ترکیب شیمیایی فولاد سمانته معمولاً شامل مقدار کمی کربن، حدود ۰٫۱ تا ۰٫۲۵ درصد، به همراه عناصری مانند کروم، نیکل، مولیبدن، منگنز و سیلیسیم است. این ترکیب به فولاد اجازه می دهد پس از سمانتاسیون و عملیات حرارتی، سطحی سخت و مقاوم به سایش و در عین حال مغزی چقرمه و مقاوم در برابر ضربه داشته باشد. نوع گرید و درصد عناصر آلیاژی نیز بر سختی پذیری، استحکام و عمق لایه سخت شده اثر دارد و یکی از عوامل مؤثر بر قیمت فولاد سمانته محسوب می شود.
تأثیر عناصر در ترکیب شیمیایی فولاد سمانته
عناصر موجود در فولاد سمانته از نظر نقش متالورژیکی در یک گروه قرار نمی گیرند. برخی مانند کروم، نیکل و مولیبدن عناصر آلیاژی اصلی هستند، بعضی مانند فسفر و گوگرد باید در محدوده کنترل شده باقی بمانند و عناصری مانند وانادیوم، نیوبیوم و تیتانیوم نیز معمولاً در مقادیر محدود و بسته به گرید افزوده می شوند. جدول زیر بازه متداول این عناصر و اثر اختصاصی هرکدام را نشان می دهد.
| عنصر | بازه متداول | تأثیر بر خواص فولاد |
|---|---|---|
| کربن (C) | حدود ۰٫۱ تا ۰٫۲۵٪ | حفظ چقرمگی مغز در مقدار کم و ایجاد سطح سخت پس از افزایش کربن در فرایند سمانتاسیون |
| کروم (Cr) | حدود ۰٫۷ تا ۲٫۱٪ | افزایش سختی پذیری و مقاومت سایشی |
| نیکل (Ni) | تا حدود ۲٫۱٪ | بهبود چقرمگی، استحکام و مقاومت در برابر ضربه |
| مولیبدن (Mo) | تا حدود ۰٫۳۵٪ | افزایش پایداری خواص در عملیات حرارتی و کاهش احتمال تردی |
| منگنز (Mn) | حدود ۰٫۴ تا ۱٫۴٪ | بهبود استحکام و سختی پذیری و کاهش اثر نامطلوب گوگرد |
| سیلیسیم (Si) | معمولاً تا ۰٫۴٪ | کمک به اکسیژن زدایی و افزایش استحکام |
| فسفر (P) | معمولاً حداکثر ۰٫۰۳۵٪ | افزایش بیش از حد آن موجب کاهش چقرمگی و ایجاد تردی می شود |
| گوگرد (S) | معمولاً حداکثر ۰٫۰۳۵٪ | مقدار زیاد آن کیفیت ساختار و خواص مکانیکی را کاهش می دهد |
| آلومینیوم (Al) | مقدار کنترل شده و وابسته به گرید | کمک به اکسیژن زدایی و کنترل اندازه دانه |
| وانادیوم، نیوبیوم و تیتانیوم | معمولاً در مقادیر ریزآلیاژی | کنترل رشد دانه و افزایش استحکام و پایداری ساختار |
مقادیر دقیق این عناصر در گریدهای مختلف یکسان نیست و باید براساس استاندارد و آنالیز شیمیایی محصول بررسی شود. این تفاوت ها علاوه بر خواص مکانیکی و رفتار فولاد در عملیات حرارتی، بر قابلیت اتصال آن نیز اثر می گذارند؛ بنابراین در جوشکاری فولاد سمانته باید ترکیب شیمیایی گرید، میزان کربن و عناصر آلیاژی پیش از انتخاب روش و شرایط جوشکاری در نظر گرفته شود.
مقایسه ترکیب شیمیایی گریدهای فولاد سمانته
گریدهای فولاد سمانته بر اساس نوع و مقدار عناصر آلیاژی موجود در ترکیب شیمیایی آن ها، در گروه هایی مانند منگنز–کروم، کروم–مولیبدن، کروم–نیکل و نیکل–کروم–مولیبدن قرار می گیرند. این دسته بندی نشان می دهد هر گرید از نظر عناصر غالب و محدوده آنالیز چه جایگاهی دارد. برای مثال، 1.7131 یک فولاد منگنز–کروم دار است؛ بنابراین هنگام بررسی قیمت فولاد سمانته ۷۱۳۱، مقایسه آن با گریدهای دیگر بدون توجه به تفاوت ترکیب شیمیایی، نتیجه دقیقی ارائه نمی دهد. جدول زیر مشخصات شیمیایی برخی گریدهای رایج این خانواده را مقایسه می کند.
