فولادهای پر آلیاژ

فولادهای پر آلیاژ

اسلاید 1: به نام خدافولادهای پر آلیاژ

اسلاید 2: استاد راهنما:دکتر باباخانیتهیه کنندگان:داوود پورعباسوحید مجفریمیرصمد محمدی

اسلاید 3: فولادهای پر آلیاژ 1-3 مقدمه:تولید فولادهای پر آلیاژ باید به نحوی انجام شود که بهترین بازیابی ممکن آلیاژها بطریقی کاملاً‌اقتصادی بدست آید. قیمت مواد خالص یا فرو آلیاژها با قراضه آلیاژی بالا استٰ‌ٰٰٰٰ بنابراین از آنها فقط در موارد ضروری باید استفاده شود. گرچه ذوب قراضه‌های آلیاژی ارزانتر تمام می‌شود ولی آنها را باید از یکدیگر تفکیک و مجزا نمود تااینکه از آلیاژهای موجود فقط در صورت نیاز استفاده شود نه اینکه با شارژ کردن بیش از حد معین به هدر بروند. بدلایل اقتصادی یک کارخانه ذوب فلز که در آن فولادهای آ‌لیاژی تهیه میشود. باید از تمام قراضه برگشتی خودش نیز استفاده کند. این کار در مورد فولادهای با منگنز بالا وکوره‌هایی که ذوب در آنها فقط با آستر اسیدی انجام میشود عملی نیست که این مورد هم بندرت پیش می‌آید.

اسلاید 4: معمولاً‌ فولادهائی که دوباره ذوب میشوند در مقایسه با فولادهائی که از شارژهای فلز خالص و فر و آلیاژها بدست می‌آیند نامرغوبتر می‌باشندٰٰٰٰٰٰٰ مگر اینکه یک شارژ برگیزده به کار رود یا روش تصفیه به کار گرفته شود. ارزش نیکل در فولاهای کرم نیکل دارٰ موجب گسترش روش جوشش سنگ معدن و سپس شیوه تصفیه با اکسیژن شده است ولی گسترش فرایند مشابه در مورد فولادهای منگنزدار آستنیتی دیرزمانی نپائیدٰ چون ارزش قراضه در درجه پائین‌تری قرار داشت. امروزه روشهای ذوب متفاوتی برای تولید فولاد آلیاژی به کار میروند. هر کارخانه روشی را درپیش میگیرد که به نظرش بهترین راه تهیه برای فولاد مخصوصی است. تنها گروهی از کارخانجات تا حدودی از روشهای ذوب استاندارد پیروی می‌کنند. در این فصلٰ به بعضی از روشهایی که برای تهیه فولادهای پر آلیاژبه کار میروند اشاره میشود. Ore boling

اسلاید 5: اساساً سه روش اصلی برای تهیه فولادهای پر آلیاژ وجود دارد. روش اول در این روش از مواد بکر یعنی قراضه آهن خالص یا فولاد کربنی به عنوان مبنا استفاده می‌گردد و عناصر آلیاژی به صورت خالص با فروآلیاژها به آنها اضافه میشود. این روش گرانترین روش می‌باشد زیرا قیمت مواد آلیاژی با قراضه آهن خالص بالا است. روش دوم در این روش قراضه‌‌های آلیاژی برگشتی که از ذوبهای دیگر به دست می‌آیند. دو مرتبه ذوب میشوند در این صورت لزوم مقداری از آلیاژها نیز به این مواد اضافه میشوند. تا شرایط مورد نظر حاصل گردد. غالباً فولادی که با این روش تولید میشود از روش اول نامرغوبتر است و ممکن است مشکلاتی به سبب جذب گاز درحین عمل ذوب پدید آید.

اسلاید 6: روش سوم در این روش تصفیه قراضه‌های برگشتی تصفیه میشوند و با ایجاد جوشش کربن همراه است چون از این طریق گازهای محلول از محیط خارج می‌شوند و معمولاً‌ مرحله بازاریابی را بدنبال دارد که در این هنگام بعضی از آلیاژها که به سرباره منتقل شده‌اند به مذاب برگشت داده می‌شوند تا کمبودهای موردنظر جبران شود. به این ترتیب خواص فولاد حاصل مشابه با خواص فولادی است که از بار تازه بدست می‌آید. در جدول (1-3) نشان داده شده است که با این روش و در مقایسه با به کار بردن بار تازه به میزان قابل ملاحظه‌ای صرفه جوئی میشود. البته این مقایسه نمی‌تواند زیاد صحیح باشد چون پیش‌بینی‌های لازم برای فرسایش بیشتر مواد دیرگداز زمان ذوب و غیره نشده است.

اسلاید 7:

اسلاید 8: قبل از بحث درباره روشهای گوناگون تصفیه لازم است به نظریه‌هائی که این روشها بر پایه آنها بنیان گذاری شده‌اند توجه شود. نمودار الینگهام برای تشکیل اکسیدها (شکل 1-3) انرژیهای آزاد را از لحاظ نظری برای تشکیل اکسیدها در درجه حرارتهای مختلف نشان میدهد. Ellingham diagram

اسلاید 9:

اسلاید 10: جدول (1-3)- مقایسه هزینه‌ تولید فولاد زنگ نزن حاصل از مواد تازه برگشتی که توسط اکسیژن تصفیه شده است.

اسلاید 11: هر چقدر این انرژی آزاد (Fٰ) منفی‌تر باشد اکسید پایدارتر است. از این رو وقتی مخلوطی از فلزات در معرض اکسید شدن قرار گیرند (در حالی که در مورد مخلوط عناصر و اکسیدها وضعیت فرق می‌کند) در این حالت یک عنصر اکسیدی را که انرژی آزاد منفی کمتری دارد احیا کرده و به صورت عنصر بنیان آن در می‌آورد. مثلاً سیلیسیم Cr2o3 را احیا کرده cr تولید می‌کند. فاصله بین دو خط در نمودار نشان دهنده اختلاف انرژی آزاد است یا به عبارت دیگ نیروی محرکه حاصل از واکنشهای اکسیداسیون و احیا می‌باشد. هرچه نیروی محرکه زیادتر باشد واکنشها با سرعت بیشتری انجام می‌گیرند با اینکه در یک مدت زمان معین به شرایط تعادل نزدیک‌تر می‌شوند.

اسلاید 12: شکل (1-3)- انرژیهای آزاد در شرایط استاندارد برای تشکیل اکسیدها (نمودار الینگهام) اانرژی آزاد حاصل از اکسیداسیون کربن که طی آن کربن به منواکسید کربن تبدیل می‌شود با اازدیاد درجه حرارت منفی‌تر میشود و به عبارت دیگر co پایدارتر میشود. این عمل عکس دیگر واکنشهای اکسیداسیونی است که طی آنها درجه حرارت زیاد سبب تجزیه اکسید به صورت فلز و اکسیژن میشود. بنابراین در درجه حرارتهای بالاتر اکسیداسیون کربن یا احیای اکسیدهای فلزی توسط کربن درجه اول انجام میشود. این موضوع را میتوان با ذکر مثالی از کرم روشن ساخت. خطوط مربوط به واکنشهای ؟ در شکل (1-3) یکدیگر را در حرارت 1200 درجه سانتیگراد قطع می‌کنند. در این درجه حرارت مخلوطی ازCٰ،Co،Cr،Cr2o3 اکسید درمی‌آید و کربن هم Cr2O3 را احیا می‌کند و یا با اکسیژن آزاد ترکیب میشود. درجه حرارتهائی که فولاد در آنها تولید میشود از یکدیگر بسیار مجزا شده‌اند. در این صورت ساده‌تر این است که کربن اکسید شود ولی کرم با ازدیاد درجه حرات به صورت فلزی باقی بماند.

اسلاید 13: نمودارهای الینگهام فقط تحت شرایط تعادلی دقیق‌تر هستند یعنی زمانی که وقت کافی برای اانجام واکنشها وجود داشته و مقدار مواد شرکت کننده در واکنشها مولار باشد (یعنی وزن معادل شیمیایی) در کار تجارتی این شرایط هرگز به دست نمی‌آید ولی این شرایط امکان انجام واکنشها را نشان می‌دهند هرچند که غلظتهای نهائی که قبلاً بدست می‌آیند آن حدی نیستند که در آنها تعادل ایجاد گردد با این حال نمودارهای الینگهام مبنایی برای فرآیندهای تصفیه توسعه تجارتی می‌باشند.

اسلاید 14: فروآلیاژها می‌توانند حاوی مقادیری از گاز باشند. بنابراین به هنگام تولید فولادهای پر آلیاژ که فروآلیاژ مشخص را به مقدار لازم به مذاب اضافه می‌کنند این امکان وجود دارد که مشکلاتی بر اثر ایجاد تخلخل در قطعات ریختگی نهایی بروز کند. تجزیه گاز در درجات و اانواع گوناگون فروآلیاژها نشان داده است که محتوی گاز از یک گروه به گروه دیگر فرق میکند اما به طور کلی درجات ظریف‌تر بیشترین مقدارگاز را دارند. نمونه‌ای از مقادیر گاز برابر ؟ و ؟ برای فروسیلیسیم درشت و برابر ؟ و ؟ برای نوع ریز(1)می‌باشند. مقدار زیادتر ااکسیژن احتمالاً‌به سطح بزرگتر قطعه که قسمتی از آن اکسید شده یا گاز را از هوا جذب کرده نسبت داده می‌شود. از درجه حرارتهائی که در آنها گاز محلول متصاعد میشود چنین بر می‌آید که چنانچه فروآلیاژها قبل از اضافه شدن به حمام مذاب پیش گرم شوند محتوی گاز مذاب به مقدار قابل توجهی کاهش یافته زمان ذوب کوتاهتر می‌گردد. در نتیجه بهره‌برداری از روش تصفیه قراضه آلیاژی گاز موجود در مذاب به هنگام تخلیه کمتر از مواقعی است که شارژهای تازه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اسلاید 15: به طور کلی درجه حرارتی که در آن آلیاژ ریخته‌گری می‌شود 50 تا 100 درجه سانتیگراد بالاتر از درجه حرارت شروع انجماد است و محاسبه آن در فصل هفتم آورده شده است. مقاطع نازک و آلیاژهائی که دارای سیالیت کمی هستند درجه حرارت بیشتری احتیاج دارند تا حفره قالب را کاملاً‌ پر کنند که محاسبه آن در فصل هفتم آورده شده است. درجه حرارت تخلیه مذاب در واقع همان درجه حرارت ریختن مذاب باضافه گرمای فوق گداز است که می‌تواند افتهای حرارتی را که در حین تخلیه انتقال و ریختن پیش می‌آید جبران کند. نتیجه اینکه درجه حرارت از یک کارخانه ذوب فلز تا ارخانه دیگر یا حتی در داخل یک کارخانه متفاوت است چون نوع کارها یا ضخامت قطعه و تعداد قالبهائی که مذاب در آنها ریخته می‌شود با یکدیگر فرق میکند. افتهای درجه حرارت را به هر حال میتوان به آسانی اندازه گیری نمود یا اینکه بر اساس تجربه گذشته مشخص نمود.

