تأثير العناصر المختلفة على الفولاذ المقاوم للصدأ
في الوقت الحاضر ، هناك أكثر من 100 عنصر كيميائي معروف ، وهناك حوالي 20 عنصرًا كيميائيًا يمكن مواجهتها في المواد الفولاذية الشائعة الاستخدام في الصناعة. بالنسبة إلى الصلب الخاص سلسلة من الفولاذ المقاوم للصدأ التي شكلتها كفاح الناس طويل الأمد ضد التآكل ، هناك أكثر من عشرة عناصر شائعة الاستخدام. بالإضافة إلى العناصر الأساسية للصلب ، فإن الحديد له التأثير الأكبر على أداء وهيكل الفولاذ المقاوم للصدأ.
العناصر هي الكربون ، والكروم ، والنيكل ، والمنغنيز ، والسيليكون ، والموليبدينوم ، والتيتانيوم ، والنيوبيوم ، والتيتانيوم ، والمنغنيز ، والنيتروجين ، والنحاس ، والكوبالت ، وما إلى ذلك ، باستثناء الكربون ، والسيليكون ، والنيتروجين ، فهذه العناصر كلها عناصر في المجموعة الانتقالية لـ الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.
في الواقع ، يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في الصناعة على عدة عناصر أو حتى عشرات العناصر في نفس الوقت. عندما تتعايش عدة عناصر في وحدة الفولاذ المقاوم للصدأ ، يكون تأثيرها أكثر تعقيدًا مما لو كانت موجودة بمفردها. في ظل هذه الظروف ، لا يجب مراعاة دور كل عنصر بحد ذاته فحسب ، بل يجب أيضًا مراعاة تأثيره المتبادل. لذلك ، يتم تحديد هيكل الفولاذ المقاوم للصدأ من خلال مجموع تأثير العناصر المختلفة.
1. الدور الحاسم للكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ
هناك عنصر واحد فقط يحدد خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهو الكروم. يحتوي كل نوع من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ على كمية معينة من الكروم. حتى الآن ، لا يوجد فولاذ مقاوم للصدأ خالٍ من الكروم. السبب الأساسي وراء تحول الكروم إلى العنصر الرئيسي الذي يحدد أداء الفولاذ المقاوم للصدأ هو أن إضافة الكروم كعنصر سبائك إلى الفولاذ يعزز حركته المتناقضة الداخلية للمساعدة في مقاومة أضرار التآكل. يمكن تفسير هذا التغيير من الجوانب التالية:
① يزيد الكروم من إمكانات القطب الكهربائي للمحلول الصلب القائم على الحديد
② يمتص الكروم إلكترونات الحديد لتخميل الحديد
التخميل هو ظاهرة يتم فيها تحسين مقاومة التآكل للمعادن والسبائك بسبب منع تفاعل الأنود. هناك العديد من النظريات التي تشكل تخميل المعادن والسبائك ، بما في ذلك بشكل أساسي نظرية الفيلم ، ونظرية الامتزاز ، ونظرية ترتيب الإلكترون.
2. ازدواجية الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ
الكربون هو أحد العناصر الرئيسية للصلب الصناعي. يتم تحديد أداء وهيكل الفولاذ إلى حد كبير من خلال محتوى وتوزيع الكربون في الفولاذ. تأثير الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ مهم بشكل خاص. يتجلى تأثير الكربون على هيكل الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أساسي في جانبين. من ناحية أخرى ، يعتبر الكربون عنصرًا يعمل على استقرار الأوستينيت وله تأثير كبير (حوالي 30 ضعف تأثير النيكل). من ناحية أخرى ، بسبب تقارب الكربون والكروم ، كبير ، يتكون من الكروم - سلسلة من الكربيدات المعقدة. لذلك ، من حيث القوة ومقاومة التآكل ، فإن دور الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ متناقض.
بمعرفة قانون هذا التأثير ، يمكننا اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ بمحتوى كربون مختلف من متطلبات الاستخدام المختلفة.