| گروه آلیاژی | گرید و شماره مواد | کربن C | منگنز Mn | کروم Cr | نیکل Ni | مولیبدن Mo | مشخصه فنی متمایز |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| منگنز–کروم | 16MnCr5 / 1.7131 | ۰٫۱۴ تا ۰٫۱۹٪ | ۱٫۰۰ تا ۱٫۳۰٪ | ۰٫۸۰ تا ۱٫۱۰٪ | — | — | ترکیب متعادل منگنز و کروم، سختی پذیری مناسبی ایجاد می کند و در عین حال امکان حفظ چقرمگی مغز قطعه را فراهم می سازد. |
| منگنز–کروم | 20MnCr5 / 1.7147 | ۰٫۱۷ تا ۰٫۲۲٪ | ۱٫۱۰ تا ۱٫۴۰٪ | ۱٫۰۰ تا ۱٫۳۰٪ | — | — | در مقایسه با 1.7131 کربن، منگنز و کروم بیشتری دارد؛ بنابراین سختی پذیری و استحکام مغز آن پس از عملیات حرارتی بالاتر است. |
| کروم–مولیبدن | 18CrMo4 / 1.7243 | ۰٫۱۵ تا ۰٫۲۱٪ | ۰٫۶۰ تا ۰٫۹۰٪ | ۰٫۹۰ تا ۱٫۲۰٪ | — | ۰٫۱۵ تا ۰٫۲۵٪ | حضور مولیبدن، سختی پذیری و پایداری خواص پس از کوئنچ و تمپر را افزایش می دهد و احتمال افت خواص ناشی از تردی تمپر را کاهش می دهد. |
| کروم–نیکل | 17CrNi6-6 / 1.5918 | ۰٫۱۴ تا ۰٫۲۰٪ | ۰٫۵۰ تا ۰٫۹۰٪ | ۱٫۴۰ تا ۱٫۷۰٪ | ۱٫۴۰ تا ۱٫۷۰٪ | — | مقادیر نسبتاً بالای کروم و نیکل، ترکیبی از سختی پذیری مناسب و چقرمگی بالا ایجاد می کند و آن را برای قطعات با سطح مقطع بزرگ تر مناسب می سازد. |
| نیکل–کروم–مولیبدن | 20NiCrMo2-2 / 1.6523 | ۰٫۱۷ تا ۰٫۲۳٪ | ۰٫۶۵ تا ۰٫۹۵٪ | ۰٫۳۵ تا ۰٫۷۰٪ | ۰٫۴۰ تا ۰٫۷۰٪ | ۰٫۱۵ تا ۰٫۲۵٪ | حضور هم زمان نیکل، کروم و مولیبدن تعادل مناسبی میان چقرمگی، استحکام و سختی پذیری مغز ایجاد می کند. |
| نیکل–کروم–مولیبدن | 17NiCrMo6-4 / 1.6566 | ۰٫۱۴ تا ۰٫۲۰٪ | ۰٫۶۰ تا ۰٫۹۰٪ | ۰٫۸۰ تا ۱٫۱۰٪ | ۱٫۲۰ تا ۱٫۵۰٪ | ۰٫۱۵ تا ۰٫۲۵٪ | مقدار بالاتر نیکل در کنار کروم و مولیبدن، چقرمگی و مقاومت قطعه در برابر بارهای ضربه ای و خستگی را بهبود می دهد. |
| کروم–نیکل–مولیبدن | 18CrNiMo7-6 / 1.6587 | ۰٫۱۵ تا ۰٫۲۱٪ | ۰٫۵۰ تا ۰٫۹۰٪ | ۱٫۵۰ تا ۱٫۸۰٪ | ۱٫۴۰ تا ۱٫۷۰٪ | ۰٫۲۵ تا ۰٫۳۵٪ | در میان گریدهای مقایسه شده، از سختی پذیری بالاتری برخوردار است و برای قطعات بزرگ و تحت بارهای شدید تماسی، ضربه ای و خستگی مناسب تر است. |
به دلیل ویژگی های حاصل از ترکیب شیمیایی فولاد سمانته، کاربردهای فولاد سمانته در گریدهای مختلف یکسان نیست و انتخاب گرید باید براساس ابعاد قطعه، عمق سختی موردنیاز، میزان سایش و نوع تنش های واردشده انجام شود.
نقش آنالیز شیمیایی در ارزیابی و انتخاب فولاد سمانته
در بررسی فولادهای سمانته، صرفاً دانستن نام گرید کافی نیست؛ برگه آنالیز، استاندارد تولید و تطابق ترکیب واقعی محصول با محدوده مجاز، معیارهای دقیق تری برای ارزیابی هستند. این موضوع به ویژه زمانی اهمیت پیدا می کند که دو فولاد با نام تجاری مشابه، از نظر درصد عناصر آلیاژی یا کیفیت ذوب تفاوت داشته باشند.
مجموعه فولاد حامیران در کنار تأمین گریدهای مختلف فولاد سمانته، با ارائه مشاوره تخصصی و خدمات آزمایشگاهی، امکان بررسی دقیق تر متریال پیش از انتخاب و خرید را فراهم می کند. برای دریافت راهنمایی تخصصی و ارتباط با کارشناسان فولاد حامیران، با شماره ۰۲۱۶۳۵۱۱ تماس بگیرید.
