به‌طورکلی فولادهای ضدزنگ فلزاتی هستند که امروزه به طور وسيعی از آنها در صنعت استفاده می‌گردد

اين دسته از فولادها دارای استحکام بالا، چکش خواری، مقاومت به خوردگی خوب و در نتيجه قابليت اطمينان بيشتری هستند به‌علاوه مزيت شاخص  اين نوع فولادها در سهولت جوشکاری در مقايسه با چدن‌ها يا حتی آلياژهای آلومینیم (دور آلومین) دارند است .

در مجموع از اين نوع فولاد در طراحی و ساخت بيشتر استفاده می‌شود و چون ما در بيشتر موارد نياز به آن داريم که اتصالات و قطعات را از طريق جوشکاری بسازيم لذا بررسی مسائل و مشکلات و نحوه جوشکاری این‌گونه فولادها يکی از مهم‌ترین نکاتی است که در توليد بايد در نظر گرفته بگیریم.

مطالب و مباحث اين مقاله عمدتاً به بررسی و نحوه جوشکاری فولادهای ضدزنگ آستنيتی می‌پردازد. .با استیل رضا همراه باشید

متالوژی فولاد ضدزنگ

مکانيزم انجماد:

وقتی آهن به‌صورت مذاب در می‌ايد و دما کاهش داده می‌شود و زمان می‌دهيم تا به حالت انجماد در آيد ،اتم ها ابتدا در حال حرکت هستند و آنقدر به حرکت خود ادامه میدهند تا در حين کاهش دما انرژی آنان کاهش يافته و اولين اتمی که به کمترين مقدار انرژی خود رسيده با برخورد با اتم های ديگر يک کريستال تشکيل می‌دهند و از مجموع اين کريستال‌ها دانه (Grain) به وجود میايد.

دانه‌ها طبق ترتيب خاصی شکل می‌گیرند تا اينکه کل انجماد را به وجود آورند.

شبکه کريستالی آهن به دو صورت b.c.c (اتم در مرکز) و شبکه F.c.c (اتم در وجوه مکعب) است، وقتی که آهن را حرارت می‌دهیم در دمای ۹۰۰ درجه سانتی گراد از شبکه کريستالی b.c.c  به شبکه F.c.c تغيير می‌یابد که اين باعث تغييرات فيزيکی و ديگر خواص عملياتی حرارتی می‌گردد.

ارتباط شبکه کريستالی و خصوصيات مکانيکی

از آنجایی‌که ساختمان کليه فلزات در حقيقت از ترکيب تعداد زيادی از تک کریستال‌ها تشکيل شده است، اين وضعیت‌ها نوع شبکه کريستالی (شبکه فضائی) که اتم‌ها شکل می‌گیرند تعیین‌کننده استحکام (مقاومت) و چغرمگی  (toughness )و در نتيجه خصوصيات عمومی فلز خواهد بود.

شبکه کريستالی آهن و بسياری از فلزات ديگر نظير کرم، واناديم، تنگستن استحکام خوب و چغرمگی بسيار زيادی دارند و اين شبکه به‌صورت b.c.c است. 

 فلزات ديگری مانند نيکل، طلا، فولادهای ضدزنگ با پايه نيکلی و بسياری از فلزات ديگر، ساختمانF.c.c  دارند که اين شبکه کريستالی دارای چکش خواری زياد بوده و به همين دليل استحکام خوبی دارند.

ديگر شبکه کريستالی b.c.t (تتراگونال) است که شبيه ساختمان b.c.c بوده با اين تفاوت که بدنه مکعبی شکل b.c.c در يکی از جهات کمی کشیده‌تر (طویل‌تر) است.

وقتی آهن از ساختمان F.c.c به شبکه b.c.c تغيير می‌یابد اگر سرعت سرد شدن زياد باشد مقداری از کربن در بين اتم‌های آن ساختار محبوس می‌شود که به آن (b.c.t) می‌گویيم که اين شبکه فولادهای سخت شده دارند و سختی آنان نيز به دليل وجود فاز مارتنزيت (martensite) است.

برای آشنايی بيشتر با ساختارهای میکروسکوپی فولاد لازم است باتوجه‌به شناخت دياگرام آهن - کربن آنها را بشناسيم:

الف: فريت FERRITE. :

دو نوع فريت داريم که توسط يک سطح آستينتی هم جدا شده‌اند، فريت بالايی را فريت و فريت پائينی را آلفا فريت گويند.

