عملیات حرارتی فولادهای زنگ نزن

عملیات حرارتی فولادهای زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن یک کلاس همه کاره و پرکاربرد از فلزات هستند که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی استثنایی و خواص منحصر به فرد خود شناخته شده اند. فولادهای زنگ‌نزن که عمدتاً از آهن، کروم، نیکل و سایر عناصر آلیاژی تشکیل شده‌اند، توانایی قابل توجهی در مقاومت در برابر زنگ، لکه‌ها و خوردگی در محیط‌های مختلف از خود نشان می‌دهند.

فولادهای زنگ نزن ، نام خود را از مقاومت ذاتی آنها در برابر اکسیداسیون و خوردگی گرفته اند. ترکیب اصلی شامل آهن به عنوان فلز پایه با حداقل 10.5 درصد کروم است. این محتوای کروم در تشکیل یک لایه اکسید محافظ و خود ترمیم شونده بر روی سطح فولاد در هنگام قرار گرفتن در معرض اکسیژن بسیار مهم است. این لایه غیرفعال به طور موثر از خوردگی، زنگ زدگی و لکه شدن جلوگیری می‌کند و فولاد زنگ‌نزن را از فولاد معمولی متمایز می کند.

اهمیت عملیات حرارتی در فولاد زنگ‌نزن با قابلیت عملیات حرارتی را نمی توان نادیده گرفت، چرا که به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی، ساختار و عملکرد کلی مواد تأثیر می گذارد. عملیات حرارتی سختی، استحکام و چقرمگی را بهبود می بخشد و فولاد زنگ‌نزن را برای نیازهای مختلف صنعتی اماده می سازد همچنین ساختار کریستالی را تغییر می‌دهد و بر خواصی مانند شکل پذیری و ماشین کاری تاثیر می گذارد.

ترکیب شیمیایی

تعادل این عناصر تضمین می‌کند که فولاد زنگ‌نزن نه تنها در برابر خوردگی مقاومت می‌کند، بلکه دارای خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی مطلوبی است که آن را به یک ماده ارجح در طیف گسترده‌ای از صنایع، از ساخت‌وساز و تولید گرفته تا مراقبت‌های بهداشتی و هوافضا تبدیل می‌کند. فولاد زنگ‌نزن به طور معمول شامل عناصر زیر است:

۴. کربن

سختی و استحکام را تنظیم می کند.
سطوح کربن کنترل شده از شکنندگی جلوگیری می کند و شکل پذیری را حفظ می کند.

۳. نیکل

مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد و به استحکام مواد کمک می کند.
معمولا در فولادهای زنگ نزن آستنیتی (پایدار کننده آستنیت) بیشتر مشاهده می‌شود.

۲. کروم

عنصر کلیدی که مقاومت در برابر خوردگی ایجاد می کند.
تشکیل لایه اکسید غیرفعال را تقویت می کند و از اکسیداسیون و زنگ زدگی جلوگیری می کند.

۱. آهن

فلز پایه فولاد زنگ‌نزن را تشکیل می دهد.
یکپارچگی ساختاری و پایه را برای عناصر آلیاژی فراهم می کند.

۸. سایر عناصر آلیاژی

بسته به نوع فولاد زنگ‌نزن خاص، عناصر اضافی مانند نیتروژن، گوگرد و مس ممکن است برای دستیابی به خواص خاص گنجانده شوند.

۷. مولیبدن

مقاومت در برابر خوردگی را به ویژه در محیط های سخت افزایش می دهد.
معمولا در فولادهای زنگ‌نزن با کارایی بالا وجود دارد.

۶. سیلیسیم

مقاومت در برابر اکسیداسیون و پوسته پوسته شدن را بهبود می بخشد.
مقاومت حرارتی مواد را افزایش می دهد.

۵. منگنز

استحکام و شکل پذیری فولاد را افزایش می دهد.
اثرات کربن را متعادل می کند.

گروه‌های فولاد زنگ‌نزن

فولادهای زنگ‌نزن انواع مختلفی دارند که هر کدام برای کاربردهای خاص طراحی شده اند و دارای خواص و ویژگی های منحصر به فردی هستند.

