فولاد نوین(کیمیاگران آهن)

» استاندارد ملی 3132 ( چهارشنبه ٢٢ آبان ۱۳٩٢ )
» نرم افزار آباکوس ( پنجشنبه ٢٥ خرداد ۱۳٩۱ )
» Heat Treatment of Steels ( پنجشنبه ٤ خرداد ۱۳٩۱ )
» سوپرآلیاژها ( سه‌شنبه ٢ خرداد ۱۳٩۱ )
» آزمایشگاه عملیات حرارتی ( سه‌شنبه ٢ خرداد ۱۳٩۱ )
» متالوگرافی ( سه‌شنبه ٢ خرداد ۱۳٩۱ )
» اثر بور در فولاد ( سه‌شنبه ٢ خرداد ۱۳٩۱ )
» محلول اچ مناسب ( دوشنبه ۱ خرداد ۱۳٩۱ )
» کوره القایی ( یکشنبه ۳۱ اردیبهشت ۱۳٩۱ )
» رفتار مغناطیس مواد ( یکشنبه ۳۱ اردیبهشت ۱۳٩۱ )

تبلیغات

قالب‌های محدب در ریخته گری مداوم فولاد

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده دوشنبه ۱۱ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : قالب‌های محدب در ریخته گری مداوم فولاد

فرآیند تبدیل فولاد مذاب به محصول نهایی مستلزم انجام عملیات ریخته‌گری و سپس نورد است. برای دست‌یابی به هدف افزایش سرعت ریخته‌گری به میزان 100 ـ 50  درصد، تکنولوژی خاصی مورد نیاز است که شرکت Concast   آن را معرفی کرده و توسعه داده است: تکنولوژی قالب‌های محدب[1]. استاندارد کردن متغیرهای ورودی در مورد قالب‌های محدب ریخته‌گری افزایش سرعت تولید [2] را در پی داشته است. این افزایش بهره‌وری[3] امکان کاهش تعداد خطوط[4] مورد نیاز را در ریخته‌گری برای یک مقدار ثابت تولید میسر می‌سازد، بنابراین صرفه‌جویی در کارکنان تولید و تعمیرات، مواد مصرفی و دیرگدازها قابل ملاحظه خواهد بود. اولین واحد صنعتی که این تکنولوژی را به کار گرفت دارای ایستگاه ریخته‌گری ۶ خط بود که تجربه موفقیت‌آمیز یک ساله کارائی آن را به خوبی نمایاند.

سطح تکنولوژی فعلی ریخته‌گری مداوم شمشال[5]

1.  کیفیت فولاد

ماشین‌های ریخته‌گری سابقا بسیار ساده بودند و ریخته‌گری در آنها منحصرا به صورت باز[6]، با جریان محافظت نشده فولاد از تاندیش[7] و در محدوه تولید فولادهای تجاری برای مصارف عمومی صورت می‌گرفت. در سال‌های اخیر ماشین‌های پیشرفته ریخته‌گری شمشمال با مشخصه‌های تکنیکی عالی به کار گرفته شده اند و می توانند فولادهای مخصوص مفتول و میلگرد[8] برای کاربردهای مختلف تولید نمایند. تکنولوژی‌های دیگر نظیر تخلیه مذاب کوره بدون سرباره[9]، متالورژی پاتیلی[10] با استفاده از کوره‌های پاتیلی[11]، همزدن[12] توسط گاز خنثی، تزریق اتوماتیک بعضی افزودنی‌ها به صورت سیم[13] ... و یا تسهیلات گاززدایی[14]_ همزدن، ماشین‌های ریخته‌گری را پدید آورده که پارامترهای ورودی آن قابل تغییر و کنترل است. از آنجا که این پیش‌شرط‌ها، در جهت ارتقاء کیفیت محصول بسیار مهم است، فرآیند ریخته‌گری باید تا حد ممکن جنبه‌های اجتناب از افت کیفی فولاد را ـ مثلا در اثر اکسایش مجدد[15] ـ مورد نظر قرار دهد. این امر توسط پوشاندن جریان مذاب پاتیل[16]، گرم کردن تاندیش، استفاده از نازل‌های غوطه‌ور[17] یا محافظت گازی[18] قابل حصول است. همزدن مذاب در قالب و یا شمش در حال انجماد[19] و بهینه کرن سرعت خنک‌کاری، کنترل کامپیوتری فرآیند اطمینان از سطح کیفی مطلوب را مقدور می‌سازد.

2. سرعت ریخته‌گری

گرچه کنترل پارامترهای ورودی به طور جنبی در بهبود وضعیت سرعت ریخته‌گری تاثیر داشته اما هنوز سرعت تولید خطوط ریخته‌گری (t/h برای هر خط) در حد ماشین‌های اولیه باقی مانده است.

3. رشد پوسته فولادی

مطالعه جزئی‌تر و دقیق‌تر رشد دینامیکی پوسته[20] فولادی نشان‌دهنده وجود مسائلی متناقض در فرآیند رشد پوسته در قالب‌های معمولی است. نیروهای فشاری حاصل از انجماد در تضاد با نیروهای فروستاتیکی[21] باعث ناهمگنی رشد پوسته می‌شوند. این امر خود را در کشیده شدن گوشه‌های شمش در گوشه‌های قالب نشان می‌دهد. با تشکیل یک فاصله هوایی[22] بزرگ رشد پوسته ـ بخصوص در قسمت گوشه‌ها ـ بشدت کم می‌شود. از آنجا که گوشه پوسته در هنگام جدا شدن از قالب و کشیده شدن خم می‌شود امکان ایجاد ترک‌های طولی[23] در گوشه‌ها افزایش می‌یابد.

تنش‌های حرارتی[24] زیادی به دلیل اختلاف شدید دما در سطح پوسته به آن وارد می‌شود. براساس بعضی تحقیقات انجام شده اختلاف دما ممکن است به C100 ـ 90 و در شمش‌های تجاری حتی به مقدار بیشتر برسد.

هنگامی که پوسته از قالب جدا می‌شود مقاومت آن در برابر لوزی شدن[25] کاهش می‌یابد، تمایل به ایجاد ترک‌های طولی در گوشه ها افزایش یافته و دمای پوسته اختلاف شدیدی را نشان می‌دهد. به منظور جلوگیری از ایجاد این شرایط و تولید فولادهای نامرغوب، سرعت ریخته‌گری در سطح پایینی تنظیم می‌شود به گونه‌ای که زمان حضور شمش در اولین منطقه پاشش آب[26]، فرصت لازم را برای رفع نقائص ناشی از قالب به دست دهد. علاوه بر آن، شعاع گوشه قالب نیز کم در نظر گرفته می‌شود تا فاصله هوایی به حداقل برسد.

4. شیب قالب[27]

در شرایط خاصی که تنها یک نوع فولاد تولید می‌شود شیب قالب می‌تواند بهینه شود و ممکن است سرعت ریخته‌گری نیز بخوبی افزایش یابد. اما با توجه به اینکه بیشتر کارخانجات محدوده‌ای از انوع فولادها را تولید می‌کنند شیب قالب باید به گونه‌ای در نظر گرفته شود که برای هر نوع ضریب انقباض[28] مناسب باشد.

تکنولوژی قالب‌های محدب ریخته‌گری

خواص مکانیکی انواع مختلف فولاد در دمای بالا تقریبا مشابه است. بنابراین رشد و سریع و یکنواخت پوسته ممکن است در طی این مرحله به بهترین نحو صورت گیرد یعنی زمانی که دمای پوسته در حد بیشتر از C1350 است. این امر همچنین امکان استفاده از یک شیب هندسی قالب را برای تولید انواع فولادها میسر می‌سازد. در این حالت افزایش ضخامت پوسته بر اثر فروستاتیکی غالب می‌آید و بنابراین سرعت‌های بالاتر ریخته‌گری دست یافتنی خواهد شد. علاوه بر آن، رشد پوسته در گوشه‌ها باید بیشترین حد باشد تا تمایل به لوزی شدن از بین برود. از سوی دیگر سرعت انتقال حرارت باید بهبود یابد و اتصال پوسته قالب نیز تا جایی که ممکن است حفظ شود. وجود این نیازهای مغایر، اتخاذ یک راه حل واحد را می‌طلبد. به تازگی شرکت Concast   با مطالعه و محاسبه جبران انقباض فولاد در قالب، شکل محدب را برای قالب عرضه کرده است.

همان گونه که از نام این تکنولوژی بر می‌آید، قالب محدب دارای سطوح تخت نیست. سطح بالای قالب محدب است و به تدریج در امتداد طول قالب تغییر می‌کند تا به صورت تخت در آید. از آنجا که سطح محدب در طی سردشدن منقبض می‌شود به طور طبیعی به حالت مستقیم در خواهد آمد. تغییر شکل قالب تضاد نیروهای انقباضی و فروستاتیکی را خنثی می‌کند.

تغییر هندسی محیط قالب رشد فاصله هوایی را کاهش می‌دهد و بنابراین اجازه امکان افزایش کلی و یکنواخت سرعت انتقال حرارت را فراهم می‌آورد. بدیهی است که گوشه‌های پوسته با سرعتی مشابه بقیه پوسته رشد می‌کند. در این حالت گوشه‌های پوسته استحکام کافی در برابر خم شدن را دارند و بدین وسیله از ایجاد ترک‌های طولی در گوشه‌ها جلوگیری به عمل می‌آید. رشد پوسته به گونه‌ای است که حتی یک دمای سطحی یکنواخت را برای پوسته به ارمغان می‌آورد که در آن تنش‌های حرارتی عرضی وجود ندارد.

اثر کلی طرح قالب محدب فراهم آوردن یکنواختی[29]، در پوسته شمش خروجی، ضخامت بیشتر و حتی دمای سطحی بالاتر همراه با  حداقل تنش‌های مکانیکی است. اکنون سرعت ریخته‌گری می‌تواند بدون خطر لوزی شدن، پارگی[30] و ترک سطحی[31] افزایش یابد.

5. نتایج کاربردی

استفاده از قالب محدب امکان دست یازیدن به سرعت‌های بیشت ریخته‌گری در حد 100 ـ 50 درصد بیش از سرعت‌های معمولی را میسر می‌سازد. در عین حال که خطر پارگی شمش 30 درصد کاهش می‌یابد.

مقدار تولید کارخانه به هنگام استفاه از سرعت‌های بالای ریخته‌گری افزایش و هزینه‌های تولید به صورت جدی کاهش می‌یابد.

به طور کلی هنگامی که سرعت ریخته‌گری افزایش می‌یابد حفظ استاندارد کیفی محصول مشکل‌تر می‌شود. ایجاد پوسته یکنواخت و عاری از تنش توسط قالب‌های محدب با حذف لوزی شدن، امکان دست‌یابی به استانداردهای مورد نظر را فراهم می‌آورد. در این زمینه حتی مشکلات طبیعی ریخته‌گری فولاد پرتیکتیکی[32] نوع C٪14/0 ـ 08/0 نیز با موفقیت حل شده و چنین فولادی با سرعت‌های بالا نیز ریخته‌گری شده است. عمر قالب نیز به اندازه قالب‌های معمولی است.

5. پیش شرط‌های لازم برای افزایش سرعت عملیات

لازم به ذکر است که برای استفاده از تکنولوژی قالب‌های محدب، شرایط ماشین ریخته‌گری باید به حد مطلوبی برسد:

الف. ظرفیت تاندیش و چگونگی جریان مذاب بهینه شود تا در نازل‌های بزرگ با خروجی زیاد متلاطم[33] ایجاد نگردد.

ب. میز نوسان‌کننده[34] با طراحی محکم و شرایط پایدار در نوسانظهای زیاد

ج. کنترل سطح مذاب در قالب[35] برای شروع اتوماتیک ریخته‌گری و رعایت شرایط دقیق کار

د. آب قالب با سرعت بالا در فاصله اطراف قالب مسی

ه. شعاع ماشین ریخته‌گری[36] ترجیحا 9 ـ 7 متر تا امکان ایجاد شرایط خوب انجماد قبل از غلتک‌های گیرشی[37] به دست آید.

و. خشک کاری پاششی[38] با شدت زیاد و طول بیشتر بری اجتناب از نورد شمشی که درون آن هنوز مذاب وجود دار.

ز. در نظر گرفتن طول متالورژیکی دقیق برای انجماد شمش قبل از برش[39]

6. نتیجه‌گیری

تکنولوژی قالب‌های محدب امکان افزایش تولید ماشین ریخته‌گری و صرفه‌جویی در هزینه‌های تولید را فراهم می‌آورد. تکنولوژی جدید قبلا برای انواع روش‌های ریخته‌گری و محدوه وسیعی از انواع فولادها آزمایش شده است. عملیات تحت شرایط کاری روزمره در کارخانجات فولاد با ماشین‌های ریخته‌گری ۶ خط ظرف بیش از یکسال به موفقیت زیادی نائل آمده است. عمر قالب برابر با قالب‌های مسی معمولی یا بیشتر از آنهاست.

توضیح:

مشتری‌های شرکت Concast  که تاکنون از این تکنولوژی استفاده کرده‌اند:

1. کارخانه فولاد TOA ژاپن

آغاز استفاده: سپتامبر ۱۹۹۲ـ مقطع mm/2   150

ـ رسیدن به سرعت حداکثر  m/min5/3

ـ دست‌یابی به سرعت بالای ریخته‌گری، بهبود بهره‌وری و افزایش کیفیت فولاد

2. کارخانه فولاد VERINA  اسپانیا

ـ دارای ۶ خط با مقطع  mm/2   120

3. کارخانه فولاد FUNDIA سوئد

ـ رسیدن به سرعت تولید t/h 80

ـ مقطع mm/2   115

4. کارخانه THYSSEN  آلمان

ـ شعاع ماشین ریخته‌گری: ۶ متر ـ رسیدن سرعت ریخته‌گری m/min 2/4

ـ مقطع mm/2   133

ـ افزایش سرعت تولید از kg/min 280 به kg/min 560

ـ افزایش خنک کاری پاششی از 5/2 L/min به 3

5. کارخانه CONTINVA   ایتالیا

ـ آغاز استفاده 1993 م

6. کارخانه فولاد Feng Hsin تایوان

ـ مقطع mm/2   150ـ 130

۷. کارخانه فولاد Aarti هند

ـ مقطع mm/2   220 ـ 100

8. کارخانه فولاد Huta Labedy لهستان

ـ مقطع mm/2   160 ـ 125

و تختال mm/2   ۲۰۰ ـ ۱۶۰*۱۴۰

منبع:

Adrian stilli. "CCT Concast Convex Technology", Concast Standard News, Zurich, Vol.33. April. 1994

 


1. Concast convex technology (CCT)

2. Throughput

3. Productivity

 4. Strands

5. Continuous billet casting

6. Open

7. Tundish

8. Special bar quality (EBQ)

9. Slag free tapping

10. Ladle metallurgy

11. Ladle furnace (LF)

12. Stirring

13. Wire feeding

14. Degassing

15. Reoxidation

16. Ladle stream shrouding

17. Submerged nozzle

18. Gas protection

19. Strand

20. Shell

21. Ferro static Forces

22. Air Gap

23. Longitudinal Crack

24. Thermal Stress

25. Romboidity

26. Spray Zone

 27. Mold Taper

28. Shrinkage Coefficient

29. Uniform

30. Breakout

31. Surface Creak

33. Peritectic

34. Turbulent

35. Oscillation

36. Mold Level Control

37. Casting Radius

38. Pinch Rolls

39. Spray Cooling

40. Cut –Off

 

  •  این مقاله در شماره ۲۳نشریه پیام پولاد در سال ۱۳۷۶ منتشر شده است.

