21 عنصر شیمیایی و اثر آنها بر خواص مکانیکی فولاد. بخش اول

شما که در صنعت فولاد فعالیت دارید، آیا تا کنون هرگز به این موضوع اندیشیده اید که منظور از درج اسامی آن همه ترکیب شیمیایی، در برگه آزمایش یک نوع/گرید فولاد چیست؟ ممکن است فقط بدانید که هر گرید فولاد دارای ترکیب شیمیایی و عناصر متفاوت با مقادیر مختلفی است. در ادامه به بررسی عناصر موجود در ترکیب شیمیایی فولادها و همچنین اثرات متفاوت آنها بر خواص فولادها می پردازیم.

فولاد بطور کلی آلیاژی از کربن و آهن است که علاوه بر این ها عناصر دیگری را نیز در خود جای داده است. بعضی از این عناصر در فرآیند تولید فولاد پدید می آیند و برخی دیگر به این ترکیب افزوده می شوند تا خواص مکانیکی ویژه ای را ایجاد نمایند. متداول ترین عناصر شیمیایی در ترکیب فولاد و آثاری که برجا می گذارند به شرح زیر است.

1. کربن (C)

کربن، مهمترین عنصر در فولاد است، زیرا وجود آن برای فولادهایی که باید با طی مراحل کوینچ سخت شوند ضرورت دارد. از یک سو میزان سختی و استحکام فولاد و از سوی دیگر واکنش آن به عملیات حرارتی (میزان سختی پذیری)، به مقدار کربن موجود در ترکیب فولاد بستگی دارد.

همچنین خواص ضربه پذیری، قابلیت فورج، ماشین کاری و جوش پذیری فولاد با افزایش میزان کربن کاهش می یابد.

 

2. منگنز (Mn)

منگنز را شاید بتوان پس از کربن، دومین عنصر مهم در فولاد دانست. تاثیر منگنز در خواص فولاد با کربن مشابهت دارد. تولیدکنندگان از ترکیب این دو عنصر برای رسیدن به خواص مورد نظر استفاده می نمایند. وجود منگنز همراه با اکسیژن و سولفور، در فرآیند نورد گرم، یک ضرورت است.

حضور این عنصر در ترکیب، آثار زیر را در بر دارد:

  • منگنز به عنوان یک دی اکسیدان ملایم عمل می کند. سولفور و اکسیژن را جدا نموده و آنها را به سرباره منتقل می سازد.
  • سختی پذیری و استحکام کششی را افزایش داده و قابلیت شکل دهی را کاهش می دهد.
  • در فرآیند ترکیب با سولفور، موجب شکل گیری ذرات کروی سولفیدهای منگنز می شود که به تسهیل ماشین کاری کمک می کند.

 فولادها بطور معمول دارای 0/30 درصد منگنز هستند و این مقدار در بعضی فولادهای کربنی تا 1/5 درصد افزایش می یابد.

  ضمنا وجود منگنز (در طی افزودن کربن به ترکیب) موجب تسریع در نفوذ کربن گردیده و به صورت یک عامل اکسید زدا عمل می کند. اما هنگامی که مقدار زیادی از هر دوی این عناصر (منگنز و کربن) باهم همراه شوند، منجر به تردی و شکنندگی می گردد. منگنز و سولفور می تواند شکل گیری سولفیت منگنز (MnS) را در پی داشته باشد که اجرای ماشین کاری را تسهیل می نماید. در عین حال، با تردی و شکنندگی ناشی از سولفور مقابله می کند که برای پرداخت و صیقل کاری سطوح فولادهای کربنی مفید خواهد بود.

برای اجرای بهتر جوشکاری، لازم است نسبت منگنز به سولفور حداقل 10 به یک باشد. چنانچه مقدار منگنز در ترکیب کمتر از 0/30 درصد باشد احتمال بروز تخلخل و ترک خوردگی در لقمه جوش بیشتر می شود. همچنین اگر میزان منگنز در ترکیب از 0/80 درصد بیشتر باشد، ممکن است به ترک خوردگی منجر گردد. پایین بودن نسبت اکسید منگنز در فولاد می تواند از این امر ناشی شود که سولفور موجود در این ترکیب به سولفیت آهن (FeS) تبدیل شده است، که در این صورت به ترک خوردگی در محل جوش می انجامد.

 

3. فسفر (P)

گرچه فسفر استحکام کششی فولاد را بالا می برد و اجرای ماشین کاری را بهبود می بخشد، معمولا به دلیل خاصیت ترد کنندگی که در بر دارد، به عنوان ناخالصی نامطلوب تلقی می گردد.

عنصر فسفر بسته به میزان غلظت آن، آثار مختلفی را در فولاد برجا می گذارد. حد اکثر میزان فسفر، بخاطر مضراتی که دارد در گریدهای بالاتر فولاد بین 0/03 تا 0/05 درصد است. مقدار فسفر موجود در ترکیب فولادهای بسیار مستحکم و کم آلیاژ تا 0/10 درصد موجب بالابردن استحکام و نیز مقاومت آن در برابر خوردگی/ زنگ زدگی خواهد شد. چنانچه مقدار فسفر در ترکیب فولاد بیش از حد لازم باشد، بر احتمال بروز ترک خوردگی در فولادهای کارسختی شده می افزاید. گرچه استحکام و سختی را بالا می برد، شکل پذیری و چقرمگی را کاهش می دهد.

ماشین کاری آن دسته از فولادهای فسفر دار که عملیات برش و براده برداری بر روی آنها به آساتی اجرا می گردد، بهبود می یابد ولی چنانچه میزان فسفر بیش از 0/04 درصد باشد، احتمال شکستن یا ترک برداشتن محل جوش در حین جوشکاری وجود دارد. فسفر بر ضخامت لایه روی در فولادهای گالوانیزه تاثیر می گذارد.

 

 منتظر بخش دوم باشید.

شما نمی توانید به این مطلب نظر ارسال کنید!

برای ارسال نظر باید وارد حساب کاربریتان شوید.

ورود کاربران        ایجاد حساب کاربری