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 3 - کشف بهره وری تجاری استنلس استیل

فولادهایِ حاویِ کروم با توجه به برخورداری از سختیِ زیاد، از سال 1869 مورد استفاده قرار می گرفتند، با این حال هری بریرلی اولین کسی بود که در سال 1913 فولاد کروم دارِ تجاری را تحت عنوان استنلس استیل ذوب ریزی کرد و برای ساخت کارد و چنگال مورد استفاده قرار داد. همزمان، تحولاتی توسعه ای در زمینه این آلیاژ در آلمان و آمریکا در حال رخ دادن بود. در آزمایشگاه های کروپ در حد فاصل سال های 1909 تا 1912، فولادهای نیکل دار با محتوای کرومِ بالا به وسیله ادوارد ماورر (شکل 1) و بنو اشتراوس (شکل 2) ساخته شدند. در همین حین، افراد دیگری نیز در آمریکا مشغول آزمایش فولادهای کروم بالا برای استفاده در زمینه های بالقوه تجاری بودند. در سال 1911، الوود هاینز (Elwood Haynes) (شکل 2) به منظور تعیین تأثیر کروم بر مقاومت در برابر خوردگی، سختی، کشش و کیفیت برش، فولادهای کروم بالا را تحت آزمایش قرار داد. کریستین دانتسیزن (Christian Dantsizen) (شکل 2) نیز در سال 1911 تست هایی را بر روی فولادهای کروم بالا به منظور توسعه تجاری احتمالی در آزمایشگاه عمومیِ تحقیقاتِ الکتریکی آغاز نمود.

بهره وری فولاد ضد زنگ مارتنزیتی در انگلیس و آمریکا (1911–1912)

هری بریرلی (شکل 3) بیش از هر شخص دیگری و به حق به عنوان آغازگر دوره ی صنعتیِ فولادهای ضدزنگ -حداقل تا آنجایی که به فولادهای زنگ نزنِ کروم دار با قابلیت سخت شوندگی مربوط می شود- شناخته می شود.

شکل 2- پیشگامان استنلس استیل. منبع: زاپفه، 1949

شکل 3-هری بریرلی. منبع: حق چاپ. موزه صنعتی شفیلد انگلیس.

هری بریرلی در سال 1912، هنگامی که مشغول تحقیق در مورد تولید آلیاژهایی جدید برای لوله های تفنگ بود، به این نکته دست یافت که معرف های معمول، آن دسته از آلیاژهایی که دارای محتوای زیاد کروم هستند را اِچ (حکاکی) نکرده است. بنابراین، نتیجه گرفت که فولاد با میزانِ کرومِ 10 درصد و بالاتر ممکن است مزایایی به منظور استفاده در کاربردهای خاص داشته باشد. وی در ادامه شمشی فولادی حاوی تقریباً 13 درصد کروم و 0.24 درصد کربن تولید نمود. این آلیاژ در زمینه ساخت لوله های اسلحه پیشرفت مطلوبی نداشت. با این حال، مواد از همان جنس در نهایت به آلیاژی مورد استفاده در تولید کارد و چنگال تبدیل شد. بنابراین، این اولین آلیاژِ تجاری شد که بعدها تحت عنوان استنلس استیل لقب گرفت.

شرح واقعی از داستان بریرلی به شکل زیر است:

