ما الذي يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ؟

في عام 1913 ، اكتشف عالم المعادن الإنجليزي هاري بريلي ، الذي يعمل على مشروع لتحسين براميل البندقية ، عن طريق الخطأ أن إضافة الكروم إلى الكربون المنخفض صلب يعطيها مقاومة للبقع. بالإضافة إلى الحديد والكربون والكروم ، قد يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ الحديث أيضًا على عناصر أخرى ، مثل النيكل والنيوبيوم والموليبدينوم والتيتانيوم.

النيكل والموليبدنوم والنيوبيوم والكروم يعزز مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ. إنه إضافة ما لا يقل عن 12٪ من الكروم إلى الفولاذ مما يجعله يقاوم الصدأ ، أو `` أقل '' من أنواع الفولاذ الأخرى. يتحد الكروم في الفولاذ مع الأكسجين في الغلاف الجوي لتشكيل طبقة رقيقة وغير مرئية من أكسيد يحتوي على الكروم ، تسمى الفيلم السلبي. أحجام ذرات الكروم وأكاسيدها متشابهة ، لذا فهي تتجمع معًا بدقة على سطح المعدن ، وتشكل طبقة مستقرة بسماكة قليلة من الذرات. إذا تم قطع المعدن أو خدشه وتعطل الفيلم السلبي ، فإن المزيد من الأكسيد يتشكل بسرعة ويستعيد السطح المكشوف ، ويحميه من التآكل التأكسدي.

الحديد ، من ناحية أخرى ، يصدأ بسرعة لأن الحديد الذري أصغر بكثير من أكسيده ، لذلك يشكل الأكسيد طبقة فضفاضة بدلاً من محشوة بإحكام ويقشر بعيدًا. يتطلب الفيلم السلبي أكسجينًا للإصلاح الذاتي ، لذا فإن الفولاذ المقاوم للصدأ يتمتع بمقاومة تآكل ضعيفة في بيئات منخفضة الأكسجين وضعف الدورة الدموية. في مياه البحر ، تهاجم الكلوريدات من الملح وتدمر الفيلم السلبي بسرعة أكبر مما يمكن إصلاحه في بيئة منخفضة الأكسجين.

الأنواع الرئيسية الثلاثة للفولاذ المقاوم للصدأ هي الأوستنيتي والفيريتي والمارتينسيتي. يتم تحديد هذه الأنواع الثلاثة من الفولاذ من خلال البنية المجهرية أو المرحلة البلورية السائدة.

• الأوستنيتي: يحتوي الفولاذ الأوستنيتي على الأوستينيت كمرحلة رئيسية (الكريستال المكعب الذي يركز على الوجه). هذه سبائك تحتوي على الكروم والنيكل (أحيانًا المنغنيز والنيتروجين) ، تمحور حول تكوين نوع 302 من الحديد و 18٪ كروم و 8٪ نيكل. الفولاذ الأوستنيتي لا تصلب من المعالجة الحرارية. من المحتمل أن يكون الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر شيوعًا هو النوع 304 ، ويسمى أحيانًا T304 أو ببساطة 304. النوع 304 من الفولاذ المقاوم للصدأ الجراحي هو الفولاذ الأوستنيتي الذي يحتوي على 18-20٪ من الكروم و 8-10٪ من النيكل.
• حديدي:يحتوي الفولاذ الحديدي على الفريت (البلورة المكعبة التي تتمحور حول الجسم) كمرحلة رئيسية. تحتوي هذه الفولاذ على الحديد والكروم ، بناءً على تكوين النوع 430 من الكروم بنسبة 17 ٪. الفولاذ الحديدي أقل ليونة من الفولاذ الأوستنيتي ولا يمكن تصليبه بالمعالجة الحرارية.
• مارتينسيتيك: لاحظ المجهري الألماني أدولف مارتنز حوالي عام 1890 أن البنية المجهرية المتقنة المميزة لمرتينايت هي أول من لاحظها. الفولاذ المارتينسيتي هو فولاذ منخفض الكربون مبني حول تركيبة الحديد من النوع 410 و 12٪ كروم و 0.12٪ كربون. قد تكون مخففة وصلبة. يعطي Martensite صلابة عالية من الفولاذ ، ولكنه يقلل أيضًا من صلابته ويجعله هشًا ، لذلك يتم تقوية القليل من الفولاذ بالكامل.

هناك أيضًا درجات أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والمقسى على الوجهين والصلب غير القابل للصدأ. يمكن إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ في مجموعة متنوعة من التشطيبات والقوام ويمكن تلوينه على مجموعة واسعة من الألوان.

هناك بعض الخلاف حول ما إذا كان يمكن تعزيز مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ من خلال عملية التخميل. بشكل أساسي ، التخميل هو إزالة الحديد الحر من سطح الفولاذ. يتم ذلك عن طريق غمر الفولاذ في مؤكسد ، مثل حمض النتريك أو الليمون حمض المحلول. منذ إزالة الطبقة العليا من الحديد ، يقلل التخميل من تغير لون السطح.

في حين أن التخميل لا يؤثر على سمك أو فعالية الطبقة السلبية ، فإنه مفيد في إنتاج سطح نظيف لمزيد من المعالجة ، مثل الطلاء أو الطلاء. من ناحية أخرى ، إذا تمت إزالة المؤكسد بشكل غير كامل من الفولاذ ، كما يحدث في بعض الأحيان في قطع ذات مفاصل أو زوايا ضيقة ، فقد ينتج عن ذلك تآكل الشقوق. تشير معظم الأبحاث إلى أن تآكل جزيئات السطح المتناقص لا يقلل من قابلية تأكله.