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

نقش نیکل و منگنز در ورق استیل دوپلکس

در این مقاله قصد داریم‌ به نقش عناصر نیکل، منگنز، کروم، مولیبدن و نیتروژن در طراحی فولادهای زنگ نزن دوپلکس بپردازیم. استنلس استیل دوپلکس  فولادهایی با مقادیر برابر از فازهای فریت و آستنیته تعادل بهینه بین ﺁستنیت و فریت با استفاده از عناصر ﺁلیاژی بدست می‌ﺁید.
اول اینکه نیکل، منگنز و نیتروژن پایدارکننده ﺁستنیت و کروم و مولیبدن تثبیت‌کننده فاز فریتی هستند. با این حال، فعل‌ و انفعالات میان این عناصر، عواقب دیگری نیز دارد که در این مقاله و مقالات بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت. چهار عنصر از این عناصر (به‌استثنای کروم کشف شده توسط وکولین، شیمی‌دان فرانسوی، در سیبری (در 1797) در قرن هجدهم توسط شیمیدانان سوئدی کشف شد.

کشف نیکل

شکل 1- یک قطعه از آنابرگیت (Annabergite) معدنی که در موزه لوس در سوئد به نمایش گذاشته شده است. ماده سبز مایل به زرد ﺁرسنات نیکل آبدار است که از ﺁن کرونستد عنصر جدید نیکل را در سال 1751 جداسازی کرد.

شکل 2: بنای یادبود نیکل در دهکده معدن کاری لوز، سوئد، در سال 1974 توسط اینکو در یادبود کشف مهم نیکل توسط کرونستدت سوئدی در سال 1751ساخته شد.

در سال 1751آکسل کرونستد یک ماده معدنی در معدن کبالت در سوئد یافت که به دلیل رنگ سبز مایل به زرد تصور می شد حاوی فلز مس است. ماده معدنی به‌احتمال زیاد آنابرگیت بود که یک ماده معدنی آرسناتی است و در موزه لوس قرار دارد (شکل 1). خیلی مایوس کننده بود که هیچ مسی یافت نشد، به همین دلیل «کوپفرنیکل» نامیده شد که در زیان ﺁلمانی به معنای مس کاذب است. با این وجود، او به یک عنصر فلزی جدید که در ﺁزمایشات او تایید شد مشکوک بود. این عنصر جدید نیکل نامیده شد.

مدت زمان زیادی است که فلز نیکل در کاربردهای مهندسی بکار گرفته می شود، اما امروز نیکل، عنصر ﺁلیاژی مهمی است و حتی پایه و اساس شرکت‌های صنعتی مانند اینکو (INCO) است که در سال 1974بنایی یادبود در لوس بنا نهاد (شکل 2). در سال 1774 کارل ویلهلم شیل، شیمیدان بزرگ سوئدی با همکاری یوهان گوتلیب گان، شیمیدان برگسکولژیوم در فالون، عنصر منگنز را در ماده معدنی پیرولوزیت (MnO2) کشف کردند. همچنین مشخص شد که شباهت‌هایی میان منگنز و نیکل وجود دارد؛ برای مثال، هر دو تثبیت‌کننده فاز ﺁستنیت هستند.

تاثیر منگنز بر پایداری فاز آستنیت

ازآنجاکه تاثیر منگنز تقریبا به‌ اندازه نیمی از نیکل است، لذا برای به دست ﺁوردن اثر مشابه، نیاز به منگنز بیشتری است. در مورد ورق استیل دوپلکس LDX 2101، 5 درصد منگنز مورد نیاز است. به این ترتیب اثر تثبیت‌کننده و پایداری ﺁستنیت توسط منگنز افزایش می یابد زیرا قابلیت حلالیت نیتروژن (0.22 درصد در LDX 2101) را افزایش می‌دهد. 

تاثیر نیکل بر پایداری فاز آستنیت

حداقل میزان نیکل برای پایداری فاز آستنیت 8 درصد می باشد. در بین فولادهای زنگ نزن آستنیتی، ورق استیل 304 با 8 درصد نیکل کمترین میزان از این عنصر را در ترکیب خود دارد. میزان نیکل در این خانواده آلیاژی 8 الی 22 درصد می باشد. میزان نیکل تاثیر مستقیمی بر قیمت ورق استیل دارد و به همین دلیل هر چقدر میزان این عنصر در ترکیب فولادهای زنگ نزن بیشتر باشد قیمت تمام شده نیز بیشتر است. از این رو ورق استیل 310 با دارابودن 19 الی 22 درصد نیکل در ساختار خود بیبشترین قیمت را در بین استنلس استیل ها به خود اختصاص داده است. اما میزان نیکل در فولادهای زنگ نزن به مراتب کمتر فولادهای آستنیتی است. معمولا این گروه از فولادها دارای 4.5 الی 8 درصد نیکل دارند. به همین دلیل قیمت پایین تری در مقایسه با فولادهای زنگ نزن آستنیتی دارند. 

هر چه قدر میزان نیکل بیشتر باشد فاز آستنیت پایدار تر خواهد بود. با افزایش پایداری فاز آستننیت امکان بکارگیری فولادهای زنگ نزن در دماهای زیر صفر نیز فراهم می آید. البته لازم به ذکر است نیکل علاوه بر تثبیت ﺁستنیت، دارای اثرات مفیدی دیگری نیز است که نمی‌توان با استفاده از منگنز آن ها کاملاً جبران نمود.

استنلس استیل دوپلکس با عناصر آلیاژی کم (Lean Duplex Stainless Steel)

وسمن و همکاران هنگام بررسی طیف گسترده‌ای از فولادهای دوپلکس در مؤسسه پژوهشی KIMAB در سوئد به این نتیجه رسیدند که برای رسیدن به مقاومت خوردگی حفره ای و سختی قابل قبول حداقل مقداری نیکل لازم است. استنلس استیل دوپلکس بدون نیکل در مقایسه با نمونه های حاوی نیکل بیشتر در معرض خوردگی و شکسته شدن هستند. در حال حاضر بهای نیکل کمی کمتر از هر تن 10000 دلار است (بر طبق قیمت سال 2016). این بدین معنی است که انگیزه اقتصادی برای توسعه ورق استیل دوپلکس کم سود امروز کمتر از سال 2008 است که بهای نیکل به ازای هر تن بیش از 50000 دلار بود. نکته ای که باید در نظر گرفت این است که حتی اگر بهای نیکل دوباره افزایش یابد، برای حفظ مقاومت خوردگی کافی و خواص مکانیکی مناسب، به حداقل مقدار نیکل نیاز داریم.