على سبيل المثال ، الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر استخدامًا والأكثر أساسية في الصناعة - يشترط أن يكون محتوى الكروم القياسي لدرجات الصلب الخمس 0Crl3 ～ 4Cr13 هو 12 14٪ ، وهو ما يعني أن عامل الكربون والكروم في الكروم كربيد. الغرض من القرار هو أنه بعد دمج الكربون والكروم لتكوين كربيد الكروم ، يجب ألا يكون محتوى الكروم في المحلول الصلب أقل من الحد الأدنى لمحتوى الكروم البالغ 11.7٪.
بالنسبة إلى درجات الصلب الخمس هذه ، نظرًا لاختلاف محتوى الكربون ، تختلف القوة ومقاومة التآكل أيضًا. تعتبر مقاومة التآكل لفولاذ 0Cr13 ～ 2Crl3 أفضل ولكن القوة أقل من تلك الموجودة في الفولاذ 3Crl3 و 4Cr13. يستخدم في الغالب لتصنيع الأجزاء الهيكلية. يمكن الحصول على درجتين من الفولاذ على قوة عالية بسبب محتواهما العالي من الكربون ويستخدمان في الغالب في صناعة النوابض والسكاكين والأجزاء الأخرى التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل.
على سبيل المثال ، للتغلب على التآكل الحبيبي للفولاذ المقاوم للصدأ الكروم والنيكل 18-8 ، يمكن تقليل محتوى الكربون في الفولاذ إلى أقل من 0.03٪ ، أو عنصر (تيتانيوم أو نيوبيوم) ذو تقارب أكبر من الكروم والكربون يمكن إضافته لمنعه من تكوين الكربنة.
الكروم ، على سبيل المثال ، عندما تصبح الصلابة العالية ومقاومة التآكل هي المتطلبات الرئيسية ، يمكننا زيادة محتوى الكربون في الفولاذ مع زيادة محتوى الكروم بشكل مناسب ، وذلك لتلبية متطلبات الصلابة ومقاومة التآكل ، ولكن أيضًا مع الأخذ في الاعتبار الثابتة تستخدم وظيفة مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ 9Cr18 و 9Cr17MoVCo كمحامل وأدوات قياس وشفرات في الصناعة ، على الرغم من أن محتوى الكربون يصل إلى 0.85 إلى 0.95٪ نظرًا لزيادة محتوى الكروم وفقًا لذلك ، إلا أنه لا يزال يضمن مقاومة التآكل. يتطلب.
بشكل عام ، محتوى الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم حاليًا في الصناعة منخفض نسبيًا. تحتوي معظم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ على نسبة كربون تتراوح بين 0.1٪ و 0.4٪ ، بينما يحتوي الفولاذ المقاوم للأحماض على محتوى كربون بنسبة 0.1٪ إلى 0.2٪. يشكل الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على نسبة كربون تزيد عن 0.4٪ جزءًا صغيرًا من إجمالي درجات الصلب. هذا لأنه ، في ظل معظم ظروف الاستخدام ، يكون للفولاذ المقاوم للصدأ دائمًا مقاومة للتآكل كهدف رئيسي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن محتوى الكربون المنخفض يرجع أيضًا إلى متطلبات تكنولوجية معينة ، مثل اللحام السهل والتشوه البارد.
3. يتم لعب دور النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ فقط بعد أن يتعاون مع الكروم
النيكل مادة ممتازة مقاومة للتآكل وعنصر مهم لصناعة السبائك الفولاذية. النيكل عنصر يشكل الأوستينيت في الفولاذ ، ولكن بالنسبة للصلب النيكل منخفض الكربون للحصول على هيكل أوستينيت نقي ، يجب أن يصل محتوى النيكل إلى 24٪ ؛ وفقط عندما يكون محتوى النيكل 27٪ يمكن أن يكون الفولاذ مقاومًا لوسائط معينة. يتغير أداء التآكل بشكل كبير. لذلك ، لا يمكن أن يشكل النيكل الفولاذ المقاوم للصدأ وحده. ولكن عند وجود النيكل والكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ في نفس الوقت ، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على النيكل له العديد من الخصائص القيمة.