شماتیک کلی فولادهای زنگ‌نزن

دسته‌بندی فولادهای زنگ‌نزن

۱. فولادهای زنگ نزن آستنیتی

فولاد زنگ نزن آستنیتی نوعی از فولاد زنگ‌نزن است که در درجه اول با سطوح بالای کروم و نیکل، همراه با ساختار کریستالی مکعبی FCC که به نام آستنیت شناخته می شود، مشخص می شود. این دسته از فولادهای زنگ‌نزن به دلیل مقاومت در برابر خوردگی استثنایی، شکل پذیری بالا و تطبیق پذیری در کاربردهای مختلف مشهور است.

ویژگی های کلیدی فولاد زنگ نزن آستنیتی شامل محتوای کروم معمولاً بین 16 تا 26 درصد و همچنین محتوای نیکل بین 6 تا 22 درصد است. افزودن نیکل نه تنها مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد، بلکه به ریزساختار آستنیتی کمک می‌کند که در طیف وسیعی از دماها پایدار می‌ماند. فولاد زنگ‌نزن آستنیتی مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهد و برای استفاده در محیط های تهاجمی از جمله کاربردهای شیمیایی و دریایی مناسب است. محتوای بالای نیکل، شکل‌پذیری قابل‌توجهی را به فولاد زنگ‌نزن آستنیتی می‌بخشد و به راحتی می‌تواند به اشکال مختلف ساخته شود. فولاد زنگ نزن آستنیتی به طور کلی در حالت آنیل غیر مغناطیسی است. با این حال، کار سرد یا افزودن های آلیاژی خاص ممکن است باعث ایجاد مغناطیس جزئی شود. به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و ماهیت غیر واکنشی، فولاد زنگ نزن آستنیتی معمولاً در صنایعی که رعایت بهداشت بسیار مهم است، مانند فرآوری مواد غذایی و کاربردهای پزشکی استفاده می شود.

به طور کلی می‌توان گفت فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی:

عمدتاً از آهن، نیکل و کروم تشکیل شده است.
مقاومت در برابر خوردگی عالی
شکل پذیری بالا
غیر مغناطیسی در حالت آنیل.
معمولا در لوازم آشپزخانه، تجهیزات فرآوری شیمیایی و داروسازی استفاده می شود.

در جدول زیر برخی از مهمترین فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی همراه با خواص، کاربرد، ترکیب شیمیایی و فرآیند سختکاری آن‌ها لیست شده است.

