بررسی علل زنگ زدن فولاد S.S 316

در جواب به این سوال ابتدا به معرفی این نوع فولاد می پردازیم.
فولادهای زنگ نزن (S.S) طبق دسته بندی موسسه آهن و فولاد امریکا (AISI) به دو گروه سری ۳۰۰-۲۰۰ و سری ۴۰۰ طبقه بندی می شوند که هر سری شامل چندین فولاد با رفتارهای مختلف می باشد.
فولادهای زنگ نزن سری ۳۰۰-۲۰۰ آستنیتی (Austenitic) می باشند که بسیار چقرمه (tough) و نرم (ductile) بوده و نیازی به عملیات حرارتی ندارند در نتیجه این فولادها برای جوشکاری مناسب اند و تحت شرایط عادی اتمسفری نیازی به آنیله شدن ندارند.
این فولادها در برابر خوردگی مقاومند و معمولا غیر مغناطیسی هستند و فقط از طریق کار سرد (cold work) سخت میشوند.
محدوده کربن در این فولادها ۰٫۰۸ تا ۰٫۲۵ درصد، میزان کروم ۱۶ تا ۲۶ درصد و میزان نیکل ۶ تا ۲۲ درصد است.
آنچه که در نوع ۳۱۶ باعث تمایز آن نسبت به انواع دیگر فولاد S.S همچون ۳۰۴ شده وجود میزان حداکثر ۳ درصد مولیبدنیوم  در آن می باشد.مولیبدنیوم مقاومت خوردگی این آلیاژ کروم-نیکل را در برابر تخریب اکثر مواد و حلالهای شیمیایی صنعتی بالا برده و همچنین در برابر خوردگی حفره ای (pitting) حاصل از کلرایدها مقاومت میکند.به همین خاطر نوع ۳۱۶ مهمترین فولادی است که در محیطهای دریایی استفاده میگردد.
Type Analysis of Stainless Type 316:
 

۱٫۰۰% max.    Silicon     0.08% max.    Carbon
16.00-18.00%    Chromium     2.00% max.    Manganese
10.00-14.00%    Nickel    0.045% max.    Phosphorus
2.00-3.00%    Molybdenum     0.030% max.    Sulfur

دو عامل مهم در خوردگی این نوع فولادها یکی حساس شدن (sensitization) و عامل دیگر که باعث زنگ زدن جوشهای آن می شود اکسید زدایی نکردن آن می باشد.حال هر کدام بطور مختصر توضیح داده می شود.
حساس سازی یا حساس شدن (sensitization):
رسوب (ته نشین شدن) کرباید در مرز دانه ها ،هنگامی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی در یک بازه زمانی در محدوده دمای بین  425 تا ۸۷۰ درجه سانتیگراد(۸۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه فارنهایت) حرارت داده می شوند(بخصوص در جوشکاری) را حساس شدن می گویند.
مدت زمانی که فولاد در این دما قرار میگیرد مقدار کرباید رسوب شده را تعیین میکند.وقتی کرومیوم کرباید در مرز دانه ای رسوب میکند نواحی کناری فورا از کروم تهی میشود.در صورتیکه این ته نشینی و تهی سازی نسبتا پیوسته باشد ،فولاد را نسبت به خوردگی بین دانه ای (intergranular corrosion) مستعد می سازد.همچنین حساس شدن مقاومت فولاد را در برابر انواع دیگر خوردگی همچون خوردگی حفره ای (pitting) ،خوردگی شکافی (crevice corrosion) و ترک خوردگی تنشی(SCC) کاهش میدهد.
روش جلوگیری از sensitization
با استفاده از منحنی های حساس سازی دما-زمان میتوان از حساس شدن جلوگیری نمود و تاثیر میزان کربن را روی این پدیده مشاهده نمود.در شکل پایین نمونه ای از این منحنی ها را برای فولاد ۳۰۴ را مشاهده می تمایید.
روش دیگر جلوگیری از حساس شدن استفاده از فولادهای پایدار( stabilized steels) همچون ۳۲۱ و ۳۴۷ میباشد.اینگونه فولادهای زنگ نزن محتوی تیتانیوم (titanium) و یا نیوبیوم(niobium) بوده که میل به ترکیب با کربن دارند و به آسانی کرباید تشکیل میدهند،این موضوع باعث میشود حتی وقتی در طولانی مدت در معرض دمای sensitization قرار بگیرد کروم در حلال باقی بماند .
تنها راه حل اصلاح فولادهای زنگ نزن حساس شده، آنیله کردن آن می باشد.
در جلسه بعد اسید شویی(pickling) و غیر فعال سازی (passivation) فولادها شرح داده خواهد شد.
 
