فولادهای زنگ نزن آستنیتی و داپلکس

جوشکاری استلایت بر روی سطح فولادهای زنگ نزن بسیار متداول است. انجام اینکار کاملاً متفاوت از فولادهای کربنی، کم آلیاژ و ابزار است. در اینجا کربن معادل اهمیت چندانی ندارد. ولی مهم این است که بدانیم چه گروه و گریدی را سخت کاری می کنیم.

شکل 8 مهمترین گریدهای فولادهای زنگ نزن آستنیتی را نشان می دهد. در فولادهای زنگ نزن آستنیتی، نظیر 304 و 316، شکل گیری فاز ترد. در منطقۀ متأثر از حرارت زیر جوش رخ نمی دهد. زیرا وجود مقادیر بالای نیکل مانع از تبدیل شبکه FCC آستنیت به شبکۀ BCC مارتنزیت می شود.

برای جوشکاری سطحی استلایت روی این گروه. دمای پیش گرم 50 درجه سانتی گراد تا 150 درجه سانتی گراد کافی است. و پس از جوشکاری قطعه باید به آرامی سرد شود.

مشکل اصلی در جوشکاری سطحی فولادهای زنگ نزن، ورود کربن از آلیاژ استلایت به منطقۀ متأثر از حرارت است. با توجه به مقادیر بالای کربن در اکثر آلیاژهای استلایت، این پدیده به سادگی روی می دهد. کربن وارد شده به منطقۀ کنار جوش در فولاد زنگ نزن، باعث ایجاد پدیدۀ حساس شدن می شود. این فرآیند که از آن به خوردگی کنار جوش نیز یاد می شود.

در اثر تشکیل کاربید کروم در مرز دانه های فولاد زنگ نزن ایجاد می شود. شکل 9 این پدیده را از نقطه نظر میکروسکوپی نشان می دهد. تشکیل کاربید کروم در مرز دانه ها باعث می شود. تا لایۀ محافظ اکسید کروم پیوسته روی سطح فولاد زنگ نزن در منطقۀ متأثر از حرارت شکل نگرفته. و مقاومت به خوردگی این ناحیه به شدت کاهش یابد.

 

ساختار میکروسکوپی فولادهای زنگ نزن داپلکس شامل دانه های فریت و آستنیت تقریباً با نسبت برابر می باشد. این گروه فولادهای زنگ نزن معمولاً مقاومت به خوردگی تنشی بهتر و استحکام و سختی بالاتری. نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی دارند. داپلکس ها کاربردهای وسیعی در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی دارند. مقاومت در محیطهای کلریدی، استحکام کششی بالا و مقاومت به کاویتاسیون دلیل این امر است.

 

جدول 2 ترکیب شیمیایی فولادی زنگ نزن داپلکس را نشان می دهد.

در اثر سخت کاری سطحی توسط جوشکاری، داپلکس ها هم مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی حساس شده. و دچار خوردگی منطقۀ کنار جوش می شوند. علاوه بر این در این فولادها امکان تشکیل فازهای ترد ثانویه در زیر لایۀ جوشکاری شده وجود دارد. این فازهای ثانویۀ ترکیبات بین فلزی، کاربیدها و نیتریدهایی هستند. که در اثر قرار گرفتن در دمای بالا تشکیل می شوند. و مقاومت به خوردگی و یا چقرمگی را کاهش می دهند.

از نقطه نظر سخت کاری سطحی، بزرگترین مشکل کار با این فولادها تشکیل فازهای تردی نظیر سیگما.چی، و آلفا پرایم در مدت زمان کوتاه سیکل حرارتی حاصل از جوشکاری است.

 

این فازها در محدوده دمایی 300 درجه سانتی گراد تا 1000 درجه سانتی گراد تشکیل می شوند. طبیعی است که در حین جوشکاری مطنقۀ وسیعی در زیر جوش در این ناحیۀ حرارتی ترد شدن قرار می گیرند. به همین دلیل بهتر است. فولادهای داپلکس پیش گرم نشوند.

بسته به هندسه و ابعاد قطعات و همچنین گرید استلایت مورد استفاده باید سریع تر نرخ سرد شدن ممکن. برای دماهای بین پاسی و آخر کار در نظر گرفته شود. تا منطقه متأثر از حرارت در زمان کمتری در محدوده دمایی ترد شدن قرار گیرد. دمای بین پاسی بهینه برای این فولادها در محدوده 150 درجه سانتی گراد تا 200 است.