اسلاید 16: 2-30 نقش عناصر آلیاژی در فولادها: 1-2-3- نیکل:نیکل چقرمگی و استحکام ضربه‌ای (بخصوص در درجه حرارتهای پائین) را افزایش داده و باعث کاهش تاب برداشتن فولاد در اثر سریع کردن آن شده و مقاومت در برابر خوردگی را اافزایش می‌دهد. همچنین نیکل سبب کاهش درجه حرارت بحرانی فولاد شده و محدوده درجه حرارت عملیات حرارتی را افزایش میدهد. فولادهای نیکل دار مخصوص به منظور ساخت قطعاتی که باید سطح آنها از سختی قابل توجهی برخوردار باشند (نظیر :دنده‌های موتور هواپیما و انواع بالبرینگ‌ها…) به کار میروند. چنین فولادهائی دارای سطوح سخت و مقاوم در برابر سایش بوده و مغز آنها نرم و قابل انعطاف می‌باشد. مزایای نیکل به فولادهای سریع سرد شده و برگشت داده شده محدود نمی‌شود. بلکه در فولادهائی که مقدار کربن آنها کم است با وجود نیکل، استحکام قابل توجهی پیدا می‌کنند در نتیجه مقاومت در برابر خستگی و نیز چقرمگی آنها به میزان قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد.

اسلاید 17: 3-2-3- کرم: ااین عنصر چندین نقش دارد؛ سختی پذیری و مقاومت در برابر سایش را در فولادها افزایش داده و کربوره شدن را بهبود می‌بخشد. در میان عناصر آلیاژی رایج؛ میزان افزایش سختی پذیری کرم در رده بالا قرار دارد. این خاصیت باعث میشود که فولادهای پر کرم دار را بتوان به راحتی با سرد کردن هوا سخت نمود و بنابراین در شرایطی که سرد کردن مایعات اامکانپذیر نباشد و یا غیر مطلوب و مشکل باشد، این خاصیت کرم به عنوان یک امتیاز محسوب میشود. فولادهای کرم دار در درجه حرارتهای بالاٰٰ، نسبتاً‌ پایدار بوده و غالباً وقتی که مقاومت در برابر حرارت موردنظر باشد از آنها استفاده میشود. علاوه بر آنٰ، وجود کرم در به تاخیر انداختن و یا جلوگیری از خوردگی حائز اهمیت می‌باشد. کاربردهای فولادهای کرم دار فراوان بوده که متداولترین آنها عبارتند از: ساخت ابزارهاٰ‌ٰٰ، دنده‌هاٰ، فنرها، پره‌های توربین، محورها و غلطک‌های کوچک و بزرگ.

اسلاید 18: 3-2-3- مولیبدن: ااین عنصر از عناصری است که در انواع فولادها وجود دارد. و معمولاً‌ همراه یکی از عناصر منگنز‌،کرم،نیکل،کبالت،تنگستن و انادیم و یا همراه ترکیبات مختلف از این عناصر می‌باشد. این عنصر باعث افزایش سختی پذیری فولاد شده و عمق سختی را افزایش میدهد و محدوده درجه عملیات حرارتی را وسیع‌تر می‌نماید. علاوه بر آن میل زیادی به تشکیل کاربیدهای پایدار داشته و این باعث جلوگیری از رشد دانه‌ها قبل از سریع سرد کردن فولاد میشود. به دنبال آنٰ، دانه‌های زمینه فولاد ریز شده و در نتیجه چقرمگی فولاد در سختی‌های مختلف بسیار زیاد خواهد شد. یکی دیگر از مزایای مولیبدن، افزایش استحکام کششی و استحکام خزشی فولادهای آلیاژی در درجه حرارتهای بالا می‌باشد، همچنین در فولادهای کرم دار و کرم نیکل دار، مولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی میشود. از جمله فولادهائی که دارای مولیبدن می‌باشند عبارتند از: ابزارهای تند برٰ، میل لنگ‌ها و محورهای چکش کاری شده، توربین‌ها، صفحات دیگهای بخار، مخازن فولادی تحت فشار، آهنرباهای دائمی، زره‌های ضد گلوله و غیره ...

اسلاید 19: 4-2-3- وانادیم:سنگ معدن این عنصز کمیاب بوده و به علت مشکلات موجود جهت استخراج آن، گران تمام می‌شود. وانادیم عنصر آلیاژی بسیار با ارزشی است و با وجودی که از قدرت اکسیژن زدائی بالایی برخوردار است ولی بندرت برای این منظور استفاده میشود. وانادیم میل به تشکیل کاربید دارد. وقتی فولاد را تا بالای درجه حرارت بحرانی گرم می‌کنند و سپس آنرا سریع سرد می‌کنند، این گونه کاربیدها به سهولت در زمینه فلز حل نمی‌شوند و لذا مانع رشد دانه‌ها شده و در یک محدوده وسیع سریع سرد کردن، ساختار میکروسکوپی فولاد، ریز دانه می‌شود و لذا فولاد عملیات حرارتی شده نهایتاً‌ دارای چقرمگی و استحکام بالا خواهد بود. علاوه بر آن، کاربیدهای تولید شده در حین عملیات برگشت دادن میل به تجمع ندارند. از وانادیم برای فولادهای ساختمانی نیز استفاده می‌شود که این نه تنها باعث ریز شدن دانه‌ها می‌گردد بلکه خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشد. به طور کلی، مقادیر وانادیم در فولادهای ساختمانی بین 03/0 تا 25/0 درصد تغییر می‌کند ولی در فولادهای ابزار و فولادهای مخصوص، درصد بیشتری از این عنصر مورد نیاز است. قطعات صنعتی که در ترکیباتشان وانادیم وجود دارد عبارتند از : انواع فنرها، صفحات و دنده‌ها، فولادهای مقاوم در دمای بالا، محورهای چکش کاری شده، محورها و موتورهای توربین و سایر قطعاتی که نیاز به استحکام خستگی و استحکام ضربه‌ای بالایی دارند.

اسلاید 20: 5-2-3- منگنز: این عنصر ارزان قیمت، متداول و بسیار ضروری است که یکی از اساسی‌ترین عناصر در فولادهای کربن دار آلیاژی محسوب میشود به طور کلی اکثر فولادها حاوی مقداری منگنز می‌باشند و در صورتیکه منگنز فولادی بیش از 65/1 درصد باشد، آنرا فولاد آلیاژی می‌گویند. منگنز یک اکسیژن زدای ملایمی می‌باشد و کاربرد اصلی‌ آن به عنوان عنصر آلیاژی به منظور افزایش سختی پذیری فولاد است. منگنز کیفیت سطح فولادهای با درصد کربن مختلف را بهبود می‌بخشد و میزان پاره شدن و ایجاد ترک در درجه حرارت نورد گرم را به حداقل می‌رساند. منگنز همچنین تاثیر فراوانی بر چگونگی استحاله فولاد داشته و به دنبال آن تاثیر بر رفتار و خواص مکانیکی فولادهای نورد شده ، در هوا سرد شده و برگشت داده شده دارد. فولادهای منگنز دار با دانه‌های ریز دارای ترکیبی از استحکام و چقرمگی می‌باشند. از این نوع فولادها برای ساختن چرخ دنده‌ها، محورها، مخازن گازی تحت فشار و بسیاری از قطعات صنعتی دیگر استفاده میشود. با افزودن مقدار متوسط وانادیم، قابلیت چکش خواری فولادهای منگنز دار افزایش می‌یابد.

اسلاید 21: 6-2-3- سیلیسیم: این عنصر غیر فلزی در طبیعت فراوان یافت میشود و به شکل فروسیلیسیم توسط فولاد سازان و به عنوان عنصر اکسیژن زدا و سخت کننده فولادهای کربن دار آ‌لیاژی مصرف می‌شود. در صورتی که حداکثر درصد سیلیسم مصرفی فولادی بین 6/0 تا 2/2 درصد باشد، آنرا فولاد آلیا ژی سیلیسی گویند. تمام فولادهای استاندارد دیگر، مقدار سیلیسیمی بین 2/0 تا 35/0 دارند. چند اثر مختلف سیلیسیم عبارتند از:سیلیسیم به همراه عناصر آلیاژی دیگر نظیر کرم، نیکل، تنگستن سبب افزایش مقاومت فولاد در برابر اکسیداسیون در دمای بالا میشود؛ در اثر افزودن سیلیسم به فولاد قابلیت کربن زدایی و گرافیتی شدن افزایش می‌یابد و وجود سیلیسم در فولاد، درجه حرارت بحرانی را در عملیات حرارتی افزایش میدهد.

اسلاید 22: 7-2-3- مس: این عنصر یکی از معروفترین فلزاتی است که کاربردهای زیادی دارد. مس به عنوان یکی از بهترین هدایت کننده‌های الکتریسیته و حرارت برای عموم و به ویژه مهندسین، شناخته شده است. از مس برای افزودن مقاومت در برابر خوردگی اتمسفری و نیز افزایش استحکام فولادها استفاده می‌شود. مس به مقادیر مختلف به فولادها اضافه میشود. برخی از فولادهای مس دار متداول حاوی 2/0 تا 5/0 درصد مس می‌باشند. از جمله انواع شناخته شده فولادهای مس دار، فولادهای کم آلیاژی با استحکام بالا هستند که در سالهای اخیر توسعه یافته‌اند. این فولادها انعطاف پذیری خوبی دارند و حد تسلیم آنها بیشتر از حد تسلیم فولادهای ساختمانی است. در صورتی که مس همراه با کرم و نیکل و فسفر باشد باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی فولاد میشود ضمن اینکه بر خواص جوشکاری فولاد هیچگونه اثر منفی ندارد.

اسلاید 23: 8-2-3- آلومینیوم: این عنصر در تولید فولادهای آلیاژی اثرات مهم و متعددی دارد و به خاطر میل ترکیبی شدید آن با اکسیژن زدای قابل اعتماد است. آلومینیوم در فولاد، ساختار آستنیتی ریزی ایجاد میکند و وقتی مقدار آن به حد 1 درصد برسد قابلیت نیتروره شدن فولاد را افزایش میدهد. نیتروه کردن فرایندی است که در آن، سطح فولاد حین تماس با یک محیط ازت دار مثل گاز آمونیاک و در درجه حرارت 480 تا 650 درجه سانتیگراد سخت می‌شود. عناصر دیگری که در نیتروره کردن تا 0حدی موثرند عبارتند از: وانادیم، کربن، مولیبدن و گاهی اوقات نیکل هستند. سختی آلیاژهای آلومینیم دار معمولاً‌ حدود 950 تا 1150 DPHNٰ، بعد از عملیات حرارتی نیتروره کردن می‌باشد، فولادهائی که آلومینیوم ندارند از سختی سطح کمتری برخوردار می‌باشند.