"هنگام بررسی ریز ساختار این فولادها زیر میکروسکوپ، از جمله مواردی که قابل توجه بود، عدم اِچ شدن فولادِ کم کربنِ کروم بالا با استفاده از معرف های مرسوم بود. البته این موضوع باعث می شد تشخیص ترکیب شیمیایی مواد با مشکل مواجه شود، چون در شرایط مختلفِ عملیات حرارتی، برخی از این قطعات اِچ می شدند و برخی دیگر اِچ نمی شدند.
استفاده از این آلیاژ برای ساخت سلاح، برخلاف انتظارات اولیه، هیچ موفقیتی کسب نکرد. با گزارش خواص غیرخورندگی این فولاد به شرکت های تولیدی، این انتظار وجود داشت که امکان استفاده ی مفید از آن در ساخت تجهیزاتی چون کارد و چنگال فراهم شود. البته در این مورد هم هیچکدام از شرکت ها تحت تأثیر قرار نگرفتند. شاید ایده ی تولید در مقیاس تجاری در مورد فولادی که هرگز زنگ نمیزد مضحک به نظر می رسید."
با این وجود، بریرلی نا امید نشد و سرانجام در سال 1914 با ارنست استوارت (Ernest Stuart)، مدیر کارخانه کارد و چنگال آر.اِف موزلی (R.F. Mosely) که معتقد بود نمی توان فولادی ساخت که دچار زنگ زدگی نشود، به توافق رسید تا از این آلیاژ در ساخت چند چاقوی برش پنیر استفاده گردد. استوارت در ابتدا با کار بر روی برخی نمونه های کوچک، به موفقیت هایی دست یافت، اما پس از آن با کمک بریرلی و با آهنگری و عملیات حرارتی این آلیاژ، که بعدها فولاد هواپیمایی فرث نامیده شد، چاقوهایی با کیفیت مناسب تولید نمود. فولادی که بی روح و تقریباً بی فایده اعلام شده بود، در اندک مدتی به عنوان موضوعی جذاب در محافل فولادسازان و صنعتگران و به موضوعی برای مقالاتِ روزنامه ها تبدیل شد. اینگونه بود که صنعتی جدید در شفیلد متولد شد!
بریرلی در ادامه موفق به دریافت حق اختراع این آلیاژ در آمریکا، فرانسه و کانادا شد. با تلاش های او، صنعت تولید کارد و چنگال از جنس استنلس استیل در انگستان آغاز به کار کرد. او همچنین سندیکای فولاد ضدزنگ بریرلی-فرث و شرکت استنلس استیل آمریکا را سازماندهی نمود (به فصل پنجم، "زندگی هری بریرلی (1871-1948)" مراجعه کنید).
شایسته است از الوود هاینز (1857-1925 کوکومو-ایندیانا) (شکل 2) با توجه به تلاش هایی که در زمینه توسعه فولادهای ضدزنگ مارتنزیتی داشت نیز نام برده شود. اگرچه آلیاژهایی که هاینز اختراع کرد، تحت عنوان استلایت (stellite) شناخته می شود، وی آزمایش هایی را به منظور تعیینِ تأثیر کروم بر مقاومت آهن و فولاد در برابر مواد شیمیایی و اتمسفر در سال 1911 شروع نمود. هاینز اثر کروم بر سختی، انعطاف پذیری و کیفیت برشیِ فولاد را نیز بررسی نمود.
هاینز کمی زودتر از بریرلی درخواست ثبت اختراع خود را ارائه داد، اما از آنجا که قبل از او حق اختراع برای فولادهای کروم دار ثبت شده بود، درخواست او رد شد. سرانجام در اول آوریل 1919، حق اختراع هاینز به شماره 1.299.404 تحت عنوان "بهبود فولادهای کارشده"، که فولادهای با 5 الی 60 درصد کروم و 0.1 تا 1 درصد کربن را پوشش میداد، در آمریکا به ثبت رسید. علیرغم ادعاهای مشابه، این حق اختراع بریرلی بود که در سال 1916 به ثبت رسید و همین موضوع موجب بروز اختلافاتی شد. دو سال بعد، یعنی در سال 1918، با رضایت هاینز و بریرلی این حق اختراع به صورت مشترک ثبت و به شرکت استنلس استیل آمریکا، که این دو از سهامداران عمده ی آن بودند، واگذار گردید و به این صورت موضوع حل و فصل شد.

بهره وری فولادهای ضد زنگ فریتی کشف شده در آمریکا (1911–1914)