فولادهای میکروآلیاژی

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده دوشنبه ۱۱ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : فولادهای میکروآلیاژی

در سالهای اخیر افزودن عناصر میکروآلیاژی ( Microalloy elements ) به فولاد از اهمیت خاصی برخوردار شده و به عنوان یک ویژگی فولادهای مدرن در آمده است.  باگسترش استفاده از فولادهای جدید، مصرف عناصر میکروآلیاژی نیز رو به افزایش گذاشته است.  واژه “ میکرو آلیاژی ” به مفهوم آن است که این عناصر در فولاد به حد بسیار کم و معمولا کمتر از 1/0 درصد وزنی وجود دارند.  برخلاف عناصر جزیی ( Trace )  که معمولا ناخواسته و گاه مضر هستند، عناصر میکروآلیاژی به عمد با هدف بهبود خواص به فولاد اضافه می شوند. بین عناصر آلیاژی (  Alloy elements )  و عناصر میکروآلیاژی تفاوتهای روشنی وجود دارد : از لحاظ حد افزودن آنها به فولاد و نیز اثرات متالورزژیکی متفاوت.  در حالی که عناصر آلیاژی عمدتا بر زمینه ( Matrix )  فولاد تاثیر می گذارند، عناصر میکروآلیاژی تقریبا همواره از طریق رسوب یک فاز ثانوی ( Second Phase Precipitation )  ریز ساختار ( Microstructure )  فولاد را تغییر می دهند.

در فولادهای مدرن، الزاماتی که در جوش پذیری ( weldability ) ، شکل پذیری ( Formability )  و چقرمگی شکست ( Fracture Toughness )  مطرح است نیاز به حد بسیار کم آخالهای غیر فلزی ( Non – Metallic Inclusions )  اعم از اکسیدی و سولفیدی و ترجیحا شکل کروی هر نوع آخال باقیمانده را ضروری ساخته است.  از همین رو مقدار اکسیژن و گوگرد باید بسیار پایین باشد.  اکسیژن زدایی با آلومینیوم نیز یک عملیات استاندارد برای حذف اکسیدها از فولاد مذاب است.  آلومینیوم باقیمانده پس از انجماد فولاد - که به عنوان آلومینا ترکیب شده است.  نیتریدهای آلومینیوم را تشکیل می دهد.  اثر ریزدانه سازی و تصفیه دانه های ( Grain Refining )  این رسوبات میکروآلیاژی بیش از 50 سال است که شناخته شده است.  ضمنا تاثیر افزودن سایر عناصر میکروآلیاژ نظیر کلسیم یا عناصر نادر زمینی ( Rare Earth )  بر کنترل شکل سولفیدها نیز کاملا مطالعه شده است.

 مقایسه تاثیر عناصر میکرو آلیاژی

اولین طبقه بندی تاثیر عناصر مختلف بر اساس مشاهده موقعیت آنها در جدول تناوبی عناصر میسر است. عناصر موجود در ردیف 4 تا 6 جدول تناوبی (گروههای IVA  تا VIA )  به دلیل داشتن نقطه ذوب بالا غالبا به عنوان “ فلزات دیرگداز ”  ( Refractory Metals ) شناخته می شوند.  علاوه بر نقطه ذوب بالا، تمایل این عناصر به تشکیل نیترید و کاربید بسیار زیاد است.  این تمایل از سمت راست بالا به گوشه پایین سمت چپ جدول افزایش می یابد و تمایل به تشکیل نیتریدها بیشتر از کاربید است.  علاوه بر آن، عناصر گروه  Hf, Zr, Ti ) IVA ) تمایل زیادی به تشکیل اکسید و سولفید دارند.  به عبارت دیگر، عناصر گروه (W, Mo, Cr ) VIA  نسبت به گروه IVA تمایل کمتری به تشکیل ترکیبات غیر فلزی نشان می دهند.  کاربیدهای عناصر این گروه دارای ساختار بلوری هگزآگونال یا ارتورومبیک هستند.  این ساختارها در مقایسه با ساختار مکعبی FCC عناصر گروههای IVA  و  (Ta, Nb, V ) VA که پیوستگی بهتری با ساختار مکعبی زمینه فولاد دارند و خواص مناسبتری از فولاد را بدست می دهند، چندان مطلوب نیستند.  ذرات رسوبی که بر شدت به ریز ساختار فولاد اثر می گذارند، در طی عملیات حرارتی یا کار گرم شکل می گیرند.  بدین جهت لازم است عناصر میکرو آلیاژی از ابتدا در محلول جامد ( Solid Solution )  وجود داشته باشند.  نشانه امکان پذیر بودن این کار اختلاف اندازه اتم آن عنصر در مقایسه با اتم آهن است. در مورد عناصر کاربیدزا ونیتریدزای قوی مثل زیرکونیم و هافنیم، به دلیل اختلاف زیاد اندازه اتم این عناصر در مقایسه با اتم آهن، اغلب در فولاد غیر محلول هستند و لذا بر ساختار فولاد تاثیری نمی گذارند. تیتانیوم، وانادیم و نایوبیم بهترین عناصر میکروآلیاژی تشکیل دهنده کاربو – نیترید هستند.

 محصول انحلال

 شرایط تعدلی و تشکیل ترکیبات غیر فلزی بوسیله محصول انحلال ( Solubility Product ) آنها تشریح می شود :

 تیتانیوم تمایل شدیدی به تشکیل اکسید، سولفید، نیترید و کاربید دارد.  حتی نیترید تیتانیوم با توجه به سطح معمولی مقدار نیتروژن در فولاد قبل یا در حین انجماد تشکیل می شود.  این ذرات که قبلا در فولاد مذاب شکل گرفته اند می توانند به درون سرباره توزیع شوند و تاثیری بر خواص مذاب نداشته باشند.  در غیر این صورت، بدلیل دمای بالای تشکیل آنها، نسبتا بزرگ خواهند بود و به عنوان آخال در نظر گرفته می شوند که اثر مخربی بر انعطاف پذیری فولاد خواهد داشت.

 بزرگ بودن اندازه ذرات، توانایی تصفیه ریز ساختار را از بین می برد.  گرچه تشکیل  Tin , Tio  با کاهش اکسیژن و نیتروژن آزاد - که عناصر مضری برای چقرمگی فولاد محسوب     می شوند – اثر مثبتی بر خواص فولاد دارد.  به عنوان نمونه، نیتروژن آزاد ( Nf )  دمای انتقال ضربه ( FATT )  را به صورت زیر کاهش می دهد :

D FATT = 700     Nf

این بدان معناست که حدود ppm 30 نیتروژن آزاد، 380C دمای انتقال ضربه ( Impact Transition )  را کاهش می دهد.  کاهش مقدار اکسیژن، نیتروژن یا تیتانیوم، دمای تشکیل Tio  یا Tin  را کاهش داده، باعث پدید آمدن دانه های ریزتر رسوب می شود.  در نهایت، ذرات توزیع شده و پایدار قادر به کنترل اندازه دانه آستنیت خواهند بود و این امر می تواند در طی مرحله پیشگرم  ( Preheating )  در فرایند نورد گرم ( Hot Rolling )  و تصفیه دانه های درشت منطقه متاثر از جوش ( HAZ )  در طی جوشکاری مورد استفاده قرار گیرد.

پس از انجماد در دماهای کمتر، تیتانیوم با گوگرد واکنش کرده و سولفید یا کربو سولفید تشکیل می دهد.  مقدار منگنز نیز تاثیر بسیار شدیدی به تشکیل هر نوع فاز سولفید تیتانیوم دارد.  از آنجا که ترکیب کربو – سولفید تیتانیوم در دماهای تغییر شکل گرم سختی بیشتری از سولفید منگنز دارد، بطور موفقیت آمیزی برای کنترل شکل سولفید بکار می رود. اگر تیتانیوم کافی در دسترس باشد، تشکیل کاربید تیتانیوم در منطقه پایینی آستینت یا بعد از تحول ( Transformation ) آستنیت به فریت اتفاق می افتد.  به علاوه، تشکیل سولفید تیتانیوم در فریت نیز ممکن است.

 از آنجا که نیترید تیتانیوم در دماهای بالا تشکیل می گردد و عملا در آستنیت حل نمی شود، اثر چنین ترکیب پایداری در کنترل اندازه دانه – در دماهایی که قبلا بحث شد – نمود پیدا می کند. به عبارت دیگر، نیترید و کاربید وانادیم تقریبا کاملا در آستنیت حل می شوند و لذا اثری روی کنترل اندازه دانه آستنیت ندارند.  ترکیبات وانادیم تنها در طی یا بعد از تحول آستنیت به فریت رسوب خواهند کرد.  رسوبات در دماهای کم شکل می گیرند و بسیار ریز هستند و بنابر این به افزایش استحکام توسط سختی رسوبی ( Precipitation Hardening )   می انجامند.  محصول انحلال برای کاربید تیتانیوم و نیترید و کاربید نایوبیم – همانگونه که نشان داده شده است – بین این محدوده ها قرار می گیرند.  این ترکیبات می تواند در منطقه بالایی آستنیت حل شوند و در دماهای کمتر مجددا رسوب کنند.  اگر یک فولاد نرماله شده با کربنی حدود 15/0 درصد و دمای نرماله 0C 900  در نظر گرفته شود، می توان گفت تقریبا تمام نایوبیم به شکل ذرات Nbc  وجود دارند.   برای Tic نیز – با کمی انحلال بیشتر در آستنیت نسبت به Nbc – شرایط به همین گونه است.  ایزوترم 0C 1200 تصدیق می کند که یک فولاد با کربن حدود 08/0 درصد - که معمولا به عنوان فولادهای کم کربن استحکام بالا ( HSLA )  بکار می رود – نایوبیم را تا حداکثر 08/0 درصد یا تیتانیوم را تا حداکثر 11/0 درصد در خود حل می کند.  این مقدار عنصر میکرو آلیاژی در محلول جامد در آستنیت، اساس عملیات ترمومکانیکی است که در آن تبلور مجدد آستنیت در طی نورد کند می شود و به تعویق می افتد ( Retardation ) .  ایزوترم انحلال VN نشان می دهد که مقدار وانادیم میکروآلیاژی کاملا در محلول جامد – حتی در مناطق پایین آستنیت - حل می شود، بخصوص زمانی که تمایل بیشتر آلومینیوم به نیتروژن نیز مورد توجه قرار گیرد.

تاثیر کند سازی عناصر میکرو آلیاژی

شرایط انحلال – همانگونه که توسط محصولات انحلال توضیح داده شد – تقریبا در طی عملیات حرارتی نظیر پیشگرم کردن قبل از فرآیندهای شکل دادن گرم بدست می آید.  عناصر میکرو آلیاژی در محلول جامد در فولاد، تمامی فرآیندهایی را که توسط نفوذ (Diffusion )  کنترل می شوند کند می سازند.  این تاثیر با بزرگتر شدن اختلاف اندازه اتم هر عنصر نسبت به اتم آهن قویتر می شود.  نایوبیم مؤثرترین عنصر میکروآلیاژی در این زمینه است.

فرآیند کند سازی از راههای زیر به تصفیه دانه در طی نور، ترمومکانیکی کمک می کند  :

1 – جلوگیری از رشد دانه های ثانوی در طی گذشت زمان

2 – کند سازی شروع تبلور مجدد ( Recrystalization )، به عنوان مرحله ابتدایی کندسازی کامل توسط رسوبهای کاربید نایوبیم.

در طی فرآیند نورد گرم، هیچگاه شرایط تعادلی حاصل نمی شود و بنابر این مقدار کمی عناصر میکروآلیاژ در محلول جامد در دماهای نهایی نورد – نسبت به آنکه از محاسبات محصول انحلال انتظار  می رود – بدست می آید.  فرآیند دیگری که توسط نفوذ کنترل می شود و لذا عناصر میکروآلیاژی با  کند سازی در آن تاثیر می گذارند تحول آسثبت به فریت است.  اثر مثبت یا منفی کند سازی روی خواص مکانیکی  به ترکیب شیمیایی فولاد بستگی دارد.  افزایش سختی پذیری ( Hardenability )  ناشی از استحکام و چقرمگی بالاتر در فولاد است و ریز ساختار با بینیت کم کربن را به دلیل تصفیه بعدی دانه های بینیت سوزنی نشان می دهد.  به عبارت دیگر، وقتی بجای ساختار فریتی – پرلیتی، یک ساختار با مقدار زیادی بینیت دانه ای غنی از کربن شکل می گیرد، افزایش سختی پذیری اثر منفی روی چقرمگی  می گذارد.  این وضعیت پیچیده توسط این حقیقت که رسوبات کاربو – نیترید اثر مثبت در پیشرفت تحول دارد پیچیده تر می شود.

 ذرات NbC در 0C 900 دمای پیشگرم، تشکیل فریت را به دلیل تصفیه دانه آستنیت سرعت می بخشند.  در دمای آستینیته 0C 1250، مقادیر بیشتر از 06/0 درصد نابوبیم حل خواهد شد و تشکیل فریت را به تعویق خواهند انداخت. دمای متوسط 0C1200  بخوبی نقش نایوبیم حل شده را – تا 03/0 درصد Nb  - در مقابل اثر افزایش مقدار رسوبات باقیمانده با مقادیر بیشتر نایوبیم را نشان می دهد.

