فولادهای زنگ نزن از مهم ترین دسته های فولاد هستند که در مصارف خانگی، پتروشیمی، هوافضا و.. مورد استفاده قرار می گیرند. افزودن عناصری چون نیکل، منگنز، مولیبدن به مذاب فولاد سبب زنگ نزن شدن فولاد می شود. به دلیل قیمت بالای مولیبدن و نیکل و همچنین ایجاد حساسیت برای بدن در کاربردهای بیومواد بایستی میزان نیکل این فولادها را به حداقل رساند.
فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیکل پایین
اکثر گریدهای معمول فولادهای زنگ نزن، 304 و 316 هستند که به دلیل میکروساختار آستنیتی شان و در نتیجه ترکیب عالی ای از مقاومت به خوردگی، خواص فیزیکی و مکانیکی و ساده بودن مراحل تولید، از محبوبیت ویژه ای برخوردارند.این ساختار آستنیتی در اثر افزودن حدود 8 تا 10 درصد به مذاب فولاد ایجاد می گردد. اما نیکل تنها آستنیت زای فولاد نیست بلکه عناصری چون منگنز، نیتروژن، کربن و مس هم ساختار آستنیت را تا دمای محیط پایدار می کنند.
قیمت نیکل و افزودنی های فولادهای زنگ نزن
قیمت فولادهای زنگ نزن معمول، در واقع با میزان قمیت اجزای افزودنی آن مشخص می شود. قیمت کرم، عنصر سازنده و ضروری فولادهای زنگ نزن چندان بالا نیست، اما عناصری که مقاومت به خوردگی آن را افزایش می دهند ( به خصوص مولیبدن) یا عناصری که خواص ساختی آن را بهبود می دهند (مانند نیکل) قیمت بالایی دارند.
قیمت نیکل از حدود هر تن 5 تا 6 هزار دلار در سال 2001 تا 15 هزار دلار در سال 2004 نوسان قیمت داشته است. در سال 2020 نیز در حدود قیمتی حدود 12٫500 دلار نوسان دارد.همچنین مولیبدن به طور قابل توجهی از هر تن 8هزار دلار در سال 2001 تاحدود 50 هزار دلار در سال 2004 افزایش قیمت داشته است. در حال حاضر در سال 2020 قیمت هر تن مولیبدن حدود 12 هزار دلار است.این نوسان قیمت، تأثیر مستقیمی روی دو گرید معروف فولادهای زنگ نزن داشته است:
عناصر آلیاژی - جایگزین کردن منگنز به جای نیکل
اهمیت عناصر آلیآژی به میزان تأثیر آن ها بر روی مقاومت به خوردگی یا تأثیر به میکروساختار است.کرم و مولیدن به منظور افزایش مقاومت به خوردگی به فولاد زنگ نزن افزوده می شوند. معمولا ارزیابی مقاومت به خوردگی انواع فولاد های زنگ نزن، توسط معادله مقاومت به خوردگی حفره ای (PRE) آنها مشخص می گردد.معادله مشاومت به خوردگی حفره ای:PREN= % Chromium + 3.3 × %Molybdenum + 16 × %Nitrogen.
این معادله یک معادله خوب و مرتب است اما متاسفانه تنها یک راهنماست ! پیش بین برای پیش معادله PRE یک راهنما برای دسته بندی انواع فولادهای زنگ نزن است اما نمی تواند یک بینی مقاومت به خود گی فولاد در مقابل یک محیط با ماده خورنده خاص باشد.ظاهره مقاومت به خوردگی حفره ای می تواند با افزایش درصد مولیبدن افزایش یابد، اما با افزودن نیتروژن و کرم هم می توان این مقاومت به خوردگی را ایجاد کرد. که البته بسیار ارزان تر از مولیبدن هستند. با وجود فاکتور PRE بالای نیتروژن، این عنصر به دلیل حلالیت کم تأثیر محدودی بر مقاومت به خوردگی دارد.
میکروساختار فولاد شدید توسط عناصر پایدار کننده آستنیت و عناصر پایدار کننده فریت تعیین می گردد. عناصری چون کربن، منگنز، نیتروژن و مس می توانند جایگزین نیکل شوند. و تمامی این عناصر تبت کمتری از نیکل دارند. فرمول های تعادلی نیکل به عنوان راهنماهایی به کمک ما می آیند اما تمام داستان را نمی گویند.
عملکرد هر عنصر از راه های مختلفی مشخص می شود و در نتیجه این امکانپذیر نیست که تمام نیکل موجود در فولاد را حذف و عناصری چون مس و نیتروژن را جایگزین آن نمایم. منگتر به عنوان یک پایدار کننده آستین عمل می کند اما تاثر آن به اندازه نیکل نیست، فولادهای کرم منگنز دار دارای سرعت کار سختی بیشتری از فولادهای کرم نیکل دار با درصد مشابه هستند. کربن یک پایدار کننده قوی آستنیت است، اما حلالیت اندکی در آستیت دارد بنابراین برای ایجاد یک زمینه آستیست کامل، کافی نیست.
