عناصر مضر در فولاد ها

  • نویسنده: حامیران
  • تاریخ و ساعت: 1396/05/04 - 09:56

یکی از مشکلاتی که در محصولاتی فولادی و در روند تولید آنها پدیدار می شود، عناصر مضر در فولاد هستند. برای آنکه این عناصر در یک محدوده مجاز بمانند و فراتر نروند، ما نیازمند آن هستیم که عناصر مضر رد فولاد را شناسایی کنیم و تعیین کردن کیفیت آنها، تاثیرات این عناصر را در فولاد کشف کنیم. از جمله این عناصر برای فولاد ها قبیل مس، نیكل، آرسنیك، سرب، قلع، آنتیموان، مولیبدن كرم و غیره هستند. این عناصر زائد بطور نا خواسته به فولاد ها راه پیدا می کنند و برای پاک کردن آنها ما نیازمند هستیم تا چندین مرحله فرآیند‌های متالورژیكی را پشت سر بگذاریم. عناصر زائد یا حداقل برخی از آنها دارای تاثیراتی بر روی شرایط و روش عملكردی فرآیندهایی از قبیل آنیل كامل دارند و تاثیر این عناصر بر روی تمامی خواص مكانیكی محتمل است  اید تفاوت آشكاری بین عناصر زائدی كه به‌دلیل وجود آنها در محلول جامد مانند MO,Cr,Ni و Cu تاثیرگذارند و عناصری مانند Sn، As و Sb كه دارای تاثیراتی همانند ایجاد جدایش در فصل مشترك هستند (سطحی و مرزدانه‌ ای) قائل شویم. 

هیدروژن: 

گاز هیدروژن نیز به‌عنوان یك عنصر زائد در فولاد شناخته می‌شود و می‌تواند بسیار مضر باشد. هیدروژن قابلیت حل شدن در فولاد مذاب را دارد و در فاز آستنیت نیز تا حدی حل می‌شود. این گاز در فاز فریت تا حد زیادی غیرقابل حل است و به‌صورت هیدروژن اتمی (+H) از آن خارج می‌شود. به‌طور معمول اگر -H در ورق‌های ضخیم، چكش‌كاری سنگین، خطوط آهن و غیره محبوس شود، هیدروژن بر روی سطح توده‌های سولفید منگنز، تجمع می‌كند. هنگامی كه این تجمعات گاز هیدروژن بر روی سطوح تغییر مكان می‌دهند مولكول هیدروژن (H2) می‌تواند تشكیل شود و فشار ناشی از تشكیل آن برای ایجاد ترك‌های داخلی كافی است و از این رو موجب معیوب شدن قطعات می‌شوند. در زیر به برخی از تاثیرات محتمل متالورژیكی ناشی از عناصر زائد بر روی شرایط عملكردی و خواص محصولات فولادی اشاره می‌كنیم. 

برخی از تاثیرات احتمالی عناصر زائد به شرح ذیل هستند: 

1. شرایط عملكردی از جمله: 

- وجود عناصری از قبیل : Mo,Cr,Sn می‌تواند بر روی تبلور مجدد و نیروهای نورد در فرآیند نورد گرم تاثیرگذار باشد. 

- وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد می‌تواند بر استحاله فازی آستنیت به فرریت و نیز سختی‌پذیری آن موثر باشد. 

- وجود عناصری همانند Zn و Sn می‌تواند بر روی چكش خواری گرم در طول فرآیند شكل‌دهی گرم تاثیرگذار باشد. 

- عناصر Mo,Cr,Sn بر روی تبلور مجدد در طی فرآیند آنیلینگ موثر هستند. 


2. تاثیر بر روی سطح ظاهری محصولات نورد گرم و ورق اسیدشویی شده به دلیل وجود عناصر Cu,Ni,As,Sn. ناشی از شكنندگی حرارتی 

- ناشی از احتمال تاثیر مشترك مس و قلع در شكنندگی حرارتی فولاد 

3. شكنندگی مرزدانه‌ها به واسطه وجود عناصر Sb,Sn,As در طی فرآیند نورد تسمه 

- در طی فرآیند ناپیوسته (batch) یا آنیل هم دما (continuous Anealing)فولادهای كربن یا فولادهای سخت (C Steels) 

4. پدیده جدایش فصل مشترك رسوب زمینه به واسطه وجود Sn 

- رشد كامل Ostwald، رشد رسوبی و كنترل تركیب 

- تاثیرات Sn بر Fe4N، Sn بر MnS و Sb بر TiC 

5. وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد بر روی خواص مكانیكی محصول نهایی تاثیر گذار خواهد بود. 

- محصولات تخت نورد گرم و نورد سرد 

- محصولات تخت 

- محصولات طویل 

6. پوشش‌دهی با فرایند غوطه‌‌وری گرم یا فرآیند گالوانیزه كردن 

7. تاثیر بر روی قابلیت جوش‌پذیری فولادهای استحكام بالا ناشی از وجود عناصرMO,Cr,Cu,Ni 

عناصر زائد از ناخالصی‌های موجود در زغال كك، گدازنده قراضه‌ها و این قبیل مواد كه وارد فولاد می‌شوند به همین دلیل قراضه آهن همواره به‌عنوان یكی از منابع اصلی عناصر زائد مطرح شده است. عناصر زائد رایج موجود در فولاد مس، نیكل، كرم و مولیبدن هستند. حدود قابل قبول برای عناصر زائد در فولاد وابستگی زیادی به كاربرد محصول دارد. امروزه اكثر فولادهایی كه مورد استفاده قرار می‌گیرند از نوع فولادهای كم كربن یا كم آلیاژ و انواع فولادهای تحت عملیات كششی شدید (Extra Deep Drawing) هستند. خواص این فولادها نسبت به مقدار عناصر زائد و فرآوری ترمومكانیكی بسیار حساس است. یکی از اساسی ترین مشکل هایی که در فرآیند بازیابی فولاد وجود دارد، كنترل مراحل ناخواسته عناصر موجود یا عناصر زائد از نظر تضمین خالص بودن فولاد در كنار كارایی آن است.

از آنجایی كه محصولات تخت و آرماتورها بسیار مورد اهمیت هستند، در جدول شماره یك مقادیر نمونه برخی از عناصر زائد موجود در فولاد برای خط تولید یك كوره قوس الكتریكی بر حسب درصد وزنی نشان داده شده است. اگرچه تاثیرات عناصر زائد بر روی خواص فولاد ممكن است به‌طور كلی ناچیز به نظر برسد اما برخی اوقات حتی تغییرات جزئی در برخی خواص می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی احتمال معیوب بودن قطعه با نیازهای خاص را افزایش دهد. برخی از توافقات كلی درباره تاثیرات عناصر زائد از قبیل Cu, Ni, Cr Mo, Sn و Sb در خواص فولادهای گوناگون در جدول شماره 2 داده شده است.  از جمله مكانیزم‌های تقویت فولاد شامل: تقویت محلول جامد، ریزدانه كردن، رسوب دهی، مقدار پرلیت، از بین بردن جابه‌جایی‌ها با فرآیند كار سرد و در نهایت استحاله‌های بینیتی و مارتنزیتی، هستند. اثرعناصر زائد بر روی خواص كششی فولاد به واسطه تقویت محلول جامد است. وجود عناصر زائد در غلظت كم سبب افزایش استحكام كششی و تسلیم می‌شود كه این امر به این دلیل است كه محلول جامد می‌تواند بخشی از غلظت محلول بگیرد.

 

کلمات کلیدی

به کانال رسمی حامیران در تلگرام بپیوندید