مشخصات برخی از فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی

Heat treatment(solution aneel)	Chemical Composition (Approximate)	Uses	Properties	Stainless Steel Grade
1000°C-1080°C Quenching in water or oil	C: 0.08%, Cr: 18-20%, Ni: 8-10.5%, Mn: 2%, Si: 0.75% P: 0.045%, S: 0.03%	Kitchen appliances Chemical processing equipment Architectural applications	Excellent corrosion resistance High ductility and formability Non-magnetic in the annealed state Good high-temperature performance	1. 304 (UNS S30400)
1020°C-1100°C Quenching in water or oil	C: 0.08%, Cr: 16-18%, Ni: 10-14%, Mn: 2%, Mo: 2-3% P: 0.045%, S: 0.03%, Si: 0.75%	Marine applications Medical implants Pharmaceutical equipment	Enhanced corrosion resistance (especially to chlorides) Excellent chemical resistance High-temperature strength	2. 316 (UNS S31600)
1020°C-1100°C Quenching in water or oil	C: 0.08%, Cr: 17-19%, Ni: 9-12%, Mn: 2%, Ti: 5C0.7% ,P: 0.045%, S: 0.03%	Aircraft exhaust systems Chemical processing	Good elevated temperature strength and corrosion resistance Stabilized against chromium carbide precipitation Non-magnetic after annealing	3. 321 (UNS S32100)
1000°C-1080°C Quenching in water or oil	C: 0.03%, Cr: 18-20%, Ni: 8-12%, Mn: 2%, Si: 0.75% P: 0.045%, S: 0.03%	Food processing Dairy equipment	Low carbon version of 304 Excellent weld ability and formability Non-magnetic in the annealed state	4. 304L (UNS S30403)
not typically through heat treatment.	C: 0.25%, Cr: 24-26%, Ni: 19-22%, Mn: 2%, Si: 1.5% P: 0.045%, S: 0.03%	Heat treatment equipment Kilns and furnaces	High-temperature strength and oxidation resistance Good resistance to thermal cycling Low magnetic permeability	5. 310 (UNS S31000)
not typically through heat treatment.	C: 0.08%, Cr: 17-19%, Ni: 9-13%, Mn: 2%, Nb: 10xC-1% P: 0.045%, S: 0.03%, Si: 0.75%	Chemical processing Oil and gas industry	Stabilized against chromium carbide precipitation Good elevated temperature strength and corrosion resistance Non-magnetic after annealing	6. 347 (UNS S34700)
1020°C-1120°C Quenching in water or oil	C: 0.03%, Cr: 16-18%, Ni: 10-14%, Mn: 2%, Mo: 2-3% P: 0.045%, S: 0.03%, Si: 0.75%	Surgical instruments Medical devices	Low carbon version of 316 Excellent corrosion resistance Good weld ability and formability	7. 316L (UNS S31603)
not typically through heat treatment.	C: 0.02%, Cr: 19-23%, Ni: 23-28%, Mn: 2%, Mo: 4-5% P: 0.045%, S: 0.035%, Si: 1.0%	Chemical processing equipment Pharmaceutical and food processing	High resistance to pitting and crevice corrosion Excellent formability and weld ability Non-magnetic	8. 904L (UNS N08904)
not typically through heat treatment.	C: 0.06%, Cr: 20-23%, Ni: 11-13%, Mn: 4%, Mo: 1-2% P: 0.04%, S: 0.03%, Si: 1.0%	Aerospace components Marine applications	High strength and corrosion resistance Excellent fatigue resistance Good weld ability	9. XM-19 (UNS S20910)
not typically through heat treatment.	C: 0.06%, Cr: 20-23%, Ni: 11-13%, Mn: 4%, Mo: 1-2% P: 0.04%, S: 0.03%, Si: 1.0%	Marine and chemical processing Valves and pumps	High strength and corrosion resistance Good mechanical properties at both room and elevated temps.	10. Nitronic 50 (UNS S20910)

فولادهای زنگ نزن آستنیتی عموماً با رفتار کارسختی خود شناخته می شوند که در طی فرآیندهای کارسرد مانند نورد، خمش یا کشش رخ می دهد. در حالی که آنها معمولاً از طریق عملیات حرارتی مانند فولادهای زنگ‌نزن مارتنزیتی سخت نمی شوند. بنابراین، سختکاری خاصی قابل مقایسه با عملیات حرارتی برای این آلیاژها وجود ندارد. تقویت فولادهای زنگ نزن آستنیتی از طریق تغییر شکل مکانیکی حاصل می‌شود و اصطلاح “سختکاری” به طور معمول برای این مواد به کار نمی رود.

۲. فولادهای زنگ‌نزن فریتی

فولاد زنگ‌نزن فریتی با محتوای کروم بالا و ساختار کریستالی فریتی BCC مشخص می شود. این دسته از فولاد زنگ‌نزن به دلیل خواص مغناطیسی، مقاومت در برابر خوردگی عالی در محیط‌های خاص و مناسب بودن برای کاربردهای مختلف شناخته شده است. ویژگی های کلیدی فولاد زنگ‌نزن فریتی شامل محتوای کروم غالب است که معمولاً از 10.5٪ تا 30٪ متغیر است. علاوه بر این، ممکن است حاوی عناصر آلیاژی دیگری مانند مولیبدن، نیکل و تیتانیوم باشد. این فولادها در دمای اتاق، معمولاً خواص مغناطیسی از خود نشان می‌دهد.

از نظر مقاومت در برابر خوردگی، فولاد زنگ‌نزن فریتی مقاومت خوبی در محیط‌های خاص، به ویژه در برابر خوردگی تنشی از خود نشان می‌دهد. فولاد زنگ‌نزن فریتی همچنین در دماهای بالا پایدارتر بوده و برای کاربردهایی که مقاومت حرارتی متوسطی مورد نیاز است مناسب است.