اسلاید 24: 9-2-3- بر: هدف اصلی افزودن این عنصر به فولادها افزایش سختی پذیری آنها میباشد و به این معنی است که تا آن عمق میتوان فولاد را توسط سریع سرد کردن سخت نمود. برای آلیاژ کردن فولاد حدود چند هزارم درصد بر کافی است به منظور اینبر بتواند موثر باشد، باید فولاد را با افزودن آلومینیوم، اکسیژن زدائی و ازت زدایی کرد تا اینکه بتواند با آن ترکیب شود. وقتی که از بر در فولادهای حاوی مقادیر کمی از عناصر آلیاژی استفاده می‌شود امکان ساخت آلیاژهای متعددی عملی میشود. البته باید توجه شود که استفاده از بر در فولادهای کم کربن نسبت به فولادهای پر کربن بسیار موثرتر است و با افزایش درصد کربن از اثر آن می‌کاهد و و به همین علت استفاده از بر در فولادهای پر کربن توصیه نمی‌شود. فولادهای بردار نیاز به کنترل دقیق درجه حرارت و حین عملیات حرارتی بیش از آنچه برای سایر فولادها لازم می‌باشد، دارند. مشخصات کار سرد و گرم فولادهای بردار،‌حداقل برابر فولادهای آلیاژهای معمولی است.

اسلاید 25: 3-3- تولید فولادهای کرم- نیکل دار استنیتی: استاندارد انگلیسی شامل تعدادی از این نوع فولادهاست که کاربردهای گوناگون و وسیعی دارند. متداولترین این فولادها، نوعی از آن است که در برابر خوردگی پایداری دارد(زنگ نزن) که درجات آنها در استانداردهای317C16-316C16-304C15-B.S.1504 و نیز 316C71-318C17-317C16-302C25-347C17-304C15-B.S.3100و315C16-316C12(آمده است که در اصل فولادهایی با 18 درصد کرم و 8 درصد نیکل بوده که درصد متفاوتی از کربن و مولیبدن به همراه دارند. همچنین انواع فولاد زنگ نزن پایداری نیز با استانداردهای (318C17-347C17-B.S.3100 و 347C17-B.S.1504)وجود دارند که شامل نیوبیم (کلمبیم ) یا تیتانیم می‌باشند. فولادهایی که در برابر حرارت پایدار هستند، (B.S.3100) دارای مقادیر زیادتری از عناصر آلیاژی می‌باشند.

اسلاید 26: تولید فولادهای کرم – نیکل دار آستنیتی از بارهای تازه، مستلزم تهیه مذاب با کربن کم است. که فروآلیاژها به آن اضافه شده باشد. بر طبق مشخصات لازم، قراضه فولاد کربنی همراه با قراضه مولیبدن یا نیکل دار در کوره بار میشود. روش دیگر این است که اکسیدهای مولیبدن یا نیکلی که توسط کربن احیا شده و بفرم فلزی خودشان در می‌آیند را در کوره شارژ کنیم. در پایان ذوب نیز از نیزک اکسیژن یا تزریق اکسید برای احیا مقدار کربن تا حد بسیار پایین استفاده میشود. سرباره اکسید کنند، بعداً‌ جمع آوری می‌گردد اکسیژن حمام مذاب با فروسیلیسیم و یا آلومینیوم گرفته میشود و سرباره احیا کننده جدیدی با کمک سنگ آهک، فلوراسپار و فروسیلیسیم ساخته میشود.

اسلاید 27: در محدوده مجاز با استفاده از فرو کرم با کربن زیاد، به حداقل کاهش می‌یابد. در این حالت گرفتن کربن از الکترودها امکان پذیر است مگر در موارد ایزوله شده‌ای که با افزودن کرم فقط با استفاده از فرو کرم کربن انجام می‌گیرد. این ماده بارامی اضافه میشود تا اینکه حمام مذاب بی جهت سرد نشود. چنانچه مواد افزودنی با سرعت به محیط اضافه شوند، فروکرم به علت تراکم زیادش، پایین و به کف حمام مذاب یعنی جایی که ذوب شدن در آنجا مشکل است ته نشین می‌شود. با از پیش گرم کردن مواد افزودنی آلیاژی، سرعت ذوب بالا رفته و در نتیجه گاز کمتری ایجاد میشود. به هنگام اضافه کردن مواد، حمام مذاب باید کاملاً‌ پوشیده از سرباره باشد تا بتواند از افزایش کربن حاصل از الکترودهای گرافیتی جلوگیری کند. موقعی که عمل ذوب کامل می‌شود یک نمونه جهت تجزیه شیمیایی برداشته می‌شود و بر مبنای این نمونه، در صورت لزوم میزان گرما و با اضافه کردن فرو آلیاژهای بیشتر به محدوده مجاز نزدیک می‌کنند. 1. معمولأ عمل جداسازی توسط سرباره صورت میگیرد به این ترتیب که بین الکترودها و مذاب را بخصوص در سطح مذاب توسط سرباره جدا می‌کند و این عمل بخصوص با تغییر ترکیب سرباره عملی است.

اسلاید 28: فولاد کرم دار در حمام مذاب به علت اختلاف وزن مخصوصی که بین مذاب فرو کرم و فولاد کربنی وجود دارد تمایل به جدایش دارد. در نتیجه قبل از نمونه برداری، باید حمام مواد حمام مذاب بخوبی مخلوط شده باشند. این کار را می‌توان با استفاده از محرک مکانیکی (هم زدن یا مخلوط کردن ) وروش القایی انجام داد یا می‌توان مواد مذاب تخلیه شده را دوباره به کوره برگرداند. تولید فولادهای کرم –نیکل دار آستنیتی به طریق ذوب آرام، به علت جذب کربن از الکترودها و ازت از هوا، درکوره‌های قوسی امکانپذیر نیست. در نتیجه ذوب آرام، فولادی تولید میشود و در نتیجه عملیات تصفیه ضروری است.

اسلاید 29: در سال 1931 میلادی، تصفیه فولادهای زنگ نزن با ایجاد جوشش سنگ معدن به ثبت رسید. در این فرآیند قراضه فولاد زنگ نز، فروکرم با کربن زیاد، سنگ معدن کرم و سنگ معدن آهن در کوره‌ای که با کرومتی آستر شده بود ریختند. در این مرحله سنگ معدن آهن به مقدار خیلی زیاد و اضافی موردنیاز بوده، چون همزمان با اکسیداسیون کرم و کربن، نگاهداری سرباره سیال از روش واکنش اکسید کرمیک با سنگ معدن آهن صورت میگیرد. درجه حرارتهای نهائی که از این فرآیند به دست می‌آمد زیاد بوده، بنابراین از آسترهای کرومیتی برای این منظور استفاده می‌کردند. از آسترهای اسیدی نمی‌توانستند استفاده کنند، چون سرباره همراه با اکسید آهن زیاد تولید می‌شد. آسترهای بازی نیز به اندازه کافی دیرگداز نبودند که بتوانند در برابر آن درجه حرارت پایداری کنند.

اسلاید 30: در سال 1939 میلادی روش تصفیه با اکسیژن به ثبت رسید در این روش نیز از بار قراضه زنگ نزن و فرو کرم با کربن زیاد استفاده کردند. در پایان ذوب، گاز اکسیژن از طریق یک نیزک قابل مصرف در کوره وارد کردند تا کربن و مقداری از کرم اکسید شود. درجه حرارت حمام مذاب به علت خاصیت گرمازایی شدید واکنشهای اکسیداسیون، بالا رفته، و در نتیجه کربن اکسید شده، و قسمت بیشتری از کرم باقی می‌ماند. این فرآیند را می‌توان به علت پایین بودن مقدار آهن در سرباره، در کوره‌های بیشتری از کرم باقی می‌ماند. این فرآیند را می‌توان به علت پایین بودن مقدار آهن در سرباره، در کوره‌های اسیدی انجام داد، با این وجود، چون درجه حرارت بالا است لازم است که مراقبت شدیدی انجام شود. در هر دو این فرایندها اکسیداسیون کربن و مقداری از کرم انجام می‌گیرد. در مورد بازیابی کرمی که در سرباره وارد شده بود کوششی به عمل نیامده است در نتیجه سرباره‌های اکسید کننده‌ای که مقدار زیادی کرم داشتند، جدا شده و به دور ریخته می‌شدند. سرباره احیا کننده جدیدی به وجود آورده شد که به آن مواد متعادل کننده هم افزوده می‌شد.

اسلاید 31: هیلتی اولین کسی بود که در مورد اثرات اکسیژن بر محتویات کرم و کربن فولادهای زنگ نزن در درجه حرارتهای مختلف(2) مطالعه کرده است. و خطوط همدما (3) را چنانچه در شکل (2-3) نشان داده شده است، تهیه نمود. این نمودار نشان میدهد که در درجه حرارتهای بالا همانطوری که از نمودار الینگهام نیز انتظار میرود مقدار کرم باقیمانده زیاد می‌شود (شکل 1-3). از نتایج حاصل از تولید فولادهایی که بر روی این نمودار اضافه شده می‌توان دریافت که نیزک اکسیژن در مقایسه با جوشش سنگ معدن درجه حرارت حمام مذاب را بالاتر برده همچنین نسبت کرم به کربن را نیز در آخر دمش افزایش می‌دهد. HiltyIsotherms

اسلاید 32: شکل (2-3)- اثر درجه حرارت، مقدار کرم و کربن روی حرارتهای مقیاس تولید فولاد زنگ نزن ساخته شده توسط فرآیند تصفیه، در پایان مرحله اکسیداسیون، افزایش کرم و کربن در وضعیت هم دما و در حالت تجربی به دست آمده است.(2) بررسی‌های اثر جریان اکسیژن بر افتهای فلزی در حمام (3) مذاب نشان داده است که وقتی سرعت جریان اکسیژن در هر تن به 30 متر مکعب بر ساعت (در هر تن می‌رسد، مقدار فلزی که اکسید می‌شود کاهش می‌یابد،یعنی، درصد بیشتری از اکسیژن توسط کربن مصرف می‌شود

اسلاید 33:

اسلاید 34: (شکل 3-3-).

اسلاید 35: بنابراین ظاهراً بهترین نتایج با کمترین سرعت جریان اکسیژن یعنی در هر 30 متر مکعب بر ساعت (در هر تن ) به دست سمی‌آید. چون در بالاتر از این حد، کاهش مختصری در مقدار عناصر فلزی که اکسید شده‌اند، پدید می‌آید. کوششهایی انجام شده است تا با احیا کردن اکسیدها، فلزاتی که در سرباره وارد شده و قبلاً دور ریخته می‌شدند، ارزیابی کردند. کرم گرانترین فلزی است که در سرباره وارده میشود. و اکسید آن (اغلب به صورت Cr2O3 در نظر گرفته می‌شود، ولی آزمایشهای جدید نشان داده که اکسید کرم به شکلCr3O4 است) توسط سیلیسیم، آلومینیوم، منیزیم و کلسیم احیا می‌شود (شکل 1-3-)و به مذاب انتقال پیدا می‌کند. منیزیم و کلسیم بندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند چون واکنش‌های آنها شدید بوده و با انفجار همراه است. واکنش سیلیسیم و آلومینیوم با انفجار توام نیست ولی حد زیادی بر بازاریابی کرم اثر می‌گذارد واکنش‌های بازیابی، در ضمیمه شماره 1 ملاحظه می‌شود.

اسلاید 36: تمام عملیات جدید مربوط به ذوب فولاد کرم و نیکل دار آستنیتی با استفاده از گاز اکسیژن انجام می‌شود. بار معمولاً‌ از 50 تا 60 درصد برگشتی‌های کرم- نیکل دار آستنیتی، قراضه‌های فولادی کربن و نیکل دار، اکسیدهای نیکل و مولیبدن، فر وکرم با کربن زیاد و سنگ آهک تشکیل شده است. انتخاب قراضه باید با توجه به فسفر آن انجام شود. چون امکان دارد فسفر در مراحل اولیه ذوب اکسید شود ولی به هنگام برگشت سرباره، همراه با کرم بازیابی می‌شود. تجزیه مذاب باید حدود 5/0 درصد کربن و 12 تا 14 درصد کرم داشته باشد. وجود این مقادیر از کرم و کربن در محیط شروع به جوشش کربن را آسانتر می‌کند. در این حالت درجه حرارت حمام مذاب را تا حدود 1600 درجه سانتیگراد بالا برده، و تا کمی بعد از اینکه کربن به 1/0 درصد رسید و شعله افت کرد ورود اکسیژن را به مذاب ادامه می‌دهند. جنانچه دمش بهر دلیلی قبل از پایان گرفتن کار متوقف شود، شروع مجدد آن غیر ممکن خواهد بود.

اسلاید 37: تمام عملیات جدید مربوط به ذوب فولاد کرم و نیکل دار آستنیتی با استفاده از گاز اکسیژن انجام می‌شود. بار معمولاً‌ از 50 تا 60 درصد برگشتی‌های کرم- نیکل دار آستنیتی، قراضه‌های فولادی کربن و نیکل دار، اکسیدهای نیکل و مولیبدن، فر وکرم با کربن زیاد و سنگ آهک تشکیل شده است. انتخاب قراضه باید با توجه به فسفر آن انجام شود. چون امکان دارد فسفر در مراحل اولیه ذوب اکسید شود ولی به هنگام برگشت سرباره، همراه با کرم بازیابی می‌شود. تجزیه مذاب باید حدود 5/0 درصد کربن و 12 تا 14 درصد کرم داشته باشد. وجود این مقادیر از کرم و کربن در محیط شروع به جوشش کربن را آسانتر می‌کند. در این حالت درجه حرارت حمام مذاب را تا حدود 1600 درجه سانتیگراد بالا برده، و تا کمی بعد از اینکه کربن به 1/0 درصد رسید و شعله افت کرد ورود اکسیژن را به مذاب ادامه می‌دهند. جنانچه دمش بهر دلیلی قبل از پایان گرفتن کار متوقف شود، شروع مجدد آن غیر ممکن خواهد بود.

اسلاید 38: در نتیجه باید دقت کافی بعمل آورد و از کافی بودن طول نیزک اطمینان حاصل کرد. در ضمن باید یک نیزک دیگر در دسترس باشد تا از آن، قبل از سوختن و از بین رفتن نیزک اولی استفاده شود. معمولاً‌ نیزکها را با مواد دیرگداز می‌پوشانند تا دوام آنها زیاد شود. به طور معمول، زمان دمش از 10 تا 30 دقیقه طول می‌کشد. وقتی که دمش پایان می‌گیرد درجه حرارت مذاب به مقدار زیاد بالا می‌رود. یعنی به 1750 تا 1800 درجه سانتیگراد می‌رسد. این افزایش درجه حرارت به علت گرما زا بودن واکنشهای اکسیداسیون است و امکان دارد آسیب قابل توجهی به مواد دیرگداز وارد شود مگر اینکه درجه حرارت به سرعت پایین آ‌ید. در این موقع فروکرم کم کربن یا قطعات انتخاب شده قراضه را، به مذاب می‌افزایند. این قراضه‌ها با بالا بردن مقدار کرم یا وزن مذاب بدون اینکه از توان اضافی استفاده کند، گرمای اضافی را مصرف می‌کنند.

اسلاید 39: کرم اکسید شده بعداً‌ با افزودن مواد اکسیژن زدای ریز شده از جمله فروسیلسیم،آلومینیوم یا سیلیکوکرم به سرباره بازیابی می‌شود (ضمیمه شماره 1 ملاحظه شود) اکسیژن زداهای کرم دار امتیاز دیگری نیز دارند از جمله اینکه به این وسیله بازیابی کرم در مقایسه با فروکرم کم کربن توسط مذاب ارزان‌تر تمام می‌شود. به هنگام بازیابی، سرباره تغییر شکل داده از حالت جامد سیاهرنگ به به صورت سرباره سفید رنگ یا سبز روشن در می‌آید که در موقع سرد شدن فرو می‌ریزد (مثل پودر) برای بازیابی بهتر می‌توان از افزایش بازیسیته سرباره یعنی با افزایش سنگ آهک یا به هم زدن جهت تشکیل سرباره بهتر /عامل احیا کننده/ مخلوط نمودن فلز جهت کم کردن تغییرات غلظت یعنی همزدنهای مکانیکی و القایی، ورود گازهای خنثی(6،5و4) پاتیل به پاتیل کردن و کوره بکوره نمودن استفاده نمود. پاتیل به پاتیل کردن مزایای دیگری نیز دارد از جمله اینکه وزن فلز دقیقاً مشخص میشود در نتیجه مقدار کمتری از مواد برای رسیدن به محدوده مجاز به کار گرفته شده و در مصرف آلیاژها نیز صرفه جویی می‌شود. همچنین مواد دیرگداز کوره که بیش از حد گرم شده‌اند فرصتی پیدا می‌کنند تا خنک شوند و در صورت لزوم در این هنگام می‌توان آنها را بازسازی کرد. هم زدن و مخلوط کردن خوب در حین بازیابی کمک می‌کند تا حمام مذاب هر چه بیشتر یکنواخت شود و در این حالت می‌توان از آن نمونه بهتری جهت تجزیه شیمیایی برداشت. Chromiun- silicide1. سیلیئوکرم مصطلحتر است.

اسلاید 40: در عملیات تک سرباره‌ای فروآلیاژهائی که بتوانند مواد را به محدوده مشخصات مجاز برسانند از طریق سرباره اضافه شده و سپس مذاب تخلیه می‌شود. در عملیات دو سرباره‌ای پس از اینکه تمام کرم تا حد امکان بازیابی شد سرباره اولی گرفته می‌شود (این سرباره هنوز 2 تا 5 درصد کرم دارد) و بعد سرباره احیا کننده جدیدی با کمک سنگ آهک، فلوراسپار و فروسیلیسیم ساخته می‌شود تا گوگرد را احیا کند. سپس فرو آ‌لیاژهای مورد نیاز از طریق این سرباره اضافه می‌شوند. گزارش ذوب برای تولید فولاد کرم- نیکل دار آستنیتی با فرآیند تصفیه دو سرباره‌ای در جدول (2-3) نشان داده شده است.

اسلاید 41: روشهای اکسیژن زدایی فولادهای زنگ نزن آستنیتی یا فولادهایی که در برابر حرارت پایدارند بسیار متغیر می‌باشند. آلومینیوم گرچه یک اکسیژن زدای موثر است ولی باید به اندازه‌ای که برای کنترل انواع ناخالصی‌ها لازم است اضافه شود. و در ضمن از تشکیل آخال آلومینیوم (ALN) جلوگیری شود که این ماده از ترکیب ازت موجود با آلومینیوم حاصل میشود. افزودن کلسیم، به صورت فلز کلسیم، Mn-Si-Ca-یا Mg-Si-Ca بهتر است چون کلسیم نه تنها با اکسیژن بلکه با گوگرد هم ترکیب میشود. فولاد زنگ نزن را که اکسیژن آن با کلسیم گرفته شده باشد در مقایسه با آنهایی که با آلومینیوم اکسیژن زدایی شده‌اند فولاد زنگ نزن را که اکسیژ آن با کلسیم گرفته شده باشد در مقایسه با آنهایی که با آلومینیوم اکسیژن زدایی شده‌اند بهتر می‌توان صیقل(17) نمود چون میزان تمیزی آن بیشتر است. فلز منیزیم یک اکسیژن زداست اما شدت عمل آن بقدری زیاد است که بندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. تیتانیم بیشتر بخاطر توانایی تثبیت کنندگی کاربید و نیترید مورد استفاده قرار می‌گیرد تا یک اکسیژن زدا و در نتیجه این عنصر را پس از اکسیداسیون اضافه می‌کنند تا باقی بماند و نقش تثبیت کنندگی خودش را ایفا کند. استفاده از خاکهای نادر مشکل است زیرا محدوده مجاز و موثر آن بسیار کم است و خروج از حد مجاز، خلل و فرج ایجاد می‌کند. به هرحال بهترین روش این است که با مقدار کمی آ‌لومینیوم همراه Mn-Si-Ca یا Mg-Si-Ca عمل اکسیژن زدایی صورت گیرد. .Misch metaml

اسلاید 42: جدول (2-3)- گزارش ذوب فولاد زنگ نزنی که به وسیله تصفیه با اکسیژن تولید شده است.

اسلاید 43: انواع تثبیت شده فولاد زنگ نزن برای کاربردهایی که در آنها خوردگی بین دانه‌ای رخ میدهد تولید می‌شوند. این خوردگی در اثر تشکیل کاربید کرم به علت گرما بوجود می‌آید که باعث کاهش کرم شبکه فلزی می‌شود. با اضافه کردن نیوبیم (کلمبیم) یا تیتانیوم می‌توان پایداری لازم را به وجود آورد زیرا این عناصر در مقایسه با کرم، کاربیدهای پایدارتری تولید کرده و تمامی کربن موجود را درگیر می‌کند. مقدار نیوبیم به اندازه 8 برابر درصد کربن یا تیتانیم به مقدار 5 برابر درصد کربن مشخص شده است. چون این عناصر هر دو اکسیژن زدا هستند اگر به هنگام افز ودن آنها در مذاب اکسیژن وجود داشته باشد بیهوده مصرف می‌شوند. بنابراین آنها را باید فقط بعد از اکسیژن زدایی نهایی به مذاب افزود. همچنین تیتانیم به علت تشکیل نیترید تیتانیم بهدر میرود و بنابراین ازت مذاب نیز باید با استفاده از فروآلیاژهای کم ازت به حداقل برسد. در ذوب مجدد تیتانیم کاملاً‌ اکسید شده و بهدر می‌رود ولی فقط قسمتی از نیوبیم اکسید می‌شود و 50 درصد آن باقی می‌ماند.

