با بیش از ربع قرن تجربه در زمینه ارائه انواع محصولات استنلس استیل

قیمت ورق استیل؛ فروش انواع ورق استیل صنعتی و ورق استنلس استیل در آلیاژ و ضخامت های مختلف. با حرفه‌ای‌ها خرید کنید تلفن: 35089-021

تاریخ استنلس استیل - فصل 2 - اکتشافات اولیه

ورق استیل بزرگترین دستاورد متالورژی مدرن می باشد. این آلیاژ توسط کارل زاپفه، یکی از برجسته ترین متالورژیست های قرن بیستم، به عنوان "فلز شگفت انگیز" و "نقطه عطف موفقیت در متالورژی" توصیف شده است. استنلس استیل - همانند بسیاری از ابداعات دیگر- بر پایه تلاش افراد مرتبط با این صنعت ساخته شده و موفقیت های چشمگیری را به دنبال داشته است. فولاد ضدزنگ نه تنها دستاورد درخشان متالورژی مدرن، بلکه میراث ماندگار صنعت و پیشرفت بشریت می باشد.
اکتشافات اولیه در قرن های 18 و 19 زمانی آغاز شد که کروم به عنوان عنصری آلیاژی شناسایی گردید. در قرن نوزدهم، آلیاژهای آهن-کروم به شکل تجربی مورد بررسی و ارزیابی قرار می گرفتند. پیشرفت قابل توجه در مورد این آلیاژ، در اوایل قرن بیستم با مجموعه ای از یافته ها در زمینه استفاده های تجاری از آلیاژهای آهن-کروم و آهن-کروم-نیکل و ظهور متالورژی به عنوان رشته ای مهندسی و مدرن صورت گرفت.
اولین پیشگامان و کاشفان استنلس استیل، در هر دو جنبه علمی و صنعتی، افرادی معتبر بودند. این افراد در چندین دهه پس از توسعه تجاری فولاد زنگ نزن به این فکر افتادند که توصیفات مختصری در مورد استنلس استیل به مشتریان خود ارائه نمایند. یکی از موارد ارائه شده، تاریخچه ای مختصر و یک صفحه ای در کتابچه ی تجاری فرث-استرلینگ (Firth-Sterling)، تحت عنوان استنلس استیل "S-Less" (شرکت فولاد فرث-استرلینگ، مکیسپورت، پنسیلوانیا، 1923)، شامل اطلاعات فنی در مورد فولادهای ضدزنگ و ضمانتنامه محصول بود. کتابی دیگر نیز با عنوان آهن و فولاد زنگ نزن (انتشارات چاپمن & هال، لندن، 1926) توسط جِی.اِچ.جی. مونیپنی (J.H.G. Monypenny) چاپ شد که شامل یک فصل کامل در مورد فعل و انفعالات رخ داده در اوایل پیدایش استنلس استیل بود.
سایر بررسی های تاریخی درباره توسعه استنلس استیل در کتاب فولادهای ضدزنگ، ویرایش شده توسط ارنست ثوم (انجمن عملیات ساخت فولاد آمریکا، 1933)، و یک فصل از کتاب استنلس استیل به قلم کارل زاپفه (انجمن فلزات آمریکا، 1949) موجود می باشد. زاپفه در این فصل، 6 نفر از کاشفانی که در مورد متالورژیِ آلیاژهای مختلف آهن-کروم مطالعه می کردند را معرفی نموده است. 5 نفر از 6 کاشف اولیه فولاد ضد زنگ در شکل 1 نشان داده شده است. کاشف دیگری که زاپفه به او اشاره کرد، دبلیو. گیسن (W. Geisen)، دانشمندی انگلیسی بود که در سال 1909 گزارشی طولانی در مورد ورق استیل آستنیتی نیکل-کروم و فولادهای حاوی 8 الی 18 درصد کروم با محتوای 0.3 درصد کربن منتشر نمود.
لئون ژیلت (Léon Guillet) (1873-1946) (شکل 1) اولین کسی بود که از منظر متالورژیکی و مکانیکی، فولادهای کروم و کروم-نیکل با ساختارهای کریستالی مارتنزیتی، فریتی و آستنیتی را مورد بررسی قرار داد و از آنجا که ایده ای درباره مقاومت به خوردگی فولادهای کروم دار نداشت، مدت زمانی طول کشید تا این خاصیت را کشف نماید. کشف آلیاژی که بعدها استنلس استیل نام گرفت، به هری بریرلی (1871-1940) نسبت داده می شود (شکل 1). وی اولین کسی بود که استنلس استیل مارتنزیتی، که در ابتدا به منظور ساخت کارد و چنگال استفاده می شد، را تولید نمود.