 
10:14 || محمد رضایی
 
 
پیش گرمی و پس گرمی

در جوشکاری فولادهای پر کربن یا آلیاژی همیشه خطری وجود دارد که فلز جوش نشسته (weld deposit) و ناحیه متاثر از جوش (heat-affected zone) فلز سخت و شکننده ای بنام مارتنزیت(martensite) تشکیل دهند. در اینصورت فلز نرمی (ductility) خود را از دست داده و امکان ترک خوردن هنگام سرد شدن دارد. با استفاده از پیش گرمی و پس گرمی ،می توان میزان مارتنزیت جوش را در حداقل نگهداشت.
پیش گرمی و پس گرمی را در کوره یا با استفاده از مشعل گازی ایجاد نمود.
پیش گرمی. پیش گرمی دمای فلز مجاور جوش را بالا برده و در نتیجه اختلاف دمای بین جوش و فلز مجاور آنرا تا حد امکان پایین نگه میدارد. فولادهای کم کربن به ندرت نیاز به پیش گرمی دارند.از آنجایی که سختی پذیری فولاد نسبت مستقیم با میزان کربن و عناصر آلیاژی دارد ،دماهای پیش گرمی مختلف خواهد بود.
محاسبه دمای پیش گرمی:
برای فولادهای با ترکیب مشخص،دمای پیش گرمی را می توان بر اساس معادل کربن(CE) طبق معادله تجربی زیر محاسبه نمود:

طبق جدول زیر میتوان دمای پیش گرمی را با محاسبه CE از فرمول بالا بدست آورد:

                    
  کربن معادل(%)                       دمای پیش گرمی
  تا ۰٫۴۵       پیش گرمی اختیاری میباشد
 0.45 تا ۰٫۶۰     200 تا ۴۰۰ درجه فارنهایت
 بالای ۰٫۶۰     400 تا ۷۰۰ درجه فارنهایت
                                                                                 
پس گرمی. هدف از پس گرمی مشابه پیش گرمی می باشد.در حقیقت پس گرمی همراه با پیش گرمی استفاده میشود.بوسیله حرارت دادن قطعه جوش خورده همینکه جوش تکمیل شد ،دمای قطعه کار را می توان در حد بالایی نگه داشت تا جوش به آرامی سرد شود.همچون پیش گرمی هرگونه عملیات پس گرمی ناحیه جوش خورده را نرم تر نگه میدارد.
دماهای پس گرمی و مدت زمان آن به نوع و ضخامت فولاد بستگی دارد.دما از ۶۰۰ درجه فارنهایت برای فولاد نوع ۱۰XX  تا ۱۲۰۰ درجه فارنهایت برای فولادهای ۴۳XX می تواند تغییر کند،این در حالی است که زمان مورد نیاز جهت پس گرمی از ۵ دقیقه تا چندین ساعت متغیر می باشد.
 
 
عناصر مختلف در فولاد چه تاثیری در خواص جوشکاری آن ایجاد میکنند؟
تاثیر عناصر در فولاد

عناصر مختلف که بطور متداول در فلزات یافت میشوند تاثیر مشخصی روی قابلیت جوشکاری آنها دارند. بعضی از این عناصر مهم و اثرات حاصل از آنها بر جوشکاری فولاد عبارتند از:
۱- کربن (Carbon) از آنجایی که میزان سختی پذیری (hardenability) در فولاد را معین میکند مهمترین عنصر موجود در فولاد است. هرچه میزان کربن بیشتر باشد فولاد سخت تر میشود.اگر فولاد کربنی (بالای ۰٫۳۰ درصد) جوشکاری شود و ناگهان سرد شود یک ناحیه ترد و شکننده (brittle) در کنار جوش ایجاد میگردد. بعلاوه اگر کربن اضافی از مخلوط گازهای جوشکاری بدست آید، جوش بوجود آمده آنقدر سخت میشود که به آسانی ترک میخورد.

بطور کلی بهترین جوش هنگامی ایجاد میشود که میزان کربن موجود در فولاد تا جای ممکن کمترین حد خود باشد.

۲- منگنز (Manganese) در فولاد باعث افزایش سختی پذیری و استحکام کششی (tensile strength) میشود. به هر حال اگر مقدار منگنز بالای ۰٫۶۰ درصد باشد و بخصوص اگر با درجه بالایی از کربن ترکیب شود، قابلیت جوشکاری قطعا کم خواهد شد.در این شرایط معمولا ترک افزون ایجاد خواهد شد. اگر میزان منگنز خیلی کم باشد تخلخل داخلی (internal porosity) و ترک ممکن است گسترش یابد.

بهترین نتیجه جوشکاری وقتی بدست می آید که فولاد محتوی ۰٫۴۰ تا ۰٫۶۰ درصد منگنز باشد.

۳- سیلیکون (Silicon) برای بهبود کیفیت و استحکام کششی در فولاد بکار می آید.میزان بالای سیلیکون بخصوص همراه با کربن بالا منتج به ترک می شود.

۴- گوگرد (Sulfur) اغلب برای بهبود خواص ماشین کاری(machining) فولاد به آن اضافه میگردد. به هر حال مقدار آن در انواع دیگر فولاد پایین نگه داشته میشود (۰٫۰۳۵ درصد و حداکثر ۰٫۰۵ درصد) زیرا که درصد بالای گوگرد احتمال ترک را افزایش میدهد. فولادهای ماشینی پر گوگرد بطور معمول با الکترود کم هیدروژن  بدون هیچ دشواری جوشکاری می شوند.

۵- فسفر (Phosphorus) به عنوان ناخالصی در فولاد در نظر گرفته می شود در نتیجه مقدار آن تا حد امکان پایین نگهداشته میشود .میزان فسفر بالای ۰٫۰۴ درصد باعث میشود که جوش شکننده (brittle) شود.

۶- عناصر دیگر (نیکل،کروم،وانادیم و غیره) تاثیرهای مختلفی بر قابلیت جوشکاری فلزات دارند.جوشکاری این آلیاژها باید با احتیاط خاصی انجام گیرد و معمولا برای جلوگیری از ایجاد نواحی سخت و شکننده در جوش پیش گرمی(preheat) و پس گرمی(postheat) مورد نیاز میباشد.
 
8:28 || محمد رضایی
 
معرفی سایت
●
فرهنگ جامع تستهای غیر مخرب (Nondestructive Testing Encyclopedia)
سایت NDT.NET یا ژورنال الکترونیکی تستهای غیر مخرب،در برگیرنده اطلاعات مفیدی در زمینه فوق میباشد.توضیح اینکه یک بازرس فنی برای شناسایی عیوب و نواقص موجود در قطعات فلزی نیاز به یک سری آزمونها و ابزار دارد که با استفاده از آنها بدون آسیب رساندن و تخریب کردن فلز پی به آن عیوب برد.از جمله این تستها آزمون رادیوگرافی،ماده نافذ،آلتراسونیک،ذرات مغناطیسی میباشد که در این سایت مقالات جذابی در مورد آنها وجود دارد.
 www.NDT.net
واژه نامه تخصصی لغات NDT(تستهای غیر مخرب)
۱۶:۳۷ || محمد رضایی
 
 آموزش بازرسی چشمی جوش
●
۴-۲-۳ مونتاژ اتصالات. برای یک جوش،بحرانی ترین قسمت ماده پایه،ناحیه ای است که برای پذیرش فلز جوشکاری به شکل اتصال،آماده سازی می شود.اهمیت مونتاژ اتصالات قبل از جوشکاری را نمی توان به اندازه کافی تاکید کرد.بنابراین آزمون چشمی مونتاژ اتصالات از تقدم بالایی برخوردار است. مواردی که قبل از جوشکاری باید در نظر گرفته شود شامل زیر است:
۱٫    زاویه شیار (Groove angle)
2.    دهانه ریشه (Root opening)
3.    ترازبندی اتصال (Joint alignment)
4.    پشت بند (Backing)
5.    الکترودهای مصرفی (Consumable insert)
6.    تمیز بودن اتصال (Joint cleanliness)
7.    خال جوش ها (Tack welds)
8.    پیش گرم کردن (Preheat)
هر کدام از این فاکتورها رفتار مستقیم روی کیفیت جوش بوجود آمده،دارند.اگر مونتاژ ضعیف باشد،کیفیت جوش احتمالا زیر حد استاندارد خواهد بود.دقت زیاد در طول اسمبل کردن یا سوار کردن اتصال می تواند تاثیر زیادی در بهبود جوشکاری داشته باشد.اغلب آزمایش اتصال قبل از جوشکاری عیوبی را که در  استاندارد محدود شده اند را آشکار می سازد،البته این اشکالات ،محلهایی می باشند که در طول مراحل بعدی بدقت می توان آنها را بررسی کرد.برای مثال،اگر اتصالی از نوع T (T-joint) برای جوشهای گوشه ای(Fillet welds)، شکاف وسیعی از ریشه نشان دهد،اندازه جوش گوشه ای مورد نیاز باید به نسبت مقدار شکاف ریشه افزوده شود. بنابراین اگر بازرس بداند چنین وضعیتی وجود دارد،مطابق به آن ،نقشه یا اتصال جوش باید علامت گذاری شود، و آخرین تعیین اندازه جوش به درستی شرح داده شود.