هرچند که استفاده از فرمول PRE توصیه نمی شود، اما نیکل تأثیر مثبتی روی مقاومت فولاد در بعضی محیط های خورنده داشته که منگنز فاقد این قابلیت است.معمولا یک همکاری بین این عناصر وجود دارد. افزودن نیتروژن تأثیر دو چندانی بر ایجاد و پایداری آستیت و همچنین افزایش مقاومت به خوردگی حفره ای دارد. منگنز یک پایدار کننده قوی آستیت و شرایط خاص خودش را دارد، اما همیشه حلالیت نیتروژن را افزایش می دهد.
گسترش سری 200 از فولادهای زنگ نزن آستنیتی
منگتر یک پیشنهاد مناسب برای نیکل است از اضافه کردن مقاد پر اندک گرفته تا جایگزینی کامل نیکل.
ظهور فولادهای آستیی با منگتر بالا اولین بار در حدود 50 سال قبل اتفاق افتاد زمانیکه نیکل دوره افزایش قیمت خود را می گذراند.گریدهای AISI در همان زمان بعضی از گرید ها Cr- Mn -Ni به مقدار کافی برای قرار گرفتن در شمارش گسترش یافته بودند:
این گریدها، گرید های با منگر بالا بودند که به گریدهای نیکل کرم افزوده شده بوند و هنوز شامل مشخصات و استاندارد گریدهای ASTM بودند. رف بالای این گرید ها در دهه های اخیر در مقایسه با فولادهای Cr - Ni کاهش یافته است. دلایل استفاده اندک از این گرید های قیمت پایین فولادهای زنگ نزن عبارتست از:
علاوه بر این، مشکل دیگری که وجود دارد این است که تراشه فولادهای آستنیتی Cr-Ni و Cr-Mn-Ni تماماً صرف نظر از مقدار نکیل، غیرمغناطیس هستند. اما بازرگانان و خریداران تراشه، قیمت تراشه را بر اساس مقدار نیکل موجود در آن تعیین می کننند و این پتانسیل بی ثبات کردن بابازر تراشه را دارد. نتیجه این بی ثباتی کاهش قیمتی است که عموماً برای تعویض استافده از گریدهای جدید به جای گریدهای سنتی Cr-Ni ناکافی است.جذب و پیشرفت کاربرد یک گرید اغلب به دلیل مزایای فنی آن در کاربردهای خاص اتفاق می فاتد نه بدیلی راهبردهای اقتصادی.
برخی از مدعی های جدید
در دهه اخیر شاهد پیشرفت برخی از مدعی های جدید در گروه فولادهای زنگ نزن آستنیتی Cr-Mn-Ni برده ایم. پیشرفت اصلی کار در هند و کاربرد اصلی این گریدها در لواز آشپزخانه بوده است.بیشترین سرعت کارسختی در گریدهای نیکل پایین با درصد منگنز بالا به عنوان یک مزیت برای این فولادها در برخی کاربردها شناخته و مورد قبول قرار گرفته است اما افزایش عنصری چون مس سبب کاهش این خاصیت و بهبو این مشکل می وشد.
هند به دلیل فاکتورهای منطقه ای خود، دچار یک پیشرفت شدید در تولید گریدهای فریتی شد. سایر کشورهای آسیایی هم دارای بازارهای قوی گشتند و اخیراً تولید کننده آن شده اند. خصوصاً بازار چینی ها که شامل درخواست های مهمی برای گریدهای Cr-Mn-Ni در چین که اغلب برای سری 200 فولادهای زنگ نزن بود، بسیار قوی شدند.سایر کشورهای تولید کننده مانند تایوان، برزیل و ژاپن گسترش آلیاژهایی را در نتیجه گستره گریدهای آستنیتی با مقادیر نیکل از 1 تا 4 درصد و تا 9% منگنز داشتند. هیچکدام ازین گریدها در ASTM یا سایر استانداردهای معتبر بین المللی هنوز ثبت نگشته اند.
سرعت رشد در تولید این گریدها از فولادهای زنگ نزن بسیار سریع اتفاق افتاد. اخیراً بیشتر اطلاعات منتشر شده از انجمن فولادهای زنگ نزن بین المللی (ISSF) نشان می دهد که در سال 2003، 1٫5 میلیون تن (7٫5% از فولادهای زنگ نزن جهان) ازین نوع بوده اند. سهم چین از این مقدار در سال 2004، 25% بوده است.اگر چه مشکلات هنوز هم وجود دارند و استافده از تراشه های Cr-Ni در گریدهای Cr-Mn-Niهنوز هم مورد میل صنعت گران نیست.
مسئله اصلی، عدم کنترل کم لطفی فروشندگان در معرفی محصولات نیکل پایین مانند گرید 304با ارائه توضیحاتی چون مقاومت به خوردگی پایین و کم ارزش تراشه ها و آلوده سازی محیط توسط مواد نکیل پایین است.آنچه در آینده رخ می دهد در ما آشکار نیست اما منطقی به نظر می رسد که یک مکان برای گریدهای زنگ نزن نیکل پایین ایجاد شودو مشتریان گریدها، مکشلات تجربی این گرید از فولادها را در قمابل قیمت بالای فولادهای زنگ نزن Cr-Ni نادیده بگیرند و این دسته از فولادها گسترش یابند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