البته راهکار بهتر استفاده از یک لایه بافری زیر لایه استلایت می باشد. استفاده از سوپرآلیاژ پایه نیکل Inconel 625 به عنوان اولیه لایه جوشکاری شده بدون انجام هیچ پیش گرمی می تواند. ریسک پدیده های فوق الذکر را تا حد زیادی کاهش دهد.

یکی از پدیده هایی که در حین سخت کاری سطحی آلیاژهای استلایت. بر روی قطعات صنعتی به وفور دیده می شود. پدیده رقیق شدن است. رقیق شدن معمولاً خود را به شکل افت سختی حاصل از سخت کاری. نسبت به سختی مورد انتظار نشان می دهد. ماجرا از آنجا آغاز می شود. که در حین جوشکاری سطحی، مقداری از فلز زیر لایه یا همان قطعه در لایه استلایت حل می شود. و در نتیجه مقدار آهن موجود در لایه را نسبت به ترکیب استاندارد استلایت افزایش می دهد. این وضعیت اثرات زیر را به همراه دارد.

 

کاهش مقاومت به خوردگی آلیاژ استلایت در محیط های با خورندگی بالا. در اثر کاهش درصد کروم لایه سطحی، هرچند در این شرایط ممکن است. مقاومت به خوردگی استلایت از بسیاری فولادهای زنگ نزن بالاتر باشد.

• افت سختی حاصل از جوشکاری استلایت
• کاهش مقاومت به سایش در اثر افزایش انرژی نقص در چیده شدن اتم ها برای زمینه کبالتی. که اثر بالایی به خصوص بر مقاومت به گالینگ دارد.
• کاهش کربن محتوای لایه استلایت که کاهش سختی و مقاومت به انواع سایش را به همراه دارد.
• رقیق شدن به آهن و یا نیکل باعث کاهش حجم فازهای تردی نظیر کاربیدها شده. و مقاومت به ضربه لایه را افزایش می دهد.

همانطور که در شکل 10 دیده می شود. 6 درصد رقیق شدن توانسته است. مقاومت به سایش خراشان استلایت 1 را تا 6 برابر و سایش چسبان را تا حدود دو برابر کاهش دهد.

رقیق شدن پدیده ای غیر قابل اجتناب است. اما سوال اینجاست که تا چه حد مجاز می باشد. پاسخ این سوال با دانستن شرایط کاری نظیر خورندگی محیط، مقاومت به سایش مورد نیاز، سختی قطعات درگیر با قطعه. ضخامت لایه مورد نیاز، مقدار ماشین کاری پس از جوشکاری و … داده شود.

هرچه تعداد پاس های جوش داده شده افزایش یابد. اثر رقیق شدن به ویژه در لایه های رویین کمتر می شود. بهتر است فرآیند کار به نوعی طراحی شود. که پس از ماشین کاری حداقل 2 میلی متر از لایه استلایت روی سطح باقی مانده باشد.

 

پارامترهای جوشکاری، هندسه جوش، مهارت جوشکار، ضخامت لایه اولیه جوشکاری شده. و جنس زیر لایه بر رقیق شدن تأثیر گذار است. شکل 11 موقعیت صحیح تورچ و فیلر را در جوش آرگون نشان می دهد.

مقدم بر پارامترهای فرآیند، نوع خود فرآیند بر میزان رقیق شدن تأثیر به سزایی دارد. شکل 12 رقیق شدن استلایت 12 را در دو روش TIG و PTA مقایسه کرده است. همانطور که دیده می شود. رقیق شدن استلایت از مقدار 50 درصد آهن در خط ذوب. به سرعت به حدود 5 درصد در فاصله حدود 4 میلیمتری از خط ذوب فلز پایه می رسد. روش PTA رقیق شدن کمتری را نسبت به روش FTG نشان می دهد. دقت شود که این دو روش در شرایط تنظیم بهینه پارمترها با هم مقایسه شده اند.

 

همانطور که مشاهده می شود. در روش PTA در فاصله یک میلی متر از خط ذوب، رقیق شدن به کمتر از 10 درصد می رسد.

اثر میزان رقیق شدن بر سختی حاصل از لایه استلایت 12 در شکل 13 نشان داده شده است.

شکل 14 اثر رقیق شدن توسط آهن در دماهای مختلف بر سختی آلیاژ معروف استلایت 6 را نشان می دهد. همانطور که دیده می شود. رقیق شدن بیش از 10 درصد در دماهای مختلف اثر زیادی نداشته. و نمودار بین 10 تا 20 درصد در دماهای مختلف به شکل صاف است.

