دنیای مواد فولادی بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که به نظر می‌رسد. آیا تا به حال از خود پرسیده‌اید که چرا برخی از فولادهای ضد زنگ قوی و مقاوم در برابر خوردگی هستند در حالی که برخی دیگر مستعد ترک خوردن هستند؟ پاسخ در یک عامل حیاتی نهفته است: محتوای فریت. این مقاله "کد ذاتی" را که بر عملکرد فولاد ضد زنگ حاکم است، با بررسی چگونگی تأثیر محتوای فریت بر خواص مواد، بررسی می‌کند.

فریت، یک ساختار کریستالی در فولاد ضد زنگ، یک عامل کلیدی در تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی یک آلیاژ است. فولاد ضد زنگ را به عنوان یک ساختار ساخته شده از "بلوک‌های ساختمانی" میکروسکوپی تصور کنید - آرایش این بلوک‌ها (ریزساختار) مستقیماً استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی ماده را تعیین می‌کند. فریت یکی از این بلوک‌های ساختمانی ضروری است.

به طور خاص، فریت یک ساختار شبکه‌ای مکعبی با مرکز بدنه از آهن است که می‌تواند مقادیر کمی از کربن و سایر عناصر آلیاژی را در خود حل کند. در فولاد ضد زنگ، وجود فریت با ویژگی‌های زیر مرتبط است:

• استحکام بالا: فریت به استحکام کششی و تسلیم بیشتر کمک می‌کند.
• مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی کلرید: فولادهای ضد زنگ فریتی در محیط‌های خورنده، مانند کاربردهای دریایی یا شیمیایی، عملکرد خوبی دارند.
• مغناطیس: برخلاف فولاد ضد زنگ آستنیتی، فریت مغناطیسی است - خاصیتی که می‌تواند برای تشخیص محتوای فریت استفاده شود.

محتوای فریت باید با دقت متعادل شود - نه خیلی زیاد و نه خیلی کم - بسته به نوع فولاد ضد زنگ. برای فولادهای ضد زنگ دوبلکس و سوپر دوبلکس، محتوای فریت یک معیار حیاتی است که بر استحکام، چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی و جوش‌پذیری تأثیر می‌گذارد.

• جوش‌پذیری: محتوای فریت بهینه خطر ترک خوردگی انجماد در حین جوشکاری را کاهش می‌دهد، که می‌تواند یکپارچگی اتصال را به خطر بیندازد.
• مقاومت در برابر خوردگی: فریت بیش از حد ممکن است مقاومت در برابر خوردگی را در محیط‌های خاص کاهش دهد.
• خواص مکانیکی: محتوای فریت بالاتر استحکام را افزایش می‌دهد اما ممکن است شکل‌پذیری و چقرمگی را کاهش دهد.

اندازه‌گیری دقیق محتوای فریت برای ارزیابی کیفیت مواد ضروری است. روش‌های متداول عبارتند از:

• میکروسکوپ متالوگرافی: یک روش سنتی اما زمان‌بر که شامل بررسی میکروسکوپی است.
• آزمایش مغناطیسی: فریت‌اسکوپ نفوذپذیری مغناطیسی را برای تخمین محتوای فریت اندازه‌گیری می‌کند - یک روش سریع و غیر مخرب که برای آزمایش میدانی ایده‌آل است.
• پراش اشعه ایکس: بسیار دقیق اما گران و پیچیده.

در فولادسازی و جوشکاری، پیش‌بینی محتوای فریت ضروری است. نمودار DeLong از معادل‌های کروم و نیکل (Cr _eq و Ni _eq ) برای تخمین تشکیل فریت در حین جوشکاری استفاده می‌کند. در حالی که این مدل مفید است، قطعی نیست - شرایط واقعی مانند سرعت‌های خنک‌کننده نیز باید در نظر گرفته شوند.

فولاد ضد زنگ 304، که به طور گسترده در فرآوری مواد غذایی، وسایل پزشکی و ساخت و ساز استفاده می‌شود، در اشکال ریخته‌گری و کار شده متفاوت عمل می‌کند:

• 304 ریخته‌گری: حاوی 8-20٪ فریت برای جلوگیری از ترک خوردگی انجماد.
• 304 کار شده: با 1-6٪ فریت برای جلوگیری از ترک‌های آهنگری طراحی شده است. بیشتر فریت پس از بازپخت محلول حل می‌شود.

بازپخت محلول، فولاد ضد زنگ را بالای 1000 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند، و به دنبال آن خنک‌سازی سریع برای افزایش شکل‌پذیری و چقرمگی انجام می‌شود. در حالی که این فرآیند محتوای فریت را کاهش می‌دهد، فولاد ضد زنگ ریخته‌گری به دلیل ترکیب اولیه خود، سطوح بالاتری را حفظ می‌کند.

برای اندازه‌گیری‌های دقیق، آزمایشگاه‌ها از میکروسکوپ پیشرفته یا ابزارهای مغناطیسی با حساسیت بالا استفاده می‌کنند و به دقت 0.5-1٪ می‌رسند. پس از بازپخت، فولادهای آستنیتی مانند 304، 316L، 309 و 310 معمولاً کمتر از 2٪ فریت دارند.

فولادهای ضد زنگ سوپر دوبلکس فازهای فریت و آستنیت (40-60٪ فریت) را برای استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی برتر ترکیب می‌کنند. این آلیاژها برای کاربردهای سخت در محیط‌های خشن ایده‌آل هستند.