کربو نیتریدها

تمامی نیتریدها و کاربیدهای تیتانیوم، وانادیم و نایوبیم ساختار fcc دارند و کاملا در یکدیگر حل می شوند.  بنابر این کربو  نیتریدهای آنها ممکن است به شکل پیچیده ای ظاهر شوند.  در فولادهای میکرو آلیاژ، که ترکیبات اغلب در مرحله جامد فولاد تشکیل می شود، چگالی اهمیت کمتری دارد.  اما در موادی که مقدار عناصر آلیاژی بیشتر می شود، مثلا نظیر فولادهای ابزار یا چدنهای مقاوم در برابر سایش، کاربیدهای اولیه به صورت همگن تنها وقتی توزیع می شوند که وزن مخصوص نزدیک وزن مخصوص فولاد مذاب باشد.  در این حالت خاص، افزودن ترکیب نایوبیم و وانادیم، تشکیل کمپلکس کاربید ( Nb + V )  را با وزن مخصوص حدود  g/Cm3   7 تسریع می کند.

پارامتر شبکه این رسوبات اثر مستقیم بر امکان افزایش  استحکام توسط سختی رسوبی دارد.  اثر دیگر کربو – نیتریدها یعنی تصفیه اندازه دانه و در نتیجه بهبود همزمان استحکام و چقرمگی نیز قبلا بحث شد.  جوانه زنی (Nucleation )  رسوبات بسته به فوق اشباع دارد که با کاهش دما افزایش می یابد.  جوانه زنی بر سرعت نفوذ عناصر واکنش نیز مؤثر است و با کاهش دما کاهش می یابد.  بنابر این  نمودار زمان – دما – جوانه زنی در یک دمای مشخص و با زمان کمتر معمولا از قانون سهمی تبعیت می کند.  در این زمینه، جوانه زنی در مرزهای دانه قبل از جوانه زنی در نابجاییها ( Dislocations )  و مخصوصا قبل از جوانه زنی غیر همگن در خود زمینه اتفاق می افتد.

سرعت واکنش رسوب گذاری تابع مراحل معمولی فرآیند یعنی جوانه زنی، رسوب گذاری و کامل شدن ذرات رسوب است.  افزایش استحکام به مقدار رسوبات و نیز اندازه دانه ذرات بستگی دارد.  ذرات بسیار مؤثری برای فرآیند سختی رسوبی تقریبا 2-1 نانومتر قطر دارند.  تاثیر چنین  ذرات ریزی پیوستگی ( Coherent ) با زمینه فولاد است.  این ذرات معمولا در طی و یا بعد از تحول آستنیت به فریت در فاز فریت تشکیل می شوند.  در دمای بالاتر و سرعت خنک کاری کمتر، کربو – نیتریدها تمایل به رشد و ناپیوسته شدن از زمینه فولاد دارند.  مکانیزم متالورژیکی سختی رسوبی از تغییر شکل پلاستیک – توسط برش ذرات – به حلقه نابجایی – بدون ذرات – تغییر می کند.  چنین ذرات فوق پیر شده ( overaged )  به دلیل طبیعت ناپیوسته آنها و هم اندازه بزرگتر ذره، اثر کمتری در افزایش استحکام دارند.

دسته بندی عناصر میکروآلیاژی به پارامتر شبکه کربو نیتریدهای آنان بستگی دارد.  بنابر این اثر پراکندگی استحکام دهی در مورد نایوبیم با نصف مقدار – در مقایسه با وانادیم – اتفاق می افتد.  گرچه اثر برجسته نایوبیم توسط تمایل آن به تشکیل ذرات در آستنیت محدود می شود و این تمایل با تغییر شکل همزمان تشدید می شود.  بنابر این اثر مهم استحکام دهی رسوبی توسط Nbc تنها می تواند در فولادهای کم کربن یا بعد از دماهای بالای کار گرم مورد استفاده باشد.  به عبارت دیگر، مقادیر زیاد ترکیبات وانادیم حل شده در آستنیت، برای سختی رسوبی وسیع در فریت در دسترس هستند.  در فولادی که ترکیبی از عناصر میکروآلیاژ Nb, V, Ti  در آن وجود دارد، محدوده وسیعی از ترکیبات با تنوع در ابعاد و ترکیب شیمیایی می تواند مشاهده شود،  بنابر این ذرات نیز در طی فرآیندهای فولاد تغییر می کند.

اینک یک موقعیت فرضی تشریح می شود : در شرایط ریختگی، ذرات TiN ، 3-1 میکرون قطر دارند و جز در منطقه اطراف قالب (Rim) که اغلب از لحاظ Nb و V غنی تر است به سختی در طی پیشگرم حل می شوند.  معمولا سایر ذرات، حتی با بزرگی دندریت تا 500 نانومتر که ترجیحا در فاز آستنیت یا مرز دانه های آستنیت یافت می شود، به این دلیل که در طی پیشگرم برای نورد گرم مجددا حل می شوند در محصول نهایی مشاهده نمی شوند.

بعد از نورد گرم، درات (CN )Nb  تا قطر حدود 20 نانومتر در کنار TiN مشاهده می شود.  این ذرات عمدتا هنگامی که کرنش (Strain ) ، ذرات را به نابجاییها می راند تشکیل می شوند.  لذا کربو  نیتریدهای ریز کمتر از 3 نانومتر فراوان هستند و در طی یا بعد از تحول آستنیت به فریت پدید می آیند.

با در نظر گرفتن نسبت کربن به نیتروژن فولاد، که بر نسبت کربن به نیتروژن ترکیبات اثر می گذارد، بر پیچیدگی ترکیبات مختلف افزوده می شود.  به عنوان مثال، در یکی از فولادها مقدار تیتانیوم برای تثبیت نیتروژن کافی است.  واضح است که افزودن این حد کم از ‍Ti، سبب تشکیل نیترید تیتانیوم می شود و تشکیل تقریبا تمامی کاربید نایوبیم خالص را بجای کربو نیترید نایوبیم – معمولا برای فولادهای بدون تیتانیوم – تشدید می کند.  از آنجا که NbC حلالیت بالاتری از Nb ( CN )  نشان می دهد  می توان به دمای کمتر پیشگرم برای بدست آوردن مقدار مورد نظر نایوبیم در محلول تکیه کرد.  متقابلا با نگهداری دمای پیشگری، مقادیر بیشتری نایوبیم می تواند حل شود و بطور موفقیت آمیزی برای کند کردن تبلور مجدد در دماهای بالاتر نورد مورد استفاده قرار گیرد.  این امر “ فرآیند دمای بالا ”  (High Tempreture Process)  نامیده می شود.  هم حلالیت بالاتر و هم افزایش دمای فرآیند این امکان را فراهم می سازد که در دمای پایین نورد، مقادیر بیشتری نایوبیم در محلول جامد وجود داشته باشد که در نتیجه می تواند برای استحکام دهی بعدی توسط سختی رسوبی ور فریت استفاده  شود.

خلاصه و نتیجه گیری

Nb, V, Ti به عنوان عناصر میکروآلیاژی بسیار مؤثر در فولاد شناخته می شوند و بر ریز ساختار فولاد هم از طریق کندسازی فرآیندها و هم تشکیل کاربیدها و نیتریدها اثر می گذارند.  از آنجا که محصول انحلال و خواص فیزیکی هر یک از عناصر و ترکیبات مختلف است، مشخصه های مختلفی وجود خواهد داشت که مزایای خاصی را برای هر یک از این عناصر به دنبال دارد :

تیتانیوم

Ti نیترید تشکیل می دهد که در دماهای بالاتر پایدار است.  نیتریدهای تیتانیوم، در مرحله پیشگرم قبل از کار گرم و نیز در فرآیند جوشکاری – بخصوص در منطقه متاثر از جوش ( HAZ ) نزدیک به مرز ذوب – کنترل اندازه دانه آستنیت را فراهم می آورند. حذف نیتروژن آزاد به دلیل تشکیل TiN برای چقرمگی مثبت است و بطور غیر مستقیم نایوبیم را مؤثرتر می سازد.  لذا اثر تیتانیوم روی کنترل شکل سولفید عمدتا هنگامی استفاده می شود که تولید فولاد با گوگرد پایین استاندارد نیست.

 وانادیم

V  تقریبا هیچ رسوب آستنیتی تشکیل نمی دهد و به وفور برای سختی رسوبی در طی و یا بعد از تحول آستنیتبه فریت مورد استفاده است.  حتی اگر بازده مخصوص ترکیبات وانادیم کاملا کم باشد جزء حجمی زیاد رسوبات ریز – بخصوص در فولادهایی با کربن نسبتا زیاد – این نقیصه را جبران می کند.

نایوبیم

Nb  مؤثرترین عنصر میکروآلیاژی برای تصفیه دانه توسط کنترل اندازه دانه در طی فرآیند پیشگرم جهت عملیات حرارتی نظیر نرماله، سریع سرد کردن ( Quench ) یا کربن دهی ( Carburizing ) به شمار می رود.  هم چنین در کند سازی تبلور مجدد در طی آستنیته کردن از طریق نورد ترمومکانیکی ناشی از تصفیه دانه بسیار شاخص است.  سایر اثرات برجسته نایوبیم نظیر کاهش دمای تحول آستنیت به فریت توسط اثر کندسازی و یا پتانسیل مؤثر سختی رسوبی، به دلیل حلالیت محدود نایوبیم در آستنیت تنها تا حد مشخصی می تواند مورد استفاده باشد.  بنابر این راه حل بهینه برای دستیابی به خواص مطلوب در فولادها، استفاده ترکیبی از عناصر میکروآلیاژی است.

Reference :

Characteristic Features of Ti.Vand Nb as Microalloy additions to Steel, Niobium Information,No.17,1998.

  • این مقاله در نشریه صنعت خودرو شماره ۵۲، اردیبهشت ماه ۱۳۸۱ به چاپ رسیده است.

عناصر مضر در فولاد

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده جمعه ۸ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : عناصر مضر در فولاد


عناصر مضر از قبیل مس، نیکل، آرسنیک، سرب، قلع، آنتیموان، مولیبدن کرم و غیره در فولاد عناصری هستند که به‌طور ناخواسته وارد ساختار آن می‌شوند و به‌طور معمول برای زدودن آنها از فولاد نیاز به فرآیند‌های متالورژیکی چند مرحله‌ای داریم. وجود عناصر زائد در فولاد می‌تواند تاثیرات مهمی بر خواص مکانیکی آن بگذارد. 

بنابراین روشن است که ما نیاز به شناسایی و تعیین کیفی تاثیرات عناصر زائد در فولاد داریم تا این تاثیرات در محدوده مجاز باقی بمانند. 

عناصر زائد یا حداقل برخی از آنها دارای تاثیراتی بر روی شرایط و روش عملکردی فرآیندهایی از قبیل آنیل کامل دارند و تاثیر این عناصر بر روی تمامی خواص مکانیکی محتمل است. 

باید تفاوت آشکاری بین عناصر زائدی که به‌دلیل وجود آنها در محلول جامد مانند MO,Cr,Ni و Cu تاثیرگذارند و عناصری مانند Sn، As و Sb که دارای تاثیراتی همانند ایجاد جدایش در فصل مشترک هستند (سطحی و مرزدانه‌ای) قائل شویم. 


هیدروژن:

گاز هیدروژن نیز به‌عنوان یک عنصر زائد در فولاد شناخته می‌شود و می‌تواند بسیار مضر باشد. هیدروژن قابلیت حل شدن در فولاد مذاب را دارد و در فاز آستنیت نیز تا حدی حل می‌شود. این گاز در فاز فریت تا حد زیادی غیرقابل حل است و به‌صورت هیدروژن اتمی (+H) از آن خارج می‌شود. به‌طور معمول اگر -H در ورق‌های ضخیم، چکش‌کاری سنگین، خطوط آهن و غیره محبوس شود، هیدروژن بر روی سطح توده‌های سولفید منگنز، تجمع می‌کند. هنگامی که این تجمعات گاز هیدروژن بر روی سطوح تغییر مکان می‌دهند مولکول هیدروژن (H2) می‌تواند تشکیل شود و فشار ناشی از تشکیل آن برای ایجاد ترک‌های داخلی کافی است و از این رو موجب معیوب شدن قطعات می‌شوند. 

در زیر به برخی از تاثیرات محتمل متالورژیکی ناشی از عناصر زائد بر روی شرایط عملکردی و خواص محصولات فولادی اشاره می‌کنیم. 

برخی از تاثیرات احتمالی عناصر زائد به شرح ذیل هستند: 

1. شرایط عملکردی از جمله: 

- وجود عناصری از قبیل : Mo,Cr,Sn می‌تواند بر روی تبلور مجدد و نیروهای نورد در فرآیند نورد گرم تاثیرگذار باشد. 

- وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد می‌تواند بر استحاله فازی آستنیت به فرریت و نیز سختی‌پذیری آن موثر باشد. 

- وجود عناصری همانند Zn و Sn می‌تواند بر روی چکش خواری گرم در طول فرآیند شکل‌دهی گرم تاثیرگذار باشد. 

- عناصر Mo,Cr,Sn بر روی تبلور مجدد در طی فرآیند آنیلینگ موثر هستند. 

2. تاثیر بر روی سطح ظاهری محصولات نورد گرم و ورق اسیدشویی شده به دلیل وجود عناصر Cu,Ni,As,Sn.
ناشی از شکنندگی حرارتی 

- ناشی از احتمال تاثیر مشترک مس و قلع در شکنندگی حرارتی فولاد 

3. شکنندگی مرزدانه‌ها به واسطه وجود عناصر Sb,Sn,As در طی فرآیند نورد تسمه 

- در طی فرآیند ناپیوسته (batch) یا آنیل هم دما (continuous Anealing)فولادهای کربن یا فولادهای سخت (C Steels) 

4. پدیده جدایش فصل مشترک رسوب زمینه به واسطه وجود Sn 

- رشد کامل Ostwald، رشد رسوبی و کنترل ترکیب 

- تاثیرات Sn بر Fe4N، Sn بر MnS و Sb بر TiC

5. وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد بر روی خواص مکانیکی محصول نهایی تاثیر گذار خواهد بود. 

- محصولات تخت نورد گرم و نورد سرد 

- محصولات تخت 

- محصولات طویل 

6. پوشش‌دهی با فرایند غوطه‌‌وری گرم یا فرآیند گالوانیزه کردن 

7. تاثیر بر روی قابلیت جوش‌پذیری فولادهای استحکام بالا ناشی از وجود عناصرMO,Cr,Cu,Ni 

عناصر زائد از ناخالصی‌های موجود در زغال کک، گدازنده قراضه‌ها و این قبیل مواد که وارد فولاد می‌شوند به همین دلیل قراضه آهن همواره به‌عنوان یکی از منابع اصلی عناصر زائد مطرح شده است. 

عناصر زائد رایج موجود در فولاد مس، نیکل، کرم و مولیبدن هستند. حدود قابل قبول برای عناصر زائد در فولاد وابستگی زیادی به کاربرد محصول دارد. 

