مقالات

مقدمه
در صنعت فولادسازی، فولاد ضد زنگ حاوی نیتروژن نوع قابل توجهی از مواد فولادی با عملکرد برتر است که به طور گسترده در ساخت و ساز، تجهیزات پزشکی، هوا فضا، صنایع شیمیایی و غیره استفاده می شود. نیتروژن به عنوان یک عنصر اتمی بینابینی در فولاد می تواند بسیاری از خواص فولاد مانند استحکام، چقرمگی، مقاومت در برابر خزش، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی را از طریق اثر هم افزایی با سایر عناصر آلیاژی نظیر Mn, Cr, Mo, V, Nb, Ti بهبود بخشد. علاوه بر این، نیتروژن می‌تواند تا حدی جایگزین نیکل در فولاد ضد زنگ شود تا انعطاف‌پذیری را حفظ کند و در هزینه تولید به دلیل کمبود مصرف نیکل صرفه‌جویی کند. در حال حاضر، یکی از رایج ترین راه های افزودن نیتروژن به فولاد، افزودن آلیاژهای حاوی نیتروژن می باشد. این فرآیند با افزودن اندازه معینی از آلیاژ حاوی نیتروژن به فولاد مذاب مشخص می شود، سپس نیتریدها به سرعت توسط مذاب جذب می شوند و مقدار نیتروژن متعاقبا افزایش می یابد. آلیاژهای متداول حاوی نیتروژن عبارتند از نیترید فروکروم، نیترید فرومنگنز، نیترید فرووانادیوم و نیترید سیلیکون، که در میان آنها نیترید فروکروم دارای مزیت برتر در افزایش محتوای نیتروژن نسبت به نیترید فرومنگنز و نیترید سیلیکون است. نیترید فروکروم، حاوی نیتروژن و کروم به طور همزمان، می تواند به عنوان یک افزودنی مناسب در ذوب فولادهای زنگ نزن حاوی نیتروژن و فولادهای کروم استفاده شود.
 

تعریف:
کروم دارای ویژگی های سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی است که به طور گسترده در صنایع متالورژی، نسوزها و صنایع شیمیایی استفاده شده است. فرو کروم عمدتا به عنوان افزودنی آلیاژی برای ساخت فولاد استفاده می شود. فروکروم عمدتاً در تولید فولاد ضد زنگ استفاده می شود که از این میان سهم فولاد ضد زنگ سری 200 حدود 16 درصد، فولاد ضد زنگ سری 300 حدود 25 درصد، فولاد ضد زنگ سری 400 دارای میزان کروم حدود 14 درصد است. فروکروم نیترید شده یک ماده آلیاژی منحصر به فرد است که به عنوان نیتروفروکروم یا فروکروم نیتروژن دار نیز شناخته می شود و به طور گسترده در تولید فولاد ضد زنگ، فولاد مقاوم در برابر حرارت، فولاد آلیاژی و سایر فولادهای خاص استفاده می شود.
این فروآلیاژ می تواند نیتریدها را به کمک نیتروژن و با کروم، کربن و سایر عناصر موجود در فولاد تشکیل دهد. نیتریدها عملکرد فولاد ضد زنگ را از نظر استحکام، چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی، سختی، مقاومت در برابر سایش و عملکرد دمای بالا بهبود می بخشند. بنابراین، نیترید فروکروم ارزش کاربردی مهمی در ساخت استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی بالا دارد.

 

چگونه فروکروم نیترید شده تولید کنیم؟
فروکروم نیترید شده از طریق فرآیندی به نام نیتریدینگ تولید می شود که در آن نیتروژن به آلیاژ فروکروم وارد می شود. این فرآیند خواص آلیاژ را افزایش می دهد و آن را برای کاربردهای خاص مناسب می کند. تولید فروکروم نیترید شده معمولاً شامل مراحل زیر است:

