براي هر نوع فولادي يك گستره ي دماي آستنيته كردن براي سخت كردن مشخص شده كه به دماي سخت كردن موسوم مي باشد. انتخاب اين دما به گونه اي مي باشد كه فولاد پس از كوئنچ كردن داراي ساختاري با دانه هاي ريز باشد ودر ضمن حداكثر سختي را نيز داشته باشد.زمان نگهداري در دماي آستنيته كردن نيز از اهميت زيادي برخوردار است .تاثير زمان نگهداري قطعه در دماي آستنيته كردن و دماي آستنيته كردن تاثير مشابهي در سخت كردن فولاد دارند.
زمان نگهداري در دماي آستنيته كردن بايد طوري انتخاب شود كه كاربيدها حل شوند و سختي مطلوب بدست آيد. اندازه دانه ها آستنيت درست قبل از سخت كردن فولاد بخصوص در مورد فولادهاي پر آلياژكه دماي آستنيته كردن آنها نسبتا بالا است بسيار اهميت دارد.
در فولاد هاي آلياژي عناصر كه كاربيدساز نيستند در فريت حل مي شوند و كاربيدسازها در كاربيدها متمركز مي شوند و توزيع غير يكنواخت عناصر آلياژي بين فريت و كاربيد را خواهد داشت بنابراين يكنواخت و همگن شدن عناصر آلياژي در آستنيت نياز به زمان نسبتا طولاني تر دارد و بدليل آهنگ نفوذ بيشتر كربن نسبت به عناصر آلياژي زمان آستنيته كردن فولاد هاي كربني ساده نسبت به فولادهاي آلياژي كمتر باشد.
زمان حرارت دادن قطعه مجموع مدت زمان لازم براي رسيدن به دماي آستنيته كردن و زمان نگهداري قطعه درون كوره
tT=th + ts
ts= زمان نگهداري
th=زمان گرم كردن
tT=زمان حرارت دادن
زمان گرم كردن به عوامل مختلفي بستگي دارد. 1- مشخصات كوره و توان حرارتي كوره 2-اتمسفر كوره 3- جنس قطعه 4 – ابعاد وشكل و ضخامت قطعه 5 – ترتيب قرار گرفتن قطعات در كوره .
براي زمان گرم كردن مي توان از فرمول زير استفاده كرد.
th=k *hmin
براي محيط هاي گازي (فولاد ساده كربنيk=1-1.2 فولاد آلياژي k=1.4)
براي محيط نمك مذاب(فولاد ساده كربني k=0.5-0.6فولاد آلياژي k=0.7 )
زمان نگهداري قطعات در كوره عمدتا تجربي است و فرمول خاصي ندارد مثلا براي قطعات ضخيم با قطعات نازك متفاوت مي باشد.
زمان نگهداري را معمولا بين زمان گرم كردن و نيمي از زمان گرم كردن در نظر مي گيريم
ts < th 0.5 th <
- فولادهاي غير آلياژي
فولادهاي غير آلياژي داراي يكسري عناصر همراه هستند كه مقدار آنها از مقادير اعلام شده ذيل هيچگاه بالاتر نمي رود. اين عناصر همراه از طريق ذوب مواد اوليه وارد فولاد مي شوند.
| P<0.09% | S<0.06% | Ti<0.1% |
| Si<0.5% | Mn<0.8% | Ai<0.1% |
اين فولادهاي غير آلياژي به دو قسمت تقسيم مي شوند، اين تقسيم بندي بر اساس اينكه آيا براي اين فولاد عمليات حرارتي در نظر گرفته شده است يا نه انجام مي شود.
دسته اول:
فولادهاي انبوه كه توسط علامت St نشان داده مي شود، كه بعد از آن عددي دو رقمي مي آيد كه حداقل استحكام كششي را اعلام مي كند. بر اساس اين استاندارد گاهي اوقات نحوه توليد و همچنين موارد خاص توسط حروفي كه در ابتداي St آورده مي شوند. اين دسته براي عمليات حرارتي در نظر گرفته نشده اند.
دسته دوم: فولادهاي مرغوب هستند كه براي عمليات حرارتي در نظر گرفته شده اند. در اين فولادها از حرف C به عنوان مشخصه استفاده مي شود، كه بعد از حرف C درصد متوسط كربن به صورت صد برابر ارائه شده است.