مشکل اساسی در فرآیند بازیابی فولاد، کنترل مراحل ناخواسته عناصر موجود یا عناصر زائد از نظر تضمین خالص بودن فولاد در کنار کارایی آن است. امروزه اکثر فولادهایی که مورد استفاده قرار می‌گیرند از نوع فولادهای کم کربن یا کم آلیاژ و انواع فولادهای تحت عملیات کششی شدید (Extra Deep Drawing) هستند. خواص این فولادها نسبت به مقدار عناصر زائد و فرآوری ترمومکانیکی بسیار حساس است. 

از آنجایی که محصولات تخت و آرماتورها بسیار مورد اهمیت هستند، در جدول شماره یک مقادیر نمونه برخی از عناصر زائد موجود در فولاد برای خط تولید یک کوره قوس الکتریکی بر حسب درصد وزنی نشان داده شده است. اگرچه تاثیرات عناصر زائد بر روی خواص فولاد ممکن است به‌طور کلی ناچیز به نظر برسد اما برخی اوقات حتی تغییرات جزئی در برخی خواص می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی احتمال معیوب بودن قطعه با نیازهای خاص را افزایش دهد. 

برخی از توافقات کلی درباره تاثیرات عناصر زائد از قبیل Cu, Ni, Cr Mo, Sn و Sb در خواص فولادهای گوناگون در جدول شماره 2 داده شده است. 

از جمله مکانیزم‌های تقویت فولاد شامل: تقویت محلول جامد، ریزدانه کردن، رسوب دهی، مقدار پرلیت، از بین بردن جابه‌جایی‌ها با فرآیند کار سرد و در نهایت استحاله‌های بینیتی و مارتنزیتی، هستند. 

اثر عناصر زائد بر روی خواص کششی فولاد به واسطه تقویت محلول جامد است. وجود عناصر زائد در غلظت کم سبب افزایش استحکام کششی و تسلیم می‌شود که این امر به این دلیل است که محلول جامد می‌تواند بخشی از غلظت محلول بگیرد.

ورق های رنگی

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده جمعه ۸ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : ورق های رنگی

معمولا ورق‌های رنگی به ورق‌هایی گفته می‌شود که روی ورق فولادی پس از آماده‌سازی (Pretreatment) بصورت اتوماتیک و پیوسته چندلایه رنگ مایع پاشیده می‌شود. 

فولاد اندودکاری رنگی آماده‌سازی شده ارزش افزوده بالایی دارد که بهترین خواص لایه‌ای و اندودکاری ارگانیک را داشته و علاوه بر این زیبایی ظاهری زیاد، دوام بالا و مقاومت خوبی در مقابل فرسایش به آن می‌دهد. 


اصول اندودکاری کلاف 

اندودکاری کلاف با اندودکاری کلاف‌های آلومینیوم و فولادها، مرحله‌ای برای تولید محصولات آلومینیومی یا فولادی نیمه نهایی صنعتی برای مصرف در نمای بیرونی ساختمان، ماشین رختشویی و دیگر لوازمات یا کالاهای خانگی است. 

اندودکاری یا پوشش‌دهی در برابر خوردگی یا فرسایش ایجاد مقاومت کرده، رنگ و بافت مقاوم سطحی به ورق می‌دهد. 

پس از آنکه تسمه فلزی اندودکاری شد، پانل‌ها برش داده، شکل‌دهی شده و اندازه می‌شود که پس از آن مرحله بسیار پیچیده‌ای مانند فرآیند کشش عمیق و کلاف‌دهی آغاز می‌شود. 

پوشش‌دهی سطحی باید بتواند در مقابل آسیب‌های مکانیکی، گرمایی، شیمیایی و رطوبت مقاومت باشد. 

بدلیل اینکه یک ساختمان باید در مقابل آثار مخرب باد، باران و نورخورشید مقاوم بوده و در بخش لوازم خانگی سطح آن در معرض انواع استفاده‌های غلط در طول مصرف آن قرار می‌گیرد، پس علاوه بر موارد فوق کلاف‌های اندودکاری شده کاربردهای متفاوت و چندگانه‌ای دارند. 

برای هر ماده و در هر مرحله‌ای از مراحل مختلف تولید یک دانش فنی شناخته شده‌ای وجود دارد که نمایانگر دانش کنونی در مورد مواد مختلف و فرآیند آن است. 


رنگ 

سال‌هاست که صنعت ساختمانی و تولیدکنندگان لوازم خانگی، روند خودروسازان یعنی کاربرد رنگ‌های متالیک را دنبال می‌کنند. 

با توجه به اینکه از نظر تاریخی این رنگ‌ها فقط در اندودکاری لایه بیرونی (topcoats) پلی‌استر، پلی اروتان یا پلی وینی لیدین فلوراید (PVDF) استفاده می‌شوند، یک فرآیند با فرمول خاص رنگ‌های متالیک درخشانی را ایجاد می‌کند، علاوه بر این برای پلاستیسول PVC کاربرد دارد. 


لایه‌های زیرین 

اندودکاری رنگی روی لایه‌های متعددی انجام می‌شود که محصولات اقتصادی و کیفی تولید شود تا لایه بیرونی با شرایط محیطی تناسب داشته یا مقاومت باشد. لایه‌هایی که معمولا در روش اندودکاری استفاده شده، به شرح زیر هستند: 

ـ فولاد گالوانیزه گرم غوطه‌ور 

ـ فولاد الکترو گالوانیزه 

ـ گالوالیوم 

ـ ورق‌های گالبو 

ـ آلومینیوم 

برای انتخاب نوع درست اندودکاری لایه باید هر ماده‌ای که مصرف و در هر مرحله اتخاذ شده را در مراحل مختلف تولید بشناسیم. 

تولیدکننده باید دانش و آگاهی کافی در مورد ماده و فرآیند آن داشته باشد. 


آماده‌سازی 

آماده‌سازی لایه مهم‌ترین عملیات لازم برای چسبندگی و قابلیت شکل‌پذیری ورق‌های فولادی قبل از مرحله پوشش‌دهی با رنگ است. 

مهم‌ترین تولیدکنندگان ورق‌های رنگی در هند به جای اندودکاری با فسفات روی ورق گالوانیزه از تکنولوژی No-Rinse (بدون شست‌وشو) استفاده می‌کنند، (چون برای نگهداری یا شست‌وشو و ساختار کاملا یکپارچه اندودکاری آن بهتر است و همچنین می‌تواند به تقاضای مصرف‌کنندگان نهایی برای قابلیت انعطاف‌پذیری بیشتر ورق اندودکاری شده پاسخ دهد. 

آماده‌سازی اندودکاری No-Rinse یک لایه بسیار نازک از عملیات شیمیایی است که سطح اندودکاری فولاد را به لایه رنگ بعدی می‌چسباند تا چسبندگی مطلوب، ضدفرسایش و مقاومت یا دوام لایه فولاد افزایش پیدا کند. 


زیرچسب‌ها (Primer) 

پس از آماده‌سازی زیرچسب یکنواختی روی سطح آماده شده به‌کار می‌رود. زیرچسب انعطاف‌پذیری سیستم رنگ را بالا برده و موجب افزایش زیاد مقاومت در برابر فرسایش می‌شود، چون عوامل ضدفرسایشی دارد. زیرچسب در کوره‌ای که درجه حرارت آن دقیقا قابل کنترل است، پخته می‌شود. 

با توجه به رزین‌های مختلف مانند اپوکسی، پلی‌استر، پلی اورتان و PVC زیرچسب‌های گوناگونی وجود دارد. زیرچسب اپوکسی برای پوشش سقف‌ها مناسب است، چون رنگدانه کرومات دارد. 


اندودکاری کرومات و اندودکاری کلاف بدون کرومات 

از نظر تاریخی ترکیبات کرومیوم مهم‌ترین عوامل ضدخوردگی در رنگ‌های اندودکاری کلاف و آماده‌سازی است. معمولا در یک سیستم دو لایه اندودکاری شامل یک لایه یا پوشش بیرونی و یک زیرچسب روی سطح فلز آماده شده، به‌کار گرفته می‌شود. 

در گذشته اکثرا زیرچسب‌های اندودکاری کلاف ترکیبات کرومیوم مانند استرونیتوم و کرومات روی دارند تا مقاومت ضدخوردگی لازم محصول نهایی بدست آید. ترکیبات کرومیوم هگزاولنت (کرومیوم 6) بعنوان یک اتصال‌دهنده شیمیایی ـ الکترونیکی عمل می‌کند که می‌تواند مانع واکنش‌هایی روی بیشتر سطوح شود، اما ترکیبات کرومیوم هگزاولنت در اندودکاری صنعتی فلزات کاربرد وسیعی دارد که بعنوان سرطان‌زا (طبقه‌بندی یک و 2) و نیز بعنوان ماده سمی و خطرناک برای محیط‌زیست (براساس اصلاحیه نهم، بیست و هشتمین انطباقیه پیشرفت فنی دستورالعمل مواد خطرناک EEC) طبقه‌بندی شده است. در حقیقت زمانی‌که رنگدانه‌ها در غشاء نازک رنگ رسوب می‌کنند، خطراتی سلامتی انسان را به‌طور جدی تهدید نمی‌کند، اما باید خطرات مربوط به تولید این مواد در هر مرحله از عمر آن و هر فرآیند مورد توجه قرار گیرد. 


جایگزین‌ها 

در چارچوب برنامه توسعه پایدار و مراقبت مسئولانه، در اوایل دهه 1980 اندودکاری BASF شروع به کشف گزینه‌هایی به جای رنگدانه‌های کرومات سمی کرد. از ابتدا مشخص بود که یک جایگزین برای زیرچسب‌های محتوی کرومات نه تنها بدون کرومات بود بلکه باید خود را با عملکرد رقبای حامل کرومات خود منطبق کرده یا از آن پیشی بگیرد. تا دهه 1980 این شرایط برای لوازم خانگی برقرار نبود، چون شرایط آب و هوایی متفاوت بوده و نیاز به شرایط ضدزنگ‌زدگی در داخل خانه نسبت به پانل‌هایی که خارج از فضاهای سرپوشیده استفاده می‌شوند کمتر است. 

تا سال 1992، اولین نسل آسترها یا زیرچسب‌های بدون کرومات معمولی برای کاربردهای خارجی در سال 1995 به‌کار گرفته شد که یک دستاورد مهم دیگر محسوب می‌شود. 

زیرچسب معمولی بدون کرومات BASF روی سطوح فولادی گالوانیزه نتایج بسیار بهتری را نسبت به اندودکاری آماده شده بدون کرومات و با کرومات نشان داد. تطابق پیوسته و بهینه‌سازی در سال‌های بعدی منتج به بهبود بیشتر شد. 

سیستم رزین اصلی زیرچسب‌های بدون کرومات شامل ترکیبی از پلی‌استر با وزن مولکولی بالا و رزین‌های اپوکسی هستند که در یک سیستم براساس آمینورزین‌ها دارای اتصال متقاطعی هستند. علاوه بر این، رنگدانه نه تنها بدون کرومات بوده بلکه همچنین عاری از هر فلز سنگین دیگری یا مواد سرطان‌زا است. 

براساس نظریات کارشناسان، صنعت ساختمانی تا حدی محافظه‌کار است و باید از مزیت‌ها و مزایای عملکرد بلندمدت استفاده از اندودکاری بدون کرومات مطمئن شود. این به نفع اندودکاران کلاف خواهد بود که به سمت استفاده از اندودکاری کلاف بدون کرومات حرکت کرده و نتایج کار را پیگیری کنند. 


پوشش بیرونی 


پس از آماده‌سازی سطح آستر یا زیرچسب بصورت یکنواختی لایه ضخیمی را پوشش داده و سپس در کوره پخته می‌شود. 

لایه رویی شامل ترکیبی از رنگدانه‌های متفاوت و افزودنی‌ها است که رنگ لازم ورق‌های رنگ‌اندود را مشخص می‌کند و دیگر خواص مانند مقاومت ماوراء بنفش را بوجود می‌آورد. محصولات اندودکاری شده پس از این مرحله قبل از روشن شدن کاربردهای بیشتر دقیقا تست می‌شوند. 

عمدتا بازارهای پوشش سقف‌ها و ساختمانی برای ورق‌های اندودکاری رنگی از پوشش‌های بیرونی استفاده می‌کنند که روی پلی‌استر، پلی وینیلندن فلوراید (PVDF)، پلی‌استر سیلیکون اصلاح شده (SMP) و پلاستیسول برای اقتصادی بودن و دوام پوشش داده می‌شود. 


مزیت‌های پوشش رنگ روی فولاد گالوانیزه 

زمانی‌که رنگ و فولاد گالوانیزه با یکدیگر استفاده می‌شوند، سیستم کنترل ضدزنگ به‌کار گرفته شده به تنهایی به هر کدام از سیستم‌های به‌کار رفته برتری دارد. اندودکاری گالوانیزه از فولاد زیرین یا پایه حفاظت می‌کند، حفاظت از کاتد یک و ماده حایل را برقرار کرده و از میزان رنگ به حدی کم می‌شود که به مصرف روی اضافه شده و به عمر فولاد گالوانیزه نیز می‌افزاید. 

زمانی‌که رنگ تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار گرفته و آسیب می‌بیند، روی موجود یک حفاظت کاتدی و ماده حایل را ایجاد می‌کند و پس از رفتن پوسته رنگ مانع زنگ‌زدگی فولاد می‌شود. بدلیل این اثر مکمل برای اندودکاری دوبلکس، از نظر کمی خاصیت ضدزنگ تولید شده 5/1 تا 5/2 برابر طولانی‌تر از طول عمر روی و رنگی است که مجزا استفاده می‌شود، بعنوان مثال اگر عمر اندودکاری گالوانیزه روی فولاد به حدود 15 سال برسد و طول عمر اندودکاری رنگ روی فولاد تقریبا 5 سال باشد، اگر اندودکاری گالوانیزه و رنگ هر دو همزمان استفاده شوند، عمر آن به 35 سال خواهد رسید که 7/1 برابر جمع هر سیستمی است که به تنهایی استفاده می‌شود. 


