उच्च प्रदर्शन ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील -- धातुकर्म अवलोकन के लिए मार्गदर्शिका

1. स्टेनलेस स्टील के प्रकार

स्टेनलेस स्टील एक लोहे पर आधारित मिश्र धातु है जिसमें क्रोमियम की मात्रा 10.5 प्रतिशत से कम नहीं होती है। इसके अच्छे संक्षारण प्रतिरोध और उच्च तापमान प्रदर्शन के कारण इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जब क्रोमियम की मात्रा 10.5 प्रतिशत तक पहुंच जाती है, तो स्टील की सतह पर क्रोमियम युक्त ऑक्साइड की एक परत बन जाएगी, जिसे पैसिवेशन लेयर या पैसिवेशन फिल्म कहा जाता है। यह फिल्म स्टेनलेस स्टील को साधारण स्टील की तरह जंग लगने से बचाती है। स्टेनलेस स्टील के कई प्रकार हैं, लेकिन सभी स्टेनलेस स्टील को न्यूनतम क्रोमियम सामग्री की आवश्यकता को पूरा करना चाहिए।

स्टेनलेस स्टील को पांच श्रेणियों में विभाजित किया गया है: ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील, फेरिटिक स्टेनलेस स्टील, डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (फेराइट और ऑस्टेनाइट की मिश्रित संरचना के साथ), मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील और वर्षा सख्त स्टेनलेस स्टील। इन श्रेणियों का वर्गीकरण क्रिस्टल संरचना (परमाणु व्यवस्था) और स्टेनलेस स्टील के ताप उपचार से संबंधित है। धातु में समान क्रिस्टल संरचना वाले क्रिस्टल के समूह को चरण कहा जाता है। स्टेनलेस स्टील में तीन मुख्य चरण होते हैं: ऑस्टेनाइट, फेराइट और मार्टेंसाइट। स्टेनलेस स्टील की मेटलोग्राफिक संरचना का प्रकार और मात्रा मानक मेटलोग्राफिक निरीक्षण प्रक्रिया और ऑप्टिकल मेटलोग्राफिक माइक्रोस्कोप द्वारा निर्धारित की जा सकती है।

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की विशेषता यह है कि मेटलोग्राफिक संरचना मुख्य रूप से ऑस्टेनिटिक है। ऑस्टेनाइट चरण की क्रिस्टल संरचना फलक-केंद्रित घनीय (एफसीसी) संरचना है, अर्थात घन के प्रत्येक फलक के प्रत्येक कोने और केंद्र पर एक परमाणु होता है। इसके विपरीत, फेराइट चरण की क्रिस्टल संरचना शरीर-केंद्रित क्यूबिक (बीसीसी) संरचना है, जिसमें घन के प्रत्येक कोने और केंद्र पर एक परमाणु होता है। मार्टेंसाइट चरण की क्रिस्टल संरचना उच्च तनाव शरीर-केंद्रित टेट्रागोनल संरचना है।

ऑस्टेनाइट चरण की क्रिस्टल संरचना चेहरा-केंद्रित क्यूबिक (एफसीसी) जाली है, फेराइट चरण शरीर-केंद्रित क्यूबिक (बीसीसी) जाली है, और मार्टेंसाइट चरण शरीर-केंद्रित टेट्रागोनल (बीसीटी) जाली है।

 

1.1 ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील:

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में कोई चुंबकत्व नहीं है, मध्यम उपज शक्ति, उच्च कार्य सख्त दर, उच्च तन्यता ताकत, अच्छी प्लास्टिसिटी और उत्कृष्ट कम तापमान की क्रूरता है। अन्य स्टेनलेस स्टील्स के विपरीत, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स की कठोरता तापमान में कमी के साथ धीरे-धीरे कम हो जाती है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में कोई निश्चित नमनीय-भंगुर संक्रमण तापमान (डीबीटीटी) नहीं है, इसलिए यह कम तापमान अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श सामग्री है।

