ترکیب شیمیایی فولاد زنگ نزن آستنیتی-فریتی (دو فازی)

ترکیب شیمیایی فولاد زنگ نزن آستنیتی-فریتی (دو فازی) ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن آستنیتی-فریتی (Chemical Composition of Duplex Stainless Steel) نقش بسیار مهمی در خواص نهایی آن ها دارد. عموما خواص مطلوب این فولادها در موازنه فازی 30-70 درصد فریت و آستنیت به دست می آید اگرچه اکثرا مقادیر این دو فاز را یکسان در نظر می گیرند. تداخل عناصر آلیاژی به ویژه کروم، مولیبدن، نیتروژن و نیکل کاملا پیچیده می باشد.برای داشتن ساختار دو فازی پایدار که جوابگوی خوب فرایند و تولید باشد دقت بسیاری جهت رسیدن به اندازه دقیق هر یک از این عناصر لازم است.در کنار تعادل فازی، نگرانی اصلی دیگه ای در تولید این فولادها ترکیب شیمایی آنها وجود دارد و آن: تشکیل ترکیبات بین فلزی و مخرب در دماهای بالا می باشد.فازهای سیگما و چی در فولادهای زنگ نزن با کروم و مولیبدن بالا تشکیل شده و به صورت ترجیحی در فریت رسوب می کند. افزودن نیتروژن کافی می تواند تشکیل آنها را به تاخیر بیندازد و در نتیجه نیاز به یک مقدار بحرانی نیتروژن در محلول جامد آنها می باشد.نقش عناصر آلیاژی در ترکیب فولاد زنگ نزن آستنیتی-فریتیکروم:یک مقدار حداقل 10.5% کروم برای تشکیل فیلم پسیو کروم که مقاومت کافی جهت حفاظت از فولاد در خوردگی اتمسفری معتدل داشته باشد، لازم است. مقاومت به خوردگی یک فولاد با افزایش میزان کروم آن بالاتر می رود. کروم فریت زا بوده یعنی افزودن آن موجب تولید ساختار bcc آهن می شود. در مادیر بالاتر کروم، نیاز به نیکل بیشتری جهت تشکیل آستنیت یا ساختار دو فازی می باشد. همچینین کروم بیشتر باعث تشکیل فازهای بین فلزی می شود. معمولا حداقل 16% کروم در فولادهای زنگ نزن آستنیتی و حداقل 20% در گریدهای دو فازی آن نیاز است. همچنین کروم، مقاومت به اکسیداسیون دما بالا را افزایش می دهد.مولیبدن:مولیبدن به همراه کروم، مقاومت به حفره دار شدن را در فولادهای زنگ نزن افزایش می دهد. اگر میزان کروم این فولادها حداقل 18% باشد، می بایست برای داشتن تاثیر مناسب مولیبدن در جلوگیری از حفره داد شدن و خوردگی شیاری در محیط های حاوی یون کلرید، مقدار آن سه برابر کروم باشد. مولیبدن فریت زا بوده و تمایل فولادهای زنگ نزن را به تشکیل فازهای بین فلزی مخرب افزایش می دهد. در نتیجه مقدار آن محدود به 7.5% در فولادهای زنگ نزن آستنیتی و 4% در فولادهای دو فازی می شود.نیتروژن:نیتروژن مقاومت به حفره دار شدن و خوردگی شیاری فولادهای زنگ نزن آستنیتی و دو فازی را افزایش می دهد.همچنین استحکام آنها را افزایش داده و در واقع یک عنصر استحکام دهنده محلول جامد و ارزان می باشد. نیتروژن از تشکیل بین فلزی ها جلوگیری نمی کند اما تشکیل آنها را به تاخیر می اندازد. نیتروژن آستنیت زا قوی بوده و می تواند جایگزین مقداری از نیکل در فولادهای زنگ نزن آستنیتی شود. نیتروژن انرژی نقص شبکه را کاهش داده و نرخ سخت کاری آستنیت را افزایش می دهد.نیکل:نیکل پایدار کننده آستنیت بوده و باعث تغییر ساختار کریستالی فولادهای زنگ نزن از BCC (فریت) به FCC (آستنیت) می شود(شکل زیر).فولادهای زنگ نزن فریتی، نیکل کمی داشته یا اصلا ندارد و فولادهای دو فازی مقادیر کم تا میانگین نیکل مانند 1.5-7 درصد را داشته و سری 300 فولادهای آستنیتی حداقل 6% نیکل دارند. افزودن نیکل تشکیل ترکیبات بین فلزی را در فولادهای زنگ نزن آستنیت به تاخیر می اندازد اما اثر آن کمتر از میزان تاخیری است که نیتروژن در فولادهای دو فازی ایجاد می کند.ساختار فریتیافزودن نیکلساختار دوفازیافزودن نیکلساختار آستنیتیعامل اصلی چقرمگی عالی فولادهای زنگ نزن آستنیتی ساختار FCC آنها بوده و به همین علت نیمی از ساختار فولادهای زنگ نزن دو فازی را تشکیل داده که موجب افزایش چقرمگی آنها نسبت به فولادهای زنگ نزن فریتی می شود.