جهت تمايز فولادهاي غير آلياژي و مشخص نمودن ويژگي خاصي در آنها، بعد از علامت C حروف زير با معاني معيني مي آيد:
f: فولاد سخت كاري شده شعله اي يا القايي، مثلاً Cf53
k: فولاد نجيب با مقدار پائين فسفر و گوگرد، مثلاً Ck15
m: فولاد نجيب با محدوده معيني از گوگرد- نه فقط حد مجاز بالا- ، مثلاً Cm35
q: فولاد كربوره و بهسازي جهت كله زني، Heading، سرد، مثلاً Cq35
گاهي اوقات بعد از عدد مشخصه مقدار كربن، حرف مشخصه زير نيز مي آيد:
W: كيفيت فولاد ابزار، مثلاً C110W
W1: فولاد ابزار با كيفيت درجه اول، مثلاً C80W1
W2: فولاد ابزار با كيفيت درجه دوم، مثلاً C80W2
به عنوان مثال:
| شماره استاندارد | علامت DIN | C% | Si% | Mn% | P%< | S%< |
| 1.0601 | C60 | 0.57-0.65 | <0.4 | 0.6-0.9 | 0.045 | 0.045 |
| 1.1221 | CK60 | 0.57-0.65 | <0.4 | 0.6-0.9 | 0.035 | 0.030 |
در استاندارد آلماني از حروف زير جهت مشخص نمودن روش توليد استفاده مي شود:
B: فولاد بسمر
E: فولاد الكتريكي
M: فولاد زيمنس
R: فولاد آرام
T: فولاد توماس
U: فولاد نا آرام
گاهي اوقات بعد از تركيب شيميايي نوع عمليات انجام گرفته بر روي فولاد نيز در استاندارد DIN بيان مي شود. به عنوان مثال اگر بر روي فولاد عمليات حرارتي هاي زير انجام شده باشد از حروف اختصاري زير استفاده مي شود:
V: براي فولاد عمليات حرارتي شده
N: براي فولاد نرماله شده
H: براي فولاد سخت شده
K: براي فولاد تغيير شكل سرد شده
پس به طور خلاصه مي توان گفت ابتدا روش توليد، سپس آناليز شيميايي و بالاخره بعد از آن نوبت به نوع عمليات حرارتي انجام گرفته مي رسد.
به عنوان مثال C35V70 فولادي است با 0.35% C كه عمليات حرارتي شده و استحكام كششي آن 700MPa مي باشد.
- فولادهاي آلياژي:
فولادهاي آلياژي فقط بر حسب تركيب شيميايي نامگذاري مي شوند. اين روش، مشخصه دقيق فولاد را بيان مي كند. به علاوه اين روش، نامگذاري دقيق فولاد را در حالت بلوك خام ريخته گري را امكان پذير مي كند. البته نمي توان به نوع فرآيند و عمليات حرارتي كه روي آن انجام مي شود و يا خواص استحكامي آن پي برد.
نامگذاري كامل يك فولاد آلياژي به ترتيب زير است:
- حروف شناسايي نوع ذوب ريزي
- حروف شناسايي خواصي كه مشروط به فرآيند ذوب ريزي و عمل آوري آن است
- عدد مشخصه كربن
- علامت شيميايي عناصر آلياژي
- عدد مشخصه افزوده هاي آلياژي
- رقم مشخصه محدوده هاي تضميني
- حروف مشخصه وضعيت عمليات حرارتي
- عدد مشخصه استحكام كششي تضميني و يا ساير خواص تعيين كننده
- عدد مشخصه كربن:
صد برابر مقدار كربن به عنوان عدد مشخصه كربن مطرح مي شود، جهت تمايز ماركهاي خيلي مشابه، درصورت نياز مقدار آن به اندازه 1 واحد كم و يا زياد نشان داده مي شود. در فولاد هاي آلياژي به منظور خيلي كوتاه شدن، از علامت C صرفنظر مي شود. اين علامت فقط در فولادهاي غير آلياژي قبل از عدد مشخصه C قرار مي گيرد. عدد مشخصه C همواره اول قرار مي گيرد.