مواد اولیه: فروکروم: این ماده پایه است که یک آلیاژ کروم و آهن است. منبع نیتروژن: گاز آمونیاک (NH3) معمولاً به عنوان منبع نیتروژن استفاده می شود.
آماده سازی: مقدار مورد نیاز فروکروم را وزن کنید تا از ترکیب صحیح برای آلیاژ فروکروم نیترید شده مورد نظر اطمینان حاصل کنید.
کوره نیتریدینگ: فروکروم را در یک کوره نیتریدینگ قرار دهید، این کوره یک کوره با اتمسفر کنترل شده بوده که برای فرآیندهای نیتروژن سازی طراحی شده است.
کنترل اتمسفر: گاز آمونیاک را به کوره وارد شده تا فضایی غنی از نیتروژن ایجاد کنید. در شرایط خاص ممکن است بسته به خواص مورد نظر فروکروم نیترید شده ترکیب اتمسفر متفاوت باشد.
کنترل دما: کوره را تا دمای مورد نظر برای نیتریدینگ گرم کنید. دما و زمان در دما پارامترهای مهمی هستند که بر نتیجه فرآیند نیتریدینگ تأثیر می‌گذارند. (در مقالات دمای 1327 درجه کلوین و زمان 17 ساعت پیشنهاد شده است)
واکنش نیتروژن: نیتروژن حاصل از گاز آمونیاک با آلیاژ فروکروم واکنش داده و نیتریدها را تشکیل می دهد. واکنش بین نیتروژن و آلیاژ در دماهای بالا رخ می دهد.
خنک سازی: پس از تکمیل فرآیند نیترید کردن، آلیاژ فروکروم نیترید شده را به تدریج خنک کنید تا از شوک حرارتی جلوگیری کنید و از پایداری ساختار نیترید شده اطمینان حاصل کنید.
کوئنچ (اختیاری): برخی از فرآیندها ممکن است شامل سرد کردن سریع آلیاژ پس از نیتروژن برای دستیابی به ریزساختارها و خواص خاص باشد.
بازرسی نهایی: آزمایش ها و بازرسی های کنترل کیفیت جهت حصول اطمینان از مشخصات فروکروم نیترید شده انجام می شود.
توجه به این نکته ضروری است که پارامترها و شرایط خاص برای نیتریدینگ فروکروم بسته به خواص مطلوب محصول نهایی می تواند متفاوت باشد. بنابراین، فرآیند ممکن است بر اساس ترکیب آلیاژ، کاربرد مورد نظر و سایر عوامل بهینه شود.
 

نقش وکاربرد نیترید فروکروم:
(1). ساخت فولاد ضد زنگ با استحکام بالا: فرو کروم نیترید شده با کربن کم می تواند نیتریدها را با نیتروژن در فولاد تشکیل دهد. نیترید می تواند استحکام و چقرمگی فولاد ضد زنگ را بیشتر کند. بنابراین، نیترید فروکروم به طور گسترده ای در ساخت فولاد ضد زنگ با استحکام بالا، مانند هوافضا، اتومبیل، ماشین آلات و سایر زمینه ها استفاده می شود.
(2). ساخت فولاد ضد زنگ با سختی بالا: نیترید فروکروم می تواند نیتریدها را با عناصر کربن در فولاد تشکیل دهد. نیترید می تواند سختی و مقاومت در برابر سایش فولاد ضد زنگ را بیشتر کند. بنابراین، نیترید فروکروم به طور گسترده ای در ساخت فولاد ضد زنگ با سختی بالا، مانند چاقو، قالب، یاتاقان و سایر زمینه ها استفاده می شود.
(3). ساخت فولاد ضد زنگ با دمای بالا: نیترید فروکروم می تواند استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون فولاد ضد زنگ را بهبود بخشد، بنابراین به طور گسترده در ساخت فولاد ضد زنگ با دمای بالا مانند پتروشیمی، برق، صنایع هسته ای و غیره استفاده می شود. 
(4). بهبود مقاومت در برابر خوردگی: نیترید فروکروم می تواند در فولاد نیترید کروم تشکیل دهد. نیترید کروم مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ را بیشتر بهبود می بخشد. می تواند چگالی و سختی سطح فولاد را افزایش داده و برای جلوگیری از نفوذ مواد خورنده به داخل فولاد و افزایش عمر مفید فولاد ضد زنگ استفاده شود.
به طور خلاصه، نقش نیترید فروکروم در فولاد ضد زنگ عمدتاً برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی، سختی و مقاومت در برابر سایش، استحکام و چقرمگی فولاد ضد زنگ است و برای افزایش طول عمر فولاد ضد زنگ و بهبود عملکرد و کیفیت فولاد ضد زنگ استفاده می شود.

