مقالات, مقالات استنلس استیل
علت استفاده از منگنز در استیل ضد زنگ
دی
یکی از عناصری که به عنوان عنصر آلیاژی به استیل اضافه می‌شود منگنز است. منگنز در استیل دارای تأثیراتی است که می‌تواند اثر بسیار مثبتی بر فرآیند ریخته‌گری و شکل‌دهی استیل داشته باشد. عنصر منگنز در مهندسی متالورژی برای ایجاد ویژگی‌هایی خاص در برخی از آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مطلب از استیل رخ قصد داریم تا نقش منگنز در استنلس استیل و صنعت فولاد را بررسی کنیم و روند افزودن آن به ذوب استیل را شرح دهیم.
منگنز در مهندسی متالورژی
همان‌طور که گفتیم مقادیر کنترل شده (معمولاً در حدود 2%) از منگنز به عنوان یک عنصر آلیاژی شناخته می‌شود که در مراحل تولید استیل تأثیرگذار است. منگنز (نماد شیمیایی منگنز: Mn) یک عنصر شیمیایی است که در طبیعت در سنگ‌ها و خاک یافت می‌شود. رنگ سنگ منگنز خاکستری و متمایل به صورتی است. اگر تا به الان نمی‌دانستید mn چیست یا mn نماد چیست؟ باید گفت که نماد منگنز در جدول تناوبی Mn است و کاربرد عنصر mn در صنعت فولادسازی به این مورد بازمی‌گردد که منگنز می‌تواند به عنوان یک اکسیژن‌زدا عمل کند و میزان اکسیژن درون مذاب را کم می‌کند. این امر سبب بهبود شکل‌پذیری استیل در مراحل بعدی می‌شود.
منگنز با تشکیل ترکیبات سولفیدی، که در مذاب نامحلول هستند، گوگرد را جذب کرده و باعث می‌شود میزان گوگرد درون ساختار استیل کاهش یابد. میزان بسیار کم گوگرد در برخی از گریدهای خاص استنلس استیل باعث بهبود قابلیت ماشین‌کاری استیل می‌شود اما اگر میزان گوگرد از حد مجاز بیشتر شود باعث افت شدید خواص مکانیکی و افت قابلیت شکل‌پذیری استیل می‌شود. یکی دیگر از موارد کاربرد منگنز در استیل، بهبود شکل‌پذیری استیل است که می‌توان بدون رخداد شکست استیل را شکل‌دهی کرد.
کاربرد و تأثیر منگنز در فولاد و استنلس استیل یا همان فولاد ضد زنگ اهمیت زیادی دارد چرا که نقشی اساسی در بهبود سختی‌پذیری در استیل و فولاد ایفا می‌کند. منگنز سبب تقویت ریزساختار استیل می‌شود. از آنجایی که استفاده از عنصر منگنز در استیل هزینه چندانی ندارد، سبب می‌شود که منگنز به یک گزینه خوب برای کاربردهای مهندسی تبدیل شود. بدین صورت که با انجام عملیات حرارتی سختی فولاد افزایش می‌یابد. این عامل سبب می‌شود که بتوان از استیل و فولاد برای کاربردهایی مانند ابزارهای برش یا قطعات خودرو که نیاز به مقاومت در برابر سایش بالا دارند، استفاده کرد. منگنز در بهبود استحکام و چقرمگی تأثیر مثبت دارد.
میزان منگنز در استیل
میزان استفاده از منگنز در گریدهای مختلف، متفاوت است و میزان کربن و سیلیکون درون ساختار استیل می‌تواند بر روی میزان منگنز در استیل تأثیرگذار باشد. با توجه به ویژگی‌هایی که با حضور منگنز پدید می‌آید و با توجه به ویژگی‌های مورد نیاز در کاربری‌های مختلف، میزان منگنز درون ریزساختار استیل مشخص می‌شود.
به طور کلی میزان منگنز در فولاد کم‌آلیاژ معمولاً در حدود 0.5% است. در حالی که منگنز یا فولاد زنگ نزن که پرآلیاژ است معمولاً حدود 1 تا 2% است. میزان بیش از حد منگنز در استیل می‌تواند اثرات نامطلوبی بر ویژگی‌های استیل داشته باشد و به همین دلیل در مراحل تولید استیل باید میزان محتوای عنصر منگنز به دقت مورد بررسی قرار گیرد.
افزودن منگنز در استیل
برای افزایش میزان منگنز می‌توان از فرومنگنز استفاده کرد و فرومنگنز را به مذاب اضافه کرد. با افزودن منگنز ناحیه آستنیت بزرگ‌تر می‌شود و باعث پایداری فاز آستنیت می‌گردد. منگنز در استیل می‌تواند سبب تشکیل فاز آستنیت باقی مانده در استیل شود. منگنز پس از کربن می‌تواند بیشترین تأثیر را در سختی‌پذیری استیل داشته باشد. هرچند منگنز نسبت به کربن و نیکل اثر کمتری در پایداری فاز آستنیت دارد.