این نوع فولاد زنگ‌نزن در صنایع مختلف از جمله بخش خودروسازی برای قطعاتی مانند سیستم های اگزوز و مبدل های کاتالیزوری کاربرد دارد. همچنین معمولاً در لوازم خانگی مانند ماشین ظرفشویی و ماشین لباسشویی استفاده می شود. علاوه بر این، فولاد زنگ‌نزن فریتی در کاربردهای معماری برای مصالح ساختمانی، به ویژه در محیط‌های با خورندگی خفیف استفاده می‌شود. با این حال، در هنگام جوشکاری باید مراقب بود تا از ایجاد حساسیت جلوگیری شود، چرا که می‌تواند منجر به کاهش مقاومت در برابر خوردگی شود. پیش گرم کردن و عملیات حرارتی پس از جوش ممکن است برای به حداقل رساندن اعوجاج و افزایش یکپارچگی ضروری باشد.

چالش‌های مرتبط با فولاد زنگ‌نزن فریتی جایی است که کاربیدهای کروم در مرز‌دانه‌ها تشکیل می‌شوند و بر مقاومت در برابر خوردگی تأثیر می‌گذارند.

در جدول زیر برخی از انواع این فولادها تشریح شده است:

مشخصات برخی از فولادهای زنگ‌نزن فریتی

Chemical Composition (Approximate)	Uses	Properties	Stainless Steel Grade
C: 0.03%, Cr: 10.5-11.75%, Ni: 0.5%, Mn: 1%, Si: 1% P: 0.045%, S: 0.03%, Ti: 6xC-0.75% Nb: 0.1%	Automotive exhaust systems Catalytic converters Heat exchangers	Good corrosion resistance Fair formability and weldability	1. 409 (UNS S40900)
C: 0.12%, Cr: 16-18%, Ni: 0.5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%	Kitchen appliances Automotive trim Architectural applications	Excellent corrosion resistance Good formability	2. 430 (UNS S43000)
C: 0.20%, Cr: 23-27%, Ni: 0.5%, Mn: 1%, Si: 1% P: 0.04%, S: 0.03%, Al=1.45%	Industrial furnaces Chemical processing Refinery equipment	High-temperature resistance Excellent resistance to corrosion and oxidation at elevated temps	3. 446 (UNS S44600)
C: 0.12%, Cr: 16-18%, Ni: 1.25%, Mn: 1%, Si: 1% P: 0.04%, S: 0.03%	Automotive components Industrial equipment	Moderate corrosion resistance	4. 434 (UNS S43400)
C: 0.03%, Cr: 17.5-18.5%, Ni: 1%, Mn: 1%, Si: 1% P: 0.04%, S: 0.03%, Ti: 6xC-0.75% Nb: 0.1%	Automotive exhaust systems Kitchen appliances Heat exchangers	Good corrosion resistance at elevated temperatures Excellent oxidation resistance	5. 441 (UNS S44100)
C: 0.03%, Cr: 17-18%, Ni: 0.5%, Mn: 1%, Si: 1% P: 0.04%, S: 0.03% Ti: 0.20-0.40%	Automotive trim Industrial equipment	Good corrosion resistance Good formability	6. 439 (UNS S43035)
C: 0.12%, Cr: 16-18%, Ni: 0.5%, Mn: 1%, Si: 1% P: 0.06%, S: 0.15-0.35%	Fasteners Pump shafts	Excellent machinability Good corrosion resistance	7. 430F (UNS S43020)

فولادهای زنگ نزن فریتی معمولاً مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی از طریق عملیات حرارتی سخت نمی‌شوند. در حالی که این فولادها ممکن است برای افزایش سختی تحت کار سرد قرار گیرند، اما معمولاً در معرض چرخه‌های سخت‌کاری قرار نمی‌گیرند. سخت‌کاری که از طریق فرآیندهای مکانیکی مانند نورد یا آهنگری به دست می آید، روش اصلی برای تقویت فولادهای زنگ نزن فریتی است. توجه به این نکته مهم است که ویژگی های سخت شدن می تواند در درجات مختلف فولادهای زنگ نزن فریتی متفاوت باشد.

۳. فولادهای زنگ‌نزن مارتنزیتی

فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی نوع خاصی از آلیاژ فولاد زنگ‌نزن است که به دلیل استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش بالا شناخته شده است. این فولاد در کنار فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فریتی به یکی از سه کلاس اصلی فولادهای زنگ نزن تعلق دارد. ویژگی متمایز فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی، ریزساختار منحصر به فرد آن است. فولادهای زنگ‌نزن مارتنزیتی به طور معمول دارای محتوای کربن بالاتری نسبت به سایر فولادهای زنگ‌نزن هستند. این محتوای کربن بالا به تشکیل مارتنزیت در طی عملیات حرارتی کمک می‌کند و سختی و استحکام را افزایش می دهد.

فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی قابل عملیات حرارتی است، به این معنی که خواص مکانیکی آن می تواند به طور قابل توجهی از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی مانند کوئنچ و تمپر تغییر کند. این امکان سفارشی سازی سختی و چقرمگی را فراهم می کند، به همین دلیل فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی دارای سختی و استحکام بسیار خوبی است و برای کاربردهایی که مقاومت در برابر سایش و دوام بسیار مهم هستند، مناسب است. در مجموعه عملیات حرارتی سایا عملیات سختکاری استنلس های مارتنزیتی به صورت تخصصی انجام می پذیرد.

مشابه فولاد زنگ‌نزن فریتی، فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی عموماً مغناطیسی است. با این حال، درجه مغناطیس را می توان تحت تأثیر عواملی مانند ترکیب آلیاژ و عملیات حرارتی قرار داد. فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی در صنایع مختلفی از جمله کارد و چنگال، تیغه ها، ابزار جراحی، تیغه های توربین و برخی اجزای مکانیکی خاص که به استحکام و سختی بالایی نیاز دارند، کاربرد دارد.

به طور خلاصه، فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی با ساختار کریستالی منحصر به فرد خود (مارتنزیت)، استحکام بالا و سختی به دست آمده از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی مشخص می شود و آن را برای کاربردهایی مناسب می کند که مقاومت در برابر سایش و دوام از اهمیت بالایی برخوردار است. در جدول زیر مشخصات برخی از مهمترین فولادهای زنگ‌نز مارتنزیتی را مشاهده می‌کنید.

مشخصات برخی از فولادهای زنگ‌نزن مارتنزیتی

Stainless Steel Grade	Properties	Uses	Chemical Composition (Approximate)	Hardening Cycle
1. 410 (UNS S41000)	High strength and hardness Good corrosion resistance	Cutlery, surgical instruments, valve components Bearings, pump shafts, gears	C: 0.15%, Cr: 11.5-13.5%, Ni: 0.75%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%	Heat to 980-1030°C, then quench in oil or air, and temper at 150-600°C for desired hardness
2. 420 (UNS S42000)	Excellent corrosion resistance High hardness and wear resistance	Cutlery, surgical instruments, dental instruments Bearings, pump parts, shafts	C: 0.15-0.40%, Cr: 12-14%, Ni: 1%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%	Heat to 950-1050°C, then quench in oil or air, and temper at 150-600°C for desired hardness
3. 431 (UNS S43100)	High corrosion resistance and toughness Good strength and hardness	Aircraft components, fasteners Valve components, pump shafts	C: 0.20%, Cr: 15-17%, Ni: 1.25-2.50%, Mn: 1%, Si: 1% – P: 0.04%, S: 0.03%	Heat to 980-1030°C, then quench in oil or air, and temper at 150-600°C for desired hardness
4. 416 (UNS S41600)	High machinability Good corrosion resistance	Shafts, gears, bolts Fasteners, surgical instruments	C: 0.15%, Cr: 12-14%, Ni: 1.25%, Mn: 1.25%, Si: 1%, P: 0.06%	Heat to 950-1000°C, then quench in oil or air, and temper at 150-600°C for desired hardness
5. 440C (UNS S44004)	High hardness and wear resistance Excellent corrosion resistance	Ball bearings, knife blades Surgical instruments, cutting tools	C: 0.95-1.20%, Cr: 16-18%, Mo: 0.75%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%	Heat to 1000-1050°C, then quench in oil or air, and temper at 150-600°C for desired hardness
6. 420F (UNS S42020)	Improved machinability Moderate corrosion resistance	Surgical instruments, valves, shafts Fasteners, pump components	C: 0.15%, Cr: 12-14%, Ni: 1%, Mn: 1.25%, Si: 1%, P: 0.06%, S: 0.15-0.40%	Heat to 950-1050°C, then quench in oil or air, and temper at 150-600°C for desired hardness
8. 410S (UNS S41008)	Moderate corrosion resistance	Chemical processing equipment, heat exchangers	C: 0.08%, Cr: 11.5-13.5%, Ni: 0.60%, Mn: 1%, Si: 1%	Heat to 925-1010°C, then quench in oil or air, and temper at 150-370°C for desired hardness
9. 440A (UNS S44002)	Moderate corrosion resistance Good hardness	Cutlery, surgical instruments Ball bearings, hunting knives	C: 0.60-0.75%, Cr: 16-18%, Mo: 0.75%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%	to 1010-1050°C, then quench in oil or air, and temper at 150-370°C for desired hardness