اسلاید 44: اگر کاربیدهای عناصری نظیر کرم، مولیبدن،وانادیم و تیتانیم در ساختار میکروسکوپی فولاد پس از کوئنچ کردن وجود داشته باشند مطلوبتر است که آنها بصورت ذرات نسبتاً بی ضرر کروی شکل در داخل دانه‌های آستنیت وجود داشته باشند تا اینکه بشکل رشته‌های ممتد در مرز دانه‌ها تجمع کنند. در بعضی از فولادهای زنگ نزن آ‌ستنیتی وجود مقدار کنترل شده‌ای از ازت به عنوان یک عنصر آلیاژی لازم است. به این ترتیب استحکام فولاد زیاد می‌شود ولی در صورتی که مقدار ازت موجود بیش از اندازه باشد تخلخل ایجاد می‌‌شود. ازت به صورت فروآلیاژهای با ازت زیاد اضافه می‌شود. یکی از روشهای کنترل تخلخل در قطعات ریختگی فولاد نیکل- کرم دار آستنیتی اضافه کردن مقدار بسیار کمی سلنیم به صورت فروسلنیم به مذاب است. اضافه کردن مقدار 0125/0 تا 1-0 درصد سلنیم به مذاب اثرات قابل اندازه گیری بر خواص مکانیکی ندارد ولی از ایجاد تخلخل (8) جلوگیری می‌کند. نتایجی که نمایانگر رابطه بین درجه حرارت ریختن؛، مقدار هیدروژن و سلنیم مذاب و رطوبت قالب با سالم بودن قطعه ریختگی می‌باشد در شکل (4-3) نشان داده شده است.

اسلاید 45:

اسلاید 46: عقیده بر این است که سلنیم با اثر گذاری بر کشش سطحی مذاب از بروز تخلخل جلوگیری میکند. به این ترتیب سطوح جامد مرطوب شده و امکان تشکیل هسته غیر یکنواخت کاهش می‌یابد. (9) . چون تمام سلنیمی که اضافه میشود در ذوب مجدد به هدر نمیرود پس باید مقدار مواد افزودنی سلنیم دار را کنترل کرد. سلنیم سمی است بنابراین در به کار بردن آن باید دقت بسیاری شود. در صورتی که سلنیم درباره وجود داشته باشد یا به مذاب اضافه شود باید از سیستمهای تهویه هوا یا مکشی کافی استفاده نمود. درجه حرارت‌های ریخته گری فولادهای کرم-نیکل دار آستنیتی معمولاً‌ به علت تمایل آلیاژ به تشکیل دانه‌های ستونی شکل بزرگ، تا حد امکان پایین نگه داشته میشود با ریخته گری در درجه حرارت پایین‌تر تشکیل دانه‌های ستونی شکل محدود میشود و در نتیجه دانه‌های هم محور در مرکز مقطع قطعه بوجود می‌آید از طرف دیگر درجه حرارتهای خیلی پایین ریختن نیز از نظر عملی محدود است. درجه حرارتهای ریخته گری فولادهای زنگ نزن آستنیتی معمولاً‌ بین 1530 تا 1600 درجه سانتیگراد است که بستگی دارد به نوع آلیاژها و ضخامت مقطعی که ریخته می‌شود فولادهایی که در برابر حرارت پایدار می‌باشند معمولاً‌ در درجه حرارتهای کمی بالاتر ریخته گری میشوند.

اسلاید 47: فولادهای نیکل- کرم دار آستنیتی گوناگونی ساخته میشوند تا در درجه حرارتهای مختلف و در مواردی که پایداری در برابر خوردگی لازم است مورد استفاده قرار گیرند. نمونه‌هایی از این قطعات ریختگی در شکلهای (5-3) و (6-3) و (7-3) نشان داده شده‌اند.شکل (5-3)- گروهی از قطعات ریختگی پمپ به وزن 4 تا 50 کیلوگرم (9 تا 110 پاند) از جنس فولاد زنگ نزن.

اسلاید 48:

اسلاید 49:

اسلاید 50:

اسلاید 51: 4-3 تولید فولادهای با کربن خیلی کم (ELC):به فولادهای کرم –نیکل دار آستنیتی که حداکثر 03/0 درصد کربن داشته باشند فولادهای با کربن خیلی کم (ELC) گفته میشود. این مقدار کربن برای تشکیل کاربید کرم و در نتیجه خوردگی بین دانه‌ای که بر اثر رسوب کاربید کرم ایجاد میشود کافی نیست. بجای افزودن تثبیت کننده‌هایی از قبیل نیوبیم و تیتانیم میتوان از فولادهای با کربن خیلی کم استفاده کرد. این گروه در استانداردهای 316 C 12و 304 C 12 . B.S. 3100 جای می‌گیرد. در تولید فولاد با استفاده از بارهای تازه لازم است که به مقدار کربن مذاب در دوره اکسیداسیون به محدوده 01/0 تا 02/0 درصد برسد. (3) به این ترتیب مقدار زیادی اکسیژن در حمام مذاب کوره باقی می‌ماند. و باید پس از سرباره گیری، اکسیژن زداهای بیشتر به مذاب افزود. این کار باید بیش از اینکه سرباره احیا کننده جدیدی ایجاد شود انجام داد. فروکرمی را که مقدار کربن آن خیلی کم (01/0 تا 02/0 درصد) باشد باید به مذاب اضافه کرد. در عملیات کوره قوسی جذب کربن از الکترودها باعث میشود که میزان گرما از حد مجاز تجاوز کند.

اسلاید 52: 4-3 تولید فولادهای با کربن خیلی کم (ELC): به فولادهای کرم –نیکل دار آستنیتی که حداکثر 03/0 درصد کربن داشته باشند فولادهای با کربن خیلی کم (ELC) گفته میشود. این مقدار کربن برای تشکیل کاربید کرم و در نتیجه خوردگی بین دانه‌ای که بر اثر رسوب کاربید کرم ایجاد میشود کافی نیست. بجای افزودن تثبیت کننده‌هایی از قبیل نیوبیم و تیتانیم میتوان از فولادهای با کربن خیلی کم استفاده کرد. این گروه در استانداردهای 316 C 12و 304 C 12 . B.S. 3100 جای می‌گیرد. در تولید فولاد با استفاده از بارهای تازه لازم است که به مقدار کربن مذاب در دوره اکسیداسیون به محدوده 01/0 تا 02/0 درصد برسد. (3) به این ترتیب مقدار زیادی اکسیژن در حمام مذاب کوره باقی می‌ماند. و باید پس از سرباره گیری، اکسیژن زداهای بیشتر به مذاب افزود. این کار باید بیش از اینکه سرباره احیا کننده جدیدی ایجاد شود انجام داد. فروکرمی را که مقدار کربن آن خیلی کم (01/0 تا 02/0 درصد) باشد باید به مذاب اضافه کرد. در عملیات کوره قوسی جذب کربن از الکترودها باعث میشود که میزان گرما از حد مجاز تجاوز کند.

اسلاید 53: شکل (6-3)- پروانه گردان خارج کننده گاز از جنس فولاد زنگ نزن ؟، وزن قطعه ریختگی 85 کیلوگرم (188 پاند) تهیه انواع مختلف فولاد مستقیماً‌ توسط فرآیند ذوب مضاعف در کوره‌های قوسی به علت جذب کربن امکان پذیرنیست و علاوه بر آن در این حالت عملیات تصفیه نیز باید انجام شود. درجه حرارت محیط در موقع شروع دمش باید زیاد بوده و در حدود 1600 درجه سانتیگراد باشد. و دمش باید مدت زیادی بعد از افت شعله کربن ادامه داشته باشد. آسانترین کار این است که جوشش را با تجزیه تقریبی 40/0 درصد کربن و 14 درصد کرم شروع نمود چون اگر ناگهان جوشیدن متوقف گردد شروع دوباره آن تقریباً‌ غیر ممکن است. درجه حرارمت مذاب در پایان دمش خیلی بالا است یعنی بیشتر از 1800 درجه سانتیگراد است در این حالت استفاده از آسترهای منیزیتی الزامی است. آسترهای از جنس سیلیسیمی را نیز میتوان به کار برد ولی بعد از تخلیه باید به میزان قابل توجهی تعمیر شوند. مقدار کرمی که در این حالت اکسید می‌شود زیاد است اما مقدار زیادی از آن را می‌توان با استفاده از همان روشهائی که برای تولید فولادهای معمولی به کار میروند بازیابی کرد. به عبارت دیگر فروسیلیسیم یا آلومینیوم به سرباره اضافه میشود جذب کربن از الکترودهای گرافیتی به هنگام بازیابی و تصفیه بعدی مشکلاتی را پدید می‌آورد. بنابراین باید به سرباره توجه کرد تا این مسائل تا حد امکان کاهش یابد.

اسلاید 54: با تغییر شرایط واکنش می‌توان اکسیداسیون کربن را بیشتر افزایش داد. (به ضمیمه شماره 2 مراجعه شود. ) در عملیات خلا برای جذب کربن مذابی که از اکسیژن اشباع شده باشد لازم است در معرض فشار خیلی کم و معمولاً‌ در یک محفظه جداگانه قرار گیرد. در طول فرآیند فوق افت حرارتی به چشم میخورد که برای جبران آن باید فوق العاده گرم شود. اما چنانچه به وسیله نیزک در مذاب داخل کوره اکسیژن وارد شود تا میزان کربن قبل از انتقال مذاب به 1/0 تا 2/0 درصد برسد باید درجه حرارت مذاب کافی و مقدار اکسیژن زیاد شده باشد. اکنون دو روش مجزا با فرآیند مشابه توسعه یافته است. در یکی از این روشها فولاد در یک کوره قوسی تهیه و بعد به اتاقک خلا منتقل می‌شود. در این اتاقک بعد از اینکه فشار کاهش داده شد اکسیژن از یک نیزک غیر قابل مصرف به سطح فولاد (10) دمیده می‌شود. در طول این فرآیند گاز آرگون از راه یک توپی متخلخل که به کف پاتیل سوار شده دمیده میشود و مذاب را به هم میزند. (شکل 8-3) در روش دیگر فولاد زنگ نزن در یک مبدل (کنورتور) اکسیژنی و از چدن آلیاژی با کرم زیاد تهیه میشود. وقتی مقدار کربن به 2/0 تا 3/0 درصد رسید فولاد به اتاقک خلا که در آنجا اکسیدهای آهن یا کرم در شرایط خلا اضافه میشوند انتقال داده میشود. گفته میشود که در هر دو روش کرم بسیار زیادی به (98 تا 100 درصد) بازیابی میشود و به هنگام تولید فولادهای با کربن خیلی کم (ELC) مقدار کربن به 01/0 درصد کاهش می‌يابد.