 
18:54 || محمد رضایی
 
بخش معرفی سایت
●
معرفی سایت فولاد (Steel)
در این قسمت سایت فولاد (Steel)،به شما معرفی میگردد که متعلق به موسسه آهن و فولاد امریکا (AISI) میباشد که حاوی مطالب بسیار مفید در زمینه ساخت فولاد است.بخشهای مختلفی از جمله بخش آموزشی ،واژه نامه تخصصی فولاد و آموزش تولید فولاد بصورت انیمیشن(فلش) در سایت مربوطه موجود میباشد.لینکهای زیر را ببینید:
سایت فولاد
AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE(AISI),The Steel Works web site

واژه نامه تخصصی فولاد
The Steel Glossary

چگونگی تولید فولاد
How steel is made (Steelmaking flowline) page 1, 2

مقالات مربوط به تولید فولاد
Articles on how steel is made
18:14 || محمد رضایی
 
قابلیت جوشکاری فلزات
●
قابلیت جوشکاری فلزات (Weldability of Metals)

قابلیت جوشکاری فلز به پاسخ این سوال بر میگردد که آیا فلز را میتوان به راحتی جوش داد و  چقدر بهتر اتصال را میتوان بوجود آورد تا کیفیتی قابل مقایسه با فلز مبنا داشته باشد.
آسانی جوشکاری فلزات بستگی به موارد زیر دارد:
۱٫    نقطه ذوب. فلزاتی همچون آلومینیوم که نقطه ذوب پایینی دارند بکرات کنترل آنها در جوشکاری بخصوص برای جلوگیری از سوختگی میانی (Burning Through) مشکل تر میباشند.
۲٫    هدایت گرمایی. فلزاتی که شدت انتقال حرارت در آنها بالاست، رساندنشان به درجه حرارت ذوب مشکل میباشد. از آنجایی که حرارت از ناحیه جوش به نواحی کناره جوش به سرعت خارج میشود ، جوش غالبا سریع سرد میگردد.
۳٫    انبساط حرارتی. سرد شدن سریع حاصل از حرارت بالای جوشکاری معمولا باعث تاب برداشتگی (warpage) و تنشهای اضافی میشود.
۴٫    مقاومت الکتریکی. فلزاتی که هدایت الکتریکی کمی دارند ممکن است باعث بیش از حد گرم شدن الکترود شوند.
۵٫    شرایط سطح. سطوح فلزات جهت جوشکاری باید عاری از هرگونه گرد وخاک، رنگ، روغن ، غبار ،چرک،اکسید و … باشد.در غیر اینصورت از ذوب مناسب جلوگیری شده و تخلخل گسترش می یابد.
۱۷:۲۲ || محمد رضایی
 
