به 90٪ نور مادون قرمز را منعکس می کند).
- اگرچه کروم یک ماده مرتبط با عصر مدرن است، اما در واقع در اواخر دهه 1700 کشف شد. لوئیس نیکولا واکلین، شیمیدان فرانسوی، اولین کسی بود که کروم را جدا کرد که با پختن نمونه‌های کروکویت (مواد معدنی کرومات سرب) به آن دست یافت.
ورق استیل
حداقل میزان کروم ورق های استیل آستنیتی 16 درصد است. سایر عناصر اضافه شده برای تثبیت ریزساختار آستنیتی در دمای اتاق عبارتند از کربن، نیتروژن، نیکل و منگنز. ورق استیل آستنیتی همچنین ممکن است حاوی مقادیر جزئی ریزساختار فریتی باشد، زیرا عناصری که ریزساختار آستنیتی را تثبیت می کنند، ریزساختار فریتی را نیز تثبیت می نمایند. ورق های استیل آستنیتی را نمی توان با عملیات حرارتی سخت کرد، اما خواص آنها را می توان با کار سرد تغییر داد. ورق های استیل آستنیتی بر اساس خواص مکانیکی خود به چهار دسته کلی طبقه بندی می شوند.
مقاومت ورق استیل در برابر خوردگی
مقاومت اکسیداسیون فولاد در درجه اول به دلیل محتوای کروم و تا حدی کمتر در فولادهای آستنیتی، میزان بالای نیکل است. کروم روی سطح فولاد اکسید می شود تا یک لایه نازک نامرئی از اکسید کروم (Cr2O3) تشکیل شود و این لایه به اصطلاح غیرفعال در صورت آسیب به سرعت اصلاح می شود، مشروط بر اینکه محتوای کروم انبوه بالاتر از مقدار آستانه 7٪ باقی بماند.
ترک خوردگی لایه محافظ می تواند در نتیجه خزش یا چرخه حرارتی رخ دهد و وجود بخار آب منجر به تشکیل گونه های هیدروکسیل فرار حاوی کروم و از دست رفتن کروم فولاد از طریق تبخیر می شود. بنابراین، محتوای کروم بسیار بالاتر از آستانه 7٪ برای خدمات طولانی مدت در شرایط خورنده ضروری است. آلیاژ بیشتر می تواند مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد. افزودن سیلیکون به فرآیند ترمیم ترک در لایه به غیرفعالسازی کمک می کند. منگنز فرآیند تبخیر کروم و در نتیجه تشکیل یک لایه اسپینل سخت منگنز-کروم (MnCr2O4) را کند می کند، در حالی که تنگستن و سایر فلزات، خزش را افزایش می دهند.
رفتار ورق های استیل بالاتر از 1000 درجه فارنهایت (538 درجه سانتیگراد)
در دمای بالا، در تمام ورق های استیل با محتوای کروم بالا مقداری فاز سیگما ایجاد می گردد که در دماهای پایین تر باعث شکنندگی می شود. فاز سیگما بسیار سخت، غیر مغناطیسی و شکننده است. ترکیب شیمیایی این فاز بسته به آلیاژی که از آن تشکیل شده است، متفاوت است. این بر ویژگی‌های دمای بالا فولاد تأثیری نمی‌گذارد، اما ممکن است آن را در دماهای پایین‌تر آنقدر شکننده کند که در هنگام راه‌اندازی یا خاموش شدن تجهیزات، دچارخرابی شود.
ورق های استیل حاوی بیش از 13 درصد کروم (فریتی و مارتنزیتی) در برابر تشکیل گسترده "فاز سیگما" بسیار حساس هستند. انواع ورق استیل آستنیتی به دلیل محتوای نیکل بالایی که دارند، حساس نیستند، اما زمانی که برای مدت طولانی بین 1000 درجه فارنهایت و 1500 درجه فارنهایت (538 درجه سانتیگراد و 816 درجه سانتیگراد) نگهداری می شوند، می توانند مقادیر مخرب فاز سیگما را ایجاد کنند. برخی از آلیاژهای آستنیتی بسیار حساس، مانند ریخته‌گری‌ها و جوش‌ها، ممکن است در چند ساعت در دماهای 1200 درجه فارنهایت تا 1300 درجه فارنهایت (650 درجه سانتیگراد تا 705 درجه سانتیگراد) دچار شکنندگی جدی شوند. ورق های استیل دوبلکس نیز در برابر شکنندگی سیگما بسیار حساس هستند. تردی سیگما با به حداقل رساندن محتوای فریت جوش های ورق استیل کنترل می شود. ورق استیل دوبلکس به حداکثر دمای سرویس 650 درجه فارنهایت برای جلوگیری از شکنندگی محدود شده است.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی