فولادهای زنگ نزن متالورژی جوشكاری و جوش پذیری (4)

                         مقطع سالیدوس و لیکوئیدوس درسیتم سه تایی Fe-Cr-Ni
در سطح لیکوئیدوس خط تیره ای وجود دارد که از ناحیه غنی از آهن در رأس گوشه مثلث به سمت ناحیه کرم- نیکل کشیده شده است. این خط ترکیباتی که به صورت فریت اولیه منجمد شده اند (بالا و سمت چپ) را از ترکیباتی که به صورت آستنیت اولیه منجمد شده اند، جدا می کند.
در سطح سالیدوس نیز دو خط تیره از ناحیه غنی از آهن در رأس به سمت ناحیه Cr-Ni نمودار کشیده شده است. بین این دو خط، درست بالای سالیدوس، فاز فریت و آستنیت به صورت مخلوط با مذاب موجود است و درست زیر خط سالیدوس فقط با یکی از این فازها موجود می باشد. این ناحیه مناطق تک فاز آستنیت و فریت را در زیر سالیدوس از هم جدا میند.

با ثابت در نظر گرفتن آهن در نمودار فازی سه تایی، از دمای لیکوئیدوس تا دمای اتاق، یک نمودار فازی شبه دوتایی Fe-Cr-Ni ایجاد می شود. به دلیل آنکه این سیستم سه تایی است مناطق فازی در سه بعد وجود دارند بنابراین نمی توان آنها را با نمودارهای فازی دوتایی استاندارد نمایش داد.

به ناحیه مثلثی کوچک بین خطوط سالیدوس و لیکوییدوس توجه کنید. این ناحیه شامل سه فاز آستنیت، فریت و مذاب می باشد و آلیاژهایی که به صورت آستنیت منجمد می شوند (سمت چپ) را از آلیاژهایی که به صورت فریت منجمد می شوند، جدا می کند. در حالت جامد در دمای بالا و مقادیر بیش از 20 درصد وزنی کرم، فریت پایدار است. با کاهش دما این فریت در مقادیر 20 تا 25 درصد وزنی کرم به طور جزیی به آستنیت تبدیل می شود. آلیاژهایی که به صورت آستنیتی منجمد می شوند (سمت چپ مثلث سه فازی) با سرد کردن تا دمای اتاق به صورت آستنیت باقی می مانند. آلیاژهایی که به صورت فریتی منجمد می شوند و دارای ترکیباتی در سمت راست مثلث سه فازی می باشند بایستی از ناحیه دوفازی آستنیت + فریت سرد شوند که منجر به تبدیل مقداری از فریت به آستنیت می گردد. در ترکیب های دورتر از سمت راست مثلث (نسبت بالاتر Cr/Ni) فریت به طور قابل ملاحظه ای پایدار می شود به طوری که در مناطق به حد کافی دور در سمت راست مثلث هر دیاگرامی، ساختار کاملاً فریتی می شود.
 عناصر آلیاژی و نمودارهای ساختاری
فولادهای زنگ نزن علاوه بر عناصر آلیاژی کرم، کربن و نیکل حاوی عناصر آلیاژی دیگری نیز جهت بهبود خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی یا کنترل ریز ساختار می باشند. 

فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای پایه آهنی با مقدار 50 تا 88 درصد وزنی آهن می باشند. عناصر آلیاژی اصلی که به فولاد زنگ نزن اضافه می شوند، برای کلاس های فریتی و مارتنزیتی عناصر کرم و کربن بوده و در فولادهای آستنیتی و دو فازی نیکل می باشد. تقریباً تمام فولادهای زنگ نزن حاوی مقداری منگنز و سیلیسیم نیز هستند. عناصر آلیاژی دیگر عبارت هستند از مولیبدن، نیوبیوم، تیتانیم، آلومینیوم، مس، تنگستن، نیتروژن و غیره که برای بهبود قابلیت ساخت، بهبود خواص ویژه، افزایش مقاومت به خوردگی و اثر بر ریزساختار اضافه می شوند. عناصر ناخالصی که به طور متداول در فولادهای زنگ نزن یافت می شوند شامل نیتروژن، اکسیژن، گوگرد و فسفر می باشند. تمام این عناصر و ناخالصی های موجود بر جوش پذیری و کارآیی فولاد موثرند.

کرم
اضافه کردن کرم عمدتاً برای محافظت در برابر خوردگی فولاد می باشد که به خصوص در محیط های اکسید کننده نظیر اسیدنیتریک موثر است. با اضافه شدن کرم، اکسیدی با ترکیب استوکیومتری (Fe,Cr)₂O₃  بر سطح فولاد تشکیل می شود. از آنجائی که کرم تمایل بیشتری برای واکنش با اکسیژن، نسبت به آهن دارد، حضور کرم باعث افزایش پایداری این اکسید می شود. وقتی مقدار کرم از تقریبا 5/10  درصد وزنی بیشتر باشد، فولاد تحت شرایط محیطی  "زنگ نزن" در نظر گرفته می شود.  پایداری اکسید در اتمسفرهای خورنده نیاز به کرم بیشتری می باشد.

کرم همچنین یک کاربیدزای قوی است. متداول ترترین کاربید غنی از کرم، M₂₃C₆ است، در جایی که M غالباً Cr است ولی ممکن است حاوی کسری از آهن و مولیبدن نیز باشد. در بیشتر سیستم های فولاد زنگ نزن از M₂₃C₆ با این فرض استفاده می شود که کرم عنصر فلزی غالب است. این کاربید تقریباً در تمام فولادهای زنگ نزن وجود دارد.

همچنین ممکن است کاربید M₇C₃ نیز تشکیل شود که تقریباً غیر معمول است. سایر کاربیدها و کربونیتریدهای کمپلکس M₂₃(C,N)₆ نیز ممکن است وجود داشته باشند. کرم با نیتروژن ترکیب شده  و تشکیل نیترید  می دهد. حالت متداول آن Cr₂N می باشد که در دو نوع فریتی و دو فازی مشاهده می شود.

ادامه دارد ....

مرکز یادگیری سایت تبیان، تنظیم: مرجان سلیمانیان