بناءً على الحالة المذكورة أعلاه ، فإن دور النيكل كعنصر في صناعة السبائك في الفولاذ المقاوم للصدأ هو أنه يغير هيكل الفولاذ عالي الكروم بحيث يمكن تحسين مقاومة التآكل وأداء العملية للفولاذ المقاوم للصدأ.
4. يمكن أن يحل المنغنيز والنيتروجين محل النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ والنيكل والكروم
على الرغم من وجود العديد من المزايا للصلب الأوستنيتي الكروم والنيكل ، إلا أنه في العقود الأخيرة بسبب التطور الواسع النطاق وتطبيق السبائك المقاومة للحرارة القائمة على النيكل والفولاذ المقاوم للحرارة الذي يحتوي على أقل من 20 ٪ من النيكل ، والتطور المتزايد لل الصناعة الكيميائية ، زاد الطلب على الفولاذ المقاوم للصدأ. كلما كان الحجم أكبر ، كلما كانت رواسب النيكل أصغر وتوزيع التركيز في مناطق قليلة ، لذلك هناك تناقض بين العرض والطلب على النيكل في العالم.
لذلك ، في مجالات الفولاذ المقاوم للصدأ والعديد من السبائك الأخرى (مثل الصلب للمسبوكات والمطروقات الكبيرة ، والأدوات الفولاذية ، والفولاذ المقاوم للحرارة ، وما إلى ذلك) ، خاصة في البلدان التي تكون فيها موارد النيكل نادرة نسبيًا ، علم حفظ النيكل و تم إجراء استبدال النيكل بعناصر أخرى على نطاق واسع. في ممارسة البحث والإنتاج ، هناك المزيد من الأبحاث والتطبيقات في هذا المجال التي تحل محل النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة بالمنغنيز والنيتروجين.
تأثير المنغنيز على الأوستينيت مشابه لتأثير النيكل. ولكن لنكون أكثر دقة ، لا يتمثل دور المنجنيز في تكوين الأوستينيت ، ولكن لتقليل معدل التبريد الحرج للصلب ، وزيادة ثبات الأوستينيت أثناء التبريد ، ومنع تحلل الأوستينيت ، وجعله يتشكل في درجات حرارة عالية. يمكن الحفاظ على الأوستينيت في درجة حرارة الغرفة. في تحسين مقاومة الفولاذ للتآكل ، يكون للمنجنيز تأثير ضئيل. على سبيل المثال ، يتغير محتوى المنغنيز في الفولاذ من 0 إلى 10.4٪ ، ولا يغير بشكل كبير مقاومة التآكل للفولاذ في الهواء والحمض.
هذا لأن المنغنيز له تأثير ضئيل على زيادة إمكانات القطب الكهربائي للمحلول الصلب القائم على الحديد ، كما أن التأثير الوقائي لفيلم الأكسيد المتشكل منخفض جدًا ، لذلك على الرغم من وجود فولاذ أوستنيتي مخلوط بالمنغنيز (مثل 40Mn18Cr4 ، 50Mn18Cr4WN ، ZGMn13 الصلب إلخ) ، لا يمكن استخدامها كالفولاذ المقاوم للصدأ. دور المنجنيز في تثبيت الأوستينيت في الفولاذ هو حوالي نصف دور النيكل ، أي أن دور 2٪ من النيتروجين في الفولاذ هو أيضًا استقرار الأوستينيت ، والدور أكبر من دور النيكل.