کشف کروم (1797)

در سال 1797، شیمیدانی فرانسوی به نام لوئیس نیکولاس ووکلین (Louis Nicholas Vauquelin) (1753-1829) اکسید کروم را در سنگ معدن "سرب قرمز" در سیبری کشف نمود. سال بعد، او با استفاده از فرآیند حرارت دهی اکسید کروم و زغال چوب، توانست فلز کروم را جدا نماید. وی پس از مشاهده ی ترکیباتِ دیگرِ کروم که هر یک رنگی منحصر به فرد داشتند، این فلز را کروم نامید (این کلمه برگرفته از کلمه یونانی chromos به معنی رنگ می باشد).
اولین قطعه ی فلزیِ کروم در جهان توسط ووکلین در آکادمی فرانسه و در سال 1798 رونمایی شد. بعدها کروم به عنصری اصلی در تولید فولادهای ضدزنگ تبدیل شد.

مایکل فارادی، از پیشگامان آلیاژکردن فولادها (1820)

مایکل فارادی (Michael Faraday) (1791-1867) که عمدتاً به علت پیشگام بودن در زمینه های برق و مغناطیس شهرت دارد، از جمله اولین افرادی بود که در زمینه توسعه فولادهای آلیاژی کار می کرد.

شکل 1- پنج نفر از کاشفان فولادهای زنگ نزن. منبع: زاپفه، 1949

در مقاله ای تحت عنوان "آزمایشاتی بر روی آلیاژهای فولادی، با هدف بهبود آنها"، استودارت و فارادی هدف از انجام این کار را اینگونه بیان کردند:
•    برای اطمینان از اینکه آیا می توان ابزارهای برش بهتری تولید کرد؟
•    برای اطمینان از اینکه آیا چنین آلیاژهایی تحت شرایط مشابه، کمتر در معرض اکسیداسیون هستند؟
هدف از انجام چنین تحقیقاتی، کشف مواد جدید فلزی با سطحی آینه ای بوده است.

آلیاژهای آهن-کروم و تولید فروکروم (1821)

در سال 1821، که حدوداً ربع قرن از کشف کروم توسط ووکلین می گذشت، پیِر برتیه (Pierre Berthier) فرانسوی (1782-1881) دریافت که آهنِ آلیاژ شده با مقادیر بالای کروم، نسبت به آهنِ بدون کروم در مقابل اسیدها مقاومت بیشتری دارد. او به این نتیجه رسید که مقاومت آلیاژ با افزایش محتوای کروم، زیاد می شود. توجه برتیه به نشریه ای که توسط استودارت و فارادی در سال قبل به چاپ رسیده بود، جلب شد. در این مقاله از جمله اولین تلاش ها به منظور افزودن کروم به فولاد شرح داده شده بود. برتیه از طریق احیای اکسیدهای ترکیبی اقدام به تولید مستقیم آلیاژهای آهن-کروم نمود و بدین ترتیب آنچه که امروزه فروکروم نامیده می شود را بدست آورد.

توصیف وودز و کلارک از آلیاژی مقاوم در برابر اسید و هوا (1872)

دو دانشمند انگلیسی به نام های جِی.ای.تی. وودز (J.E.T. Woods) و جِی. کلارک (J. Clark)، آلیاژی مقاوم در برابر اسید و هوا کشف کردند و آن را به شرح زیر توصیف نمودند:
"ما ترجیح می دهیم از نوعی آلیاژ فلزی به منظور مقاومت در برابر اسیدها استفاده کنیم که شامل 5 درصد تنگستن و 95 درصد کروم با ترکیب 33 درصد عناصر آلیاژی و 67 درصد فولاد باشد. این فلز، بسیار سخت و به رنگ نقره ای می باشد. این آلیاژ برای اینکه در محیط های رطوبتی و اکسید کننده مقاوم باشد، نیاز به پولیشِ سطحیِ بالایی دارد که همین موضوع سبب آینه ای شدن سطح آن می گردد و به همین جهت از آن می توان در بسیاری از کاربردهای مختلف مانند ساخت سکه و همچنین کارد و چنگال هایی که ممکن است در تماس با انواع اسیدها قرار گیرند، استفاده نمود."