توجه به این نکته مهم است که فرآیند عملیات حرارتی برای فولاد زنگ‌نزن مارتنزیتی شامل کوئنچ از دماهای بالا می‌باشد که منجر به تبدیل ریزساختار به مارتنزیت می شود. تمپر کردن بعدی اغلب برای دستیابی به تعادل سختی و چقرمگی انجام می شود.

۴. فولادهای زنگ‌نزن دوفازی یا داپلکس

فولاد زنگ‌نزن دوفازی یا داپلکس نوعی آلیاژ فولاد زنگ‌نزن است که با ساختار مخلوط آن که شامل هر دو فاز آستنیتی و فریتی است مشخص می شود. این ترکیب فازها به فولاد زنگ‌نزن دوفازی خواص منحصر به فرد خود را می بخشد و آن را در برابر خوردگی مقاوم می کند و استحکام عالی در عین حال انعطاف پذیر بسیار خوبی به آن می‌بخشد.

فولاد زنگ‌نزن دوفازی تقریباً دارای نسبت مساوی از فازهای آستنیت و فریت در ریزساختار خود است که معمولاً از 50٪ تا 60٪ فریت و 40٪ تا 50٪ آستنیت متغیر است.

فولاد زنگ‌نزن دوفازی مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد، به ویژه در محیط های سخت مانند محلول های حاوی کلرید و شرایط اسیدی. این مقاومت به وجود کروم، مولیبدن و نیتروژن در ترکیب آلیاژ نسبت داده می‌شود. ریزساختار دوفاز فولاد زنگ‌نزن دوفازی استحکام بالایی را فراهم می کند و آن را برای کاربردهای که استحکام و چقرمگی ضروری است مناسب می کند. علیرغم استحکام بالا، فولاد زنگ‌نزن دوفازی انعطاف پذیری و چقرمگی خوبی را حفظ می کند و امکان ساخت و جوشکاری را آسان می کند. فولاد زنگ‌نزن دوفازی خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی خود را در دماهای پایین و بالا حفظ می کند و آن را برای طیف گسترده ای از شرایط عملیاتی مناسب می ‌سازد.

کاربردهای فولاد زنگ‌نزن دوفازی عبارتند از:

صنعت نفت و گاز (خطوط لوله، مخازن ذخیره سازی و سکوهای دریایی)
تجهیزات شیمیایی
کاربردهای دریایی (کشتی سازی و سیستم های آب دریا)
اجزای سازه ای

به طور خلاصه، فولاد زنگ‌نزن دوفازی ترکیبی منحصر به فرد از مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالا و چقرمگی را ارائه می دهد و آن را به یک ماده همه کاره مناسب برای کاربردهای مختلف در صنایع مختلف تبدیل می کند و می‌توان گفت مشخصات فولادهای دوفازی عبارتند از:

ترکیب متعادل فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فریتی، با محتوای کروم و نیتروژن بالاتر.
مقاومت در برابر خوردگی عالی به خصوص در محیط های تهاجمی.
استحکام بالاتر در مقایسه با فولادهای آستنیتی و فریتی.
جوش پذیری خوب

در جدول زیر مشخصات دو مورد از پرکاربردترین فولادهای زنگ‌نزن دوفازی مقایسه شده است.