شکل 15 اثر دما و رقیق شدن توسط آهن بر سختی استلایت 6 را مشخص می کند. همانطور که دیده می شود. با افزایش دما تأثیر رقیق شدن بر افت سختی لایه استلایت بیشتر می شود.

محصولات نیمه ساخته ریخته گری

محصولاتی هستند که در بیشتر کارخانه های فولاد ساخته می شوند. و نیاز به فرآوری پیش از رسیدن به محصول پایانی دارند.

شمش: Ingot به قالب های کوچک فلزات با طول کمتر از 2 متر گفته میشود. که برای طلا و مس و آلومینیوم و نمونه های آزمایشگاهی کاربرد زیادی دارد. سطح مقطع آن ذوذنقه ای است.

شمشال: Billet از فرآورده های میانی نورد فولاد است. که سطح مقطع آن کوچکتر از 230 سانتی متر مربع است. سطح مقطع آن دایره یا مربع با عرض کمتر از 15 سانتی متر می باشد. از شمشال بیشتر برای تولید میلگرد و سیم استفاده می شود.

شمشه: Bloom به شمشال خیلی شبیه است. و در واقع اگر عرض بیلت (شمشال) بیش از 15 سانتی متر. و سطح مقطع آن بزرگتر از 230 سانتیمتر مربع باشد. آنرا شمشه می گویند. از بلوم برای ساخت ریل، تیرآهن، قوطی و … استفاده می شود.

تختال: Slab قطعه ای مکعب مستطیل از فولاد. معمولاً به ضخامت 230 میلیمتر و عرض 1.25 متر و طول 12 متر است. تختال یکی از محصولات میانی برخی کارخانه های فولاد سازی است. که از آن برای تولید فولاد ورق استفاده می شود.

ورق: Sheet Metal به شکلی از فلزات گفته می شود. که به شکل سطوح گسترده و در حالت های بریده و رول (پیجیده شده)تولید می شوند. و در صنعت کاربرد بسیاری دارد.

فرق شمش محصول کوره القایی و قوس الکتریکی؟

شمش حاصل از کوره به روش قوس الکتریکی از کیفیت بهتری نسبت به کوره الکتریکی برخوردار است. زیرا در آن یک مرحله آنالیز بیشتر انجام می شود.

در بین نوردکاران کدام مبادی تمایل بیشتری به استفاده از شمش قوس الکترکی هستند؟

برخ از تولیدکنندگان بزرگتری مثل فولاد کویر کاشان که میلگرد آنها هم در بازار همان طوری که شاهد هستید. از فاصله قیمتی بیشتری به با بقیه تولیدی هایی که شمش القایی مصرف می کنند، دارد.

نرخ اعلامی شمش به صورت روزانه چگونه تعیین می شود؟

قبلاً روال بر این بود ملاک و میزان تعیین قیمت شمش، شمش فولاد خوزستان باشد. اما به سبب مشکلاتی این نوع قیمت گذاری برای زنجیره فولاد ایجاد کرده بود. از جمله دولتی بودن و خیلی از مواقع شفاف نبودن قیمت این واحد تولید. در آخرین جلسه با ذوبی ها، قرار بر این شد که ملاک قیمت گذاری شمش سایر تولید کنندگان خصوصی شمش. از جمله: کیان، ارفع و پاسارگاد باشد.

بطورکلی زنجیره فولاد کشور را می توان مشتمل بر چهار لایه به صورت زیر طبقه بندی نمود.:

1- تولیدکنندگان تراز اول مرتبط با صنایع معدنی.

ورودی: مواد معدنی.

خروجی : سنگ آهن، گندله آهن، آهن اسفنجی و کنسانتره.

2- تولید کنندگان شمش.

ورودی: خروجی سطح 1 و قراضه.

خروجی: انواع شمش شامل بیلت و بلوم و تختال یا اسلب.

3- تولیدکنندگان محصولی نهایی.

ورودی: خروجی سطح 2.

خروجی: محصول نهایی آماده توزیع مثل مقاطع طویل شامل میلگرد، تیرآهن و ناودانی و…

4- فروشندگان نهایی و صاحبان انبار (آهن فروشان).

ورودی: خروجی سطح 3.

خروجی: تسهیل و روان سازی جریان فروش با تزریق سرمایه و ارتباط با مشتری و بازار مصرف.

تفاومت شمش بیلت و بلوم

ظاهراً در استفاده از کلمات و اصطلاحات شمش بلوم و بیلت در بازار و مستندات بورس کمی تفاوت وجود دارد.