اکتشافات در دهه 1890

تحقیقات در مورد فولادهای کروم بالا (1892). در انگلیس، سِر رابرت آ. هادفیلد (Sir Robert A. Hadfield) (1858-1940)، مخترع فولاد منگنزدارِ هادفیلد، مقاومت در برابر خوردگی فولادهای حاوی حداکثر 16.74 درصد کروم و با محتوای کربن بالا (محدوده 1 تا 2 درصد) را مورد بررسی قرار داد. وی نمونه های خود را در محلول اسیدسولفوریک با غلظت 50 درصد آزمایش نمود. تست در این محلول (به عنوان نماینده ی خوردگی) در آن زمان بسیار رایج و آزمایشی بود که نتایجش سریع مشخص می شد. البته امروزه می دانیم که آزمایش خوردگی در این اسید از پایه اشتباه می باشد.
در نهایت، هادفیلد به این نتیجه رسید که کروم مقاومت در برابر خوردگی فولاد را مختل می کند. این نتیجه گیری نامطلوب و تاسف بار، علاقه به کار با فولادهای کروم بالا را تحت تأثیر قرار داد.
کشف فروکروم کم کربن (1895). شیمیدانی آلمانی به نام هانس گلدشمیت (Hans Goldschmidt) (1823–1961)، روشی برای تولید فروکروم کم کربن و فلز کروم با استفاده از احیای حرارتی آلومینو را کشف نمود. در دسترس بودن فروکروم با محتوای کربن پایین، با اینکه بسیار گرانقیمت بود، تولید فولادهای کروم دارِ کم کربن را برای اولین بار امکانپذیر کرد. این رویداد مهم در اندک مدتی منجر به تولید اولین فولاد ضد زنگ توسط متالورژیست های انگلیسی، فرانسوی، آلمانی و آمریکایی شد.

کشف فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی و فریتی کروم دار (1904)

اوایل سال 1904، لئون ژیلت (1873-1943)، استاد متالورژی و شناسایی فلزات در آموزشگاه هنر و صنایع دستی پاریس، مجموعه مقالاتی تحقیقاتی را در مورد آلیاژهای آهن-کروم با محتوای قابل قبول کربن با هدف تجزیه و تحلیل فولادهای زنگ نزن مدرن منتشر نمود. وی فولادهای خود را با کروم گلدشمیت (فاقد کربن) (با احیای سنگ اکسید با پودر آلومینیم و تبدیل آن به کروم) ساخت و محتوای کربن را کنترل نمود، به طوری که از 0.043 درصد در آلیاژهای کروم پایین و از 0.142 درصد در آلیاژهای زنگ نزن تا یک درصد متغیر بود. با تحلیل و بررسی این میزان از محتوای کربن در آن زمان، به این نتیجه می رسیم که آن آلیاژها در محدوده فولادهای ضدزنگ مارتنزیتی و فریتی قرار داشتند.
بعدها، فولادهای سخت شونده ی مارتنزیتی تحت استاندارد AISI، گریدهای 410، 420، 440 و فولادهای فریتی بدون قابلیت سخت شوندگی تحت همین استاندارد گریدهای 442 و 446 نام گذاری شدند.

کشف فولادهای ضد زنگ کروم-نیکل آستنیتی (1906)

لئون ژیلت علاوه بر مطالعاتی که بر روی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و فریتی داشت، مقاله مفصلی در مورد سومین گروه مهم از این نوع آلیاژها که دارای ریزساختار آستنیتی بودند، منتشر نمود. ترکیبات شیمیایی او دقیقاً همان هایی نبودند که امروزه در جداول استاندارد تعریف می شوند، اما از نقطه نظر ریزساختار تقریباً یکسان بود و البته تنها تفاوت در اصلاحاتی بود که سالها بعد به تصویب رسید. بنابراین به نظر می رسد ژیلت اولین کسی بود که از نظر متالورژیکی و مکانیکی به بررسی فولادهای ضد زنگ پرداخت و این کار را برای سه دسته مهم این آلیاژها یعنی مارتنزیتی، فریتی و آستنیتی انجام داد. چندین سال پس از ساخت اولین فولاد ضد زنگ آستنیتی توسط ژیلت و گیسن (Geisen)، فولاد ضد زنگ آستنیتی تجاری توسط تحقیقات مشترک ادوارد ماورر (Eduard Maurer) و بنو اشتراوس (Benno Strauss) در آزمایشگاه های تحقیقاتی کروپ در حد فاصل سال های 1909 تا 1912 توسعه یافت و به مرحله تولید رسید. در سال 1908، ماورر قبل از اینکه تحقیقات خود با اشتراوس را آغاز کند، روی فرآیندهای عملیات حرارتی فولادهای با محتوای کروم زیاد کار می کرد. او عملیات های حرارتیِ مناسبی را کشف کرده بود.