ب): سمنتيت

  Fe3c (CEMENTITE) هرگاه مقدار کربن از حدود ۲۵.۵ درصد بيشتر شود مابقی کربن به‌صورت ترکيب در آلياژ ظاهر می‌شود.

ساختمان کريستالی آن ارترومبيک و درصد کربن آن ۶.۶۷ درضد و نقطه ذوب۱۵۵۰oc و سختی بيش از ۷۰۰ برينل و با شکل‌پذیری کم است. بنابراين هرگاه سمنتيت در آلياژی وجود داشته باشد آن را سخت و شکننده می‌کند. (در فولادها قسمت‌های سفیدرنگ نشانه وجود سمنتيت است).

ج) آستنيت (Austenite)

به آهن که کربن آن حل شده باشد، استنيت گويند که حداکثر 1.7 درصد کربن را در دمای oc 115 در خود حل می‌کند.

قدرت حلاليت کربن در ساختمان آهن،  قابليت عمليات حرارتی فولاد را مشخص می‌کند، هنگامی‌که ۱۸ درصد روم و ۸ درصد نيکل به فولاد اضافه می‌کنیم (نوع غير مغناطيسي) فاز آستنيت در درجه حرارت محيط پايدار خواهد ماند و بدين ترتيب فولادهای ضدزنگ آستينی به وجود خواهد آمد.

د) پيرليت (Pearlite ) :

• قسمت عمده آن از لایه‌های متناوب فريت و سمنتيت تشکيل شده است.

اين ساختار هنگامی به وجود می‌آید که فولاد آستيني با ۸.۰ درصد کربن را با آرامی سود کنيم، کربن حل شده در ساختمان f.c.c به شکلی غير از Fe3c رسوب می‌کند و در آهن باقی می‌ماند.

ه) مارتنزيت (Martensite) :

وقتی آستنيت را زير دمای ۷۲۰ درجه سانتیگراد با آرامی سرد می‌کنیم ساختاری که به دست خواهد آمد پيرليت است؛ اما وقتی سرعت سرد شدن زياد باشد (مثلاً ((وقتی که فولاد را در آب سریعاً)) سرد می‌کنیم) ساختار بسيار سختی است که از آستنيت به دست می‌آید مارتنزيت ناميده می‌شود که شبکه اتمی آن به‌صورت b.c.t خواهد بود.

مارتنزيت ساختاری ناپايدار دارد و اگر دوباره آنرا حرارت دهيم به فريت و سمنتيت تجزيه خواهد شد.

هنگام تشکيل مارتنزيت حجم آن می‌شود که اين انبساط به مقدار  درصد کربن بستگی دارد.

   شناخت فولادهای ضدزنگ آستنيتي (سری ۳۰۰)

با افزودن ۸ درصد نيکل و ۱۸ درصد کرم به فولاد، فولادی خواهيم داشت با ساختمان آستنيتی که خاصيت ضدزنگ دارد.

با اضافه‌کردن ديگر عناصر آلياژی با درصدهای مختلف به اين ترکيب (Cr ۱۸% Ni,۸% )  گروه خاصی را تشکيل می‌دهند که به سری‌های ۳۰۰ نمايش می‌دهند (مثلاً ۳۰۲و ۳۰۱و ...)

با افزايش مقدار نيکل وسعت ناحيه آستنيتی افزايش می‌یابد و در درجه حرارت محيط فقط آستيت و سمنتيت باتوجه‌به درصد کربن وجود خواهند داشت.

آستنيت دارای چغرمگی ذاتی و همراه با تغيير طول بسيار خوب است و در درجه حرارت‌های زير صفر خاصيت ضربه‌پذیری بالايی دارد.

جهت کاربرد خواص خوردگی بايد مقدار کربن را تا ۰.۰۸ درصد کنترل کنيم (نوع ۳۰۴و۳۱۶) اما به‌خاطر مشکلات جوشکاری لازم است که درصد کربن پائين باشد که حداکثر تا ۰.۰۳ درصد کربن اضافه می‌شود (نوع L ۳۰۴،L ۳۱۶).