خصوصیات فولاد ضد زنگ دوپلکس

خصوصیات فولاد ضد زنگ دوپلکس

• بازدید:855
• کامنت:0
• شنبه, 24 دی 1401

مقدمه

قرار بر این شد که در این مقاله نگاهی اجمالی به نقش مولیبدن و تنگستن در فولادهای ضدزنگ دوبلکس (DSS) داشته باشیم. این دو عنصر همسایه کروم در جدول تناوبی (گروه 6B) و حتی قوی‌تر از کروم در جلوگیری از ایجاد حفره هستند که در معادله PRE نشان داده است:
PRE = %Cr + 3.3×[%Mo + 0.5%W] + 16%N
ضریب جلوی تنگستن نشان می‌دهد که وزن اتمی تنگستن دو برابر وزن مولیبدن است. مولیبدن از همان ابتدا در DSS مورد استفاده قرار گرفته است. در سال ۱۹۳۰ 453S توسط اوستا جرنورک استفاده شد و از ﺁن زمان تقریبا در تمام DSSها مورد استفاده قرار گرفت. هرچند در دهه ۱۹۸۰ میلادی بود که سومیتومو و ویر به ترتیب از آلیاژ های خود بنام DP3 و Zeron 100 رونمایی کردند که از تنگستن به‌عنوان عنصر ﺁلیاژی استفاده می‌شد.

دوپلکس غنی از تنگستن

Sumitomo DP28 با 5/2 درصد تنگستن احتمالا بیشترین مقدار تنگستن در آلیاژ DSS است. بدیهی است که نیروی محرک قوی برای افزودن عناصر به مقاومت خوردگی وجود دارد. اگر مقدار عنصر نیتروژن نزدیک به حد حلالیت باشد باعث ایجاد ترکیبات نیتریدی می‌شود درحالی‌که عناصر گروه 6B باعث ایجاد ترکیبات بین فلزی می‌شوند. ترکیبات بین فلزی موجود در DSS اساسا فاز σ، فاز Χ و فاز R هستند که همگی در نسبت‌های مختلف کروم، مولیبدن و تنگستن مصرف می‌کنند. این امر منجر به استهلاک ماتریسی و کاهش مقاومت خوردگی و به دنبال آن شکستگی می‌شود. باوجود شباهت‌های شیمیایی عناصر گروه 6B، تأثیر این عناصر بر سینتیک تشکیل فاز بین فلزی نشانگر تفاوت‌های مهمی است.

تأثیر قوی ترکیبات بین فلزی

شکل 2. تشکیل فاز χ در یک مرز فاز فریت/آستنیت که باعث تسهیل در ایجاد هسته فاز σ می‌شود. شکل 1. الگوی پراش از محور منطقه 001 نشان‌دهنده رابطه جهت‌گیری مکعب-مکعب بین فاز χ و فریت. منشا نقاط پررنگ فریت است.

در مقاله‌ای که توسط هرتزمن و همکاران (Mater. Sci. Technol., 604-613, 1997) نوشته شد، به این نتیجه رسیدند که تنگستن در ترکیبات بین فلزی نسبت به سایرین، کارآمدتر و قوی‌تر است و این مسئله به ترمودینامیک و نرخ نفوذ مربوط می‌شود. اما اثر مهم دیگری در سهولت فرایند هسته‌زایی فاز Χ مشاهده شد. تنگستن موجب تثبیت فاز Χ می‌شود که ازنظر بلوری با فریت ارتباط دارد و درنتیجه هسته‌دار شدن بسیار آسان‌تر از فاز σ است. همان‌طور که در شکل ۱ مشاهده می‌شود، یک ریز نگار انتقال الکترون  رابطه جهت‌گیری مکعب-مکعب بین فاز Χ و شبکه میزبان را تأیید می‌کند. ازآنجاکه فاز Χ موجب تسهیل در فرایند تشکیل فاز σ می‌شود (شکل ۲ را ببینید) و ازلحاظ ترمودینامیکی پایدارترین فاز بین فلزی است، سینتیک تشکیل فاز بین فلزی به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد.

شیمی‌دانان دهه 1780

هنگامی‌که از تنگستن برای بهبود مقاومت خوردگی حفره‌ای استفاده می‌شود، به دلیل اثرات جانبی ﺁن باید احتیاط کرد. جالب‌توجه است که بیشتر عناصر ﺁلیاژی مهم در DSS، viz. نیکل، منگنز، مولیبدن و نیتروژن توسط شیمیدانان سوئدی کشف شده‌اند. تنها نمونه‌ای که شیمیدانان سوئدی در کشف ﺁن دخیل نبودند، فلز کروم توسط واقلین (Vauqelin) بود (نشریه اکتبر SSW). این واقعیتی انکارناپذیر است که برادران اسپانیایی d’Elhuyar در سال ۱۷۸۳ تنگستن را کشف کردند، اما از سفری که به سوئد داشتند، بسیار الهام گرفتند. حاصل سفر آن‌ها نقش شیمی‌دان داروساز بنام کارل ویلهلم شیله را برجسته می‎کند. در سال ۱۷۸۲ یکی از برادران چند روزی را با شیله در داروخانه‌اش در شهر کوچک کوپینگ سپری کرد. شیله به او یک قطعه از اسید تنگستن (WO3 هیدراته) تولیدشده از ماده معدنی شیلیت (CaWO4) را نشان داد که گمان می‌کرد در آن فلز جدیدی نهفته است. او این ماده را به دلیل وزن قابل توجه‌اش تنگستن (سنگ سوئدی سنگین) نامید. کوره‌های او به‌اندازه کافی گرم نبودند. ازاین‌رو، قادر نبود فلز خالص تولید کند و مابقی کار را به برادران در «سمناره ورگارا» در اسپانیا سپرد. شیل همچنین با انجام تدارکاتی راه را برای کشف مولیبدن هموار کرد. یک بار دیگر به دلیل محدودیت‌ دستگاه و تجهیزات آزمایشگاهی، ماده‌ای (بنام MoO3) را برای کار نهایی به دست شیمیدان دیگر سپرد. در سال 1781، این بار موضوع را با پیتر جیکوب اچلم در استکهلم در میان گذاشت و بدین ترتیب وی با کاهش اکسید کربن، عنصر جدید مولیبدن را کشف کرد.
شیله بدلیل همکاری و مشارکت مهم خود در کشف عناصر درخور توجه است. به همین سبب مجسمه‌ای به افتخار وی در باغ هاملگردن در مرکز استکهلم ساخته شد. او سخاوتمندانه زمینه را برای سایر شیمیدانان در تلاش برای یافتن عناصر جدید فراهم نمود. ۲۰۰ سال پس از آن نیز شیمیدانان به نوبه خود راه را برای سازندگان فولاد هموار کردند تا بتوانند امکانات فنی را نه تنها در فولادهای دوپلکس ضدزنگ بلکه در همه انواع فولادها کشف کنند.