- علامت شيميايي عناصر آلياژي:
براي مشخص نمودن اجزاء آلياژي، اصولاً علائم شيميايي به كار مي رود. اين علائم به ترتيب مقدار، بلافاصله بعد از عدد مشخص كننده كربن قرار مي گيرند، در صورت يكسان بودن درصد، علائم به صورت الفبايي مرتب مي شوند. بعد از اين گروه علائم، اعداد مشخص كننده درصد عناصر آلياژي به ترتيب علائم قرار مي گيرند، در حقيقت گروه اعداد در كنار هم مي آيند.
به عنوان يك قاعده مي توان گفت كه عناصر آلياژي اي براي نامگذاري انتخاب مي شوند كه براي تمايز فولاد از ساير فولادهاي مشابه لازم است.
- اعداد مشخصه افزوده هاي آلياژي و ضرايب آنها
مفهوم و هدف از استفاده از ضرايب، كوچكتر كردن اعداد مشخصه تا حد ممكن مي باشد( همچنين بدون اعشار). بدين ترتيب هر فولاد را مي توان بسته به نوع و مقدار آلياژ آن مرتب كرد.
- فولاد هاي كم آلياژ
در اين فولادها درصد عناصر آلياژي كمتر از 5% وزني مي باشد، در اينجا استاندارد DIN به اين صورت است كه به جاي حروف C و يا St كه در فولادهاي غير آلياژي كاربرد داشت از عددي كه صد برابر مقدار متوسط كربن را به درصد مشخص مي كند استفاده مي شود، سپس از علامت عناصر آلياژي به ترتيب زياد بودن آن عنصر استفاده مي شود و همچنين ضرايب معيني براي نشان دادن درصد عناصر آلياژي انتخاب مي گردد. به نحوي كه اين ضرائب در مقدار درصد متوسط آن عنصر آلياژي ضرب مي شود. بدين معني كه بايستي عدد ذكر شده در نام آلياژ را بر اين ضرايب تقسيم نمود تا درصد عنصر مورد نظر در آلياژ بدست آيد.
اين ضرايب براي عناصر مختلف به صورت زير هستند:
| ضريب | عناصر آلياژي |
| 4 | W, Si, Ni, Mn, Cr, Co |
| 10 | Ti, Mo, Al, V, Cu |
| 100 | N, C, S, P |
به عنوان مثال: 15Cr3 فولاد كم آلياژي مي باشد كه مقدار متوسط كربن آن 15/0% بوده و ضمناً عنصر آلياژي آن كرم حدود 75/0% مي باشد. فولاد E36CrNiMo4V فولادي است كه روش توليد آن با استفاده از كوره ذوب الكتريكي بوده و تحت عمليات حرارتي قرار گرفته است و همچنين درصد كربن آن 36/0% و كرم آن 1% و مقاديري نيكل و موليبدن دارد.
- فولادهاي پر آلياژ
مقدار درصد عناصر آلياژي در آنها بيش از 5% مي باشد. در نامگذاري اين آلياژها ابتدا از حرف X استفاده مي شود و سپس درصد وزني كربن را مي آوريم و بعد از آن همانند فولادهاي كم آلياژ حرف اختصاري عناصر آلياژي را به ترتيب از زياد تا كم در فولاد مي آوريم، با اين تفاوت كه در اينجا كربن ضريب 100 و عناصر آلياژي ديگر ضريب 1 را دارند. مانند X20CrMo13
- حذف حرف مشخصه X
اگر عدد مشخصه مقدار كربن به جهت عدم اهميت حذف شود، به منظور كوتاه شدن مشخصه فولاد از نوشتن علامت X نيز صرفنظر مي شود. مانند: NiCr20TiAl
- سيستم نامگذاري فولادهاي ريخته گري
نامگذاري فولادهاي ريختگي، چدنها خاكستري و چدن هاي چكش خوار با علامت ريختگي G شروع مي شود، سپس بعد از علامت خط تيره (-) مشخصه فولاد ذكر مي شود. مانند: G-X7CrNiNb18 9 (C:0.07, Cr: 18, Ni: 9%, Nb)
- علامت اختصاري فولادهاي تند بر
علامت اختصاري فولادهاي تندبر بدين ترتيب تشكيل مي شود كه بعد از علامت S
(فولادهاي تند بر (S= Schnellarbeitsstahl) اعدادي نوشته مي شود كه به ترتيب مقادير عناصر آلياژي تنگستن، موليبدن، واناديم و كبالت را بيان مي كند، مثلاً فولاد S 6-5-2-5. اگر فولادي كبالت نداشته باشد چهارمين عدد حذف مي شود. مثلاً فولاد
از سيستم چهار رقمي براي مشخص كردن فولادهاي كربني و آلياژي بر اساس تركيب شيميايي بهره مي برد. بر اساس اين سيستم، دو رقم آخر نشان دهنده ميزان كربن برحسب صدم درصد است. رقم اول از سمت چپ مشخصكننده طبقه اي
است كه فولاد به آن تعلق دارد و مطابق است با :
عدد 1 براي فولادهاي كربني
عدد 2 براي فولادهاي نيكل دار
عدد 3 براي فولادهاي نيكل – كرم
عدد 4 براي فولادهاي موليبدن دار
عدد 5 براي فولادهاي كرم دار
عدد 6 براي فولادهاي كرم – واناديم
عدد 7 براي فولادهاي تنگستن دار
عدد 8 براي فولادهاي سيليسيم – منگنز
در اين نشانه هاي رقم دوم عموما" مشخصه درصد متوسط عنصر مسلط است.