اسلاید 55:

اسلاید 56: فرایند ASEA-SKF یکی دیگر(12) از عملیات تحت خلا می‌باشد. (شکل 9-3) در این فرآیند پاتیل فولاد مذاب به یک اتاقک خالی از هوا که دو درپوش دارد منتقل میشود. یکی از درپوشها سه الکترود گرافیتی دارد که در صورت لزوم گرمای اضافی به وسیله آنها تامین می‌شود. با کار گذاشتن پاتیل در یک سیم پیچ القایی داخل اتاقک خلا می‌توان شرایط هم زدن مذاب را ایجاد کرد. اکسیژن را می‌توان به صورت گاز یا یک اکسید تامین کرد اکسیژن بحالت اکسید این امکان را به وجود می‌آورد که آلیاژها به ارزانترین شکل مانند Cr2O3 به مذاب اضافه شوند. در فرآیندی شبیه بالا می‌توان عملیات لازم را یک باره با استفاده از پاتیل‌های کوره‌ای گاززدا Finkl-Mohr(13) انجام داد. تمامی این روشها بازده کار را افزایش میدهند. چون کوره ذوب کننده اولیه بیکار باقی می‌ماند تا بار بعدی آماده شود. فرآیند مشابه‌ای نیز برای کوره‌های القایی توسعه داده شده که در آن یک درپوش بر روی کوره جفت شده است. این فرآیند برای تولید فولادهای کم کربن موثر است ولی بازده کار را بالا نمی‌برد چون عملیات ذوب و خلا در یک محفظه انجام میشود.

اسلاید 57:

اسلاید 58: همچنین فرایند غیر خلا نیز می‌توان برای تهیه فولادهای ELC استفاده کرد. فشار نسبی منواکسید کربن با استفاده از گاز نادر (آرگون ) کاهش داده میشود تا گاز پیوسته از محیط خارج شود که این اساس فرآیندهای (15) مبدل (کنورتور) آرگون- اکسیژن (16) را تشکیل می‌دهد. در این فرآیند برگشتی فولاد زنگ نزن و فرو کرم با کربن زیاد در یک کوره قوسی ذوب شده و فولاد زنگ نزن تهیه میشود. تجزیه مذاب تقریباً 19 درصد کرم را نشان میدهد در این حالت مقدار کربن اهمیتی ندارد چون در عملیات بعدی می‌توان کربن را به مقدار موردنظر رساند. در این مرحله مذاب به یک راکتور (کنورتور) که درجه حرارت آن 1600 درجه سانتیگراد می‌باشد انتقال داده میشود. با نمونه برداری به هنگام انتقال زمان‌های دمش و سرعت جریان محاسبه میشود. مخلوطی از گازهای آرگون و اکسیژن از قسمت ته کنورتور در آن دمیده میشود. بتدریج درصد اکسیژن از 66 درصد در شروع دمش تا 33 درصد در هنگام افت کربن کاهش پیدا می‌کند. در این حین ازت یا هیدروژن مذاب گرفته میشود و در مرحله نهایی با آرگون گاز زدایی انجام میشود. این فرآیند نیز این مزیت را دارد که کوره ذوب اولیه بیکار می‌ماند تا برای بار بعدی آماده شود اما عیب آن هزینه زیاد‌ آرگون است. این فرآیند فقط مورد توجه آن دسته از ریخته گران فولاد است که با تولید زیاد و پیوسته قطعات ریختگی فولاد زنگ نزن سر و کار دارد.

اسلاید 59: -3- تولید فولادهای با 13٪ کرم: این نوع فولاد در انواع A و B و تحت استانداردهای 420C29-B.S.1504 و 420C29و 410C21:B.S.31000 جای می‌گیرد گرچه نوعی از فولاد که 4 درصد نیکل دارد برای مقاومت در برابر سایش توسط آب ساخته میشود. (425C11-B.S.3100و425C11-B.S.1504). )در تهیه این نوع فولادها از مواد تازه قراضه فولاد کربنی همراه با قراضه نیکل دارد در کوره، بار و ذوب می‌کنند. در صورت لزوم بار باید در حد مجاز باشد چون سرباره از سنگ آهک و فلوراسپار تشکیل شده پس از مرحله اکسیداسیون، کربن وفسفر از حمام مذاب گرفته میشود. (3) چون سرباره فسفر(3) را در خود نگه میدارد بنابراین به هنگام دمش یا بلافاصله پس از دمش باید آنرا به طور پیوسته از کوره گرفت. با اختلاف هزینه‌ای که بین فروکرم کم کربن و پر کربن وجود دارد می‌توان با کاهش کربن به میزان حداقل به مقدار زیادی صرفه جویی کرد. با برداشتن سرباره ااکسید کننده و اضافه کردن فروسیلیسیم و یا آلومینیوم، حمام مذاب اکسیژن زدایی شده سرباره احیا کننده جدیدی از سنگ آهک و فلوروسپار تشکیل میشود. برای اینکه خاصیت احیا کنندگی سرباره حفظ شود و افت‌آلیاژی به حداقل برسد مقدار کمی گرد فرو سیلیسیم به آن اضافه می‌کنند. کیفیت درست سرباره به وسیله رنگ پریده و نحوه افت آن (یعنی: به شکل پودر درآمدن به هنگام سرد شدن) مشخص میشود. فرو کرم لازم را میتوان با توجه به نوع فولاد کم کربن و پر کربن و متناسب با حد مجاز کربن اضافه کرد. برای اینکه آفتهای آلیاژی به حداقل برسد فروآلیاژها باید به سرعت هرچه بیشتر ذوب شوند این کار با کمک درجه حرارت زیاد حمام مذاب در پایان دوره اکسید کنندگی با استفاده از آلیاژهایی با دانه‌های ریز و پیش گرم کردن مواد افزودنی انجام میشود. در هنگامی که مواد اضافه شده ذوب می‌گردند نمونه دیگری تجزیه میشود تا اطمینان حاصل شود ترکیب در حد مجاز است و سپس تخیله انجام گیرد.

اسلاید 60: فولاد را میتوان با فرایند ذوب مجدد نیز تولید کرد. در این فرآیند قراضه کرم دار درکوره بار و ذوب می‌شود و ضمناً‌ از مذاب نمونه برداری می‌گردد تااز این طریق مقدار مواد افزودنی آلیاژی محاسبه شود این مواد به هنگام ذوب می‌توانند آفتها را 0جبران کنند. این تجزیه در حرارت فوق گداز مذاب نیز بررسی میشود و در صورتی که این تجزیه در محدوده مجاز قرار داشته باشد تخیله مذاب نیز انجام می‌گیرد. عملیات ذوب تنها مورد استفاده قرار می‌گیرد چون آلیاژ در این حالت تمایل به جذب گاز دارد و مقدار زیادی گاز می‌تواند در فولاد مذاب حل شود و در قطعات ریختگی نهایی تخلخل ایجاد کند.

اسلاید 61: از روش تصفیه غالباً‌ استفاده میشود. برگشتی‌های فولاد کرم دار، قراضه فولاد کربنی و احتمالاً قراضه نیکل دار همراه با فروکرم حاوی کربن زیاد و سنگ آهک در کوره بار میشوند. فسفر موجود در بار در حین ذوب در درجه حرارت کم اکسید میشود و سرباره فسفر (3) را در خود نگه میدارد. این سرباره را باید برداشت تا سرباره جدیدی از آهک و فلوراسپار ساخته شود. و به این ترتیب فرآیند ادامه پیدا می‌کند تا جایی که میزان فسفر در محدوده مجاز قرار می‌گیرد. سرباره اکسید کننده نهایی بعداً‌ ساخته میشود و در این حالت درجه حرارت مذاب تا حدود 1550 درجه سانتیگراد بالا برده شده و اکسیژن از طریق نیزک در مذاب وارد میشود. درجه حرارت زیاد اولیه باعث میشود که اکسیداسیون کربن در وهله اول انجام بگیرد چون ا این واکنش گرمازاست بنابراین درجه حرارت مذاب به هنگام دمش بالاتر می‌رود. در هنگامی که مقدار کربن به اندازه کافی کاهش یافت( معمولاً‌ این نقصان با افت شعله کربن وقتی مقدار کربن حدود 1/0 درصد است نشان داده میشود) وارد کردن اکسیژن با نیزک متوقف شده و سرباره برگشت داده می‌شود. و به عبارت دیگر با اضافه کردن اکسیژن زداهای قوی که بخوبی پخش شده باشند از جمله آلومینیوم،فرو سیلیسیم،سیلیکوکرم و فرو سیلیکوکرم (همانطور که در ضمیمه شماره 1 بحث شده است) در مذاب می‌توان کرم را بازیابی کرد. با استفاده از آلیاژهای کرم دار در کوره کرم در مذاب وارد میشود و این طریق ارزانتر از بهره برداری از فرو کرم با کربن زیاد تمام میشود. اما چنانچه کرم به صورت فروکرم با کربن زیاد به بار اولیه اضافه شود دیگر نیازی به مواد افزودنی بیشتر نخواهد بود. واکنشهای احیا چون شدیداً‌ گرمازا هستند به سیال کردن سرباره و بازیابی کمک میکنند. بازیابی همچنین با زیاد شدن خاصیت بازی سرباره افزایش پیدا می‌کند. با استفاده از آلومینیوم می‌توان سرباره را برگشت داد چون آلومینیوم اکسید اسیدی تشکیل نمی‌دهد یا با افزودن سنگ آهک همراه با فرو سیلیسیم این کار انجام می‌شود. نظر به اینکه سنگ آهک مقدار سرباره را افزایش میدهد بنابراین آلومینیوم ترجیح داده میشود.

اسلاید 62: سرباره به هنگام بازیابی تغییر رنگ داده کمرنگ می‌شود و در نتیجه سرد شدن افت پیدا می‌کند. که این نشان دهنده این است که اکثر کرم بازیابی شده است. در این حالت باید از مذاب نمونه برداری شده و مقدار مواد‌ آن به محدوده مجاز رسانده شود تا مقدار گوگرد کاهش داده شود و فرو آلیاژها به اندازه لازم اضافه گردند. روشهای اکسیژن زدایی بسیار گوناگون است. بدنبال پژوهش‌هایی که در مورد اثرات Al. و Si-Ca، Si-Ca و مجموعه‌های آنها به عمل آمده این نتیجه حاصل شده است که بهترین روش اکسیژن زدایی با استفاده از Si- Caاانجام گرفته است. (17) آلومینیوم به مقدار کم (05/0 درصد) قابل قبول ا ست اما وقتی مقدار آن به 15/0 درصد برسد پایداری قطعه در برابر ضربه ضعیف میشود. از طرف دیگر گفته شده است که از آلومینیوم و تیتانیوم نباید به عنوان اکسیژن زداهای نهایی استفاده کرد چون این عناصر هر دو احتمالاً‌ تشکیل دهنده (18) فریت دلتا هستند. به نظر میرسد که با کمی از Mn-Si یا Ca-Si-Mnهمراه با مقدار آلومینیوم اکسیژن زدایی به بهترین وجه انجام می‌گیرد ولی در زمینه این موضوع نظریات متفاوت است.