1- شمش به اصطلاح بلوم بیشتر مصرف میلگردهای صنعتی دارد.

در ضمن در بعضی از کشورها مانند چین و اکراین و به دلیل تولید بالای فولاد. و عدم توازن تولید و ظرفیت دستگاه CCM. و در بعضی از موارد بنا به درخواست مشتری، شمش بلوم یعنی در سایزهای 180 به بالا تولید می گردد. و بعداً طی یک مرحله نورد به ابعاد شمش بیلت 160 به پایین تبدیل می گردد.

شمش های بیلت مذکور دارای چگالی بیشتر بوده و بیشتر در مصارف صنعتی کاربرد فراوانی دارند.

2- شمش SP3 یا St44-2 بار کربن حداکثر 22، اصولاً بیشتر در تولید نبشی و ناودانی. و یا در بعضی موردها در سایزهای میلگردهای ریز استفاده می شود.

3- اصولاً شمش SP5 بیشتر برای تولید میلگرد تا سایز 25 مورد استفاده قرار می گیرد.

برای تولید میلگرد سایز 25 به بالا از شمش با گرید Gr60 استفاده می شود.

4- برای تولید کلاف نیز از شمش با گرید SP5 – Rst34-1006-1008 استفاده می گردد.

شمش انواع مختلفی دارد:

1- شمش CCM

2- شمش فابریک

3-شمش بلوم

تعریف دقیق انواع شمش فولادی و تفاوت ها

• بیلت

شمش یا به اصطلاح علمی تر بیلت به روش CCM در همه نقاط جهان تولید می شود.

اگر شمش مستقیماً از تولید CCM به مصرف نورد برسد. به آن شمش CCM یا بیلت گفته می شود.

• شمش فابریک

چنانچه شمش در سایزهای بالاتر تولید شده. و پس از گذراندن فرآیند نورد به سایز مورد نظر جهت استفاده در نوردهای مقاطع تولید شود. آن شمش در اصطلاح فابریک گفته می شود.

البته به این نوع شمش در گذشته بلوم اتلاق می شد. که در گذر زمان و با تغییر ادبیات بازرگانان به شمش فابریک تغییر نام داد.

• بلوم

شمش بلوم شمشی است. که از کنار اسلب بریده شود. و یا تمامی اسلب به صورت شمش در آید.

چون سایز شمش های مورد استفاده از اسلب در سایزهای بیش از 150 بوده است. به اشتباه به سایزهای بالای 150 بلوم اتلاق می شود.

در صورتی که روش تولید همه شمش ها به یک صورت است. و تفاوتی بین فرآیند آن ها و نامهایشان وجود ندارد.

برای تولید انواع مختلف میلگرد چه نوع شمشی نیاز است؟

برای تولید میلگرد سایز پایین و سایز بالا…. مهمتر از سایز شمش، میزان کربن موجود در شمش و آنالیز آن است.

برای میلگرد سایز 14 تا 40 از شمش با کربن 30 تا 35 استفاده می شود.

برای سایزهای پایین تر به خاطر نیاز به نرمی و کشش بیشتر از شمش کم کربن استفاده می شود.

شمش 150 و 125 و 130 جهت تولید میلگرد فرقی با هم ندارد. و بعضی کارخانه ها با توجه به خط نورد از شمش 150 استفاده و شارژ می کنند. و بعضی دیگر از کارخانه ها هم با شمش 125 بعضی ها هم که مدرن تر هستند. از هر دو استفاده می کنند.

یعنی از بلوم هم برای تولید میلگرد استفاده می شود . و بستگی به طراحی خط نورد دارد. خط جدید با تکنولوژی بالا در تولیدی های بزرگ تر و مدرن تر. که از هر دو شمش استفاده می کنند. ممکن است برای میلگردهای ریز از شمش 120 تا 130 و برای میلگرد درشت از شمش 150 استفاده نمایند. بعضی خط ها طوری طراحی شده که امکان تولید میلگرد ریز با شمش 150 را هم دارند. مانند سایز 8 و 10 و یا حتی کلاف.

در کشور ما خط های نورد که قدیمی هستند. فقط شمش 120 و یا حداکثر 130 جهت تولید میلگرد استفاده می کنند. و قابلیت تولید میلگرد از شمش 150 را ندارند.

بطور کلی شمش 100،120،125،130،150،160 را بیلت تعریف می کننند. و شمش با ابعاد بالاتر به مانند.:

180*180 – 200*200 – 250*250 را بلوم تعریف می کنند. که بیشتر برای تولید میلگردهای صنعتی استفاده می شود.