کشف خاصیت مقاومت در برابر خوردگی (1908)

در سال 1908 در آلمان، فیلیپ مونارتز (Philip Monnartz) (شکل 1) مطالعه ای تحت عنوان اثر محتوای کربن روی مقاومت در برابر خوردگی فولادهای پُر کروم انجام داد. تحقیقات او نشان داد که ضدزنگ بودن این آلیاژها تابعی از پدیده پسیواسیون بوده و مقاله ای عالی در این خصوص در سال 1911 تحت عنوان "مطالعه آلیاژهای آهن-کروم با توجه ویژه به مقاومت آنها در برابر اسیدها" منتشر کرد. بخشی از این مقاله در ذیل آمده است:
•    "زمانی که محتوای کروم در این آلیاژها به 12 درصد برسد، میزان خوردگی آنها مخصوصاً هنگام آزمایش در اسید نیتریک، آب و اتمسفر، به شکل قابل توجهی کاهش می یابد."
•    "این افزایشِ چشمگیرِ مقاومت در برابر خوردگی، ناشی از پدیده پسیواسیون است."
•    "پسیواسیون به میزان احیا و اکسید کنندگی محیط بستگی دارد."
•    "عملیات پیش-پسیواسیون شامل غوطه ور کردن فولاد در اسید نیتریک یا قرار دادن آن در هوا در مدت زمانی مشخص می باشد."
•    "پسیواسیون بهتر است در اسید سولفوریک سرد انجام گیرد، به این علت که فولاد زنگ نزن در اسید سولفوریک داغ به سرعت حل خواهد شد."
•    "کربن اضافی موجب تشکیل کاربیدهای آزاد در آلیاژ می شود و از پسیواسیون جلوگیری می کند. به همین دلیل محتوای کربن باید کم باشد."
•    "کربن قابلیت تثبیت شدن دارد، بنابراین با افزودنِ دیگر عناصر آلیاژی مانند تیتانیوم، وانادیوم، مولیبدن یا تنگستن، تأثیری بر روی مقاومت به خوردگی فولاد نخواهد داشت."
•    "مولیبدن تأثیر زیادی بر افزایش مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ دارد."
مونارتز اولین کسی بود که دلایل "ضد زنگ" بودن فولاد آلیاژی را کشف کرد. او همچنین اولین نفری بود که به اهمیتِ حداقل 12 درصد محتوای کروم در این آلیاژ اشاره نمود. اصطلاح پسیواسیون که وابسته به وجود محیط اکسید کننده است، برای اولین بار توسط مونارتز استفاده شد. او همچنین به این نکته اشاره کرد که از اسید نیتریک می توان به منظور تحریک پسیواسیون استفاده نمود.

کشف یکی دیگر از فولادهای ضدزنگ فریتی (1911)

در فرانسه، آلبرت اِم. پورتِوین (Albert M. Portevin) (1880-1962) (شکل 1) مطالعه ای بر روی آلیاژهای مارتنزیتی و فریتی انجام داد و مشاهدات خود را به شکل گسترده ای در سال های 1909 (انگلیس)، 1911 (فرانسه) و 1912 (آمریکا) منتشر نمود. پورتوین از بسیاری از آلیاژهای اصلی ژیلت در مطالعات خود بهره گرفت. با این حال علاوه بر این آلیاژها، او موارد دیگری را نیز ذکر کرد که مهم ترین آنها آلیاژی متشکل از 17.38 درصد کروم و 0.12 درصد کربن بود. این فولاد دقیقاً معادل ورق استیل 430 بود.
پورتوین کم و بیش سهمی در تکمیل کشف گسترده ی آلیاژهای اصلی خانواده های استنلس استیل مارتنزیتی، فریتی و آستنیتی داشت.