انسجام سطحی 


توپوگرافی اندودکاری سطحی یک عنصر طراحی بسیار مهمی است، کاربرد کلاف (Roll) اندودکاری در واقع منتج به یک سطح صافی در فرآیند اندودکاری می‌شود، بنابراین در دهه 1980 زمانی‌که تولیدکنندگان لوازم خانگی به استفاده از پانل‌های پیش‌اندودکاری شده با ترکیبی از قطعات اسپری شده روی آوردند، یک عدم تطابق در ظواهر سطحی وجود داشت. فرآیند اندودکاری ضرورت داشت که نشان دهد فرآیند رنگ‌کاری با استفاده از اسپری از جمله اثر پوست تمساحی یا پرتقالی انجام شده بود بنابراین با بکارگیری آستر یا زیرچسب بافت مخصوص مقابله که با یک پوشش بیرونی مطابق با زیرچسب بود از روی آن مجددا اندودکاری شد. به هرحال در ابتدا به کوشش‌های زیادی نیاز بود تا بتوان به بافتی با قابلیت تولید مجدد دست یافت، اما در اواسط دهه 1990 پس از تلاش‌های لازم ابداعات و فناوری‌های جدیدی به‌کار گرفته شد که در حال حاضر بصورت استاندارد برای اندودکاری کلاف در اروپا و کشورهای صنعتی جهان از آن استفاده می‌شود. 

علاوه بر جنبه‌های طراحی آن، بافت سطح کلاف نیز در فرآیند مزیت‌هایی را ارایه می‌دهد. خواص اصطکاک در قالب‌ها کمتر از اندودکاری صاف سنتی است، علاوه بر این سطح قوی‌تر است و به آسانی در فرآیند مونتاژ صدمه نمی‌بیند. 


نتیجه‌گیری 

ورق‌های رنگی بسیار پرارزش بوده و بهترین خواص اندودکاری لایه‌ای را داشته و ظاهری زیبا و پردوام دارد که در مقابل زنگ‌زدگی مقاوم است. تولیدکنندگان هندی ورق رنگی از پیشرفته‌ترین فناوری‌ها استفاده می‌کنند. 

این فناوری استفاده از فرآیندهای بدون کرومات در آماده‌سازی و رنگ‌های اندودکاری کلاف است. این ورق‌ها بیشتر در صنایع ساختمانی و لوازم خانگی کاربرد پیدا می‌کند چون اقتصادی بوده و با محیط‌زیست سازگارتر است.

 

http://rikhtegari.net

عیوب ریخته گری

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده جمعه ۸ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : عیوب ریخته گری

تحقیق به عمل آمده شامل تعدادی از عیوب قطعات آلومینیومی تحت فشار می باشد و سعی بر آن شده که عیبهای مهم آن از جمله
عیب سرد جوشی - عیب نیامد – عیب مک های گازی - عیب مک های انقباضی– عیب آبلگی – عیب مک های سوزنی ( ریزمک ) – عیب ترک خوردگی – عیب سخت ریزه و عیب قطره های سرد مورد بررسی و چاره جوئی قرار گیرد . قابل ذکر است نیاز امروزی صنعت به کیفیت های بالاتر ایجاب می کند که تولید کنندگان به سطوح جدیدی از کیفیت و بازده تولید دست یابند و اگر چه این نوع ریخته گری محدودیتهایی دارد اما ثابت شده که با بکارگیری اصول مهندسی کارآیی آن به خوبی بسیاری از فرآیندهای دیگر خواهد بود و باعث بالابردن سطح کیفیت موجود خواهد شد .



یک عیب در دایگست همیشه قراردادی است زیرا به نوع استفاده و نحوه برداشت هر مشتری از عملکرد و کارآیی قطعه بستگی دارد بنابراین آنچه برای یک مشتری عیب محسوب می شود ممکن است برای مشتری دیگر نقطه ضعف به حساب نیاید تعریف این که چه چیز عیب محسوب می شود به عهده مشتری است و مسأله اصلی نیازهای خاص هر قطعه می باشد .


مقدمه و تاریخچه
دایکاست یا ریخته گری تحت فشار عبارت است از روش تولید قطعه از طریق فلز مذاب و تحت فشار به درون قالب که پس از بسته شدن قالب ، مواد مذاب به داخل یک نوع پمپ یا سیستم تزریق هدایت شود سپس در حالیکه پیستون پمپ مواد مذاب را با سرعت از طریق سیستم تغذیه قالب به داخل حفره می فرستد ، هوای داخل حفره از طریق سوراخهای هواکش خارج می شود . این پمپ در بعضی از دستگاهها دارای درجه حرارت محیط و در برخی دیگر دارای درجه حرارت مذاب می باشد .
از ابتدای قرن 20 کاربرد قطعات ریخته گری آلومینیوم رشد خود را آغاز نمود اولین محصولات آلومینیوم مختص به وسایل آشپزخانه و قطعات تزئینی بود بعد از جنگ جهانی دوم رشد سریعی در صنعت ریخته گری آلومینیوم بوقوع پیوست و علت اصلی آن نسبت وزن / استحکام عالی آلیاژهای al بود .
از سال 1945 به دلیل توسعه صنایع ریخته گری تزریقی ، میزان مصرف و کاربرد آلومینیوم ریختگی شدیدا ً افزایش پیدا نمود و بیشترین آن در صنایع اتومبیل سازی بود بخصوص در کشورهایی مثل ژاپن سرعت رشد مصرف آلیاژهای al به صورت صعودی رو به افزایش بوده است که از طریق مواد آلومینیوم می تواند وزن اتومبیل را کاهش دهند .



بررسی انواع عیوب ریخته گری در قطعات آلومینیومی ریختگی تحت فشار وبررسی جلوگیری از ان
عیب سرد جوشی
سردجوشی عبارت است از برخورد دو جبهه از فلز مذاب اکسید شده که باعث ناپیوستگی در قطعه ریخته شده می شود . در صورتی که انجماد فلز خیلی پیشرفته باشد اتصال دو جبهه مذاب بطور کامل انجام شده و سردجوشی به صورت کشیدگی در قطعه ظاهر می شود .
نحوه ایجاد عیب سرد جوشی
سردجوشی نتیجه تقسیم شدن موج مذاب در طول پر شدن قالب می باشد این تقسیم شدن می تواند در اثر وجود یک مانع در راه عبور مذاب ( پین یا ماهیچه ) باشد و یا در اثر یک انسداد ناشی از جاری شدن به صورت جت می باشد حضور اکسید در فلز مذاب قبل از ریخته گری پدیده سردجوشی را شدیدتر می نماید
عیب نیامد
نیامد عیبی است که در اثر نرسیدن مذاب به قسمت هایی از قطعه ایجاد می شود این عیب می تواند در نواحی نازک قطعه ایجاد شود و از نظر ظاهری به عیب سردجوشی شبیه است
نحوه ایجاد عیب نیامد
عیب نیامد نتیجه تقسیم شدن جبهه مذاب در حین پر شدن قالب است فلز خیلی سرد بوده و یا زمان پر شدن قالب خیلی طولانی می باشد و یا حتی ممکن است جهت حرکت مذاب در قالب در حین پرشدن قالب نامناسب باشد به طوری که مذاب مسیر طولانی را برای رسیدن به هدف بپیماید در این حال قبل از اینکه قالب توسط مذاب پر شود انجماد آغاز شده و نیامد ایجاد می شود.
عیب مک های گازی
این عیب به صورت مک هایی با دیواره صاف ظاهر می شود که شکل کروی داشته و با سطح خارجی نیز ارتباطی ندارند سطح داخلی این مک ها معمولا ً براق بوده اما گاهی ممکن است تا حدودی اکسیده نیز شده باشد که بستگی به منشأ ایجاد مک ها دارد .
نحوه ایجاد عیب مک های گازی
الف ) حبس هوا در حین پر شدن قالب : پرشدن قالب های ریخته گری تحت فشار معمولا ً به صورت تلاطمی انجام شده و این تلاطم باعث حبس هوا در قالب می شود .
ب) حبس هوا در محفظه نگهدارنده مذاب : در ماشین های محفظه سرد در هنگام اولین فاز تزریق ذوب هوا می تواند وارد مذاب شده و در هنگام پر شدن قالب هوا در بخش های زیادی از مذاب محبوس گردد .
پ) حبس گاز در محفظه سیلندر تزریق : این حالت در اثر تبخیر و یا تجزیه ماده حلال موجود در روانساز پیستون ایجاد می شود در نتیجه در هنگام ورود مذاب به این قسمت ها باید ماده روانساز به صورت خشک باشد .
ت) حبس گاز از طریق مواد مذاب : همان فرآیند ذکر شده در فوق می باشد که ناشی از تبخیر ناقص روانساز قالب و یا تجزیه آن هنگام رسیدن مذاب می باشد .
ث) آزاد شدن گاز حل شده در فلز مذاب : آلومینیوم و آلیاژهای آن به راحتی آب و دیگر ترکیبات هیدروژن دار ( مانند روغن و گریس ) را تجزیه می نمایند هیدروژن آزاد شده در هنگام این تجزیه در فلز حل شده و هر چه دما باشد میزان ورود هیدروژن به فلز نیز بیشتر خواهد بود برعکس حلالیت هیدروژن درآلومینیوم در حالت جامد عملا ً ناچیز است در نتیجه در حین انجماد هیدروژن حل شده در مذاب آزاد شده و ایجاد سوراخ های ریز می نماید .
عیب مک های انقباضی :
مک های انقباض به صورت حفره با فرم و اندازه متغیر می باشند این مک ها بر عکس مک و حفره های گازی سطوح صاف و براق نداشته و کم و بیش حالت کندگی و سطوح دندریتی دارند .
نحوه ایجاد عیب مک های انقباضی
در هنگام انجماد فلز دچار انقباض حجمی گردیده و در صورت عدم وجود فلز مذاب جبران کننده انقباض ، این انقباض به صورت یک یا چند حفره ظاهر می گردد این حفره ها می توانند در سطح قطعات ریختگی ظاهر شوند ( مثلا ً در مواردی که مذاب در شمش ریزی منجمد می شود ) و یا برعکس به صورت بسته در داخل قطعه محبوس گردند که معمولا ً در ریخته گری تحت فشار مشاهده می شود .
عیب آبلگی
عیب آبلگی همانند حفره های گازی است اما در سطح قطعه ظاهر می شود همچنین در مورد قطعات نازک این عیب می تواند در دو سطح قطعه نیز ظاهر شوند .

طریقه ایجاد عیب آبلگی
روش ایجاد آبلگی همانند ایجاد عیب حفره های گازی است ولی در این مورد آزاد شدن هیدروژن حل شده بر خلاف ایجاد حفره های گازی ، به صورت غیر کافی انجام می گیرد در این حال در صورتی که درجه حرارت قطعه در هنگام باز کردن قالب بیش از حد بالا باشد مقاومت مکانیکی آلیاژ بسیار ضعیف بوده و حفره های گازی ایجاد شده تحت فشار فوق العاده قوی موجب تغییر شکل قطعه در نواحی نزدیک سطح می شوند همچنین در صورت نازک بودن قطعه نسبت به قطر حفره گازی نیز عیب فوق به وجود می آید
عیب مک های سوزنی ( ریزمک)
ریز مک های سطحی به صورت سوراخ های بسیار ریز ( چند صدم میلی متر ) و اغلب به صورت گروهی مشاهده می گردند .
نحوه ایجاد عیب مک های سوزنی
الف ) حبس گاز : در این مورد تاول های ریزی به وسیله حباب های گازی که در نواحی بسیار نزدیک سطح محبوس گردیده اند ایجاد می شود .
ب) اکسیدها : اکسیدهای موجود در فلز نیز می توانند عیب فوق را ایجاد نمایند .
عیب ترک خوردگی
عیب ترک خوردگی به صورت ایجاد ترک های کم و بیش نازک و عمیق ظاهر می شود در برخی موارد این ترک ها می توانند حتی ضخامت قطعه را نیز طی نمایند.



نحوه ایجاد عیب ترک خوردگی
این نوع ترک ها بین دانه ای بوده و به فرم های غیرمنظم می باشند این ترک ها هنگامی ایجاد می شوند که آلیاژ در انتهای انجماد تحت تنش باشد . در اغلب موارد خطر ایجادترک در نواحی از قطعه که مستعد ایجاد تنش می باشند و در نقاط گرم بیشتر است .
عیب سخت ریزه
این عیب به صورت ناهنجاری ساختاری و یا حضور اجسام خارجی می باشد که در حین ساخت و یا فرسایش و یا شکست ابزار برش ایجاد می شوند .
نحوه ایجاد عیب سخت ریزه
عیب سخت ریزه در ریخته گری تحت فشار می تواند مبدأ متفاوتی داشته باشد .
الف ) ترکیبات بین فلزی
الف – 1 – ترکیبات m-Al(Fe,Mn)Si
این ترکیبات بر روی برش های قطعات به صورت سوزن های کوتاه دیده می شود که در حقیقت به صورت ذرات بریده مشاهده می شود .
الف – 2 – ترکیبات x-Al(Fe,Mn)Si
این ترکیبات به فرم خطوط چینی ریز مشاهده می شوند این ترکیبات نسبت به ترکیبات قسمت قبل (m-Al(Fe,Mn)Si) بر روی خواص مکانیکی ضرر کمتری داشته و در فرآیند ساخت عملا ً مشکلی را ایجاد نمی نمایند .
الف – 3 – ترکیبات c-Al(Fe,Mn)Si
این ترکیبات به شکل بلورهای چند وجهی با طول متغیر می باشند این نوع ترکیبات هنگامی ایجاد می شوند که درجه حرارت حمام مذاب به کمتر از حد معینی باشد که این حد بستگی به مقدار آهن ، منگنز و کروم در آلیاژ دارد .
ب) اکسیداسیون ، واکنش با دیرگدازه ها
آلیاژهای آلومینیوم مخصوصا ً در حالت مایع طبیعتا ً بسیار اکسید شونده هستند روی حمام آلیاژ مذاب معمولا ً لایه ای از اکسید آلومینیوم ایجاد می شود که به آن اکسید آلومینیوم گاما می گویند این لایه به شدت محافظت کننده است اما طی چند ساعت یا چند ده ساعت به اکسید آلومینیوم آلفا تبدیل می شود سرعت تبدیل تابعی از درجه حرارت می باشد از طرفی سرعت اکسیداسیون همچنین به حضور برخی عناصر آلیاژی و از همه مهم تر در ریخته گری تحت فشار بستگی به حضور فلز روی در آلیاژ دارد .
پ) ذرات خارجی
آزمایش سیستماتیک بر روی تعداد زیادی از نمونه ها به کمک میکروسکوپ الکترونیکی نشان داده اند که اغلب ذرات خارجی موجود در قطعات ، متشکل از ذرات دیرگدازنشان داده اند که اغلب ذرات خارجی موجود در قطعات ، متشکل از ذرات دیرگداز ،(احتمالا ً با شکل تغییر یافته در اثر واکنش با آلومینیوم و یا ذرات بوته ) می باشند .