ऑस्टेनिटिक, फेरिटिक और डुप्लेक्स (ऑस्टेनिटिक-फेरिटिक) स्टेनलेस स्टील के तन्य-भंगुर संक्रमण तापमान (डीबीटीटी) का आरेख। वास्तविक DBTT सेक्शन की मोटाई, रासायनिक संरचना और अनाज के आकार पर निर्भर करता है। फेरिटिक स्टेनलेस स्टील का DBTT आमतौर पर 20 से - 30 डिग्री C (70 से - 22 डिग्री F) होता है।

 

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में अच्छी वेल्डेबिलिटी है और इसे विभिन्न जटिल आकृतियों में बनाया जा सकता है। स्टेनलेस स्टील्स की इस श्रृंखला को गर्मी उपचार द्वारा कठोर या मजबूत नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसे ठंड बनाने या कड़ी मेहनत से मजबूत किया जा सकता है (एएसटीएम ए 666 देखें)। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील, विशेष रूप से मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील, का संभावित नुकसान है, जो कि फेरिटिक स्टेनलेस स्टील और डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की तुलना में है, यह क्लोराइड तनाव जंग टूटने का खतरा है।

300 श्रृंखला या मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में आमतौर पर 8 प्रतिशत ~ 11 प्रतिशत निकल और 16 प्रतिशत ~ 20 प्रतिशत क्रोमियम होता है। मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की मेटलोग्राफिक संरचना मुख्य रूप से ऑस्टेनिटिक अनाज से बनी होती है और इसमें δ फेराइट चरण (चित्र 3) की एक छोटी राशि (आमतौर पर 1 ~ 5 प्रतिशत) होती है। फेराइट चरण की उपस्थिति के कारण, इन ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स में थोड़ा चुंबकत्व होता है।

जाली स्टेनलेस स्टील 304L की विशिष्ट मेटलोग्राफिक संरचना ऑस्टेनिटिक अनाज और व्यक्तिगत पट्टी फेराइट © TMR स्टेनलेस से बनी है।

 

300 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील की तुलना में, 200 श्रृंखला ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में नी सामग्री कम है, लेकिन उच्च एमएन और एन सामग्री है। 200 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील की ताकत और तनाव सख्त गुणांक 300 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील की तुलना में अधिक है। कम निकल सामग्री के कारण, 200 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील को कभी-कभी 300 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील के सस्ते विकल्प के रूप में उपयोग किया जाता है।

उच्च प्रदर्शन वाले ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील का माइक्रोस्ट्रक्चर फेरोमैग्नेटिज्म (चित्र 4) के बिना सभी ऑस्टेनिटिक चरण है। मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की तुलना में, उच्च-प्रदर्शन वाले ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में अधिक निकल, क्रोमियम और मोलिब्डेनम तत्व होते हैं, और आमतौर पर नाइट्रोजन होता है। इन स्टेनलेस स्टील्स में मजबूत एसिड, मजबूत क्षार और उच्च क्लोराइड मीडिया जैसे खारे पानी, समुद्री जल और नमक के पानी जैसे संक्षारक वातावरण में मजबूत संक्षारण प्रतिरोध होता है। मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की तुलना में, उच्च-प्रदर्शन वाले ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में उच्च शक्ति ग्रेड और तनाव जंग क्रैकिंग के लिए बेहतर प्रतिरोध है।

6 प्रतिशत मो उच्च प्रदर्शन वाले ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की मेटलोग्राफिक संरचना, सभी ऑस्टेनिटिक अनाज © टीएमआर स्टेनलेस से बना है।

 

1.2 फेरिटिक स्टेनलेस स्टील:

फेराइटिक स्टेनलेस स्टील का माइक्रोस्ट्रक्चर फेराइट चरण है। फेरिटिक स्टेनलेस स्टील में कम या कोई निकल सामग्री नहीं है और यह फेरोमैग्नेटिक है। इसे ऊष्मा उपचार द्वारा कठोर नहीं किया जा सकता है। इस प्रकार के स्टेनलेस स्टील के फेरोमैग्नेटिक गुण कार्बन स्टील के समान होते हैं। फेरिटिक स्टेनलेस स्टील में क्लोराइड तनाव जंग के लिए अच्छी ताकत और प्रतिरोध है, जो मानक 300 श्रृंखला ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की तुलना में बहुत बेहतर है। हालांकि, उनकी फॉर्मैबिलिटी और वेल्डेबिलिटी खराब है। उनकी कठोरता ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील जितनी अच्छी नहीं है, और खंड की मोटाई में वृद्धि के साथ घट जाएगी। तापमान में कमी के साथ, फेरिटिक स्टेनलेस स्टील स्पष्ट तन्य-भंगुर संक्रमण दिखाएगा। इन कारकों द्वारा सीमित, फेरिटिक स्टेनलेस स्टील का उपयोग आमतौर पर पतली दीवार की मोटाई वाले उत्पादों तक सीमित होता है, जैसे कि पतली प्लेटें, स्ट्रिप्स और पतली दीवार वाली ट्यूब।