اسلاید 63: درجه حرارت معمولی ریخته گری در محدوده 1500 تا 1550 درجه سانتیگراد است گرچه امکان تغییر این مقادیر به ضخامت قطعه بستگی دارد. همچنین آلیاژ تمایل به تشکیل پوسته اکسیدی و سخت دارد که این پوسته سیالیت آلیاژ را محدود میکند و در نتیجه مورد خاصی از جمله بخشهای نازک،درجه حرارت زیادتری برای ریخته گری لازم است متاسفانه در بعضی از موارد این افزایش درجه حرارت منجر به تشکیل پوسته کلفت‌تر و یا بروز نقایص دیگری در قطعه ریختگی می‌گردد. در تولید قطعات ریختگی فولادی با 13 درصد کرم روش ساخت می‌تواند بر خواص مکانیکی و ترکیبات متعادل کرم و کربن اثر گذاشته تا به این ترتیب فریت- دلتا از بین برود که از این نظریه پشتیبانی شده است. (19) به هر حال از پژوهشهایی که در مورد این امتیازات ذوب در خلا و اثرات عناصر pٰ،N2،Al،Si،Mo و Nb صورت گرفته چنین نتیجه گیری میشود که خواص قطعه از نظر تحمل بهتر ضربه خلوص مواد بار بیش از فرایند فولاد سازی بستگی دارد. (20)

اسلاید 64: 6-3 تولید فولادهای با 13٪ منگنز: فولاد منگنز دار یا هادلفیلد یا فولاد آستنیتی با 13 درصد منگنز در استاندارد B.S.3100BW10 جای می‌گیرد. در عمل نسبت منگنز به کربن مورد نظر است. در کوره‌هایی که آستر اسیدی دارند به علت حمله و اثر شدید اکسیدهای منگنز به آستر سیلیسی، نمی‌توان فولاد منگنز آستنیتی تولید کرد. چنانچه از عملیات اسیدی استفاده شود باید با استفاده از روشهای مرسوم فولاد کم کربن را ذوب کرد (3) که در این صورت به هنگام تخلیه فرو منگنز مذاب به جریان فولاد مذاب یا پاتیل اضافه میشود. نقطه ذوب فرومنگنز با کربن زیاد پایین است (تقریباً 1100 درجه سانتیگراد) که با استفاده از گاز یا کک می‌توان آنرا به طور جداگانه در کوره‌هایی که آستر اسیدی دارند از جمله مبدل (کنورتور) کوره‌های تشعشعی یا کوره قوسی می‌توان با استفاده از بارهای تازه فولاد منگنز دار آستنیتی تولید کرد. روش تولید در واقع همان شیوه‌ای است که توسط روبرت هادفیلد در سال 1883 میلادی به ثبت رسیده است. Hadfielsd

اسلاید 65: فولاد هادفیلد تنها فولادی است که ترکیب مناسبی از نرمی و چقرمگی زیاد را همراه با ظرفیت بالای کار سختی دارا بوده و مقاومت خوبی در برابر سایش دارد. بدین ترتیب این آلیاژ به سرعت جایگاه خود را در صنعت بعنوان یک ماده مفید مهندسی بدست آورده به طوری که پس از گذشت بیش از یک قرن از اختراع آن، با اصلاحات کوچکی در ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی در زمینه‌های متنوعی کاربرد دارد. فولاد آستنیتی منگنزدار در وسایلی که در فرآیند تولید مواد معدنی بکار میروند نظیر: وسائل حفاری، چکش‌های خرد کننده،سنگ شکنها، آسیابهای دانه بندی و ناخنهای بیل مکانیکی استفاده می‌گردد. از آنجایی که این نوع فولاد در برابر سایش فلز با فلز مقاوم است در وسایلی نظیر: چرخ دنده‌های زنجیر خور،پینیونها،زنجیرهای حامل، صفحات ضد سایش و کفشکها و ضربه گیر تانکها نیز کاربرد دارد.

اسلاید 66: از طرف دیگر این نوع فولادها خواص بخصوصی دارند که کاربرد آنها را محدود میکند. ماشینکاری آنها مشکل بوده و معمولاً‌ استحکام تسیلم آنها کم و در حدود 345 تا 415 مگاپاسکال می‌باشد. بنابراین آلیاژ مناسبی برای قسمتهایی که نیازمند عملیات ماشینکاری دقیق و یا مقاومت به تغییر شکل پلاستیک در هنگام اعمال تنش‌های زیاد هستند به شمار نمی‌ایند. لیکن چکش کاری، پرس کاری،نورد سرد و یا ضربات انفجاری بر روی سطح، استحکام تسلیم آنرا افزایش داده و یک لایه سخت بر روی یک ساختار زمینه نرم ایجاد می‌کند. تولید فولاد منگنزدار آستنیتی از بارهای تازه در کوره‌هایی که آستربازی دارند شباهت بسیاری به عملیات اسیدی دارد که در آن قراضه فولاد کربنی در کوره بار شده و تصفیه میشود تا اینکه فولاد کم کربن با پایه فسفری (3) به دست آید. سرباره اکسید کننده در این حالت برداشته می‌شود و سرباره احیا کننده 0جدیدی ایجاد می‌گردد. در این حین فرو منگنز جامد با کربن زیاد به محیط اضافه میشود. درجه عادی فرو منگنز با کربن زیاد معمولاً‌ 78 درصد منگنز و 6 درصد کربن دارد که اگر به نسبت ؟ کاهش داده شود درصدی در حد مجاز با خصوصیات مورد نظر به دست می‌آید. به عبارت دیگر در یک بخش فرو منگنز با کربن زیاد به 5 بخش فولاد کربنی به مذاب اضافه می‌شود. جدول (3-3) نمونه‌ای از گزارش ذوب فولاد منگنزدار آستنییتی راکه از بار تازه تولید شده است نشان میدهد.

اسلاید 67: جدول (3-3)- گزارش ذوب یک قطعه ریخته گری فولادی با 13 درصد منگنز که از شارژهای تازه تولید شده است.

اسلاید 68: برگشتی‌های کارخانه ذوب فلز را می‌توان به آسانی ذوب و ریخته گری کرد اما مقدار کمی از منگنز موجود در نقاط داغی که مستقیماً‌ در زیر قوسها قرار گرفته‌اند بر اثر اکسیداسیون و تبخیر کاهش پیدا می‌کند. در این حالت نمونه‌ای از مذاب برداشته می‌شود و در صورت لزوم فرو آ‌لیاژها به مذاب اضافه می‌گردند. نمونه‌ای از گزارش ذوب فولاد منگنزدار که با روش ذوب دوباره تولید شده در جدول (4-3) نشان داده شده است.

اسلاید 69: جدول (4-3)- گزارش ذوب یک قطعه ریختگی فولادی با 13 درصد منگنز که با روش ذوب دوباره تولید شده است.

اسلاید 70: روش تصفیه با اکسیژن که برای فولادهای منگنزدار به کار میرود شباهت زیادی به روشی دارد که توسط مرکز پژوهش ریخته گری فولاد اسکراتا (1) برای (21) فولادهای زنگ نزن آستنیتی گسترش یافته است. خطوط هم دمای کربن- منگنز در شکل (10-3) نشان میدهند که مقدار منگنز باقیمانده با بالا رفتن درجه حرارت افزایش پیدا می‌کند. چون در کوره‌های بزرگتر و در پایان دمش تمایل به زیاد شدن درجه حرارت وجود دارد نسبتهای منگنز به کربن در مقیاس تولید حتی بیشتر هم خواهد بود. در روش تصفیه با اکسیژن به کارگیری باری که شامل 60 درصد برگشتی‌های فولاد منگنز دار آستنیتی و 40 درصد بقیه قراضه‌های فولاد کربنی باشد پیشنهاد شده است. در این حالت تجزیه مذاب تقریباً 1/1 درصد کربن و 5/8 درصد منگنز را نشان میدهد. پس از ذوب درجه حرارت مذاب به 1580 تا 1600 درجه ساتنیتگراد افزایش داده شده است و ورود اکسیژن از راه نیزک شروع میشود و ادامه پیدا می‌کند تا اینکه جوشش کربن به مقدار کافی به وجود آید. (3/0 تا 5/0 درصد) و نیز ااز خروج گاز اطمینان حاصل شود.

اسلاید 71: شکل (10-3)- درجه حرارت با کربن- منگنز که به طور تجربی اندازه گیری شده است. (21) درجه حرارت مذاب در مراحل اولیه دمش به سرعت بالا میرود این ازدیاد گرما بر اثر اکسیداسیون گرمازای منگنز و کربن به وجود می‌آید. این موضوع به باقی ماندن منگنز در حمام مذاب کمک می‌کند. اما مقداری از منگنز اکسید شده و وارد سرباره میشود و به صورت جامد در می‌آید. پس از دمش در حمام مذاب درجه حرارت خیلی زیاد می‌شود که باید کاهش یابد. با افزودن فرو منگنز یا برگشتی‌های برگزیده منگنز درجه حرارت را پایین می‌آورند. این مواد حرارت اضافی را می‌گیرند و وزن و مقدار آلیاژ حمام مذاب را بدون استفاده از یک منبع حرارتی خارجی افزایش میدهند سپس سرباره برگشت داده می‌شود و به عبارت دیگر منگنز اکسید شده توسط موادی احیا و بازیابی می‌شود. این مواد اکسیدهای پایدارتری را تشکیل می‌دهند همانطور که در ضمیمه شماره 1 بحث شده است معمولاً‌ از فرو سیلیسیم یا آلومینیومی که خوب خرد شده باشد (مثلاً‌ پودر یا ساچمه) استفاده میشود تا به سرعت با سرباره واکنش انجام دهد. آلومینیوم، اکسید خنثی تولید می‌کند بنابراین حالت اسیدی سرباره کمتر است و در نتیجه بازیابی منگنز را افزایش میدهد.

