فولادهای زنگ نزن متالورژی جوشكاری و جوش پذیری (1)

هدف
تعیین و بیان اصول انوع مختلف فولادهای زنگ نزن و جوش پذیری آنها شامل اصول مواد غیر مشابه و انتخاب فلز پركننده

مطالب شامل
- تاثیر عناصر آلیاژی
- سیستم Fe-Cr ، Fe-Ni و Fe-Cr-Ni
- تشكیل دهنده های آستنیت و فریت
- تاثیر نیتروژن
- كروم معادل و نیكل معادل
- دیاگرام شفلر ، دلانگ و سایر دیاگرام های پیش بینی 
- اندازه گیری فریت محتوی
- بررسی و نگرش بر فولادهای زنگ نزن (كاملاً آستنیتی، فولادهای حاوی فریت، مارتنزیتی، زنگ نزن دو فازی، مقاومت شیمیایی، مقاومت خزشی، فولادهای مقاوم به حرارت)
- تردی 475
- فرایندهای جوشكاری قابل استفاده
- انواع فلزات پركننده
- جزییات طراحی
- عملیات حرارتی
- عملیات حرارتی پس از جوشكاری (PWHT)
- پسیو شدن
- استانداردها

نتایج مورد انتظار
- ارزیابی ساختارهای انواع فولادهای زنگ نزن، فلز پایه ، HAZ و فلز جوش
- تعیین نتایج وضع جوشكاری یك فولاد پرآلیاژ با استفاده از دیاگرام فاز Fe-Cr
- بیان قوانین و اصول حاكم بر پدیده تردی
- بیان قوانین و اصول حاكم در پدیده خوردگی جزئی
- تعیین نتایج وضع جوشكاری یك فولاد پر آلیاژ با استفاده از دیاگرام فاز Fe-Cr برای مقدار كربن محتوی متفاوت 
- پیش بینی انتخاب مواد مصرفی برای هر نوع فولاد زنگ نزن با استفاده از دیاگرام های مختلف 
- پیش بینی عملیات حرارتی مورد نیاز پی از جوشكاری

فولادهای زنگ‌نزن، گروهی از مهم ترین مواد مهندسی هستند که به طور گسترده در صنایع و محیط های مختلف استفاده می‌شوند. جوشکاری یک روش مهم ساخت در مورد فولاد های زنگ‌نزن می باشد و کتاب ها، مقالات و دستورالعمل های زیادی در طول 75 سال گذشته، جهت شناخت بهتر روش ها و ملاحظات لازم برای جوشکاری موفقیت‌آمیز این ماده مهندسی منتشر شده است. 

فولاد زنگ نزن گروهی از فولادهای پر آلیاژ، بر پایه سیستم های Fe-Cr،-C   Fe-Crو Fe-Cr-Ni  می باشند. برای زنگ نزن بودن، این فولادها باید حاوی حداقل 5/10 درصد وزنی کرم باشند. این میزان کرم باعث تشکیل یک سطح غیر فعال اکسیدی می شود که از اکسیداسیون و خوردگی فلز زیری، در شرایط محیط و غیر خورنده محافظت می کند. 
محیط های خورنده که با حمله کردن به پوسته اکسیدی باعث از بین رفتن آن می گردند سبب خوردگی فولادهای زنگ‌نزن می شوند. خوردگی به صورت های مختلفی به وقوع می‌پیوندد که شامل خوردگی حفره ای، خوردگی شیاری و خوردگی بین ‌دانه ای می باشد. نوع خوردگی متأثر از نوع محیط خورنده شرایط متالورژیکی ماده و تنش های موضعی موجود می باشد. مهندسین و طراحان باید در هنگام انتخاب فولاد ها زنگ‌نزن برای استفاده در شرایط خورنده، محیط استفاده و اثر عملیات تولید بر رفتار متالورژیکی آنها را در نظرگیرند.

فولادهای زنگ‌نزن از مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون، حتی در دماهای بالا برخوردارند و به همین خاطر به عنوان آلیاژهای مقاوم به حرارت شناخته شده اند. مقاومت به اکسیداسیون در دمای بالا نیز به خاطر میزان بالای کرم فولاد می باشد به طوری که برخی از آلیاژهای پرکرم (30-25 درصد وزنی) می توانند در دماهای بالاتر از °C1000 (°F1830)  نیز مقاومت کنند.
فولادهای زنگ نزن دارای کاربردهای مختلفی از جمله استفاده در عملیات تولید نیرو، عملیات شیمیایی و کاغذ سازی، ساخت بسیاری از محصولات تجاری نظیر تجهیزات آشپزخانه و قطعات اتومبیل هستند. فولادهای زنگ نزن هم چنین به طور گسترده در کاربردهای استریل مثل فرآیندهای داروسازی، تولید لبنیات و غذا مورد استفاده قرار می گیرند. 

بیشتر فولادهای زنگ ‌نزن قابل جوشکاری هستند ولی بسیاری از آنها نیاز به دستورالعمل‌های ویژه ای دارند. در بیشتر موارد جوشکاری منجر به تغییرات قابل توجه فلز جوش و ریزساختار ناحیه متأثر از حرارت در مقایسه با فلز پایه می شود که می تواند منجر به تغییر در تعادل فازی مطلوب، ایجاد فازهای بین فلزی، رشد دانه ها، جدایش عناصر آلیاژی و ناخالصی ها و واکنش های دیگر گردد. به طور معمول این موارد منجر به از بین رفتن بعضی از خواص و کارایی‌ها می‌شود که باید به عنوان یکی از فاکتورهای طراحی و ساخت در نظر گرفته شود. 

تاریخچه فولادهای زنگ نزن
1821: برتیه فرانسوی آزمایش‌هایی را در زمینه افزودن کرم به فولاد انجام داد. 
1897:گولد اسمیت آلمانی روشی را برای تهیه آلیاژحاوی کرم باکربن کم توسعه داد. 
1909-1904: آلیاژهای 13% وزنی کرم و 17% وزنی کرم در فرانسه و آلمان تولید شد. 
1913: بررلی انگلیسی اولین شمش تجاری را با شماره ریختگی 1008در 20 آگوست در شرکت توماس فرس و پسران در انگلستان تولید کرد. ترکیب (درصد وزنی) این شمش 24/0 % کربن، 2/0% سیلیسیم، 44/0% منگنز و 86/12% کرم بود 
1916:  ثبت اختراع شماره 1197256 آمریکایی برای فولادهایی حاوی 9 تا 16 درصد وزنی کرم و با کربن کمتر از 17 درصد وزنی، 5 سپتامر.

انواع فولاد زنگ‌نزن و کاربرد آنها
بعد از فولاد های کربنی و فولادهای C-Mn ، فولاد های زنگ ‌نزن بیشترین استفاده را در میان فولاد ها به خود اختصاص داده‌اند. زیرا انواع مختلفی از فولاد زنگ‌نزن با محدوده وسیعی از خواص مطلوب موجود می باشند که می توانند برای کاربردهای مختلفی استفاد شوند.

انواع فولاد زنگ‌نزن
مارتنزیتی (4XX)
فریتی (4XX)
آستنیتی (3XX و 2XX)
دوفازی (آستنیتی و فریتی)
سختی رسوبی (PH)