فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰ ( Martensitic stainless steels ۴xx series ) گروهی از فولادهای زنگ نزن هستند که خواص سختی و چقرمگی مطلوبی را ارائه می‌دهند .
انواع فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰
انواع این فولادها ( Martensitic stainless steels ) عبارتند از [۱] :
فولاد مارتنزیتی ۴۰۳ : کیفیت مطلوب برای قطعات تحت فشار شدید .
۴۱۰ : فولاد زنگ نزن مارتنزیتی عمومی .
۴۱۴ : حاوی افزودنی نیکل برای بهبود خوردگی .
فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سری ۴۰۰ آلیاژ ۴۱۶ : مقادیر فسفر و گوگرد بالاتر برای بهبود قابلیت ماشینکاری .
۴۱۶Se : حاوی افزودنی سلنیم برای بهبود سطوح ماشینکاری شده .
فولاد مارتنزیتی سری ۴۰۰ آلیاژ ۴۲۰ : دارای کربن بالاتر برای افزایش استحکام .
۴۲۰F : قابلیت ماشینکاری خوب بدلیل وجود افزودنی‌های فسفر و گوگرد .
۴۲۲ : حاوی افزودنی‌های مولیبدن ، وانادیم و تنگستن برای افزایش استحکام و چقرمگی .
۴۳۱ : کروم بالاتر ، حاوی افزودنی نیکل برای بهبود مقاومت به خوردگی .
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰ آلیاژ ۴۴۰A : دارای بیشترین مقدار کروم ، حاوی افزودنی کربن برای افزایش سختی .
۴۴۰B : دارای بیشترین مقدار کروم و حاوی کربن بالاتر برای افزایش سختی و چقرمگی .
۴۴۰C : دارای بیشترین مقدار کروم و حاوی بیشترین مقدار کربن برای افزایش سختی و چقرمگی .
۵۰۱ : دارای کروم پایین و حاوی افزودنی مولیبدن .
۵۰۲ : دارای کروم پایین و حاوی افزودنی مولیبدن .
خواص فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰
ترکیب شیمیایی فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سری ۴۰۰
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی می‌توانند کم کربن یا پر کربن باشند . این فولادها حاوی ۱۲ تا ۱۷ درصد کروم و ۰.۱۰ ( فولاد مارتنزیتی ۴۱۰ ) تا ۱.۲ درصد کربن (فولاد مارتنزیتی ۴۴۰C ) هستند [۲] .
ترکیب شیمیایی فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی بر طبق استاندارد EN 10088-1 (2005) و بر حسب درصد وزنی در جدول زیر ارائه شده است [۲] .
ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی رایج [۲] .
همچنین بسیاری از گریدهای اختصاصی دیگر وجود دارد که در استاندارد ذکر نشده است ( به ویژه برای کارد و چنگال ) [۲] .
خواص مکانیکی فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سری ۴۰۰
فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی قابلیت سخت شدن از طریق عملیات حرارتی مخصوصا توسط کوئنچ و تنش زدایی یا توسط کوئنچ و تمپرینگ ( که با آن QT گفته می‌شود ) را دارند . ترکیب آلیاژ و نرخ سرد شدن بالا در فرآیند کوئنچ باعث تشکیل مارتنزیت می‌شود . مارتنزیت تمپر نشده چقرمگی کمی دارد ؛ در نتیجه شکننده است . مارتنزیت تمپر شده سختی خوب و چقرمگی بالایی را در فولاد ایجاد می‌کند و بطور عمده در ابزارهای پزشکی ( چاقوی کالبد شکافی ، تیغ‌ها و گیره‌های داخلی ) مورد استفاده قرار می‌گیرند . خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی بر طبق استاندارد EN 10088-3 در جدول زیر ارائه شده است [۲] .
خواص مکانیکی برخی از فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی [۲] .
در ستون عملیات حرارتی QT به معنی عملیات کوئنچ و تمپر کردن است و P به معنی رسوب سخت شدن ( Precipitation hardened ) است [۲] .
خواص فیزیکی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰
خواص فیزیکی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی بر اساس استاندارد EN 10088-1 (2005) در جدول زیر ارائه شده است [۲] .
خواص فیزیکی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی رایج [۲] .