منگنز می‌تواند با ترکیب شدن با گوگرد فاز MnS را تشکیل دهد که نقطه ذوب بالایی دارد و از تشکیل فاز FeS در مرزدانه جلوگیری می‌کند و احتمال ایجاد ترک گرم را در استیل کاهش می‌دهد.
فلز منگنز در استیل دمای تشکیل مارتنزیت را کاهش می‌دهد و این عامل می‌تواند اثر منفی بر روی قابلیت جوش‌پذیری استیل داشته باشد. چرا که منگنز با افزایش سختی‌پذیری، احتمال تشکیل فاز مارتنزیت سخت و ترد (استیل مارتنزیتی) را در ناحیه متأثر از حرارت جوش بیشتر می‌کند.
کاربرد منگنز در صنعت
منگنز در استیل می‌تواند باعث بهبود قابلیت تراشکاری استیل شود. فولادهای کم‌آلیاژ منگنز می‌تواند فاز پرلیت و فریت را تقویت کند. همان‌طور که اشاره شد در برخی از گریدها مقدار فلز منگنز در استیل می‌تواند بین 1 تا 2% باشد. منگنز در فولاد فنر، یاتاقان و فولاد ابزار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
علت این کاربرد افزایش سختی‌پذیری فولاد است. با توجه به افزایش سختی‌پذیری به دلیل حضور و تأثیر منگنز در فولاد، برای کوئنچ از روغن و یا هوای فشرده استفاده و کوئنچ در آب توصیه نمی‌شود چرا که احتمال ایجاد ترک و یا تغییر ابعادی در قطعه افزایش می‌یابد. به طور کلی منگنز و فولاد برای ساخت استیل مقاوم در برابر سایش، فولادهای غیرمغناطیسی و فولادهای ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت استفاده می‌شود. تقریباً تمامی گریدهای استیل از جمله 304، 316، 310، 309، 410، 420 و 430 و 201 از جمله گریدهایی هستند که در ساختار خود شامل عنصر منگنز هستند.
جهت خرید ورق استیل در آلیاژها و ضخامت‌های متنوع با کارشناسان ما در استیل رخ در ارتباط باشید.
منگنز در استیل سری 200 یا فولادهای کروم منگنز
از آنجا که آستنیت در ساختار استیل سبب پدید آمدن ویژگی‌های بسیار خوبی می‌شود، اغلب گریدهای پرکاربرد استنلس استیل، استیل آستنیتی هستند. همان‌طور که گفتیم فلز منگنز می‌تواند به تشکیل این فاز کمک کند و در پایداری فاز آستنیت تأثیرگذار باشد. نیکل در ساختار استیل یک پایدارکننده قوی آستنیت است؛ اما به دلیل قیمت بالای آن تولید کنندگان استیل، به جایگزینی بخشی از نیکل مصرفی با منگنز روی آورده‌اند و استنلس استیل کروم منگنز یا استیل سری 200 را معرفی کرده‌اند.
استفاده از منگنز در استنلس استیل و تولید استیل سری 200، برای اولین بار در طول جنگ جهانی دوم و به دلیل کمبود منابع نیکل صورت گرفت. امروزه با گسترش علم متالورژی، خانواده آلیاژهای استیل سری 200 در حال توسعه است. خواص مکانیکی، فیزیکی و شکل‌پذیری دو فاز CrMn و CrNi بسیار به یکدیگر مشابه است به همین دلیل نیز در برخی از گریدها منگنز را جایگزین بخشی از محتوای نیکل می‌کنند. علاوه بر این، استیل سری 200 در صورت رخداد کار سرد مغناطیسی نمی‌شود و برای استفاده به عنوان حلقه‌های انتهایی ژنراتورهای الکتریکی مناسب است.
سخن آخر
منگنز در استیل در مقادیر کنترل شده می‌تواند سبب بهبود خواص مکانیکی استیل شود. با افزایش تأثیر منگنز در فولاد و یا استیل اثرات مخربی نیز به‌وجود می‌آید که می‌تواند سبب افت شدید خواص مکانیکی شود پس باید این امر به دقت انجام شود. یکی از مهم‌ترین کاربرد منگنز، گوگردزدایی است چرا که گوگرد در ساختار استیل اغلب به عنوان ناخالصی شناخته می‌شود. هرچند در برخی از گریدهای استیل از مقادیر بسیار کم گوگرد جهت بهبود قابلیت ماشین‌کاری استفاده می‌شود.