جوشکاری چدن
●
معرفی چدن(Cast Iron)
چدن یکی از اقسام فلزی است که در صنعت کاربرد دارد و همیشه به شکل ریخته گری شده مورد استفاده قرار میگیرد. از آنجایی که چدن شکننده است نمی توان آنرا نورد کرد یا کشید و یا آهنگری نمود. در واقع چدن آهن آلیاژ داده شده با کربن است.وجود ۵/۲ درصد کربن،۱ تا ۳ درصد سیلیسیوم و مقادیر قابل توجهی گوگرد و فسفر از مشخصه های کلی چدن است.برای بهبود خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی چدن را با عناصری نظیر کرم و مس و مولیبدن و نیکل آلیاژ دار میکنند.این گونه چدن ها را چدن آلیاژی می نامند.
بطور کلی چهار نوع چدن وجود دارد: خاکستری،سفید، چکش خوار (Malleable) و با گرافیت کروی (Nodullar).
جوش پذیری چدن ها :
در مقایسه با فولاد کربنی،چدنها دارای قابلیت کم و محدود جوش پذیری هستند. در میان چهار نوع چدن فوق الذکر، چدن با گرافیت کروی بهترین جوش پذیری را داراست و بعد از آن چدن چکش خوار قرار دارد. جوشکاری چدن خاکستری به مهارت و توجه ویژه نیاز دارد و چدن سفید را به دشواری بسیار زیاد میتوان جوشکاری نمود.
با این ملاحظات دامنه جوشکاری چدنها بسیار محدود میشود و صرفا به تعمیر و اصلاح قطعات ریخته شده و بازسازی قطعات فرسوده و شکسته شده در کار منحصر میگردد.
 
دلایل جوش پذیری محدود چدنها:
–     بعلت زیادی کربن در فلز مبنا، سیکل جوشکاری باعث ایجاد کاربیدهایی در منطقه بلافصل فلز جوش و تشکیل فاز مارتنزیت پر کربن در بقیه منطقه حرارت پذیرفته فلز مبنا میگردد. هر دوی این ریز ساختارها شکننده بوده و باعث ایجاد ترک در حین جوشکاری و یا بعد از آن میشود.این مطلب در مورد تمامی انواع چدنها مصداق دارد.
–     بعلت ضعف نرمی (Ductility) چدن قابلیت تغییر شکل پلاستیکی را ندارد و از این رو نمی تواند تنشهای حرارتی ایجاد شده جوشکاری را تحمل نماید. هر چه نرمی (Ductility) چدن بهبود یافته باشد احتمال ترک خوردن آن کاهش می یابد. لذا چدن چکش خوار و چدن با گرافیت کروی کمتر از چدن خاکستری ترک خواهند خورد.

الکترودهای جوشکاری چدن ها
در روش جوشکاری با قوس الکتریکی دستی چندین نوع الکترود برای این منظور وجود دارد.این الکترودها دارای مفتولهایی از جنس فولاد نرم یا نیکل خالص یا مونل یا فرو نیکل،یا قلع برنز و یا آلومینیوم برنز با روکشهای خاص خود میباشد.
الکترود با مفتول فولاد نرم دارای روکش از نوع قلیائی کم هیدروژن است.در موقع جوشکاری چدن با این نوع الکترود فلز جوش بعلت جذب کربن از فلز مبنای چدنی سخت میشود و قابلیت ماشین کاری خود را از دست می دهد و ممکن است تحت تنش تمایل به ترکیدن داشته باشد. بمنظور اجتناب از ترک خوردن لازمست که جوشکاری با انرژی حرارتی کمی صورت گیرد تا از رقیق شدن فلز جوش با فلز مبنا کاسته شود.علاوه بر این پیش گرمایش مناسب و سرد کردن بطئی و تدریجی قطعه کار باعث کاهش سختی و تردی فلز جوش میگردد.
در مورد الکترودهای ویژه جوشکاری چدن که با مفتول نیکلی و یا آلیاژهای نیکلی ساخته میشود،فلز جوش حاصل از این نوع از الکترودها قابلیت جذب کربن را تا ورای حد حلالیت دارا میباشند.در حین انجماد،فلز جوش کربن اضافی را بصورت گرافیت پس می زند و بدین طریق افزایش حجمی ایجاد شده باعث کاهش تنشهای باقیمانده در فلز جوش و منطقه حرارت پذیرفته HAZ میگردد.با این مکانیزم علت مزیت جوشکاری چدن با الکترودهایی با مفتول نیکلی بوضوح بیان میشود.
فلز جوش الکترود با مفتول نیکل نرمتر از فلز جوش الکترود با مفتول فرو نیکل است ولی فلز جوش اخیر مستحکم تر است و خاصیت ازدیاد طول بیشتر و تحمل بیشتری نسبت به فسفر اضافی موجود در چدن را داراست و نسبت به گرم ترکیدن مقاوم تر است.
برای ایجاد جوش اتصالی مابین چدن با فولاد نرم یا با فولاد ضد زنگ یا با آلیاژهای نیکلی،الکترود با مفتول فرونیکل را باید توصیه کرد.