فرآیند ساخت فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰
هنگامی که قابلیت شکل پذیری و نرمی مورد نیاز باشد ، فولاد با حداکثر ۰.۱۲ کربن ساخته می‌شود . با افزایش مقدار کربن در شرایط سخت شدن و تمپرینگ ، می‌توان استحکام کششی در محدوده ۶۰۰ تا ۹۰۰ N/mm۲ بدست آورد ؛ در نتیجه ترکیبی مناسب از چقرمگی و تردی حاصل می‌شود . استفاده از این فولادها در کاربردهایی که به مقاومت به خوردگی متعادلی نیاز دارند ، بسیار مفید است . همچنین با افزایش بیشتر محتوی کربن در شرایط سخت شدن و تمپرینگ ، استحکام کششی حدود ۱۶۰۰ N/mm۲ بدست می‌آید که انعطاف پذیری را به شدت کاهش می‌دهد [۲] .
X46Cr13 یک نمونه متداول از فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰ است [۲] .
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی برخلاف فولادهای آستنیتی ، می‌توانند تحت آزمون‌های غیر مخرب با روش بازرسی با ذرات مغناطیسی ( Magnetic particle inspection ) قرار بگیرند [۲] .
کاربرد فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰
فولادهای مارتنزیتی که تا ۰.۴ درصد کربن دارند ، بدلیل خواص مکانیکی مطلوب در پمپ‌ها ، سوپاپ‌ها ، شفت‌ها و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند . فولادهایی که دارای کربن بیشتر از ۰.۴ درصد هستند ، بدلیل مقاومت به سایش مطلوب در تیغه‌های جراحی ، قالب‌های تزریق پلاستیک ، نازل‌ها و غیره بکار می‌روند [۲] .
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰ ممکن است حاوی مقداری نیکل نیز باشند ( فولاد مارتنزیتی ۴۳۱ ) . نیکل امکان افزایش محتوای کروم و مولیبدن را افزایش می‌دهد ؛ در نتیجه مقاومت به خوردگی بهبود می‌یابد ؛ علاوه بر این بدلیل محتوی کربن پایین‌تر ، چقرمگی نیز بهبود می‌یابد . گرید EN 1.4313 ( CA6NM ) از این فولادها با مقدار اندکی کربن ، ۱۳ درصد کروم و ۴ درصد نیکل خواص مکانیکی ، قابلیت ریختگی ، قابلیت جوشکاری و مقاومت در برابر حباب زنی ( Cavitation ) خوبی را ارائه می‌دهد . این فولاد تقریبا برای تمام توربین‌های هیدروالکتریک در جهان ، از جمله آن‌هایی که در سد سه دره ( Three Gorges ) چین قرار دارند ، مورد استفاده قرار می‌گیرند [۲] .
افزودنی‌های بور ، کبالت ، نیوبیوم و تیتانیم به فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰ خصوصیات دما بالا مخصوصا مقاومت در برابر خزش ( برای مبدل‌های حرارتی در توربین‌های بخار ) را بهبود می‌بخشد [۲] .
فولاد ۶۳۰ یک گرید خاص مارتنزیتی است ( که ۱۷ / ۴ PH هم نامیده می‌شود ) که توسط رسوب گذاری در دمای ۴۷۵ درجه سانتی گراد سخت می‌شود [۲] .
خلاصه‌ای از کاربرد فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی سری ۴۰۰ در ادامه مطرح شده است [۲] .
- فولادهای مهندسی مقاوم در برابر خوردگی در کاربردهای مختلفی از مهندسی مکانیک استفاده می‌شوند . این کاربردها شامل پمپ‌ها ، سوپاپ‌ها ، شفت‌های قایق و غیره است [۲] .
- کاربردهای مقاوم در برابر سایش و خوردگی این فولادها عبارتند از : کارد و چنگال ، ابزارهای پزشکی ( چاقوی کالبد شکافی ، تیغه‌ها و گیره‌های داخلی ) ، یاتاقان‌ها ( بلبرینگ ) ، تیغ‌های ریش تراش ، قالب‌های تزریق پلیمر و دیسک‌های ترمز برای دوچرخه و موتور [۲] .
شکل زیر موچین ساخته شده از فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سری ۴۰۰ آلیاژ ۴۱۰ را نشان می‌دهد [۲] .
موچین ساخته شده از فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
موچین ساخته شده از فولاد زنگ نزن مارتنزیتی [۲] .
جمع بندی
فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سری ۴۰۰ گروهی از فولادهای زنگ نزن هستند که ریزساختار مارتنزیتی دارند . مارتنزیتی مطلوب است که تحت فرآیند تمپرینگ قرار گیرد و انعطاف پذیری آن افزایش یابد . در این صورت است که فولادی با چقرمگی و سختی مناسب بدست می‌آید . این فولادها بدلیل استحکام بالا در ساخت ابزارآلات پزشکی و بهداشتی کاربرد دارند .
منابع
[۱] Myer kutz, Handbook of Materials Selection. .
[۲] “https://en.wikipedia.org/wiki/Martensitic_stainless_steel.” .