تأثیر عناصر آلیاژی بر فولادها
عنصر اصلی در استنلس استیل، کروم است. با این حال، مقدار بیش از حد کروم میتواند مشکلاتی در فرآیند تولید، شکلدهی و پایداری آلیاژ ایجاد کند.
برای بهبود این خواص و همچنین بهبود مقاومت به خوردگی، اکسیداسیون و ویژگیهای دیگر استنلس استیل، عناصر آلیاژی اضافی به آن افزوده میشوند. در زیر به مهمترین عناصر آلیاژی و اثرات آنها اشاره شده است.
نیکل
نیکل دو وظیفه اصلی در استنلس استیل دارد:
- نیکل به تشکیل و پایدارسازی ساختار آستنیتی کمک میکند، کار سختی را کاهش داده، شکلپذیری را افزایش میدهد و خواص مکانیکی را به ویژه در دماهای پایین بهبود میبخشد.
- نیکل مقاومت به خوردگی را، به خصوص در محیطهای احیاکننده و اسیدهای معدنی، از طریق کمک به تشکیل یک لایه محافظ، بهبود میبخشد.
منگنز
منگنز مانند نیکل عنصری آستنیتزا است، اما از نظر اقتصادی مقرون بهصرفهتر است. هنگامی که منگنز به عنوان جایگزینی جزئی برای نیکل در استنلس استیل استفاده میشود، خواص مشابهی را فراهم میکند و هزینه کلی آلیاژ را کاهش میدهد.
مولیبدن
افزودن مولیبدن به میزان متوسط به استنلس استیل، پایداری لایه محافظ را بهویژه در محیطهای غیر اکسیدکننده حاوی یون کلرید به شدت افزایش میدهد. مولیبدن همچنین مقاومت در برابر خوردگی حفرهای و خوردگی شیاری را افزایش میدهد. با این حال، آلیاژهای حاوی مولیبدن معمولاً برای استفاده در محیطهای اکسیدکننده، مانند اسید نیتریک و نیتراتها، مناسب نیستند.
سیلیسیم
سیلیسیم مقاومت به پوسته شدن در دماهای بالا را بهبود میبخشد و مقاومت به خوردگی در محیطهای شیمیایی اکسیدکننده قوی، مانند اسید سولفوریک غلیظ و گرم، را افزایش میدهد.
تیتانیم و نیوبیوم
این دو عنصر با تشکیل کاربیدهای بسیار پایدار با کربن، از ترکیب کروم با کربن جلوگیری کرده و مقاومت به خوردگی استنلس استیل را حفظ میکنند.
مس
مس مقاومت به خوردگی در محیطهای احیاکننده مانند محلولهای اسید سولفوریک را افزایش میدهد.
کربن
محتوای کربن در استنلس استیلها بین 0.01٪ تا 1٪ متغیر است و تأثیرات آن شامل موارد زیر است:
- در بیشتر استنلس استیلها، کربن مقاومت به خزش و پایداری مکانیکی در دماهای بالا را افزایش میدهد.
- در استنلس استیلهای مارتنزیتی، کربن عامل اصلی تشکیل فاز مارتنزیت و در نتیجه افزایش سختی است.
- اگرچه کربن به طور مستقیم بر مقاومت به خوردگی استنلس استیل تأثیری ندارد، اما میتواند با کروم واکنش دهد و مقاومت به خوردگی به خصوص در مرز دانهها را کاهش دهد.
گوگرد و سلنیم
این عناصر به منظور بهبود قابلیت ماشینکاری به استنلس استیل افزوده میشوند.
نیتروژن
نیتروژن چندین اثر مهم دارد:
- در استنلس استیلهای آستنیتی، نیتروژن استحکام مکانیکی (در دماهای معمولی و پایین) و مقاومت به خوردگی حفرهای و شیاری را افزایش میدهد. همچنین تشکیل فازهای ترد حاوی کروم و مولیبدن را به تأخیر میاندازد.
- در استنلس استیلهای دو فازی، نیتروژن نقش مهمی در پایداری فاز آستنیت داشته و تمایل به جدایش کروم و مولیبدن را کاهش میدهد.
- در استنلس استیلهای فریتی، نیتروژن تأثیر بسیار منفی بر خواص مکانیکی دارد.
منبع: ف. کاویانی نژاد، "فولادهای زنگنزن و مقاوم به حرارت" (1386)؛ فولادهای زنگنزن و ویژگیهای آنها، صفحات 21-64.