 

1.3 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील:

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील फेराइट चरण और ऑस्टेनाइट चरण से बना है, प्रत्येक का लगभग आधा हिस्सा है। डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में ऑस्टेनिटिक और फेरिटिक स्टेनलेस स्टील की कई विशेषताएं हैं। हालांकि गर्मी उपचार ऐसे स्टील्स को कठोर नहीं कर सकता है, उनकी उपज शक्ति आमतौर पर मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की तुलना में दोगुनी होती है, और उनका चुंबकीय आकर्षण फेराइट चरण के वॉल्यूम अंश के समानुपाती होता है। डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की मेटलोग्राफिक संरचना की डुप्लेक्स संपत्ति मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की तुलना में तनाव जंग क्रैकिंग के प्रतिरोध को बेहतर बनाती है।

 

1.4 मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील:

मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील की माइक्रोस्ट्रक्चर मुख्य रूप से मार्टेंसाइट है, जिसमें फेराइट, ऑस्टेनाइट और कार्बाइड जैसे माध्यमिक चरणों की थोड़ी मात्रा हो सकती है। मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील फेरोमैग्नेटिक है और कार्बन स्टील के समान है। अंतिम कठोरता विशिष्ट ताप उपचार पर निर्भर करती है। मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील में उच्च शक्ति, अच्छा पहनने का प्रतिरोध, खराब क्रूरता और उच्च नमनीय-भंगुर संक्रमण तापमान है। उन्हें वेल्ड करना मुश्किल होता है और आम तौर पर पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट की आवश्यकता होती है। इसलिए, मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील आमतौर पर गैर-वेल्डिंग अनुप्रयोगों तक सीमित है। मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील की क्रोमियम सामग्री बहुत अधिक नहीं है। कुछ क्रोमियम तत्व कार्बाइड के रूप में अवक्षेपित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कम संक्षारण प्रतिरोध होता है, जो आमतौर पर मानक 304/304L ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से कम होता है। इसकी खराब क्रूरता और संक्षारण प्रतिरोध के कारण, मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील का उपयोग आमतौर पर उच्च शक्ति और कठोरता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, जैसे उपकरण, फास्टनरों और शाफ्ट।

 

1.5 वर्षा कठोर स्टेनलेस स्टील:

वर्षा सख्त (पीएच) स्टेनलेस स्टील को गर्मी उपचार से भी मजबूत किया जा सकता है। इस प्रकार के स्टेनलेस स्टील की मूल विशेषता यह है कि इसकी आंशिक मजबूती वर्षा तंत्र द्वारा प्राप्त की जाती है। ताकत में सुधार करने के लिए उम्र बढ़ने के कठोर ताप उपचार द्वारा महीन इंटरमेटेलिक अवक्षेप का उत्पादन किया जाता है। उच्च क्रोमियम सामग्री के कारण, वर्षा सख्त स्टेनलेस स्टील में मार्टेंसिक स्टेनलेस स्टील की तुलना में बेहतर संक्षारण प्रतिरोध होता है, और उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होता है, जिसमें अच्छे संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकता होती है। वर्षा सख्त स्टेनलेस स्टील मुख्य रूप से स्प्रिंग्स, फास्टनरों, विमान भागों, शाफ्ट, गियर, धौंकनी और जेट इंजन भागों के लिए उपयोग किया जाता है।

 

2. चरण रचना:

मिश्रित तत्व चरण संतुलन संबंध को प्रभावित करते हैं और ऑस्टेनाइट, फेराइट और मार्टेंसाइट चरणों की स्थिरता पर एक मजबूत प्रभाव डालते हैं। स्टेनलेस स्टील में जोड़े गए तत्वों को फेराइट चरण बनाने वाले तत्वों या ऑस्टेनाइट चरण बनाने वाले तत्वों में विभाजित किया जा सकता है। चरण संतुलन रासायनिक संरचना, एनीलिंग तापमान और स्टील की शीतलन दर पर निर्भर करता है। संक्षारण प्रतिरोध, शक्ति, क्रूरता, वेल्डेबिलिटी और फॉर्मेबिलिटी सभी चरण संतुलन से प्रभावित होते हैं।

फेराइट बनाने वाले तत्व फेराइट चरण के निर्माण में योगदान करते हैं, जबकि ऑस्टेनाइट बनाने वाले तत्व ऑस्टेनाइट चरण के गठन को बढ़ावा देते हैं। तालिका 3 सामान्य फेराइट और ऑस्टेनाइट चरण बनाने वाले तत्वों को सूचीबद्ध करती है। स्टेनलेस स्टील का ग्रेड और इसका अनुप्रयोग आवश्यक चरण संतुलन निर्धारित करता है। अधिकांश मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स में समाधान एनीलिंग के तहत फेराइट चरण की थोड़ी मात्रा होती है। सॉल्यूशन एनीलिंग उच्च तापमान पर वेल्डेबिलिटी और बेरहमी में सुधार कर सकती है। हालांकि, यदि फेराइट चरण की सामग्री बहुत अधिक है, तो संक्षारण प्रतिरोध और क्रूरता जैसे अन्य गुण कम हो जाएंगे। उच्च-प्रदर्शन ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील को समाधान एनीलिंग स्थिति के तहत सभी ऑस्टेनिटिक चरणों के अनुसार डिज़ाइन किया गया है।

 

स्टील की चरण संरचना और इस प्रकार स्टील के गुणों को नियंत्रित करने के लिए, मिश्र धातु तत्वों को संतुलन में रखना आवश्यक है। शैफलर संरचना आरेख (चित्र 5) स्टेनलेस स्टील की रासायनिक संरचना और जमने की अवस्था में अपेक्षित चरण संरचना के बीच संबंध को दर्शाता है, जैसा कि वेल्ड माइक्रोस्ट्रक्चर द्वारा प्रकट किया गया है। इस तरह, उपयोगकर्ता दी गई रासायनिक संरचना के आधार पर चरण संतुलन की भविष्यवाणी कर सकते हैं। रासायनिक संरचना से "निकल समतुल्य" और "क्रोमियम समतुल्य" की गणना करें और उन्हें चित्र में बनाएं। शैफलर संगठन चार्ट के सामान्य मापदंडों का सूत्र इस प्रकार है:

निकल समतुल्य {{0}} प्रतिशत नी प्लस 30 प्रतिशत सी प्लस 0.5 प्रतिशत एमएन प्लस 30 प्रतिशत एन

क्रोमियम समतुल्य {{0}} प्रतिशत Cr प्लस प्रतिशत Mo प्लस 1.5 प्रतिशत Si प्लस 0.5 प्रतिशत Nb

विशिष्ट उच्च-प्रदर्शन वाले ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में लगभग 20 प्रतिशत Cr, 6 प्रतिशत Mo, 20 प्रतिशत Ni और 0.2 प्रतिशत N होता है, जो "फेरिटिक "लगभग 24 के निकेल समतुल्य और लगभग 26 के समतुल्य क्रोमियम के साथ लाइन। इसके विपरीत, मानक स्टेनलेस स्टील की रासायनिक संरचना (जैसे 304) फेराइट की एक छोटी मात्रा के साथ ऑस्टेनाइट प्लस फेराइट (ए प्लस एफ) के डुप्लेक्स ज़ोन से मेल खाती है। अवस्था। फेरिटिक स्टेनलेस स्टील आकृति में फेराइट चरण क्षेत्र में है, और डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील ऑस्टेनाइट प्लस फेराइट (ए प्लस एफ) डुप्लेक्स जोन में है।