اسلاید 72: شکل سرباره تغییر می‌کند و از حالت جامد تیره به صورت سیال کمرنگ در می‌آید. این تغییر حالت بر اثر احیا شدن اکسید منگنز پدید می‌آید. هم زدن یا مخلوط کردن سرعت فرآیند را زیاد می‌کند. و میزان بازیابی را افزایش می‌دهد. موقعی که بخش عمده‌ای از منگنز بازیابی می‌گردد سرباره خیلی کمرنگ میشود و به خاطر وجود دی کلسیم سیلیکات در محیط به هنگام سرد شدن ریزش می‌کند. (مثل پودر) در این موقع از حمام مذاب نمونه برداری شده و در حین تجزیه نمونه سرباره گرفته میشود. امکان ذوب با روش تک سرباره‌ای نیز وجود دارد که در این صورت سرباره بجای خود باقی می‌ماند. در صورت لزوم سرباره جدیدی از سنگ آهک، فلوراسپار و گرد فرو سیلیسیم ایجاد میشود که به جدا کردن گوگرد کمک می‌کند. و همچنین فرو منگنز بر اساس تجزیه نمونه حمام مذاب اضافه میشود. نمونه‌ای از گزارش ذوب برای تصفیه فولاد منگنز با اکسیژن در جدول (5-3) نشان داده شده است.

اسلاید 73: جدول (5-3)- گزارش ذوب فولادی با 13 درصد منگنز که با روش تصفیه با اکسیژن تولید شده است.

اسلاید 74: بسیاری از کارخانه‌های ذوب فلزات از روشی که تا حدی مذاب را تصفیه می‌کند همراه با دمش کوتاه اکسیژن و درجه حرارتهای پایینتر استفاده می‌کنند. در این حالت فقط درصد کمی از شبه فلزات از دست میرود ولی جوشش کربن برای خارج کردن بخش مهمی از گازهای حل شده کافی است. زمان ذوب در این روش کوتاهتر از روش مرسوم تصفیه با اکسیژن است و چون منگنز کمتری اکسید میشود میزان بازیابی معمولاً‌ بیشتر است. مقد ار کربن موادی که به مذاب اضافه میشود تا درصد آنرا به محدوده مجاز برساند باید کم باشد. نمونه‌ای از گزارش ذوب این نوع روش در جدول (6-3) نشان داده شده است.

اسلاید 75: جدول (6-3)- گزارش ذوب یک قطعه ریختگی از فولاد با 13 درصد منگنز که با روش نیم تصفیه تولید شده است.

اسلاید 76: درجه حرارتهای ریخته گری فولاد منگنز دار آستنیتسی معمولاً‌ بین 1420 تا 1470 درجه سانتیگراد است. در درجه حرارتهای بالاتر فلز مذاب با مواد سیلیسی قالبگیری، واکنش قابل ملاحظه‌ای دارد. این واکنش منجر به ناصاف شدن سطح قطعه و فرورفتگیهای زیاد در آن میشود. با استفاده از ماسه‌های قالبگیری یا رنگهای قالب از جمله الیوین،زیرکن و غیره می‌توان این نقص را به حداقل رساند. لایه سطحی قطعه فولاد منگنزدار در برابر بار ضربه‌ای به سرعت سخت میشود. ولی قسمتهای زیرین سطح آن نرم و شکل پذیر باقی می‌ماند. به این دلیل، این نوع فولاد برای مواردی که پایداری در برابر سایش لازم است، بسیار متناسب می‌باشد. مقاومت سایشی این نوع فولاد را با افزایش سختی آن از طریق افزایش کربن مسی‌توان بهبود بخشید ولی از سوی دیگر در استفاده از کربن محدودیت وجود دارد. یکی از بهترین عناصر برای افزایش غلظت کربن درم محلول جامد آستنیت،آلومینیوم است که از طریق کاهش فعالیت و قابلیت نفوذ کربن قابلیت انحلال شبه پایدارتر آنرا افزایش داده و از رسوب کاربیدها جلوگیری می‌نماید. از طرف دیگر استفاده از عناصری نظیر: تیتانیم و وانادیم در این نوع فولاد به عنوان جوانه زا می‌تواند ضمن کاهش اندازه دانه‌ها، مقاومت سایشی آنرا نیز افزایش دهد.

اسلاید 77: نمونه‌هایی از قطعات ریختگی فولاد منگنزدار که در این گونه موارد به کار گرفته می‌شوند در شکلهای (11-3)، (12-3) و (13-3) نشان داده شده است. شکل (11-3)- برگزیده‌هایی از چکش هایی که از فولاد منگنزدار با 13 درصد منگنز ساخته شده‌اند. شکل (12-3)- قطعات ریختگی فولاد منگنزدار با 13 درصد منگنز برای دستگاه خردکن فکی. شکل (13-3)- قطعه ریختگی فولاد منگنزدار با 13 درصد منگنز برای کارخانه‌های سیمان سازی.

اسلاید 78:

اسلاید 79:

اسلاید 80:

اسلاید 81: 7-3 ذوب القایی فولادهای آلیاژی: کوره‌های القایی واحدهای بسیار مناسبی را برای تولید فولادهای آلیاژی تشکیل میدهند چون در ‌آنها آفتهای مربوط به ذوب یا ذوب دوباره، کم و ثابت است بنابراین با محاسبه بار می‌توان درصد عناصر مذاب را در محدوده مجاز نگهداشت ضمناً‌ موقعی که نمونه مذاب تجزیه میشود درصد عناصر مذاب را در محدوده مجاز نگهداشت، ضمناً موقعی که نمونه مذاب تجزیه میشود وقت تلف نمی‌شود. معمولاً‌ تولید با روش ذوب تنها انجام میشود یعنی نیازی به تصفیه نیست. در این مورد بار از برگشتی‌های آلیاژی و قراضه فولاد با ترکیبات شیمیایی مشخص تشکیل شده است علاوه بر‌آن، بار همراه با فرو آ‌لیاژهایی که بتواند مشخصات مجاز را ایجاد کنند در کوره ریخته می‌شود بطوری که از توان ورودی به بهترین وجهی استفاده شود.

اسلاید 82: در نتیجه استفاده از قراضه‌های برگشتی، امکان جذب گاز توسط مذاب وجود دارد به ویژه اگر مرحله تصفیه نیز انجام نشود. در کوره‌های القایی بهتر است از قراضه‌های برگشتی که از ذوب در کوره قوسی بدست آمده و قبلاً‌ به منظور کاهش مقدار گازهای حل شده تصفیه شده‌اند استفاده می‌شود. در صورت امکان قراضه‌هاسیی که از کوره‌های القایی به دست می‌آید برای تصفیه کوره‌های قوسی برگشت داده می‌شود. فولادها را می‌توان در صورت لزوم در کوره القایی تصفیه کرد. (22) به این ترتیب فولادی که تولید می‌شود گاز کمتری دارد و ضمناً فرآیند انعطاف بیشتری پیدا می‌کند یعنی اینکه با کنترل شرایط ذوب می‌توان کربن، منگنز، سیلیسیم، گوگرد و فسفر را جدا کرد. هزینه چنین روشهایی بیش از هزینه ذوب تنها است چون زمان ذوب طولانی بوده و تجزیه اضافی نیز لازم است تا درصد عناصر مذاب به محدوده مجاز رسانده شود. فولادهای منگنزدار آستنیتی را می‌توان در کوره‌هایی که آستر بازی دارند با استفاده از بارهای تازه یا برگشتی کارخانه ذوب فلزات و ریخته گری تولید کرد. معمولاً‌ برگشتی‌های کارخانه فقط 40 درصد وزن بار را تشکیل می‌دهند. چون گاز موجود در آنها زیاد است و در عملیات اشکالاتی به وجود می‌آورند. در این حالت بهره برداری از روش جوشش سنگ معدن امکان پذیر نیست چون در درجه اول منگنز اکسید میشود و در تزریق اکسیژن با نیزک نیز در کوره القایی عملی نمی‌باشد.

اسلاید 83: کوره القایی واحد بسیار مناسبی برای تولید فولادهای کرم- نیکل دار آستنیتی است زیرا در این کوره امکان جذب کربن از الکترودهای گرافیتی مانند کوره‌های قوسی وجود ندارد. معمولاً‌ برگشتی‌ها 40 درصد بار را تشکیل میدهند تا از بروز مشکلاتی که بر اثر جذب گاز تولید میشود جلوگیری به عمل آید. فولادهای کرم دار را می‌توان تصفیه کرد. (22) تامقداری از کربن کاهش یابد اما از روش جوشش سنگ معدن معمولاً برای بار فولاد کربنی قبل از افزودن آلیاژها استفاده میشود. در شروع جوشش مقدار کربن باید نسبتاً‌ کم باشد. (مثلاً حداکثر 1/0 درصد) تا اینکه فرآیند در مدت زمان منطقی انجام شود. برای جوشش بهتر، از یک ورقه آ‌زاد اضافی نیز باید کمک گرفته شود که این خود یکی از امتیازات جوشاندن فولاد کربنی مذاب پیش از افزودن فرو آلیاژها یا قراضه آلیاژی است. چنانچه قبلاً‌ نیز متذکر شدیم با استفاده از کوره این نوع نیم خلاء (14)، امکان کاهش کربن در فولادهای آلیاژی وجود دارد ولی هنوز وجود ورقه آزاد ا ضافی لازم است. . Extra free-board

اسلاید 84: در کوره القایی می‌توان فولادهای کرم- نیکل دار آستنیتی با کربن خیلی کم (ELC) را تولید کرد چون در این کوره اگر پیش بینی‌های لازم انجام شده باشد مشکل جذب کربن به حداقل می‌رسد. به عبارت دیگر آلودگی مذاب توسط فرو آلیاژها و نیز حرارت شستشو (2) دهندگی جهت گرفتن کربن از آستر و مانند اینها وجود ندارد. در ا ین مورد جوشش سنگ معدن برای کاهش میزان کربن عملی نیست چون انجام این کار وقت زیادی می‌خواهد و در روش معمولی تولید فولاد از بارهای تازه یا قراضه‌های برگشتی با کربن خیلی کم که با دقت انتخاب شده‌اند استفاده می‌شود. بارهای تازه پر هزینه هستند ولی استفاده از آنها غالباً‌ تنها روش تولید است زیرا قراضه‌های برگشتی با کربن خیلی کم که از کوره‌های قوسی بدست می‌آیند به مقدار کافی در دسترس نمی‌باشند. اکسیژن زدایی فولادی که در کوره القایی ذوب شده است مهمترین مساله است زیرا روش معمولی ذوب تنها می‌باشد. با این روش مقدار ازت فولاد بالاتر از آن در در فولادهای مشابهی است که در کوره قوسی تولید می‌شوند. و خطر ایجاد ترک بین دانه‌ای در اثر وجود نیترید آلومینیوم (ALN) بیشتر است. در این صورت بهتر این است که مقدار آلومینیومی را که برای اکسیژن زدایی اضافه میشود پایین آورده بجای آن از اکسیژن زداهای دیگر از قبیل کلسیم و زیرکنیم استفاده می‌شود. Wash heat

اسلاید 85: منابع:ترجمه steel metal casting فولادسازی(فراز پی)درس فنی سال چهارم نظام قدیم

اسلاید 86: پایان