مشخصات فولادهای زنگ‌نزن دوفازی 2205 و 2304

Grade	Chemical Composition	Hardening Cycle		Mechanical Properties	Corrosion Resistance	Common Uses
2205 (UNS S31803)	Chromium: 22–23%, Nickel: 4.5–6.5%, Molybdenum: 3–3.5%, etc.	Solution annealing, rapid cooling (quenching)	High tensile strength, good impact resistance	Excellent corrosion resistance in aggressive environments	Chemical processing, oil and gas industry, structural components
2304 (UNS S32304)	Chromium: 22–24%, Nickel: 3.5–5.5%, Molybdenum: 0.1–0.6%, etc.	Solution annealing, followed by quenching	Good mechanical properties, suitable for various applications	Good corrosion resistance, especially in chloride-rich conditions	Marine and coastal structures, pulp and paper industry, architectural uses

۵. فولادهای زنگ نزن رسوب سخت شونده

فولاد زنگ نزن رسوب سخت شونده[1]، همچنین به عنوان فولاد زنگ نزن PH یا فولاد زنگ‌نزن پیر سخت شونده[2] نیز شناخته می شود، یک نوع خاص از آلیاژ فولاد زنگ‌نزن است که از طریق فرآیند عملیات حرارتی رسوب سختی به استحکام و سختی بیشتری می رسد. این دسته از فولاد زنگ‌نزن برای ترکیب مقاومت در برابر خوردگی با استحکام بالا طراحی شده است. فولاد زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده معمولاً حاوی عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مس، همراه با عوامل رسوب‌دهنده خاص مانند آلومینیوم یا تیتانیوم است.

مرحله اولیه عملیات حرارتی شامل یک عملیات انحلال است که در آن آلیاژ تا دمای بالا حرارت داده می‌شوند تا عناصر آلیاژی در زمینه حل شود و یک محلول جامد یکنواخت ایجاد شود. سپس آلیاژ به سرعت تا دمای اتاق یا کمتر سرد می شود (کوئنچ). این فرآیند کوئنچ، عناصر آلیاژی را در حالت فوق اشباع در زمینه منجمد می کند.

پیرسازی[3] بعدی یا رسوب سختی شامل گرم کردن مجدد آلیاژ تا دمای متوسط است. این کار اجازه می دهد تا عناصر آلیاژی حل شده قبلی به صورت ذرات ریز درون زمینه رسوب کنند. تشکیل این رسوبات در زمینه فولاد زنگ‌نزن منجر به افزایش سختی و استحکام می شود. این فرآیند باعث ایجاد تعادل کنترل شده بین استحکام و مقاومت در برابر خوردگی می شود.

علیرغم فرآیند سخت شدن، فولاد زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده سطح قابل توجهی از مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می کند، و آن را برای کاربردهایی که هم استحکام و هم مقاومت در برابر خوردگی بسیار مهم است، مناسب می‌سازد.

در نهایت می‌توان مشخصات فولادهای زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده را اینگونه بیان کرد:

آلیاژ شده با عناصری مانند مس، آلومینیوم و نیوبیم.
استحکام و سختی بالا
مقاومت در برابر خوردگی خوب
قابل عملیات حرارتی برای دستیابی به خواص مطلوب.