على سبيل المثال ، من أجل الحصول على الهيكل الأوستنيتي للصلب المحتوي على 18٪ من الكروم في درجة حرارة الغرفة ، تم تطبيق الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض النيكل مع المنغنيز والنيتروجين بدلاً من النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ والكروم والمنغنيز والنيتروجين الخالي من النيكل في الصناعة في الحاضر ، وبعضها نجح في استبدال الفولاذ المقاوم للصدأ الكروم والنيكل 18-8 الكلاسيكي.
5. يضاف التيتانيوم أو النيوبيوم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لمنع التآكل الحبيبي.
6. يمكن للموليبدينوم والنحاس تحسين مقاومة التآكل لبعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ.
7. تأثير العناصر الأخرى على أداء وتنظيم الفولاذ المقاوم للصدأ
تؤثر العناصر التسعة الرئيسية المذكورة أعلاه على أداء وهيكل الفولاذ المقاوم للصدأ. بالإضافة إلى العناصر التي لها تأثير أكبر على أداء وهيكل الفولاذ المقاوم للصدأ ، يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا على بعض العناصر الأخرى. بعضها يشبه الفولاذ العام مثل الشوائب ، مثل السيليكون والكبريت والفوسفور وما إلى ذلك. يضاف بعضها لأغراض محددة ، مثل الكوبالت والبورون والسيلينيوم والعناصر الأرضية النادرة. من حيث الطبيعة الرئيسية لمقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل ، فإن هذه العناصر غير ضرورية مقارنة بالعناصر التسعة التي تمت مناقشتها. ومع ذلك ، لا يمكن تجاهلها تمامًا لأنها تؤثر أيضًا على أداء وتنظيم الفولاذ المقاوم للصدأ. تأثير.
السيليكون ”هو عنصر يشكل حديديًا ، وهو عنصر شوائب غالبًا ما يوجد في الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل عام.
لا يستخدم الكوبالت على نطاق واسع كعنصر صناعة السبائك في الفولاذ. هذا بسبب ارتفاع سعر الكوبالت وأهميته في جوانب أخرى (مثل الفولاذ عالي السرعة أو السبائك الصلبة أو السبائك المقاومة للحرارة القائمة على الكوبالت أو الفولاذ المغناطيسي أو السبائك المغناطيسية الصلبة ، إلخ). لا توجد العديد من الألواح غير القابلة للصدأ الشائعة التي تضيف الكوبالت كعنصر في صناعة السبائك. الفولاذ المقاوم للصدأ شائع الاستخدام مثل الفولاذ 9Crl7MoVCo (يحتوي على 1.2-1.8٪ كوبالت) يضيف الكوبالت. الغرض ليس تحسين مقاومة التآكل ولكن زيادة الصلابة ، لأن الغرض الرئيسي من هذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ في تصنيع أدوات القطع الآلية والمقصات والشفرات الجراحية ، إلخ.
البورون يمكن أن تؤدي إضافة 0.005٪ من البورون إلى الفولاذ المقاوم للصدأ Crl7Mo2Ti عالي الكروم والفولاذ المقاوم للصدأ إلى تحسين مقاومة التآكل في حامض الخليك بنسبة 65٪ المغلي. يمكن أن تؤدي إضافة كمية صغيرة من البورون (0.0006 إلى 0.0007٪) إلى تحسين اللدونة الحرارية للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. تشكل كمية صغيرة من البورون نقطة انصهار منخفضة سهلة الانصهار ، مما يزيد من ميل الفولاذ الأوستنيتي لتوليد تشققات ساخنة أثناء اللحام ، ولكن عندما يحتوي على المزيد من البورون (0.5 إلى 0.6٪) ، فإنه يمكن أن يمنع حدوث التشققات الساخنة.