اگرچه ورق استیل فریتی بدون قابلیت سخت شدن توسط ژیلت، پورتوین و مونارتز ساخته شده بودند، اعتبار توسعه آنها به دو دانشمند آمریکایی به نام های فردریش اِم. بکت (Frederick M. Becket) (1875-1942) و کریستین دانتسیزن (Christian Dantsizen) (شکل 2) داده شده است.
در اوایل سال 1911، دانتسیزن طی آزمایشاتی بر روی سیم لامپ های الکتریکی در آزمایشگاه عمومی تحقیقات الکتریکی، آلیاژهایی حاوی 14 تا 16 درصد کروم و 0.07 تا 0.15 درصد کربن تولید نمود. برخلاف آلیاژهایِ کروم دارِ ساخته شده توسط بریرلی، این فولادها به این علت که حاوی کرومِ زیاد و کربنِ بسیار کم بودند، به وسیله عملیات حرارتی قابلیت سخت شوندگی نداشتند. در سال 1914، استفاده از استنلس استیلِ ساخته شده توسط دانتسیزن، در ساخت پره های توربین بخار گسترش یافت. امروزه در ساخت این توربین ها دقیقاً از همین آلیاژ استفاده می شود.
آلیاژهای فریتی با محتوای کرومِ بالاتر، به واسطه ی تلاش و کارهای فردریک بِکِت در شرکت الکترومتالورژی واقع در نیویورک به مرحله تولید رسید. بکت که تأثیر کروم بر مقاومت آلیاژ در برابر اکسیداسیون در دمای 1095 درجه سانتی گراد را بررسی می کرد، افزایش قابل توجهی در مقاومت آلیاژهایی که دارای محتوای کرومِ بالاتر از 20 درصد بودند را مشاهده نمود. وی آلیاژی "آهن-کروم"، مقاوم در برابر اکسیداسیون و حاوی 25 الی 27 درصد کروم تولید نمود که علیرغم محتوای زیاد کربن، توسط عملیات حرارتی از قابلیت سخت شوندگی برخوردار بود.
بِکِت همچنین به علت اختراع فروکرومِ کم کربن ساخته شده از فرآیند گلدشمیت با استفاده از احیای اکسید کروم با سیلیسیم به جای آلومینیم در سال 1908، مشهور می باشد.

بهره وری فولادهای ضد زنگ کروم-نیکل که در آلمان کشف شد (1912)

در سال 1909، ادوارد ماورر (1869-1986) به عنوان اولین متالورژیست آزمایشگاه تحقیقاتی کارگاه فردریش ای. کروپ (Friedrich A. Krupp) در شهر اِسن مشغول به کار شد. در سال 1912، هنگامی که ماورر در جستجوی مواد مناسب برای استفاده در ساخت لوله های فشارسنج بود، کشف کرد که برخی آلیاژهای آهن-کروم با محتوای تقریبیِ 8 درصد نیکل که بنو اشتراوس ساخته بود، پس از ماه ها قرارگرفتن در معرض بخارهای اسیدی در آزمایشگاه، در برابر حمله های اسیدی در امان مانده اند.
دکتر اشتراوس این موضوع را در قالب مقاله ای در یک سمپوزیوم که در سال 1924 در آتلانتیک سیتی، نیوجرسی، توسط انجمن تست مواد آمریکا (ASTM) برگزار شد، ارائه داد. گزیده ای از این مقاله در ذیل آمده است:
"متالورژیست ها مدت زمانی است که آهن را با استفاده از نیکل به آلیاژ تبدیل می کنند تا خواص آن را بهبود بخشند، در حالیکه خواص ارزشمند کروم اخیراً کشف شده است. در جستجوی ماده ای مناسب برای ساخت لوله های محافظ برای زوج های حرارتی، مبنا را بر این فرض گذاشتم که ممکن است از خواص ارزشمند کروم، یعنی مقاومت آن در برابر فعل و انفعالات اکسیژن، با هدف افزایش مقاومت آهن در برابر گاز های گرم استفاده کنم. در سال 1910، پنج آلیاژ با محتوای کروم بسیار بالا، با هدفی آزمایشی برای این منظور تولید شد. آن دسته از نمونه های پولیش شده با محتوای 20 درصد کروم، پس از اینکه در مدت زمانی مشخص در معرض اتمسفر قرار گرفتند، تغییری در آنها ایجاد نشد و زنگ زدگی در آنها اتفاق نیفتاد، در حالیکه سایر قطعات، حتی آنهایی که حاوی 25 درصد نیکل بودند، دچار زنگ زدگی شدند.
از آنجا که تحقیقات در مورد خوردگی فلزات به طور همزمان در آب شیرین و آب دریا انجام می شد، مصلحت اینگونه تشخیص داده شد که تحقیقات به هر دو فولاد کروم و کروم-نیکل گسترش یابد. با این حال، تنها آلیاژهایی برای این هدف انتخاب شدند که بتوان استفاده عملی از آنها نمود. همچنین بررسی استحکام کششی این آلیاژها به عنوان تابعی از عملیات حرارتی ورق استیل ضرورت یافت. در ارتباط با مطالعه ی استحکام مکانیکی فولادهای کروم-نیکل، ریزساختار و خواص فیزیکی آنها نیز مورد بررسی قرار گرفت. این کار با همکاری آقای ماورر طی سال های 1909 تا 1912 انجام شد."
پس از ثبت اختراع در سال 1912 و مقاله ی ارائه شده توسط اشتراوس در جلسه ای با حضور شیمیدانان مطرح در بُن در سال 1914، این آلیاژها به دو نوع زیر طبقه بندی شدند:
•    7 تا 25 درصد کروم، حداکثر 1 درصد کربن و 0.5 تا 20 درصد نیکل (ثبت اختراع شماره 304.126 آلمان)
•    15 تا 40 درصد کروم، حداکثر 1 درصد کربن و 4 تا 20 درصد نیکل (ثبت اختراع شماره 304.159 آلمان)
نوع اول، گرید مارتنزیتی M1V حاوی 14 درصد کروم و 2 درصد نیکل، مشابه آلیاژ انگلیسی TS (20 درصد کروم، 2 درصد نیکل)، گرید مدرن 414 (12 درصد کروم و 2 درصد نیکل) و گرید 431 (16 درصد کروم و 2 درصد نیکل) به منظور مقاومت در برابر خوردگی عمومی توصیه می گردد.
نوع دوم، گرید آستنیتی A۲V حاوی 20 درصد کروم و 7 درصد نیکل و تقریباً معادل گرید 8-18 امروزی بود و به علت مقاومت استثنایی در برابر خوردگی به ویژه در اسید نیتریک توصیه می شود. مقالاتی در خصوص هر دو نوع فولاد مذکور نوشته شد که در نمایشگاه مالمو سوئد در سال 1914 ارائه گردید.
ماورر و اشتراوس به دلیل دستیابی به حق ثبت اختراع و ایجاد بهره وری تجاری فولادهای زنگ نزن کروم-نیکل که در حال حاضر بیشترین کاربرد را در بین تمامی گروه های فولادهای ضدزنگ دارند، مشهور می باشند.

