ساخت و مشخصه یابی فولاد زنگ نزن آستنیتی پر نیتروژن fe-cr-mn-mo به روش آلیاژسازی مکانیکی و بررسی شرایط بهبود فاکتور pren

در سال های اخیر فولادهای زنگ نزن آستنیتی پر نیتروژن عاری از نیکل به دلیل خصوصیات ممتازی نظیر خواص مکانیکی عالی، مقاومت به خوردگی بالا (به ویژه خوردگی حفره ای، شیاری و بین دانه ای) و کاربردهایی چون مواد فلز کاشتنی ( به دلیل عدم آلرژی زایی) در بدن انسان، به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. به طور کلی مقاومت به خوردگی حفره ای فولادها با فاکتور pren (mn1-n16+mo3/3+cr =pren)، سنجیده می شود، به نحوی که با افزایش این فاکتور مقاومت به خوردگی حفره ای افزایش می یابد. به همین دلیل هدف از این پژوهش ساخت فولاد زنگ نزن آستنیتی پر نیتروژن mo-mn-cr-fe از طریق آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر نیتروژن و بررسی عوامل موثر بر بهبود فاکتور pren در آن بود. بدین منظور ابتدا اثر مولیبدن به عنوان یک عنصر افزاینده فاکتور pren روی استحاله فریت به آستنیت بررسی شد. سپس به بررسی نقش اندازه ذرات پودر آهن اولیه روی سرعت استحاله مذکور پرداخته شد. در نهایت به منظور بهبود فاکتور pren در فولاد تولیدی، امکان کاهش میزان منگنز و افزایش مقدار مولیبدن در ترکیب شیمیایی بررسی شد. فرایند آلیاژسازی مکانیکی با استفاده از مخلوط پودرهای عنصری آهن، کرم، مولیبدن و منگنز (با خلوص بالا) در یک آسیاب گلوله ای- سیاره ای انجام شد. مشخصه یابی و ارزیابی محصولات به وسیله آزمون پراش اشعه ایکس(xrd) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) صورت گرفت. همچنین میزان نیتروژن جذب شده در ساختار توسط آنالیزگر نیتروژن تعیین شد. به منظور بررسی اثر مولیبدن دو نمونه با ترکیب mo4-mn11-cr18-fe و mo6-mn11-cr18-fe با استفاده از پودر آهن با اندازه ذرات متوسط µm34/47 تحت آسیاب کاری در اتمسفر نیتروژن به مدت 100 ساعت قرار گرفت. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که با افزایش میزان مولیبدن از 4 به 6 درصد وزنی، میزان پارامتر فعالسازی مکانیکی (?/d) در مواد بیشتر شده و لذا سینتیک استحاله افزایش می یابد. ولی در اثر کاهش نیروی محرکه لازم برای پایداری فاز آستنیت تکمیل استحاله نیاز به انرژی بیشتری (زمان های طولانی تر آسیاب کاری) دارد. همچنین با کاهش اندازه ذرات متوسط پودر آهن اولیه (µm 9/6)، علاوه بر اینکه امکان افزایش مقدار نیتروژن ورودی به ساختار (به عنوان مهمترین پارامتر در افزایش فاکتور pren) فراهم می شود، سرعت استحاله فریت به آستنیت نیز در اثر افزایش میزان جذب نیتروژن افزایش چشمگیری می یابد، به گونه ای که مدت زمان آسیاب کاری برای تکمیل استحاله مذکور از 100 ساعت به 8 ساعت تقلیل می یابد. از طرفی افزایش سرعت استحاله، امکان کاهش میزان منگنز از 11 به 8 درصد وزنی و همچنین افزایش مولیبدن از 4 به 8 درصد وزنی را به وجود آورد. بررسی عوامل فوق نشان داد که در اثر تغییر ترکیب شیمیایی می توان مقدار فاکتور pren را از 36/35 به 6/55 افزایش داد. در نهایت نیز نتایج حاصل از انجام عملیات حرارتی در دمای °c1100 به مدت یک ساعت روی فولاد زنگ نزن آستنیتی پر نیتروژن نشان داد که در اثر حضور نیتروژن، فولاد تولیدی از پایداری حرارتی بالایی برخوردار است، به طوری که ساختار نانومتری همواره در آن حفظ شده است.