تحقیقات انجام شده بر روی ورق استیل

مقدمه:

بدون شک ورق های استیل یک دسته مهم از آلیاژها هستند. اهمیت آنها در انبوه برنامه هایی که به استفاده از آنها متکی است، آشکار می شود. از کاربردهای ارزان قیمت، مانند ظروف پخت و پز و مبلمان، تا موارد بسیار پیچیده، مانند وسایل نقلیه فضایی، همگی بیان می کنند که استفاده از ورق های استیل ضروری است. در واقع، حضور همه جانبه ورق های استیل در زندگی روزمره ما مشهود بوده و شمارش کاربردهای آنها را غیرممکن می کند.

ورق استیل (فولاد زنگ نزن):

کلمه "فولاد" به این معنی است که آهن بخش عمده ای از مواد را تشکیل می دهد، در حالی که استفاده از صفت "زنگ نزن" به معنی عدم وجود لکه، زنگ زدگی یا خوردگی در محیط هایی است که فولادهای "عادی" مستعد آن هستند. به منظور ایجاد ضد زنگ بودن، لازم است به فولادها حدود 11 درصد وزنی کروم اضافه شود. در این سطح کروم، اکسید کروم چسبنده و خود ترمیم شونده می تواند روی سطح فولاد در محیط های نسبتاً خورنده تشکیل شود. با این حال، برای محافظت در برابر سوراخ شدن و زنگ زدگی در محیط های متخاصم تر (مثلاً در اتمسفر مرطوب یا محیط های آلوده) یا در حضور عناصری مانند کربن، محتوای کروم بالاتری باید اضافه شود.
در حالی که سیستم Fe-Cr اساس ورق استیل را تشکیل می دهد، ورق های استیل مدرن، علاوه بر کروم، حاوی تعداد زیادی عناصر آلیاژی دیگر نیز هستند که حضور آنها خواص ویژه فولاد را افزایش می دهد. به عنوان مثال، Mo برای افزایش مقاومت در برابر حفره شدن و Ni برای به دست آوردن آستنیت اضافه می شود. برای برخی از گریدها، مانند سوپرفریت ها و سوپرآستنیتیک ها، وجود مقادیر بسیار سخاوتمندانه ای از این عناصر آلیاژی غیرمعمول نیست. هنگامی که محتویات کروم و نیکل به مقدار قابل توجهی اضافه شود، آلیاژ حاصل را آلیاژ مقاوم در برابر حرارت می نامند. اگرچه ممکن است ترکیبی از عناصر آلیاژی در ورق های استیل وجود داشته باشد، اما محتوای کل آنها معمولاً کمتر از میزان آهن نگه داشته می شود تا آلیاژ حاصل به عنوان فولاد حفظ شود.

ریز ساختار ورق استیل:

سه نوع ریزساختار اصلی در ورق های استیل وجود دارد که شامل فریتی، آستنیتی و مارتنزیتی است. این ریزساختارها را می توان با تنظیم مناسب شیمی فولاد به دست آورد. از بین این سه ریزساختار اصلی، ورق های استیل ممکن است به چند کلاس اصلی طبقه بندی شوند. این کلاس ها شامل (1) ورق های استیل فریتی، (2) ورق های استیل آستنیتی، (3) ورق های استیل مارتنزیتی، (4) ورق های استیل دوبلکس، (5) ورق های استیل رسوب سخت شده و (6) ورق های استیل آستنیتی جایگزین شده با Mn-N هستند. کلاس های مختلف ورق های استیل دارای خواص متفاوتی نیز هستند. به عنوان مثال، ورق های استیل کاملاً آستنیتی غیر مغناطیسی بوده، اما همتایان مارتنزیتی و فریتی آنها دارای رفتار فرومغناطیس هستند. خواص مختلف ورق های استیل مختلف برای یک دوره بسیار طولانی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است و بنابراین به خوبی در ادبیات مستند شده است. یک کتاب راهنمای اولیه در مورد ورق های استیل، که حاوی مجموعه ای از مقالات آموزنده است، منبع بسیار خوبی در مورد این موضوع است.

انگیزه های تحقیق و بررسی بر روی ورق استیل:

اگرچه ورق های استیل یک سیستم آلیاژی "قدیمی" را تشکیل می دهند ("تولد" ورق های استیل به حدود اوایل دهه 1900 باز می گردد) و تلاش های تحقیقاتی بسیار گسترده ای برای درک آنها انجام شده است، اما ورق های استیل هرگز در علم مواد به حاشیه نرفتند. این واقعیت که جستجو در پایگاه‌های اطلاعاتی معروف (مانند ScienceDirect® و Science Citation Index Expanded®) با کلمات کلیدی «ورق استیل» به راحتی هزاران مقاله اخیر را به دست می‌دهد، شاهدی قاطع بر این گفته است. حجم انبوه انتشارات اخیر در مورد ورق های استیل به وضوح نشان می دهد که هنوز مشکلات حل نشده و "موضوعات ناشناخته" در این سیستم آلیاژی قدیمی وجود دارد. موارد مطرح شده در ادامه این مقاله به طور بسیار مختصر برخی از نتایج به دست آمده توسط محققان را ارائه می دهد.

تحقیقات انجام شده بر روی ورق استیل:

برخی از مقالات اخیر کارهای ناتمام انجام شده توسط محققان اولیه را جمع بندی کرده اند. برای مثال، در حالی که فاز G مدت‌ها پیش کشف و مشخص شد، مدلی برای شکل‌گیری آن تا همین اواخر توسط متئو و همکارانش به طور رسمی فرموله نشده بود. برخی از مشکلاتی که مدت ها قبل به نظر می رسید به خوبی حل شده بودند، در تعدادی از نشریات اخیر دوباره بررسی شده و دیدگاه های جدیدی مطرح شده است. به عنوان مثال، مارتنزیت ناشی از تغییر شکل در ورق های استیل آستنیتی ناپایدار عموماً از طریق تشکیل ɛ مارتنزیت امکان پذیر است. با این حال، هدستروم و همکاران در کار اخیر خود این را بعید می دانند. مثال دیگر اثر نیتروژن بر روی تغییر انرژی خطا (SFE) است. در حالی که تعدادی از کارهای اولیه به این نتیجه رسیدند که N به طور یکنواخت SFE را در ورق های استیل آستنیتی با افزایش محتوای آنها سرکوب می کند، اما مطالعات اخیر به طور واضح ثابت کرده اند که اثر N بر SFE بسیار پیچیده و دور از دسترس و مشاهده است.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی