کوانتومتری فولاد | تعیین ترکیب شیمیایی قطعات صنعتی

تعیین جنس و استاندارد فولادها

زمانی که مشخصات و ویژگی های مورد نظر در یک گرید فولاد ساده کربنی حاصل گردد، اغلب تولیدکنندگان و خریداران این فولاد را به دلیل ارزان بودن قیمت (مطابق کاربرد) انتخاب میکنند. اما اگر استحکام بالاتر و یا هرگونه ویژگی دیگری به غیر از قابلیت های فولاد کربنی نیاز باشد، آن گاه فولاد های آلیاژی انتخاب خواهند شد.

انتخاب یک گرید خاص از فولاد یک تصمیم کاملا پچیده است. انتخاب گرید باید با هماهنگی و همکاری تولیدکننده صورت گیرد. متالورژیست های متبحر باید بطور عملی مشتری را با استفاده از کاربردهای مشابه ورق و یا مفتول فولادهای کربنی و آلیاژی استفاده شده آگاه سازند. مهم ترین و اقتصادی ترین روش تعیین جنس، کوانتومتری فولاد به روش اسپکترومتری است.

روش کوانتومتری با دقت در کمترین زمان، قطعات فولادی را مورد بررسی قرارداده و تعیین گرید آن توسط کارشناسان آزمایشگاه انجام میگردد.

طبقه بندی بر اساس درصد کربن در مواد اولیه و محصولات پایه آهنی از فولاد های کم کربن، کربن متوسط و پرکربن تا آلیاژی بوذه و بطور کلی شامل طیف تقریبی ذیل میباشد:

کوانتومتری فولاد کم کربن (AISI 1026 تا 1005)

این فولادها داری مقادیر کمی (تا 0.30%) کربن هستند. به دلیل سهولت در شکل پذیری که بطور مستقیم با سختی (مقدارکربن) محصول مرتبط است. فولادهای نرم تر شکل پذیرترند و برای عملیات نهایی شکل دهی سرد، کشش، خمش و سوراخکاری و یا آهنگری سرد مناسب تر می باشند. فولادهای کم کربن برای کله زنی که یک فرایند اصلی برای تولید سریع تر است و کشش عمیق استفاده می شوند. این دسته از فولادها عموماً در اجزاء و قطعاتی که ماشینکاری وجوشکاری می شوند نیز به کار میروند. فولادهای کم کربن به دلیل قیمت نسبتاً ارزان گزینه اصلی برای انتخاب در مواردی که به استحکام بالا نیاز نباشد هستند. محدوده استحکام کششی این فولاد ها 300-440 MPa میباشد.

فولادهای کم‌کربن به دلیل شکل‌پذیری بالا، جوش‌پذیری مناسب و استحکام کافی، بیشترین مصرف را در بازار ایران دارند و تعیین دقیق ترکیب شیمیایی آن‌ها از طریق کوانتومتری، نقش مهمی در کنترل کیفیت، افزایش عمر مفید قطعات و اطمینان از استانداردهای صنعتی دارد.

کوانتومتری فولاد کربن متوسط (AISI 1053 تا 1029)

این فولادها، که میزان کربن آن‌ها معمولاً بین ۰.۲۵ تا ۰.۶ درصد است، تعادلی مطلوب بین استحکام، سختی‌پذیری و چقرمگی ارائه می‌دهند. طیف‌سنجی نشری (OES) به‌عنوان یکی از متداول‌ترین روش‌های کوانتومتری، امکان اندازه‌گیری دقیق عناصر آلیاژی همچون کربن، منگنز، سیلیسیم، کروم و نیکل را فراهم کرده و به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا از کیفیت و انطباق این فولادها با استانداردهای بین‌المللی اطمینان حاصل کنند.

فولاد با کربن متوسط اغلب هنگامی که استحکام بالاتر نیاز باشد انتخاب میشود. این گریدها میتوانند برای دستیابی به استحکام های بالاتر ، عملیات حرارتی شوند. محدوده استحکام کششی فولاد کربن متوسط 470-620 MPa میباشد. این فولادها برای قطعات بزرگ تر و قطعات آهنگری شده به کار میروند. 1040 AISI و اصلاح شده آن در صنایع اتومبیل سازی برای تولید پیچ شاتون میل بادامک و لوله ها کاربرد وسیعی دارد. در جایی که افزایش جزیی سختی و مقاومت سایش مورد نیاز باشد، مثل محورها چرخ دنده ها و قطعات آهنگری سنگین تر، غالباً از گرید 1050 AISI استفاده می شود.