عیب قطره های سرد
قطرات سرد به صورت طبله های کم و بیش کروی به صورت محبوس در روی قطعه ظاهر می شوند واغلب موارد نیز قابل حل شدن و ایجاد پیوستگی ساختاری با فلز اطراف خود نمی باشند تنها راه تشخیص این عیوب ، بررسی ریز ساختار آنها می باشد .
نحوه ایجاد عیب قطره های سرد
قطرات سرد قسمت هایی از فلز هستند که به سمت دیواره های قالب و یا ماهیچه پاشیده شده اند و بلافاصله نیز منجمد گردیده اند بدون آنکه بتوانند توسط مذاب بعدی حذف گردند این قطرات منجمد در داخل قطعه محبوس شده ، بدون آنکه ذوب مجدد شده باشند این قطرات فقط باعث ایجاد یک غیرهمگونی در ساختار فلزی می شوند .

طبقه بندی علل عیوب قطعات آلومینیومی ریختگی تحت فشار
علل عیب سرد جوشی
عدم تنظیم حرکت پیستون تزریق
طرح نامناسب سیستم مذاب رسانی
پایین بودن سرعت دومین فاز مرحله تزریق
بیش از حد بودن مقدار مذاب تزریق شونده
سرد بودن قالب
سرد بودن مذاب هنگام تزریق
کوتاه بودن کورس ( زمان ) دومین مرحله تزریق

علل عیب مک های گازی
طرح نامناسب سیستم مذاب رسانی
کم بودن سرعت دومین مرحله تزریق
بالا بودن سرعت دومین مرحله تزریق
طولانی بودن زمان مرحله تزریق
مشکل قالب گیری
عدم وجود هواکش به میزان کافی در قالب
کیفیت نامناسب مذاب ( تمیز نبودن یا حضور اکسیدها
عدم تنظیم سرعت مرحله اول تزریق



علل عیب مک های انقباضی
فشار نامناسب مرحله سوم ( تزریق
عدم تنظیم حرکت پیستون تزریق
طرح نامناسب سیستم مذاب رسانی
سرعت خیلی پایین مرحله دوم تزریق
گرم بودن قالب
کیفیت نامناسب مذاب ( تمیز نبودن یا حضور اکسیدها

علل عیب آبلگی
عدم تنظیم حرکت پیستون تزریق
سرعت پایین مرحله دوم تزریق
بالا بودن سرعت مرحله دوم تزریق
طولانی بودن زمان مرحله دوم تزریق
مشکل قالب گیری
عدم وجود هواکش به اندازه کافی در قالب
کیفیت نامناسب مذاب ( تمیز نبودن یا وجود اکسیدها
عدم تنظیم سرعت مرحله اول تزریق
علل عیب مک های سوزنی
طرح نامناسب سیستم مذاب رسانی
طولانی بودن زمان مرحله دوم تزریق
زمان نامناسب قالب گیری
عدم وجود هواکش به میزان کافی در قالب
کیفیت نامناسب آلیاژ مذاب ( تمیز نبودن یا وجود اکسیدها
عدم تنظیم سرعت مرحله اول تزریق
علل عیب ترک خوردگی
نامناسب بودن عمل تزریق
فشار نامناسب مرحله سوم تزریق
گرم بودن قالب
گرم بودن مذاب تزریق شونده
مشکل قالب گیری
کیفیت نامناسب مذاب ( تمیز نبودن یا وجود اکسیدها
علل عیب سخت ریزه
نامناسب بودن ترکیب شیمیایی آلیاژ
نامناسب بودن زمان انجماد
وجود ترکیبات بین فلزی در آلیاژ
اکسید شدن آلیاژ و واکنش با دیرگدازه ها
وجود هر گونه ذرات خارجی در آلیاژ
علل عیب قطرات سرد
عدم تنظیم حرکت پیستون تزریق
طرح نامناسب سیستم مذاب رسانی
پایین بودن سرعت مرحله دوم تزریق
سرد بودن مذاب تزریق شونده
کوتاه بودن زمان مرحله دوم تزریق



بررسی روش های جلوگیری از ایجاد عیوب در قطعات آلومینیومی ریختگی تحت فشار
مشکلات تزریق : مشکلات مربوط به تزریق مذاب منجر به ایجاد ترک در حد قابل توجهی می شوند به خصوص هنگامی که بیرون اندازه ها به طور موضعی روی قطعه فشار وارد کرده و قطعات هنگام خروج دچار تغییر شکل شوند در این حال فشار زیادی بر قطعات وارد شده و منجر به شکست یا ایجاد ترک می گردد جهت حل این عیب سه راه حل وجود دارد .
الف ) کوتاه کردن بیرون اندازه ها .
ب) افزایش ضخامت راهگاه در محل تماس با قطعه .
پ) بازبینی نحوه توزیع بیرون اندازه ها روی قطعه و یا افزایش قطر آنها .
اضافه فشار یا زمان بالا آمدن ذوب : تأثیر فشار اضافی در فاز سوم با دو فاکتور در ارتباط می باشد مقدار فشار اعمال شده و تأخیر در کاربرد این فشار
الف ) مقدار فشار اعمال شده : فشار اضافی اثر مطلوبی بر کاهش عیوب به ویژه در مورد مک های انقباضی به وسیله اعمال فشار در فاز یوتکتیکی دارد در این حال تأثیر این فشار اضافی بر روی حفره های گازی کمتر محسوس می باشد حداکثر فشار قابل اعمال بستگی به نیروی بسته شدن قالب دارد .
ب) تأخیر در اعمال فشار : با ایجاد تأخیر در اعمال فشار اضافی در مرحله سوم ریخته- گری تحت فشار ، انجماد سریعا ً انجام می پذیرد به همین دلیل لازم است فشار مرحله سوم بلافاصله پس از پر شدن قالب اعمال گردد در غیر این صورت قسمت های نازک قطعات منجمد گردیده و مانع هر گونه انتقال فشار بر بقیه قسمت های قطعه می گردد .
گریپاژ یا توقف نابهنگام پیستون تزریق : حرکات ناگهانی پیستون تزریق عامل ایجاد انواع عیوب است از جمله سرد جوشی ، نیامد، مک های انقباضی و حتی عیب قطرات سرد ، گریپاژ پیستون به راحتی قابل تشخیص است به شرط آنکه منحنی جابجایی و فشار آن را در اختیار داشته باشیم .
منشأ گریپاژ پیستون اغلب در سرد شدن نامناسب پیستون بوده که خود دو علت دارد .
الف ) کارکرد نامناسب سیستم خنک کننده پیستون تزریق .
ب) دبی غیر کافی آب که ، نیاز به بازبینی و رگلاژ دارد .
از طرفی علت های دیگری نیز جهت گریپاژ پیستون وجود دارند :
الف ) سرد شدن بیش از حد پیستون تزریق
ب) بسته شدن شیر تزریق و یا دیگر عیوب مربوط به سیستم هیدرولیک
پ) گرفتگی فلر در سیلندر تزریق
ت) طرح سیستم تغذیه قالب
چند عامل جهت نامناسب بودن قالب را می توان ذکر نمود :
الف ) روش طراحی – سیستمی که از طریق تجربی طراحی شده باشد و یا حتی بدتر از آن طراحی بدون محاسبه موجب ایجاد عیوب می گردد .
ب ) کوتاه بودن طول راهگاه ورودی مذاب – در این حال برخی نقاط قطعه به سختی از مذاب تغذیه شده و یا برعکس موجب چرخش مجدد مذاب در داخل قالب می گردد .
پ) تعداد بیش از حد راهگاه ورودی مذاب – در صورتی که قطعه توسط مقدار بیش از حد راهگاه ورودی مذاب پر شود (3 و یا بیشتر ) و فاصله آنها زیاد باشد در طول پر شدن قالب خطر جوش خوردگی نا مناسب وجود دارد ( عیوب سردجوشی و نیامد )
ت) نوع سیستم راهگاهی برای قطعه ریختگی نامناسب باشد فرم قطعه یک پارامتر مهم جهت انتخاب سیستم راهگاهی به بهترین شکل ممکن به منظور پر شدن صحیح قالب می باشد .
میزان کردن نامناسب ذوب با مقدار بیش از حد ذوب : مقدار نامناسب مذاب عامل مهمی در پیدایش عیوب است در نتیجه هنگامی که مذاب در حد بیش از اندازه در داخل محفظه ریخته شود پر شدن قالب در همان مرحله اول تزریق انجام شده و فلز به طور غیر عادی سرد می شود و عیوب سرد جوشی و یا نیامد انجام می شوند .
سرعت پایین مرحله دوم تزریق : جهت پرکردن قالب در شرایط بهینه لازم است که مذاب به حالت پودری در قالب جاری شود در این حال فلز به صورت قطرات ریزی در آمده که موجب کاهش خطر حبس هوا در قالب می شوند این امر از ایجاد حفره های گازی ، آبلگی ، زیر حفره ، نیامد و کشیدگی جلوگیری می نماید
در برخی موارد در قطعاتی که ضخیم باشند این مزیت وجود دارد که قالب می تواند با سرعت مرحله دوم کمتری پر شود در اکثر قریب به اتفاق قطعات ریختگی تحت فشار ، سرعت مرحله دوم بالایی لازم است .
سرعت مرحله دوم تزریق بیش از حد زیاد باشد : اگر سرعت حرکت پیستون تزریق بیش از حد زیاد باشد سرعت تزریق مذاب در قالب و در نتیجه سرعت پر شدن قالب نیز بیش از اندازه خواهد بود در ریخته گری تحت فشار عملا ً دو سیستم جریان مذاب مشاهده می شود .
اول سیستم فورانی (جت ) که برای پر شدن قالب و سلامت داخلی قطعات مضر می باشد این مسئله در سرعت های بیش از حد پایین مرحله دوم تزریق مشاهده می شود .
دوم سیستم اسپری شدن مذاب است که بهترین حالت ممکن را جهت رسیدن به سرعت کافی تزریق مذاب به دست می دهد ( بستگی ضخامت راهگاه ورودی مذاب دارد ) با وجود این در محدوده سیستم اسپری شدن مذاب برای سرعت های نسبتا ً بالا یک سری مشکلات نیز ممکن است ایجاد شوند در نتیجه هنگامی که سرعت مرحله دوم تزریق خیلی زیاد است هوای داخل قالب زمان لازم برای خروج از محفظه قالب را نداشته و می تواند منجر به ایجاد عیوب حفره های گازی و سوزنی شدن گردد در این حال لازم است که سرعت مرحله دوم تزریق کاهش یابد .
باید خاطر نشان شود که سرعت بیش از حد مرحله دوم تزریق در برخی موارد منجر به فرسایش شدید قالب نیزمی شود که عمر قالب را کوتاه می نماید .
سرد بودن قالب : سرد بودن قالب موجب ایجاد عیوب مختلفی می شود راه حل های مختلفی جهت جلوگیری از آن می توان پیشنهاد نمود .
الف ) کاهش میزان روغن کاری
ب) افزایش آهنگ تولید (در صورت امکان )
پ) افزایش دمای مذاب تزریق شونده به منظور افت حرارتی قالب
ت) افزایش زمان انجماد به منظور کاهش اتلاف حرارتی قالب
بیش از حد گرم بودن قالب :
هنگامی که قالب بیش از حد گرم باشد چندین راه قابل ارائه هستند .
الف ) افزایش میزان روغن کاری ، چون روغن کاری موجب سرد شدن قابل توجه قالب می گردد .
ب) کنترل شرایط سرد وگرم شدن قالب .
پ) کاهش سرعت تولید .
سرد بودن بیش از حد مذاب در حین تزریق : به منظور کاهش خطر ایجاد عیوب ریخته گری مانند سردجوشی ، نیامد ، ترک خوردگی و قطرات سرد باید مذاب در منطقه بالای سولیدوس بوده و این مسأله در تمام مرحله پر شدن قالب رعایت شود در صورت سرد بودن بیش از حد مذاب ، چندین راه حل وجود دارند که عبارتند از :
الف ) افزایش دمای مذاب در کوره نگهدارنده با وجود این نباید بالاتر از محدوده c 710 باشد .
ب) کاهش زمان انتقال مذاب ازکوره ذوب به کوره نگهدارنده به منظور کاهش اتلاف حرارتی در ملاقه و ریختن فلز گرم تر به داخل کوره های نگهدارنده .
پ) کاهش زمان نگهداری مذاب پیش از بارریزی ، زیرا مذاب در کوره نگهدارنده مرتبا ً سردتر می شود .
ت) در انتها مؤثرترین راه حل را می توان کاهش زمان پر شدن قالب عنوان کرد .
گرم بودن بیش از حد مذاب در هنگام تزریق : مذاب بیش از حد گرم در هنگام تزریق می تواند باعث ایجاد عیوبی نظیر ترک خوردن ( فلز بیش از حد گرم در حین تزریق می تواند تغییر شکل دهد ) و یا کشیدگی انقباضی گردد ( به علت افزایش درجه حرارت قالب ) برای رفع این مسأله دو راه حل وجود دارد که عبارتند از :
الف ) کاهش درجه حرارت مذاب در کوره نگهدارنده ، البته نباید دما را بیش از حد کاهش داد زیرا در این صورت عیوب دیگری مانند سردجوشی و ... به وجود خواهند آمد .
ب) افزایش زمان پر کردن قالب هدف از این کار از بین بردن تأثیر گرم شدن قالب در حین پر شدن و به دست آوردن فلز سردتر در انتهای پر شدن قالب می باشد .
نتیجه
در تمام تبادل نظرهایی که در هر کارخانه یا کارگاه معین بین افراد صورت می گیرد ( بین کارخانه و فروشندگان ، و بین کارخانه با سایر کارخانه ها ) مشکلات بزرگ زیادی می تواند به دلیل تفاوت در نوع تعریف و فهم هر یک از طرف ها از عیوب ایجاد شود .
نمونه های زیادی وجود دارد که یک اپراتور یا متصدی کنترل کیفی موردی را به عنوان عیب تعریف کند در حالی که این یک عیب نیست این امر موجب اعمال اقداماتی می شود که همیشه پرهزینه بوده واغلب ضرورتی ندارد اطمینان یافتن از این که تمام افراد نام تعریف شده برای عیوب ریختگی و نحوه توصیف آن را به درستی می دانند می تواند تا حد زیادی از بروز چنین مسائلی جلوگیری نماید .
به همین دلایل ( و دلایل دیگر) برای یک تولید کننده قطعات دایکاست داشتن تعاریف خوب و مناسب از عیوب برای دیگران مزیت بزرگی به شمار می آید یک فاکتور ساده ولی حیاتی در این زمینه وجود افرادی هست که در یک کار گاه به یک زبان صحبت کنند و درک خوبی از هم داشته باشند .
بهترین راه برای حل این مشکل درست کردن یک تابلو عیوب به همراه نمونه ای از قطعات معیوب و برچسب گذاری قطعات با نامی که به عیب مربوط به آنها اختصاص داده شده می باشد به همراه این تابلو ، کتاب عکسی باید وجود داشته باشد که هر یک از عیوب در آن نشان داده شده باشد .
http://rikhtegari.net

بررسی شارژ آهن اسفنجی در کوره‌های قوس الکتریکی از دیدگاه انرژی و تولید

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده جمعه ۸ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : آهن اسفنجی در کوره‌های قوس

 


مقدمه: 

استفاده از شارژ آهن اسفنجی یا بریکت در کوره قوس می‌تواند تاثیرات مشخصی را در فرآیند ذوب نشان دهد. مصرف انرژی، بهره‌وری یا قابلیت تولید و بازدهی مواد متاثر از ترکیب شیمیایی DRI و درصد استفاده از آن در شارژ است. 