[1] Precipitation Hardening stainless steel

[2] age-hardening stainless steel

[3] Aging

مشخصات برخی از فولادهای زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده

Stainless Steel Grade	Properties	Uses	Chemical Composition (Approximate)	Hardening Cycle
1. 17-4 PH (UNS S17400)	High strength and hardness Good corrosion resistance Excellent toughness and fatigue resistance	Aerospace components, pump shafts, nuclear reactor components Valve parts, chemical processing equipment Aircraft components, medical devices	C: 0.07%, Cr: 15.5-17.5%, Ni: 3-5%, Cu: 3-5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%, Nb/Cb: 0.15-0.45%, Ti: 0.15-0.30%	Solution annealing at 1025-1066°C, then rapid cooling, followed by aging at 480-620°C for 4 hours
2. 15-5 PH (UNS S15500)	High strength and hardness Good corrosion resistance Excellent toughness and ductility	Aerospace components, nuclear reactor components Pump components, chemical processing equipment Valve parts, gear shafts	C: 0.07%, Cr: 14-15%, Ni: 3.5-5.5%, Cu: 3-5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03% – Nb/Cb: 0.15-0.45%, Al: 0.10-0.15%, Ti: 0.15-0.45%	Solution annealing at 1010-1075°C, then rapid cooling, followed by aging at 900-1150°F (482-621°C) for 4 hours
3. 13-8 PH (UNS S13800)	High strength and toughness Good corrosion resistance Excellent fatigue resistance	Aerospace components, landing gear, missile components Petrochemical equipment, nuclear reactor components Turbine blades, shafts	C: 0.05%, Cr: 12.25-13.25%, Ni: 7.5-8.5%, Mo: 2-2.5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.01%, S: 0.008%, N: 0.01%, Al: 0.90-1.35%, Ti: 0.90-1.35%	Solution annealing at 927°C for 1 hour, then rapid cooling, followed by aging at 482°C for 16 hours
4. 17-7 PH (UNS S17700)	High strength and hardness Good corrosion resistance Excellent fatigue resistance	Springs, washers, aircraft components Nuclear reactor components, pump parts Fasteners, gear shafts	C: 0.09%, Cr: 16-18%, Ni: 6.5-7.5%, Al: 0.75-1.5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%	Solution annealing at 1010°C for 1 hour, then rapid cooling, followed by aging at 480-590°C for 1-4 hours
5. A286 (UNS S66286)	High strength and corrosion resistance Excellent heat resistance and oxidation resistance	Jet engines, exhaust systems, fasteners Turbine wheels, afterburner components	C: 0.08%, Cr: 15-17%, Ni: 24-27%, Mo: 1.3-1.6%, Ti: 1.9-2.35%, Mn: 2%, Si: 1%, P: 0.025%, S: 0.02%	Solution annealing at 982-1038°C, followed by rapid cooling, and then aging at 718°C for 8 hours
6. AM-350 (UNS S35000)	High strength and corrosion resistance Excellent toughness and ductility Non-magnetic	Aircraft components, chemical processing equipment Pump shafts, valve components	C: 0.05%, Cr: 16.5-18.5%, Ni: 4.0-5.0%, Mo: 2.0-2.5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%, Al: 0.30-1.20%, Ti: 0.15-0.30%	Solution annealing at 1066°C for 4 hours, then rapid cooling, followed by aging at 593°C for 16 hours
7. AM-355 (UNS S35500)	High strength and corrosion resistance Excellent toughness and ductility – Non-magnetic	Aerospace components, shafts, gears Medical implants, valve components	C: 0.05%, Cr: 15-16.5%, Ni: 4.0-5.0%, Mo: 2.5-3.5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%, Al: 0.25-1.50%, Ti: 0.30-1.20%	Solution annealing at 1121°C for 4 hours, followed by rapid cooling, and then aging at 593°C for 16 hours
8. Custom 630 (17-4PH)	High strength and hardness Good corrosion resistance Excellent toughness and ductility	Aerospace components, marine applications Nuclear reactor components, chemical processing equipment Valve components, pump shafts	C: 0.07%, Cr: 15.0-17.5%, Ni: 3.0-5.0%, Cu: 3.0-5.0%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.04%, S: 0.03%, Nb/Cb: 0.15-0.45%, Ti: 0.15-0.30%	Solution annealing at 1010-1066°C, then rapid cooling, followed by aging at 480-620°C for 4 hours
9. PH13-8Mo (UNS S13800)	High strength and toughness Good corrosion resistance Excellent fatigue resistance	Aerospace components, landing gear, missile components Petrochemical equipment, nuclear reactor components Turbine blades, shafts	C: 0.05%, Cr: 12.25-13.25%, Ni: 7.5-8.5%, Mo: 2-2.5%, Mn: 1%, Si: 1%, P: 0.01%, S: 0.008%, N: 0.01%, Al: 0.90-1.35%, Ti: 0.90-1.35%	Solution annealing at 927°C for 1 hour, then rapid cooling, followed by aging at 482°C for 16 hours

خواص فولاد زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده، از جمله سختی و استحکام، را می توان با تغییر پارامترهای فرآیند عملیات حرارتی تنظیم کرد و سطح بالایی از سفارشی سازی را برای کاربردهای خاص ارائه داد. فولاد زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده به خواص منحصر به فرد خود از طریق یک فرآیند عملیات حرارتی کنترل شده به دقت دست می یابد، که امکان سفارشی سازی خواص مکانیکی را برای برآوردن نیازهای کاربردی خاص فراهم می کند. در عملیات حرارتی سایا دانش و تجربه و تجهیزات کافی جهت سولوشن و ایج این گروه استنلس فراهم می باشد.