کوانتومتری فولاد پر کربن (1095 AISI تا 1055)

کوانتومتری فولادهای پرکربن یکی از روش‌های کلیدی برای تعیین ترکیب شیمیایی این نوع فولادها است که به دلیل سختی و استحکام بالایشان، در ساخت ابزارهای برشی، تیغه‌ها، فنرها، قطعات مقاوم در برابر سایش و صنایع ریلی کاربرد دارند. این فولادها که معمولاً دارای میزان کربن بالاتر از ۰.۶ درصد هستند، به دقت در کنترل ترکیب شیمیایی نیاز دارند تا ویژگی‌های مکانیکی مطلوب خود را حفظ کنند. روش طیف‌سنجی نشری (OES) با تجزیه‌وتحلیل دقیق عناصر آلیاژی مانند کربن، منگنز، سیلیسیم، کروم و وانادیوم، امکان بررسی سریع و قابل‌اعتماد این فولادها را فراهم کرده و به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا محصولات خود را مطابق با استانداردهای صنعتی و نیازهای بازار تولید کنند.

این فولادها بالاترین استحکام را در بین فولادهای ساده کربنی به خود اختصاص می دهند و به علت سختی سطحی بالاتر مقاومت به سایش بیشتری از فولادهای ساده کربنی دارند. این گریدها زمانی که به طور مناسب عملیات حرارتی شوند دارای مقاومت به سایش بیشتری میشوند. علاوه بر این در فولادهای پرکربن عمر سرویس دهی بیشتر بوده و عملیات حرارتی پذیر میباشند. محدوده استحکام کششی فولاد پرکربن 830-650 MPa میباشد.

کوانتومتری فولاد زنگ‌نزن

فولاد زنگ‌نزن (Stainless Steel) گروهی از آلیاژهای آهنی است که حاوی حداقل 10.5٪ کروم بوده و به دلیل تشکیل یک لایه اکسیدی محافظ روی سطح خود، در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی مقاوم است. این فولادها در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، هوافضا، صنایع غذایی، تجهیزات پزشکی و صنایع شیمیایی کاربرد دارند. برای اطمینان از کیفیت، عملکرد و خواص مکانیکی مناسب، کوانتومتری فولادهای زنگ‌نزن در آزمایشگاه‌های متالورژی ضروری است. این آنالیز به مهندسان و تولیدکنندگان کمک می‌کند تا مشخصات مواد را تأیید کرده و از انطباق آن‌ها با استانداردهای صنعتی اطمینان حاصل کنند.

یکی از مهم‌ترین مراحل بررسی فولادهای زنگ‌نزن، تعیین دقیق ترکیب شیمیایی آن‌ها است. کوانتومتری این آلیاژها تأثیر مستقیمی بر مقاومت به خوردگی، استحکام مکانیکی و قابلیت جوشکاری دارد. آنالیز فولادهای زنگ‌نزن در آزمایشگاه‌های متالورژی نقش کلیدی در تضمین کیفیت، افزایش طول عمر و بهبود عملکرد این آلیاژها دارد. روش‌های مختلف مانند طیف‌سنجی، تست‌های مکانیکی، بررسی ریزساختار و ارزیابی مقاومت به خوردگی به مهندسان و تولیدکنندگان کمک می‌کنند تا ترکیب و خواص مواد را به‌دقت کنترل کنند.
این آنالیزها برای صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، خودروسازی، هوافضا، پزشکی و صنایع غذایی حیاتی است و موجب بهبود عملکرد تجهیزات، افزایش ایمنی و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

• فولادهای زنگ‌نزن از نظر ساختار متالورژیکی به پنج دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، داپلکس و رسوب سختی، ویژگی‌های اصلی آن‌ها از جمله مقاومت به خوردگی، استحکام و خاصیت مغناطیسی تحت‌تأثیر ترکیب شیمیایی و ریزساختار قرار دارد. در ادامه، این ویژگی‌ها را برای هر دسته بررسی می‌کنیم:

کوانتومتری فولاد زنگ‌نزن آستنیتی (Austenitic Stainless Steel)

فولاد زنگ‌نزن آستنیتی گروهی از فولادهای ضدزنگ است که دارای ساختار کریستالی آستنیتی (FCC – Face Centered Cubic) هستند. این فولادها بیشترین میزان مقاومت به خوردگی را در میان فولادهای زنگ‌نزن دارند و به دلیل نداشتن فاز فریتی یا مارتنزیتی، غیرمغناطیسی هستند (البته پس از عملیات سردکاری، ممکن است تا حدودی مغناطیسی شوند).