10XX Nonreslfurized,1.00 manganese maximum
11XX Resulfurized
12XX Rephosphorized and reslfurized
15XX Nonreslfurized, over 1.00 manganese maximum
13XX 1.75 manganese
40XX 0.20 or 0.25 molybdenum or 0.25 molybdenum and 0.042sulfur
41XX 0.50, 0.80, or 0.95 chromium and 0.12,0.20, or 0.30 molybdenum
43XX 1.83 nickel, 0.50 to 0.80 chromium and 0.25 molybdenum
46XX 0.85 or 1.83 nickel and 0.20 or 0.35 molybdenum
47XX 1.05 nickel, 0.45 chromium, 0.20 or 0.35 molybdenum
48XX 3.50 nickel and 0.25 molybdenum
51XX 0.80, 0.88, 0.93, 0.95, or 1.00 chromium
51XXX 1.03 chromium
52XXX 1.45 chromium
61XX 0.60 or 0.95 chromium and 0.13 or 0.15 vanadium minimum
86XX 0.55 nickel, 0.50 chromium and 0.20 molybdenum
87XX 0.55 nickel, 0.50 chromium and 0.25 molybdenum
88XX 0.55 nickel, 0.50 chromium and 0.35 molybdenum
92XX 2.00 silicon or 1.40 silicon and 0.70 chromium
50BXX 0.28 or 0.50 chromium
51BXX 0.80 chromium
81BXX 0.30 nickel, 0.45 chromium and 0.12 molybdenum
94BXX 0.45 nickel, 0.40 chromium and 0.12 molybdenum
فولادهاي زنگ نزن
پيشنهاد شده و توسعه يافته است، از 3 AISI كه نخستين بار توسط ،( wrought s.s) سيستم نامگذاري فولادهاي زنگ نزن كارشده
عدد كه در برخي موارد حروفي به دنبال آنها مي آيد، تشكيل شده است.
3 سري فولادهاي زنگ نزن آستنيتي هستند و مارتنزيتي ها و xx ,2xx نخستين رقم، كلاس آلياژ را مشخصمي كند. بدين صورت كه
4 مشخصمي شوند. xx فريتي ها با
4 تمايز بين xx متاسفانه در اين سيستم نامگذاري ، رقمهاي دوم و سوم تركيب شيميايي آلياژ را به ما نمي دهند. همچنين در مورد سري
فولاد زنگ نزن فريتي با مارتنزيتي پيشبيني نشده است.
مثلا" 430 و 446 فريتي هستند در حاليكه 431 و 440 مارتنزيتي مي باشند.
xxxL xxx01 Low carbon (<0.03% as compared tothe normal <0.08%) forimproved
resistance to intergranular corrosion asdiscussed below
xxxS xxx08 Low carbon (<0.08% as compared tostandard <0.2% or higher)
xxxN xxx51 Added nitrogen for increased strength
xxxLN xxx53 Low carbon (<0.03%) plus addednitrogen
xxxF xxx20 higher sulfur and phosphorus forimproved machinability
xxxSe xxx23 Added selenium for better machinedsurfaces
xxxB xxx15 Added silicon to increase scaling resistance
xxxH xxx09 Wider allowable range of carbon content
xxxCu xxx30 Added copper
فولادهاي زنگ نزن (S.S) طبق دسته بندي موسسه آهن و فولاد امريكا (AISI) به دو گروه سري ۳۰۰-۲۰۰ و سري ۴۰۰ طبقه بندي مي شوند كه هر سري شامل چندين فولاد با رفتارهاي مختلف مي باشد.