 

ترکیب شیمیایی رایج:

 

کاربردها و ویژگی ها:
1. می توان از آن برای تولید فروکروم و فلز کروم در صنعت متالورژی استفاده کرد.
2. به عنوان نوعی افزودنی فولاد، برای تولید فولادهای مختلف خاص با استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، ضد اصطکاک، پایداری حرارتی و ضد اکسیژن استفاده می شود.
3. در فولادهای ضد زنگ Cr-Ni، عنصر Ni را می توان تا حدی با نیتروژن جایگزین کرد. فروکروم دارای ویژگی هایی در محتوای نیتروژن پایدار، چگالی بالا و بازده عنصر بالا در فرآیند ذوب است.
4. نیتروژن در گسترش تأثیر ناحیه آستنیت 30 برابر قوی تر از نیکل است. می تواند تا حدی جایگزین فلز نیکل شود تا هزینه تولید را کاهش دهد.
5.استفاده در فولادهای ویژه: فروکروم نیترید شده را می توان در تولید فولادهای ویژه در مواردی که خواص افزایش یافته مورد نیاز است استفاده کرد.
6.صنعت هوافضا: صنعت هوافضا ممکن است از فروکروم نیترید شده در ساخت قطعاتی که به استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارند استفاده کند.
7.صنعت خودرو: فروکروم نیترید شده را می توان در ترکیبات آلیاژی برای قطعات خودرو، به ویژه آنهایی که به مقاومت در برابر محیط های خشن و خوردگی نیاز دارند، وارد کرد.
8.تجهیزات پردازش شیمیایی: اجزای مورد استفاده در تجهیزات پردازش شیمیایی، که در آن مقاومت در برابر خوردگی بسیار مهم است، ممکن است با استفاده از فولاد ضد زنگ حاوی فروکروم نیترید شده ساخته شوند.
9.ابزار پزشکی: برخی از ابزار و وسایل پزشکی ممکن است با استفاده از آلیاژهای فولاد ضد زنگ که حاوی فروکروم نیترید شده برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی هستند، ساخته شوند.
10.صنعت نفت و گاز: تجهیزات مورد استفاده در صنعت نفت و گاز، مانند لوله ها و اتصالات، ممکن است از مقاومت در برابر خوردگی ارائه شده توسط آلیاژهای فولاد ضد زنگ حاوی فروکروم نیترید شده بهره مند شوند.
11.ساخت و ساز: برخی از مصالح ساختمانی، به ویژه آنهایی که در محیط های خورنده یا در تماس با مواد شیمیایی استفاده می شوند، ممکن است با استفاده از آلیاژهای حاوی فروکروم نیترید شده ساخته شوند.
12.کارد و چنگال و ظروف آشپزخانه: کارد و چنگال و ظروف آشپزخانه استیل ضد زنگ را می توان با فروکروم نیترید شده برای اطمینان از دوام و مقاومت در برابر خوردگی ساخت.
13.الکترونیک: برخی از قطعات و دستگاه های الکترونیکی ممکن است از آلیاژهای فولاد ضد زنگ با فروکروم نیترید شده برای خواص مقاوم در برابر خوردگی استفاده کنند.
14.تجهیزات انرژی های تجدیدپذیر: اجزای مورد استفاده در تجهیزات انرژی تجدیدپذیر، مانند توربین های بادی یا پانل های خورشیدی، ممکن است از مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای فولاد ضد زنگ حاوی فروکروم نیترید شده بهره مند شوند.