بهره وری فولادهای کروم-سیلیسیم

پی.آ.ای. آرمسترانگ (P.A.E. Armstrong) (شکل 2)، مهندس متالورژی شرکت فولاد لودلوم (Ludlum Steel)، هنگامی که مشاهده کرد یک کوره کوچک الکتریکی به علت احیای سیلیسیم موجود در پوشش آزبست روی الکترود، به شکلی تصادفی دچار آلودگی شده، فولادهای کروم-سیلیسیم را کشف نمود. با رخ دادن جنگ جهانی اول، تلاش های او نیمه تمام ماند اما به محض اعلام آتش بس، وی تحقیقات خود را از نو شروع کرد. او برای اینکه خواص فولاد کروم-سیلیسیم خود را تحت آزمایش قرار دهد، چیزی بالغ بر 2500 بار ذوب ریزی انجام داد. آرمسترانگ در سال 1919 فولادهای کروم-سیلیسیم را به ثبت رساند. این فولادها با نام های تجاری Neva-Stain و Silchrome به بازار عرضه شدند. عمده ترین کاربرد این فولادها در ساخت لوله اگزوز موتور گازی بود. از فولادهای کروم-سیلیسیم همچنان در ساخت لوله های اگزوز استفاده می شود.
در سال 1917، چارلز موریس جانسون (Charles Morris Johnson) (شکل 2) در شرکت فولاد کروکیبل (Crucible Steel) شروع به تحقیق در مورد فولادهای کروم-نیکل-سیلیسیم کرد که این فولادها بعدها تحت عنوان رزیستال (Rezistal) ثبت اختراع شد. حق اختراع برای این آلیاژ به شماره های 1.420.407 و 1.420.708 در ژوئن 1922 در آمریکا صادر گردید. جانسون اولین بار این آلیاژها را در کنگره انجمن عملیات فولاد آمریکا، که در فیلادلفیا و در سال 1920 برگزار شد، معرفی نمود. این آلیاژها به دلیل محتوای نیکل در ترکیب شیمیایی، آستنیتی است و وجود سیلیسیم باعث افزایش مقاومت فولاد در برابر پوسته پوسته شدن می شود. با توجه به وجود مقادیر زیادی از عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و سیلیسیم، برخی از این آلیاژها به میزان کمتر از 50 درصد آهن در ترکیب خود داشتند که همین باعث شد از مرز "فولاد" بودن عبور کرده و "آلیاژ" لقب بگیرند.