فولادهاي زنگ نزن سري ۳۰۰-۲۰۰ آستنيتي (Austenitic) مي باشند كه بسيار چقرمه (tough) و نرم (ductile) بوده و نيازي به عمليات حرارتي ندارند در نتيجه اين فولادها براي جوشكاري مناسب اند و تحت شرايط عادي اتمسفري نيازي به آنيله شدن ندارند.
اين فولادها در برابر خوردگي مقاومند و معمولا غير مغناطيسي هستند و فقط از طريق كار سرد (cold work) سخت ميشوند.
محدوده كربن در اين فولادها ۰٫۰۸ تا ۰٫۲۵ درصد، ميزان كروم ۱۶ تا ۲۶ درصد و ميزان نيكل ۶ تا ۲۲ درصد است.
آنچه كه در نوع ۳۱۶ باعث تمايز آن نسبت به انواع ديگر فولاد S.S همچون ۳۰۴ شده وجود ميزان حداكثر ۳ درصد موليبدنيوم در آن مي باشد.موليبدنيوم مقاومت خوردگي اين آلياژ كروم-نيكل را در برابر تخريب اكثر مواد و حلالهاي شيميايي صنعتي بالا برده و همچنين در برابر خوردگي حفره اي (pitting) حاصل از كلرايدها مقاومت ميكند.به همين خاطر نوع ۳۱۶ مهمترين فولادي است كه در محيطهاي دريايي استفاده مي گردد.
Type Analysis of Stainless Type 316:
دو عامل مهم در خوردگي اين نوع فولادها يكي حساس شدن (sensitization) و عامل ديگر كه باعث زنگ زدن جوشهاي آن مي شود اكسيد زدايي نكردن آن مي باشد.حال هر كدام بطور مختصر توضيح داده مي شود.
حساس سازي يا حساس شدن (sensitization):
رسوب (ته نشين شدن) كربايد در مرز دانه ها ،هنگامي كه فولادهاي زنگ نزن آستنيتي در يك بازه زماني در محدوده دماي بين 425 تا ۸۷۰ درجه سانتيگراد(۸۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه فارنهايت) حرارت داده مي شوند(بخصوص در جوشكاري) را حساس شدن مي گويند.
مدت زماني كه فولاد در اين دما قرار ميگيرد مقدار كربايد رسوب شده را تعيين ميكند.وقتي كروميوم كربايد در مرز دانه اي رسوب ميكند نواحي كناري فورا از كروم تهي ميشود.در صورتيكه اين ته نشيني و تهي سازي نسبتا پيوسته باشد ،فولاد را نسبت به خوردگي بين دانه اي (intergranular corrosion) مستعد مي سازد.همچنين حساس شدن مقاومت فولاد را در برابر انواع ديگر خوردگي همچون خوردگي حفره اي (pitting) ،خوردگي شكافي (crevice corrosion) و ترك خوردگي تنشي(SCC) كاهش ميدهد.
روش جلوگيري از sensitization
با استفاده از منحني هاي حساس سازي دما-زمان ميتوان از حساس شدن جلوگيري نمود و تاثير ميزان كربن را روي اين پديده مشاهده نمود.در شكل پايين نمونه اي از اين منحني ها را براي فولاد ۳۰۴ را مشاهده مي تماييد.
روش ديگر جلوگيري از حساس شدن استفاده از فولادهاي پايدار( stabilized steels) همچون ۳۲۱ و ۳۴۷ مي باشد.اينگونه فولادهاي زنگ نزن محتوي تيتانيوم (titanium) و يا نيوبيوم(niobium) بوده كه ميل به تركيب با كربن دارند و به آساني كربايد تشكيل ميدهند،اين موضوع باعث ميشود حتي وقتي در طولاني مدت در معرض دماي sensitization قرار بگيرد كروم در حلال باقي بماند