فولادهای مقاوم در برابر حرارت (ورق نسوز)
ورق نسوز اغلب خواص مکانیکی فولادها و بلاخص خواص مکانیکی آن ها ، در هنگام مواجهه با درجه حرارت های بالا ، با جذب گرما توسط فولاد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
ورق نسوز با هدف استفاده در درجه حرارت های بالای 500 درجه ی سانتیگراد و با هدف غلبه بر این مشکل وارد بازار شده اند. فولادهای مقاوم در برابر حرارت استحکام خوبی در این درجه حرارت ها دارند . همچنین فولادهای مقاوم در برابر حرارت در مقابل عواملی همچون مجاورت با گازهای داغ و محصولات احتراقی در دمای بالای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد نیز مقاوم هستند.
ورق نسوز از فولادهای آلیاژی مستحکم تر می باشند.
از آنجا که ورق نسوز در محدوده ی خاصی از درجات حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند، معمولا توسط مکانیزم سخت شوندگی در عملیات حرارتی سخت سازی می گردند.
تمامی فولادهای مقاوم در برابر حرارت از چند عنصر آلیاژی برای رسیدن به خواص موردنظر تشکیل شده اند و در زمینه هایی کاربرد دارند که مقاومت در برابر درجه حرارت های بالا در آن ها حائز اهمیت می باشد.
سطح مقاومت حرارتی فولادهای مقاوم در برابر حرارت بستگی به شرایط محیطی دارد که فولاد در آن ها کار می کند و نمی توان تنها با اکتفا به یک روش تستی آن را مشخص کرد.حداکثر دمای سرویس دهی که می تواند تا 1150 درجه ی سانتیگراد هم برسد بسته به عناصر آلیاژی ممکن است به شدت کاهش یابد و بوسیله ی حضور برخی ترکیبات مانند ترکیبات سولفوری ،بخار آب یا خاکستر تحت تاثیر قرار گیرد، در ضمن مقاومت در برابر فلزات مذاب و سرباره ها نیز در این فولادها محدود است.
در تمامی فولادهای مقاوم در برابر حرارت دوتا از مهمترین عناصر عبارتند از کروم برای ایجاد مقاومت در برابر اکسیداسیون و نیکل برای ایجاد استحکام و انعطاف پذیری . عناصر دیگری نیز برای بهبود این خواص در درجه حرارت های بالا اضافه شدنی هستند.
اثر عناصر آلیاژی مختلف به اختصار در زیر شرح داده شده است:
کروم : کروم از عناصر اصلی موجود در تمامی فولادهای مقاوم در برابر حرارت می باشد.این عنصر علاوه بر ایجاد مقاومت در برابر اکسیداسیون ، به افزایش استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی نیز کمک می کند . کروم عنصری است که ریز ساختار یک فولاد را فریتی می کند.
نیکل : هنگامیکه این عنصر به ورق نسوز افزوده می شود ، قابلیت انعطاف پذیری، استحکام در درجه حرارت های بالا و مقاومت در برابر کربوریزه و نیتریده شدن را افزایش می دهد . نیکل تمایل به ایجاد ساختار اتمی آستنیته دارد و میزان حلالیت هر دو عنصر کربن و نیتروژن را در آستنیت کاهش می دهد.
کربن : این عنصر اصلی ترین عنصر تقویت کننده ی استحکام در فولادهاست. میزان کربن در مقادیر مشخص در فولادهای مقاوم در برابر حرارت کنترل می شود. اکثر فولادهای مقاوم در برابر حرارت شامل 0.05 تا 0.10 کربن می باشند . کربن در یک آلیاژ حل می گردد و سبب استحکام آن می گردد. این عنصر همچنین به صورت ذرات ریز و بسیار سختی به نام کاربید رویت می شود که سبب استحکام بخشی آلیاژ ها می گردد. کاربیدها ترکیبات شیمیایی کربن با عناصر فلزی همچون کروم،مولیبدن ،تیتانیوم و نایوبیوم و… می باشد.
نیتروژن : نیتروژن در مقادیر کم در فولادهای مقاوم در برابر حرارت دیده می شود. تاثیر آن کمک به استحکام هردو فولادهای مارتنزیتی و آستنیتی می باشد.
سیلیسیوم : این عنصر حلالیت کربن در آلیاز را کاهش می دهد که یک متغیر مهم در فرایند ساخت فولاد است. عنصری استحکام بخش که به صورت طبیعی بالای 0.04% را به خود اختصاص می دهد. سیلیسیوم بهبود دهنده ی مقاومت در برابر اکسیداسیون و کربوریزه شدن است. این عنصر همچنین مقاومت در برابر جذب نیتروژن در دماهای بالا را در فولادهای مقاوم به حرارت بهبود می دهد.
گوگرد : این عنصر به عنوان یک ناخالصی تلقی می گردد و به این دلیل معمولا حد بالایی برای آن در ورق نسوز در نظر می گیرند. گوگرد برای جوش پذیری زیان آور است اما ماشینکاری را بهبود می بخشد.
فسفر : از آنجاییکه شکنندگی را ایجاد می کند، فسفر معمولا یک عنصر شیمیایی نامطلوب در فولادهای مقاوم در برابر حرارت به شمار می رود .این عنصر همچنین برای جوشکاری آلیاژهای نیکل مضر است و از اینرو برای آن حد بالایی در اکثر فولادهای مقاوم در برابر حرارت مشخص می شود.
سایر عناصر آلیاژی : سایر عناصر آلیاژی در ورق نسوز عبارتند از : منگنز، مولیبدن ، تیتانیوم ، وانادیوم ، تنگستن ، آلومینیوم ، کبالت ، نایوبیوم ، زیرکونیوم ، مس و عناصر خاکی کمیاب همچون بور ، سریم ، لانتانیوم و یتیریوم
برخی از این عناصر برای استحکام دهی و دلیل اصلی حضور برخی دیگر ایجاد مقاومت در برابر اکسیداسیون ، کارایی فرایند و پایداری ریز ساختار می باشد.
