گروه بندی استنلس استیل
آلیاژ استنلس استیل برای اینکه در مقابل خوردگی از خود مقاومت نشان دهد، بایستی حداقل 11% کروم در ساختار آن وجود داشته باشد. اثر متفاوت این عناصر بر ریز ساختار، شش گروه استنلس استیل به شرح زیر را به وجود می آورد:
1-گروه فریتی (Ferritic): با محدوده ترکیبی C<0.1%، Ni=0-4%، Cr=11-30%
2-گروه مارتنزیتی (Martensitic): با محدوده ترکیبی 0.1<C<1.2%، Ni=0-6%، Cr=11-18%
3-گروه آستنیتی (Austenitic): با محدوده ترکیبی C<0.15%، Ni=8-20%، Cr=15-27%. همچنین آلیاژهایی با نیکل بیشتر نیز جزء آلیاژ های سوپر آستنیتی و نیکل بوده و معمولاً در این دسته قرار می گیرند.
4-گروه دوفازی (Duplex): با محدوده ترکیبی C<0.08%، Ni=4-7%، Cr=18-27% و مقداری عناصر کمک افزودنی مانند N و Cu
5-گروه رسوب سختی (Precipitation Hardening): با محدوده ترکیبیC<0.15%، Ni=3-27%، Cr=12-28% و مقداری عناصر کمک افزودنی مانندN، Cu، B، Ti، Al
6-گروه ریختگی (Cast)
چهار گروه اول براساس ساختار میکروسکوپی و گروه پنجم براساس نوع عملیات حرارتی مشخص شده اند.
گروه ششم نیز شامل مجموعه آلیاژهایی از پنج گروه اصلی بوده که به روش ریخته گری تولید می شوند. در مورد کلیه گروه های فوق عناصر دیگری نظیر فسفر، سیلیسیم، گوگرد، منگنز، نئوبیم، تیتانیم و مولیبدن نیز ممکن است به عنوان ناخالصی در ترکیب موجود بوده و یا به عنوان افزودنی جهت بهبود خواص معینی به آلیاژ ها اضافه گردند که حدود آنها را استانداردها مشخص نموده اند.
ویژگی ها و خواص گروه ها
1-گروه فریتی
آلیاژ های این گروه حاوی 11 الی 30% کروم و تقریباً بدون عنصر گران قیمت نیکل بوده و بنابراین در بین گروه های دیگر معمولاً کمترین قیمت را دارا می باشند. تیتانیم و نئوبیم علاوه بر فریت زایی، با بلوکه کردن کربن و نیتروژن و تولید کربونیتریدها اثر مضاعفی در فریت زایی دارند زیراکه کربن و نیتروژن در آلیاژ های فریتی پیشرفته نسل سوم باز هم محدود تر گردیده است.
استحکام مکانیکی استنلس استیل فریتی در مقایسه با فولاد های کربنی ساده کم کربن بالاتر بوده اما چکش خواری و فرم پذیری آنها کمتر ولی در حد مناسب می باشد. همچنین استحکام مکانیکی آنها در دماهای بالا و چقرمگی در دماهای پایین، مخصوصاً در مقاطع ضخیم، در مقایسه با گروه آستنیتی بسیار کمتر می باشد.
به طور کلی از نظر مقاومت به خوردگی عمومی، استنلس استیل فریتی بعد از گروه های آستنیتی و مارتنزیتی قرار داشته و بسته به درصد کروم از کم تا عالی متغیر می باشد. اما برخلاف گروه آستنیتی مقاومت آنها در مقابل خوردگی تحت تنش بالا می باشند. از طرف دیگر کاهش میزان کربن و نیتروژن اثر نسبتاً زیادی در افزایش مقاومت خوردگی آنها دارد. آلیاژ های فریتی با کروم کم (حدود 11%) مانند 409 و 405 دارای مقاومت خوردگی و اکسیداسیون حداقل بوده اما به دلیل قیمت پایین و سهولت تولید، کاربرد زیادی در مواردی که نیازمند مقاومت خوردگی کم باشند، دارند. آلیاژ های فریتی با کروم متوسط (16 تا 18%) مانند استیل 430 در مقابل اسید های اکسید کننده ضعیف و آلی مقاوم بوده و در ساخت قطعات خودرو و ظروف آشپزخانه کاربرد دارند. ولی محدودیت آنها در مشکلات جوشکاری است.
استیل 430 سرگروه این خانواده است که با 17% کروم مقاومت نسبتاً خوبی به اتمسفر، بعضی از مواد شیمیایی (مخصوصاً اسید های اکسید کننده) دارد. این آلیاژ در مواردی جانشین بسیار مناسبی برای آلیاژ های گران قیمت آستنیتی می باشد. شکل پذیری این آلیاژ خوب است. کاربرد آن در تانک های اسید نیتریک، سبد های بازپخت حرارتی و قطعات تزیینی است.
2-گروه مارتنزیتی
عناصر آلیاژی این گروه کروم و کربن هستند. مارتنزیت یکی دیگر از فاز های آهن است. آلیاژ های مارتنزیتی فرومغناطیس و قابل عملیات حرارتی بوده و اهمیت و کاربرد آنها بیشتر جهت زیاد بودن استحکام مکانیکی، سختی، خستگی و خزش است. ولی دمای کاربرد آنها تا 650 درجه سانتی گراد محدود است. همچنین انواع پرکربن آن برای جوشکاری توصیه نمی گردد.
درصد کروم آلیاژ های مارتنزیتی معمولاً حدود 11 تا 18% است. درصد کربن آلیاژ های مارتنزیتی ممکن است تا 1.2% نیز برسد. عناصر آلیاژی دیگری مانند نئوبیم، سیلیسیم، وانادیم و غیره برای اصلاح ریز ساختار بعد از آب دادن و درصد کمی نیکل برای افزایش چقرمگی و مقاومت به خوردگی نیز استفاده می شوند. مقاومت به خوردگی آلیاژ های مارتنزیتی غالباً از بسیاری از آلیاژ های آستنیتی و فریتی کمتر بوده ولی کلاً در حد متوسط می باشد. استیل 410 سردسته این گروه و دارای بیشترین کاربرد در گروه مارتنزیتی می باشد. در آمریکا این آلیاژ دارای کاربرد گسترده ای در توربین های بخار، موتور های جت، توربین گازی، کاربرد عمومی، قطعات ماشین آلات، شفت پمپ ها و غیره می باشد.
3-گروه آستنیتی
وجود 8 تا 10% نیکل به ازای 18% کروم، ساختار فولاد را به صورت آستنیتی پایدار می نماید. این تغییر فاز باعث تغییر عمده خواص مکانیکی از جمله افزایش شکل پذیری آلیاژ می گردد. این آلیاژها در حالت بازپخت به دلیل وجود فاز آستنیت غیرمغناطیسی بوده اما به دلیل تغییر فاز در حالت کار سرد ممکن است کمی خاصیت مغناطیسی در آنها به وجود آید.
آلیاژ های آستنیتی حاوی عناصر اصلی کروم (در محدوده 16 تا 26%) و نیکل می باشند که در تعدادی از آنها (سری 2XX) به جای درصدی از نیکل عناصر منگنز (در محدوده 4 تا 15%) و نیتروژن اضافه گردیده اند تا باعث کاهش قیمت و افزایش استحکام گردند.
نیتروژن همچنین به منظور بهبود استحکام مکانیکی در دمای پایین، کند کردن تشکیل رسوب کاربید کروم، افزایش مقاومت به خوردگی های حفره ای و شیاری (کمک به مولیبدن) بکار می رود. عناصر آلیاژی دیگر مانند مولیبدن، مس، سیلیسیم، آلومینیم، تیتانیم، نئوبیم و غیره برای بالا بردن خواص معینی مانند مقاومت به خوردگی حفره ای و مقاومت در مقابل یون کلرید یا مقاومت به اکسیداسیون به آنها افزوده می شوند.
نورد سرد انجام شده روی این گروه مقاومت خوبی به آنها می دهد. از دیگر قابلیت های این گروه امکان جوشکاری آن به سبب میزان پایین کربن و گوگرد موجود در آنهاست. در واقع افزودن عناصر جدید در راستای بهبود کیفیت مدنظر و تامبن خواص مورد نیاز آلیاژ صورت میگیرد. به طور مثال افزودن تیتانیم به استنلس استیل 304 آن را به استنلس استیل 321 از دیگر آلیاژ های گروه آستنیتی تبدیل می کند. از دیگر آلیاژ های پرکاربرد این گروه استنلس استیل 316 می باشد که با افزودن 2% مولیبدن به 304 تهیه شده ومقاومت بهتری در برابر خوردگی کلر دارد. افزایش میزان کروم آلیاژ 310 را می دهد که مقاومت بالایی در دماهای بالا دارد. ضعف اصلی این گروه سستی آنها در برابر ترک های ناشی از خوردگی تنشی کلر است.
خواص گروه آستنیتی:
غیر مغناطیسی، داکتیل، دارای مقاومت پایین تر نسبت به سایر گروه های استینلس استیل، قابلیت شکل پذیری بالا، قابلیت تحمل دما تا 475 درجه سانتی گراد، دارای خاصیت ضد خوردگی قوی، دارای قابلیت سخت کاری
به طور کلی مقاومت به خوردگی گروه آستنیتی نسبت به گروه های دیگر استنلس استیل بیشتر بوده و در نتیجه کاربرد آنها نیز از این نظر بیشتر می باشد. ولی معمولاً برخلاف گروه فریتی به خوردگی تحت تنش حساس می باشند. آلیاژ های مخصوص آستنیتی پر نیکل حاوی مولیبدن زیاد (حدود 6%) و نیتروژن (0.15 تا 0.25%) در مقابل خوردگی حفره ای بسیار مقاوم بوده و در دماهای بالا نیز مقاومت به اکسیداسیون خوبی دارند.