لأنه عندما يحتوي على 0.5 إلى 0.6٪ من البورون ، يتشكل هيكل مرحلتين من الأوستينيت-بوريد ، مما يقلل من نقطة انصهار اللحام. عندما تكون درجة حرارة تجمد البركة المنصهرة أقل من منطقة شبه الانصهار ، فإن إجهاد الشد الناتج عن المادة الأساسية أثناء التبريد سيكون في الحالة السائلة. لن يتسبب معدن اللحام الصلب في حدوث تشققات في الوقت الحالي. حتى إذا تم تشكيل صدع في منطقة قريبة من المفصل ، يمكن ملؤه بمعدن حوض مصهور سائل صلب. يحتوي الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ والكروم والنيكل المحتوي على البورون على تطبيقات خاصة في صناعة الطاقة الذرية.
الفوسفور هو عنصر شوائب في الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل عام ، ولكن خطورته في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ليست كبيرة كما هو الحال في الفولاذ العام ، لذلك يمكن السماح للمحتوى أن يكون أعلى إذا أشارت بعض البيانات إلى أنه يمكن أن يصل إلى 0.06٪. تساعد على التحكم بالصهر. يمكن أن يصل محتوى الفسفور في الفولاذ الأوستنيتي المحتوي على المنغنيز إلى 0.06٪ (مثل الفولاذ 2Crl3NiMn9) أو حتى 0.08٪ (مثل الفولاذ Cr14Mnl4Ni). باستخدام الفوسفور لتقوية الفولاذ ، يضاف الفوسفور أيضًا كعنصر صناعة السبائك للفولاذ المقاوم للصدأ الذي يصلب مع تقدم العمر. فولاذ PH17-10P (يحتوي على 0.25٪ فوسفور) هو فولاذ PH-HNM (يحتوي على 0.30 فوسفور) وهكذا.
الكبريت والسيلينيوم من العناصر الشائعة للشوائب في الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل عام. لكن إضافة 0.2 إلى 0.4٪ من الكبريت إلى الفولاذ المقاوم للصدأ يمكن أن يحسن أداء القطع للفولاذ المقاوم للصدأ ، كما أن للسيلينيوم نفس التأثير. يعمل الكبريت والسيلينيوم على تحسين أداء القطع للفولاذ المقاوم للصدأ لأنهما يقللان من صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ. على سبيل المثال ، يمكن أن تصل قيمة تأثير 18-8 من الفولاذ المقاوم للصدأ الكروم والنيكل إلى 30 كجم / سم 2. تبلغ قيمة تأثير 18-8 فولاذ مع 0.31٪ كبريت (0.084٪ C ، 18.15٪ Cr ، 9.25٪ نيكل) 1.8 كجم / سم 18 ؛ 0.22 مع 8٪ سيلينيوم. تبلغ قيمة تأثير الصلب -0.094 (18.4٪ C ، 9٪ Cr ، 3.24٪ Ni) XNUMX كجم / سم XNUMX. يقلل كل من الكبريت والسيلينيوم من مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل ، لذلك نادرًا ما يتم استخدامهما كعناصر في صناعة السبائك من الفولاذ المقاوم للصدأ.
العناصر الأرضية النادرة إن تطبيق العناصر الأرضية النادرة على الفولاذ المقاوم للصدأ يعمل حاليًا بشكل أساسي على تحسين أداء العملية. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي إضافة عدد صغير من العناصر الأرضية النادرة إلى الفولاذ Crl7Ti و Cr17Mo2Ti إلى القضاء على الفقاعات التي يسببها الهيدروجين في السبائك الفولاذية وتقليل التشققات في البليت. يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والأوستنيتي-الفريتي مع 0.02-0.5٪ من العناصر الأرضية النادرة (سبيكة السيريوم-اللانثانم) تحسين أداء الطرق بشكل كبير. كان هناك فولاذ أوستنيتي يحتوي على 19.5٪ كروم و 23٪ نيكل وموليبدينوم ونحاس ومنغنيز. في الماضي ، كان بإمكانها فقط إنتاج المسبوكات بسبب أداء عملية التشغيل على الساخن. بعد إضافة العناصر الأرضية النادرة ، يمكن دحرجتها إلى ملفات تعريف مختلفة.