آهن اسفنجی به‌عنوان جایگزین قراضه و با توجه به ترکیب شیمیایی تقریبا یکنواخت آن به منظور کاهش غلظت عناصر ناخالصی و رسوبات در ذوب از طریق بالا بردن عیار آهن موجود در شارژ استفاده می‌شود. 

در حقیقت با شارژ آهن اسفنجی در سبد قراضه آهن، سطح ناخالصی‌های موجود در شارژ کاهش یافته و سبب کاهش مقدار نیتروژن موجود در ذوب می‌شود. 

کاهش نیتروژن در ذوب باعث می‌شود، تختال‌ها و بیلت‌های با کیفیت جهت تولید ورق‌های گرم، وایر و انواع محصولات دیگر را بتوان تولید کرد.


مصرف انرژی: 

چند فاکتور در استفاده از شارژ آهن اسفنجی باعث افزایش مصرف انرژی می‌شوند. قابل ذکر است که در یک کوره قوس با شارژ 100 درصد آهن قراضه سرد و ساخت سرباره پفکی خوب مقدار انرژی مصرفی جهت تشکیل ذوب، حدود 400 تا 435 کیلووات ساعت بر هر تن ذوب صرف‌نظر از سایر انرژی‌ها است و به‌عنوان مقایسه، یک کوره قوس الکتریکی با شارژ 98 درصد آهن اسفنجی و تشکیل سرباره پفکی خوب انرژی مصرفی حدود 635 کیلووات ساعت در هر تن ذوب دارد. 

درصد متالیزاسیون آهن اسفنجی در مصرف انرژی فرآیند ذوب و تولید فولاد موثر است. متالیزاسیون پایین و بالا بودن مقدار FeO موجود در DRI سبب افزایش انرژی مصرفی در فرآیند فولادسازی می‌شود. (از لحاظ شیمیایی احیا Feo یک واکنش گرماگیر است). 

قابل ذکر است که احیای یک تن Feo به حدود 800 کیلووات ساعت انرژی نیازمند است. 

افزایش مقدار Sio2 در آهن اسفنجی نیز سبب افزایش مصرف انرژی می‌شود، زیرا به منظور حفظ بازیسیته ذوب به شارژ بیشتر آهک نیاز خواهد داشت، که این باعث تولید سرباره بیشتر خواهد شد و از آنجا که ذوب هر تن سرباره به حدود 530 کیلووات ساعت انرژی نیاز دارد، لذا مصرف انرژی کل را افزایش می‌دهد. 

از نمودار یک می‌توان جهت تعیین انرژی مصرفی در فرآیند ذوب آهن اسفنجی کمک گرفت. 

فسفر و گوگرد با توجه به این‌که باعث افزایش آهک مصرفی در فرآیند می‌شود، تاثیر منفی در انرژی مصرفی دارد، اما در هر حال بسته به گرید فولاد نیاز است که درصد عناصر از جمله فسفر، کربن و سایر عنصرها در حد استاندارد بوده و برای رسیدن به حد مورد نظر نیاز به یکسری اقدامات اجتناب‌ناپذیر است. جهت حذف فسفر به سرباره اکسیدی نیاز است، Cao فسفر موجود در حمام مذاب را جذب می‌کند و در صورتی که مقدار ثابت و مشخص از Feo در سرباره مدنظر باشد، لازم است تزریق بیشتر آهک و حذف بیشتر فسفر را داشته باشیم که بدین ترتیب همان‌طور که قبلا بیان شد، این افزایش سبب بالا رفتن مقدار مصرف انرژی و نیز کاهش بازده مواد آهنی می‌شود. برای حذف سولفور به سرباره احیایی نیاز است. سرباره کوره‌های قوس الکتریکی معمولا سرباره اکسیدی بازی است و با وجودی که امکان حذف مقداری گوگرد در EAF با افزایش مقدار آهک وجو دارد، اما از آنجا که واکنش‌های فوق باعث افزایش انرژی مصرفی در کوره شده و بهره‌وری را نیز کاهش می‌دهد و احتمال صدمه به نسوز کوره نیز وجود دارد، لذا با توجه به اهداف فولادسازی در جهت تولید با حداقل انرژی مصرفی به ازای هر تن فولاد، جدایش گوگرد در EAF انجام نشده، بلکه در کوره پاتیلی انجام خواهد شد که در زیر به آن خواهیم پرداخت. 

با توجه به قیمت انرژی و رعایت مسائل اقتصادی تولید، مسئولیت سنگینی بر دوش بهره‌بردار بوده، لذا فولادساز حداکثر استفاده را از واکنش‌های موجود در فرآیند که می‌تواند در کاهش انرژی مصرفی موثر باشند، می‌‌کند. در این راستا یک فرآیند سرباره‌سازی خوب در کوره قوس می‌تواند بهترین راندمان انرژی را برای کوره داشته باشد. حذف گوگرد لازم است در سرباره احیایی انجام شود، لذا عملیات جدایش گوگرد در مرحله متالورژی ثانویه و در کوره پاتیلی انجام می‌شود. 

قابل ذکر است، در طراحی یک کارگاه فولادسازی به روش EAF که از شارژ آهن اسفنجی استفاده می‌کند، نیاز به وجود کوره پاتیلی جهت انجام مرحله متالورژی ثانویه است. 

یکی دیگر از مواردی که باعث کاهش انرژی مصرفی به ازای هر تن تولید می‌شود، میزان کربن محتوی آهن اسفنجی است. در صورتی که محدودیتی جهت تامین اکسیژن مورد نیاز وجود نداشته باشد با شارژ آهن اسفنجی با کربن مناسب (معمولا بیشتر از 5/1 درصد)، انرژی مصرفی، حدود 4ـ2 کیلووات ساعت بر نرمال مترمکعب اکسیژن کاهش خواهد داشت. (در صورتی که از مقدار کربن مناسب استفاده شود و یک سرباره پفکی خوب ایجاد شود). 

یکی دیگر از راه‌های کاهش انرژی مصرفی به ازای هر تن فولاد استفاده از شارژ داغ آهن اسفنجی بوده، اما این موضوع به‌دلیل مساله اکسید شدن سریع آن در حین حمل به کوره، همواره به‌عنوان یک نکته مشکل‌زا هنوز مطرح است. جهت انتقال شارژ داغ آهن اسفنجی به درون کوره، نیاز است از یک اتمسفر خنثی با تزریق گاز نیتروژن به منظور جلوگیری از واکنش DRI با هوا استفاده کرد. 

در این راستا، شرکت هیلسا در سال 1998 جهت کاهش انرژی مصرفی ، یک سیستم انتقال شارژ گرم با دمای 600 درجه سانتیگراد به داخل کوره را راه‌اندازی کرد. 

بدیهی است، با توجه به مشکلات اجرای چنین خطی، در صورتی استفاده از این راه‌حل‌ها اقتصادی به‌نظر می‌رسد که قیمت انرژی قابل توجه بوده و هزینه تولید را به ازای هر تن فولاد افزایش دهد، بنابراین استفاده از راه‌های کاهش انرژی بسته به محل قرارگیری کارخانه، مسائل فنی و مقایسه آنها از لحاظ اقتصادی قابل تصمیم‌گیری خواهد بود، اما یکی از مهم‌ترین روش‌های اجرایی کاهش انرژی مصرفی و نیز کاهش بهای سهم انرژی در تولید فولاد، در فولادسازی به روش کوره قوس با شارژ آهن اسفنجی، استفاده از DRI با درصدی از کربن محتوی، با درجه فلزی بالا و سیلیس، فسفر و گوگرد پایین و نیز استفاده از تزریق کربن و اکسیژن جهت ساخت سرباره پفکی است. 


بهره‌وری و راندمان تولید: 

تعداد واحدهای فولادسازی به روش کوره قوس در منطقه آسیا رو به افزایش بوده و این در حالی است که امکان تهیه قراضه آهنی با کیفیت در منطقه آسیا با توجه به این‌که باید دانسیته حدود یک تن بر مترمکعب داشته باشد بسیار دشوار بوده، لذا استفاده از شارژ پیوسته آهن اسفنجی به‌عنوان بهترین راه‌حل در جهت تامین مواد آهنی به‌طور فزاینده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. یکی دیگر از مزایای استفاده از شارژ پیوسته آهن اسفنجی و یا بریکت در کوره، کاهش تعداد سبدهای شارژ قراضه آهنی به کوره است. بدیهی است با کاهش تعداد سبدها از زمان آماده‌سازی کم شده و این نیز باعث بالا رفتن بهره‌وری و افزایش تولید خواهد شد. 

تا قبل از این‌که امکان تزریق کربن و دمش اکسیژن به داخل کوره و ساخت سرباره پفکی و نیز گرم کردن شارژ قراضه امکان‌پذیر باشد، بهترین شارژ جهت به‌دست آوردن بیشترین بهره‌وری، شارژ پیوسته 50ـ20 درصد آهن اسفنجی بود (لازم به ذکر است، موارد فوق‌الذکر در مواقعی صحیح است که شارژ قراضه از لحاظ کیفیت نامناسب و از دانسیته پایین برخوردار باشد که در این موارد شارژ DRI می‌تواند سبب افزایش بهره‌وری شود). 
بهره‌وری یک کوره قوس الکتریک که به‌طور پیوسته با DRI تغذیه می‌شود، بسیار به ترکیب شیمیایی DRI، سرباره پفکی و کنترل خوب نسبت شارژ DRI بستگی دارد. (بهره‌وری کوره با شارژ بیش از حد لازم DRI کاهش خواهد یافت). 

راندمان تولید فولاد از طریق شارژ DRI یا HBI تابعی از نسبت متالیزاسیون، گانگ، تزریق کربن و سایر عملیات است. یک نمونه آهن اسفنجی محتوی 93 درصد آهن کل، 86 درصد آهن فلزی و 92 درصد متالیزاسیون را در نظر بگیرید. اگر امکان احیای 100 درصد Feo فراهم بود، با شارژ کامل DRI، 93 درصد بازدهی حاصل می‌شد، اما این موضوع عملا در صنعت اتفاق نمی‌افتد و در صورتی که در یک واحد فولادسازی بازدهی امری مهم و پراهمیت برای صاحبان واحد باشد، لازم است نسبت به تولید یا خریداری آهن اسفنجی و یا بریکت با درصد متالیزاسیون مناسب و قابل انتظار اقدام کنند. 

از آنجا که ترکیب شیمیایی مواد و وزن سرباره در بازدهی هر کوره قوس الکتریک تاثیر دارد، لذا در حین فرآیند ذوب آهن اسفنجی و یا بریکت باید دقت کافی در ساخت سرباره به عمل آید، به‌طوری که یک سرباره پفکی خوب با حداقل وزن و با بازیسیته مناسب ایجاد شود. برای به‌دست آوردن اطلاعات از سرباره ساخته شده، معمولا از طریق نمونه‌گیری و به کمک دستگاه XRF و یا روش شیمی‌ تر اقدام به تست سرباره کرده و در صورت انحراف از وضعیت مطلوب، در جهت اصلاح سرباره به سمت جلوگیری از خوردگی و فرسایش نسوز کوره و افزایش بازدهی کوره برمی‌آیند. 

همان‌طور که قبلا نیز اشاره شده، انتخاب شارژ DRI به دلایل متعدد نیاز به بررسی‌هایی از جمله مسائل اقتصادی، عدم دسترسی به قراضه مطلوب، مصرف انرژی و... دارد، لذا وقتی استفاده از DRI مدنظر قرار می‌گیرد، بهتر است یک ارزیابی هزینه تولید با درصدهای مختلف DRI در مقایسه با تولید از طریق قراضه به‌عمل آید. (لازم به ذکر است در نواحی که تهیه قراضه سخت و گاهی غیرممکن است، انتخابی جز استفاده از آهن اسفنجی برای روش‌های قوس الکتریکی وجود نخواهد داشت). 

به‌طور کلی در صورتی که بخواهیم از آهن اسفنجی به‌عنوان شارژ در کوره قوس استفاده کنیم، لازم است به چند فاکتور به شرح زیر توجه شود: 

ـ قیمت آهن اسفنجی 

ـ بهای حمل و انبار کردن آن 

ـ سرمایه‌گذاری‌های لازم از جمله ایجاد نوار نقاله به منظور برقراری شارژ پیوسته 

ـ فلاکس مورد نیاز 

ـ بهره‌وری 

ـ بهای جمع‌‌آوری و سرمایه‌گذاری جهت فرآوری سرباره 

ـ بازدهی 

ـ امکان برقراری سیستم تزریق کربن و اکسیژن 

ـ سایر موارد 

قابل ذکر است که استفاده از آهن اسفنجی در کوره خود یک روش است که نیاز به اطلاعات مربوطه دارد، لذا لازم است به بهره‌بردار آموزش کافی داده شود، بنابراین در شروع راه‌اندازی هر واحد فولادسازی به لحاظ وجود منحنی آموزش تا رسیدن به حداکثر توانایی بهره‌برداری، نیاز به صرف مدت زمان لازم جهت رسیدن به 100درصد توان تولید است.

http://rikhtegari.net

فولادهای ماریجینگ

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده دوشنبه ٤ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : فولادهای ماریجینگ

عملیات حرارتی فولادهای ماریجینگ

مقدمه:
فولادهای ماریجنینگ فولادهای پر آلیاژ-کم کربن-آهن ونیکل باساختار مارتنزیتی هستند که دارای ترکیبی عالی از استحکام وتافنسی به مراتب بالاتر از فولادهای پر کربن کوینچ شده می باشند.
این فولادها دو کاربرد بحرانی ومتمایز فولادهای کربن آبداده که استحکام بالا وتافنس وانعطاف پذیری خوب مورد نیاز است را دارا میباشد . فولادهای کربنی آبداده استحکامشان را از مکانیسمهای تغییر فاز وسخت گردانی بدست میآورند. ( مثل شکل گیری مارتنزیت و بینیت ) واین استحکام پس از رسوب گیری کاربیدها در طول مدت تمپر کردن بدست می آید. درمقایسه فولادهای ماریجینگ استحکامشان را از شکل گیری یک فولاد مارتنزیتی کم کربن انعطاف پذیرو سخت آهن ونیکل بدست می آورند که می توانند بوسیله رسوب گیری ترکیبات بین فلزی در طول مدت پیرسختی استحکام بیشتری داشته باشند. دوره ماریجینگ بر اساس پیرسختی ساختار مارتنزیتی وضع شده است.