در حال حاضر بیش از 10 واحد تولیدی میلگرد قادر به استفاده از هر دو نوع شمش بوده. و از شمش 150 هم استفاده می نمایند.

شمش مهمترین کالای زنجیره فولاد

تیر ماه 1394 وزیر محترم صمت (صنعت، معدن و تجارت) مصوبه بسیار مهمی را وضع کردند. که هدف از ابلاغ آن تلاش برای پایداری سود در کل زنجیره فولاد بود. که با اذعان برخی از کارشناسان این حوزه با موفقیت هم همراه بود. بر اساس این مصوبه که به اذعان دبیر محترم انجمن تولیدکنندگان فولاد کشور اعم از تولید کنندگان شمش و میلگرد. حدود 2 سال مطالعات کارشناسی صورت گرفته بود. ملاک تبعیین قیمت گندله آهن و آهن اسفنجی بر اساس درصدی از قیمت شمش فولاد خوزستان تعیین شده است. با توجه به مطالب بالا این طور استنباط می شود. که نرخ شمش از یک موقعیت ویژه د این زنجیره برخوردار بوده. و سایر قیمت گذاری های زنجیره فولاد. تابعی از این کالای فولاد نیمه ساخته باشد.

 https://www.foolad-paytakht.ir

زمانی نه چندان دور، کشف قیمت شمش، این کالای نیمه ساخته و مهم. در سطح بازار، کاری بسیار دشوار و طاقت فرسا بود. و برای همگان و به خصوص لایه های پایین تر زنجیره فولاد، به راحتی میسر و امکان پذیر نمی شد. خوشبختانه به مدد و همت برخی از فعالان این حوزه و ابزار نوین اطلاعاتی و ارتباطی. در بستر اینترنت، سامانه های گوناگونی در این خصوص وجود دارند. که امکان تقریبی کشف قیمت شمش را به راحتی ممکن و میسر می سازد.

طبقه بندی فولاد

می توان فولاد را به روش های گوناگونی طبقه بندی کرد. معیار اولیه جهت طبقه بندی فولاد آنالیز شیمیایی آن است. که فولاد بر مبنای میزان کربن، منگنز، فسفر،. گوگرد و سیلیسیم موجود در آن طبقه بندی می شود.

به طور کلی میتوان دو نوع فولاد تجاری نام برد: فولاد کربنی و فولاد آلیاژی. فولاد کربنی به انواع کم کربن، متوسط کربن و پر کربن طبقه بندی می گردد. فولادهای فوق العاده کم کربن نیز در مواردی خاص تولید می شود. فولاد کربنی علاوه بر داشتن کربن، دارای مقادیری منگنز و مقادیر نسبتاً کمی نیز سیلیسیم، آلومینیوم، مس و … می باشد. به طور کلی موارد استفاده فولاد کربنی در ساخت بدنه اتومیبیل،. لوازم منزل، انواع ماشین آلات، کشتی، انواع کانتینرها و بالاخره اسکلت ساختمان ها است.

آشنایی با صنعت فولاد

فولاد آلیاژی به دو دسته فولاد با آلیاژ کم و فولاد با آلیاژ زیاد تقسیم می شود. فولاد با آلیاژ کم دارای 1 تا 5 درصد از مواد آلیاژی معمولی نظیر نیکل،. کروم، مولیبدن، منگنز،. تنگستن، تیتانیوم، نیوبیوم و … می باشد. این نوع فولاد در ساخت لوازم مخصوص فرود هواپیما،. انواع شفت، ابزار دستی، چرخ دنده و بالاخره فولاد تأسیساتی با استحکام زیاد، به کار می رود. فولاد با آلیاژ زیاد، جمعاً دارای بیش از 5 درصد از مواد آلیاژی است. این ماده آلیاژی به طور معمول کروم، نیکل، منگنز، مولیبدن و یا تنگستن می باشد.

باید دانست که فولاد ضد زنگ، خود نوع عمده ای از فولاد با آلیاژ زیاد بوده. و معمولاً به فولادی اطلاق می گردد که بیش از 5 درصد کروم داشته باشد. فولاد ضد زنگ به خاطر مقاومت در برابر فرسایش و سایش و استقامت در برابر خوردگی. و نیز ظاهر خوب آن، کاربرد فراوانی یافته است. از فولاد ضد زنگ در ساخت قطعات موتور جت، وسایل و لوازم شیمیایی، کارد و چنگال،. انواع لوازم پخت و پز و بالاخره انواع دستگاه های مخصوص برش، استفاده می شود.