متالورژی فیزیکی:
قبلا اشاره شد که استحکام وتافنس خوب فولادهای ماریجینگ بوسیله پیر سختی یک ساختار مارتنزیتی کم کربن بسیار انعطاف پذیربا استحکام نسبتا خوب بدست میآید.در حین پیرسازی ساختار مارتنزیتی هدف اصل روش توزیع یکنواخت رسوبات بین فلزی خوب است که صرف تقویت کردن بافت مارتنزیتی می شود. یکی دیگر از هدفهای اصلی در مدت پیر سازی فولادهای ماریجینگ کم کردن یا حذف کردن برگشت فاز نیمه پایدارمارتنزیت به آستنیت و فریت می باشد .

شکل گیری مارتنزیت :
مارتنزیت فولادهای ماریجینگ معمولا مکعب مرکز دار (bcc ) کم کربن است که این مارتنزیت شامل چگالی بالای نابجایی می باشد اما نه به صورت دوقلویی. در حین سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی آستنینت fcc بوسیله بازگشت برشی کم نفوذ تجزیه به ساختارهای متعادل به ساختار bcc تبدیل میشود.این تبدیل آستنیت به مارتنزیت ناپایدار اتفاق نمی افتد تا دمای شروع مارتنزیت (Ms) بدست آید ودمای شروع مارتنزیت باید به اندازه کافی بالا باشد بنابراین یک تبدیل کامل به مارتنزیت قبل از خنک شدن فولاد تا دمای اتاق اتفاق می افتد.
بیشتر انواع فولادهای ماریجینگ دمای شروع مارتنزیت حدود 200 تا300 درجه سانتیگراد را دارند ودر دمای اتاق به طور کامل مارتنزیت هستند . نتیجه ساختار مارتنزیت یک فولاد نسبتا قوی و فوق العاده انعطاف پذیر میباشد .
عناصر آلیاژی دمای شروع مارتنزیت را بطور قابل ملاحظه ای تغییر می دهد اما تغییر مشخصه این استحاله به مقدار زیادی بستگی به سرعت سرد شدن دارد.
اغلب عناصرآلیاژی اضافه شده در فولادهای ماریجینگ (به استثناء کبالت ) درجه حرارت شروع مارتنزیت را کاهش می دهند.
یکی از دونوع ممکن مارتنزیت که در سیستم آلیاژی آهن- نیکل ممکن است شکل بگیرد بستگی به مقدار نیکل در ماده مورد سوال میباشد.در سرعتهای سرد کردن بالا در فولادهای شامل 5 تا 10 درصد نیکل ،و بیش از 10 درصد پایین آوردن سرعت سرد کردن، لازمه شکل گیری مارتنزیت در فولادها می انجامد وشکل گیری کامل ساختار مارتنزیتی را تعیین می کند.در فولادهای شامل 25 درصد نیکل ، مارتنزیت لایه ای وبالای 25 درصد مارتنزیت دو قلویی داریم .مطالعه برروی آلیاژهای مارجنیگ آهن – 7 درصد کبالت 5 درصد مولیبدن و4/. درصد تیتانیم در ( ماریجینگ 18 درصد نیکل 250 ) شامل مقادیر متفاوت نیکل نشان می دهد که یک ساختار مارتنزیتی لایه ای با مقادیر نیکل بیش از 23 درصد بدست می آید .
اگر چه مقادیر نیکل بیش از 23 درصد شکل گیری مارتنزیت دو قلویی را نتیجه داده است . معمولا یک ساختار مارتنزیتی لایه ای در فولادهای ماریجینگ ترجیح داده می شود زیرا در مدت پیر سازی این ساختار سخت تر از یک ساختار مارتنزیتی دو قلویی میباشد.

عملیات حرارتی فولادهای ماریجینگ:
تابکاری انحلالی : تابکاری انحلالی مستلزم حرارت دادن آلیاژی به اندازه کافی،بالای درجه حرارت پایان آستنیت و نگهداری در زمان کافی تا جا گیری عناصر در محلول جامد و سرد کردن آن تا دمای اتاق .متداول ترین سیکل عملیات حرارتی برای فولادهای ماریجینگ 18 درصد نیکل 200 ،250 300 درگیر کردن آلیاژهای در دمای 815 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت و سپس سرد کردن آن بوسیله هوا.تولید برای کاربردهای فورجینگ معمولا در حالت آنیل نشده خریداری می شود زیرا حرارت دادن سیکل تابکاری حرارتی قبلی را خنثی میکند .استفاده از خلا ، کنترل گردش هوای اتمسفر ، تمام نمک خنثی یا کوره های سیال تخت برای حداقل کردن صدمات سطحی ممکن است مورد نیاز باشد .
اثرزمان و درجه حرارت تابکاری بر خواص پیرسازی: اطلاعات نشان میدهد که بیشترین استحکام در دمای تابکاری انحلالی 800 تا815 درجه بوجود می آید. استحکام وانعطاف پذیری پایین تر با درجه حرارت تابکاری از 760 تا 800 درجه ناشی از انحلال ناقل عناصر سخت کننده میباشد و کاهش استحکام مربوط به درجه حرارت تابکاری انحلالی بالای 815 درجه ناشی از درشتی ساختار دانه ها میباشد. سرعت سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی از اهمیت کمتری برخورداراست چون اثر کمتری بر خواص زیر ساختاری ومکانیکی دارد.
اصلاح دانه ها بوسیله سیکل حرارتی : سیکل حرارتی فولادهای ماریجینگ بین درجه حرارت پایان مارتنزیت و دمای بسیار بالاتر از دمای تابکاری انحلال می تواند برای اصلاح ساختار دانه هایی که درشت هستند استفاده شود.این عمل استحاله برشی کم نفوذ ، مارتنزیت به آستنیت واز آستنیت به مارتنزیت نیروی محرکه برای تبلور مجدد در حین سیکلهای حرارتی تامین میکند.

پیر سختی:
نوعی پیر سختی بعد از تابکاری انحلالی معمولا شامل حرارت دادن آلیاژ تا رنج دمایی 455 تا 510 درجه سانتیگراد و نگاه داشتن در این دما به مدت 3 الی 12 ساعت وخنک کردن آن در معرض هوا تا دمای اتاق می باشد. استفاده از فولادهای ماریجینگ در کاربردهای مانند ابزارآلات دایکست لازم است استفاده از یک حرارت پیر سازی تقریبا 530 درجه سانتیگراد که ساختار متعادلی را فراهم می کند و از نظر حرارتی تثبیت شده است. هنگامی که زمان پیر سازی افزایش پیدا میکند تا جائیکه به نقطه ای می رسیم که سختی واستحکام شروع به کاهش میکند به علت شکل گیری بازگشت آستنیت که معمولا از ذرات ریز باندهای آستنیت دور دانه ای قبلی شروع میشود.

کار سرد وپیر سازی :
استحکام تسلیم واستحکام نهایی کششی فولادهای ماریجینگ می توانند بوسیله کار سرد قبل از پیر سازی تا 15 درصد افزایش پیدا کنند . بوسیله کار سرد قبل از تابکاری انحلالی ماده بالای 50 درصد کاهش قبل از پیر سازی ،نتیجه رسیده است .این سازگاری کمی با انعطاف پذیری وچغرمگی است .از کاهش سرما بیش از 50 درصد باید خوداری شود زیرا ممکن است که پوسته پوسته شدن تولیدات بوجود آید.

نیتریده کردن :
سختی سطح را می تواند بوسیله نیتریده کردن فولادهای ماریجینگ در آمونیاک بدست آید . سطح سختی معادل 65 تا70 راکول سی به عمق 15/0 میلیمتر بعد از نیتریده کردن به مدت 24 الی 48 ساعت در دمای 455 درجه سانتیگراد میتواند بدست آید. نیترده کردن در این دما می تواند همزمان با پیرسختی اتفاق بیافتد . حمام نمک نیتریده کردن برای 90 دقیقه در دمای 540 درجه سانتیگراد بخوبی می تواند این عمل را شکل بدهد اگر چه برای پرهیز از فوق پیر سازی شدن بیش از حد این عمل باید بخوبی کنترل شود. استحکام خستگی ومقاومت به سایش فولادهای ماریجینگ بوسیله نیتریده کردن بهبود پیدا می کنند.

پخت :
عملیاتی است برای حذف هیدروژن که در دمای پایین بین150 تا 200 درجه سانتیگراد قرارمیگیرد. تردی هیدروژن ممکن است در فولادهای ماریجینگ اتفاق بیافتد وقتی که در معرض کارهای الکترومکانیکی مثل آبکاری قرار میگیرد. حذف هیدروژن کار مشکلی است باید در یک سیکل عملیات حرارتی (پخت) بین 3تا 10 ساعت قرار بگیرد.
سند بلاست موثرترین روش برای حذف اکسید ناشی عملیات حرارتی است . فولادهای ماریجینگ را میتوان بوسیله مواد شیمیائی تمیز کننده مثل اسید شوئی در محلول اسید سولفوریک یا محلول اسید کلریدریک و اسیدنیتریک واسید هیدروفلوریک . اگر چه باید مراقب بود که بیش از حد اسید شوئی نشود

کلید فولاد1

نویسنده: محمدعلی جعفرزاده دوشنبه ٤ اردیبهشت ۱۳٩۱ دسته بندی : کلید فولاد1

شانزده فصل کتاب کلید فولاد بر اساس کاربرد فولادها تقسیم بندی شده اند(کلید فولاد شامل 19 فصل است). در این میان، فصل های 6، 10 و 16 در برگیرنده اطلاعات فولادهای غیر آلمانی  و سایر فصول در برگیرنده اطلاعات فولادهای آلمانی می باشند. گروه بندی فولادهای غیر آلمانی در فصول 6، 10 و 16 به ترتیب شبیه به گروه بندی فولادهای آلمانی در فصول 1 تا 5، 7 تا 9 و 11 تا 15 می باشد. داده های فولادهای آلمانی ارائه شده در این فصول شامل شماره استاندارد DIN آلمان، علامت مشخصه1، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، حرارتی، فیزیکی و کاربردهای فولادها می باشد.

فصل 17 به دو بخش a و b تقسیم می شود. بخش a17 در برگیرنده اطلاعات فولادهای آلمانی است و بر اساس شماره استاندارد DIN آلمان مرتب شده است. داده های فولادهای این بخش شامل استاندارد DIN آلمان، علامت مشخصه، استاندارد DIN مربوطه، ترکیب شیمیائی، معادل ISO، نامگذاری و شماره گروه فولاد (شماره فصلی) که سایر اطلاعات فولاد در آن ارائه شده است، می باشد.

در بخش b17، کد اختصاری شرکت های آلمانی تولید کننده هر فولاد آلمانی در مقابل شماره استاندارد آن فولاد ارائه شده است. بدیهی است که اطلاعات این بخش نیز باید بر اساس شماره استاندارد فولادها مرتب شده باشند تا دسترسی به کد اختصاری شرکت های تولید کننده هر فولاد به راحتی امکان پذیر شود.

در اینجا لازم است که در مورد کد اختصاری شرکت های تولید کننده فولاد توضیحاتی داده شود. هر شرکت تولید کننده فولاد در دنیا، یک کد اختصاری دارد که ترکیبی است از یک یا دو حرف لاتین و یک عدد سه رقمی که توسط یک خط تیره از هم جدا می شوند. حروف در سمت چپ خط تیره قرار دارند و نشان دهنده ملیت شرکت تولید کننده می باشند. به عنوان مثال حرف D برای شرکت های آلمانی بکاری می رود. بنابراین شرکت D-005 یک شرکت آلمانی است. عددی که در سمت راست خط تیره قرار گرفته است، برای تفکیک شرکت های موجود در یک کشور بکار می رود و در واقع این عدد کد داخلی شرکت در کشور خود می باشد. برای دستیابی به سایر اطلاعات شرکت های تولید کننده آلمانی، می توان از فصل 18 استفاده کرد.

فصل 18 شامل سه قسمت می باشد. قسمت اول این فصل به معرفی مشخصات کامل شرکت های تولید کننده فولاد در آلمان می پردازد. این مشخصات عبارتند از کد شرکت، نام، آدرس، کد پستی، شماره تلفن، فلکس و تلکس شرکت. قسمت دوم آن، به بررسی شکل و شرایط محصولات تولیدی توسط هر یک از شرکت های تولید کننده آلمانی می پردازد. قسمت سوم این فصل که حجم عمده آن را تشکیل می دهد، لیستی است از نامگذاری فولادهای آلمانی که در مقابل نام هر فولاد، شماره استاندارد، گروه (فصل) و کد عمده ترین تولید کننده فولاد ارائه شده است. این لیست بر اساس اعداد و حروف الفبای نامگذاری فولادها مرتب شده است. بنابراین با داشتن نامگذاری یک فولاد آلمانی، می توان به سایر مشخصات آن دست پیدا کرد. منظور از نامگذاری در اینجا می تواند هر یک از سه مورد علامت مشخصه، معادل ISO (ISO ~) یا نامگذاری (Designation) فولاد باشد.

فصل 19 نیز به سه قسمت تقسیم می شود. قسمت اول این فصل به معرفی مشخصات شرکت های تولید کننده فولاد کشورهای خارجی می پردازد. اطلاعات این قسمت، بر اساس کد اختصاری شرکت ها مرتب شده است. قسمت دوم این فصل که حجم عمده آن را تشکیل می دهد، لیستی از نامگذاری فولادهای کشورهای خارجی است. این لیست بر اساس حروف الفبای نامگذاری فولادها مرتب شده است. در مقابل نام هر فولاد، صفحه و شماره ردیف فولاد و همچنین نام کشور تولید کننده و کد عمده ترین شرکت تولید کننده آن نیز ارائه شده است. منظور از نامگذاری فولاد در اینجا، انواع نامگذاری ها در استانداردهای مختلف کشورهای خارجی است. قسمت پایانی این فصل در حقیقت فهرست مطالب کتاب کلید فولاد است.



تبلیغات
  • طراحی قالب توسط پارس تولز
  • ParsTools.Com
.CopyRight © 2010 - 2011 modernsteel Group , All Rights Reserved ©