کربن‌ زدایی در فولاد آهن نت

به هنگام ساخت آلیاژ برای ایجاد تغییرات خاصی در فولاد، میزان کربن را به صورت کنترل شده کم یا زیاد می‌کنند. اما گاهی عنصر کربن به صورت ناخواسته و بدون کنترل در حین انجام عملیات مختلف روی فولاد از محتوای فولاد و آلیاژ کاسته یا حذف می‌شود و باعث ایجاد خواص نامطلوب در آلیاژ فولادی مورد نظر می‌گردد. به این فرآیند، فرآیند کربن زدایی فولاد گفته می‌شود که در ادامه توضیحات مفصلی راجع به آن، روش جلوگیری، حذف و اندازه‌ گیری کربن‌ زدایی ارائه خواهیم داد.


فرایند کربن‌ زدایی در فولاد چیست؟

به فرآیندی که در طی آن میزان کربن از فولاد کم می‌شود، فرآیند کربن زدایی فولاد می‌گویند. این یک فرآیند کربن‌ زدایی زمانی اتفاق می‌افتد که آلیاژ فولاد به بیش از حرارت تبلور مجدد خود (به این معنا که حرارت آن تا بالای ۷۰۰ درجه سانتی‌ گراد شود) برسد. در این حالت کربن موجود روی سطح آلیاژ با گازهای هیدروژن و اکسیژن موجود در فضا ترکیب شده و پیوندهای مولکولی یا کربنی ایجاد کرده و از سطح آلیاژ حذف می‌شود. از آنجایی که گازهای هیدروژن و اکسیژن فقط با کربن‌های سطح فولاد، پیوند مولکولی ایجاد می‌کنند، فرایند کربن‌ زدایی تنها روی سطح آلیاژ صورت می‌پذیرد. این‌ اختلاف میزان کربن روی سطح با مرکز فولاد باعث کاهش هر چه بیشتر کیفیت آن و افزایش خواص نامطلوب می‌ گردد.


مقابله با کربن زدایی فولاد

در بسیاری از موارد، فرایند کربن زدایی فولاد امری کاملاً اجتناب‌ ناپذیر است. دلیل آن هم می‌تواند گران بودن هزینه جلوگیری از کربن‌ زدایی و استفاده از گازهای گرانی همچون نیتروژن و آرگون باشد. بنابراین یکی از راه‌های مقابله با کربن‌ زدایی حذف بخش‌های کربن‌ زدایی شده در فولاد است. برای این کار ابتدا میزان کربن زوده شده را اندازه‌ گیری و سپس از روش‌های ماشین‌ کاری مختلف مثل فرزکاری یا سنگ‌ زنی به جهت خلاصی از بخش‌های کربن‌ زدایی شده استفاده می‌شود. روش دیگری نیز برای رهایی از فولاد کربن‌ زدایی شده وجود دارد و آن هم بازگرداندن مجدد کربن زدوده شده به سطح فولاد است. برای این کار ابتدا آلیاژ فولادی را تا رسیدن به مرحله تبلور مجدد حرارت می‌دهند و سپس آن را با هیدروکربن‌های مختلف محاصره می‌کنند. در این حالت کربن از دست رفته مجددا به سطح فولاد برگردانده می‌شود. باید در حین انجام این عملیات از کافی بودن هیدروکربن‌ها اطمینان حاصل کرد تا تمام کربن از دست رفته به فولاد برگردد.


اندازه‌ گیری میزان کربن زدایی فولاد

برای فهمیدن میزان کربن زدایی فولاد باید این مورد با استفاده از ابزارهای خاصی اندازه‌ گیری شود. اندازه گیری میزان سختی فولاد یکی از ساده‌ ترین راه‌ ها برای این منظور است. برای این کار مقاومت کششی و سختی فولاد را قبل و بعد از رسیدن به تبلور مجدد اندازه می گیرند و اگر سختی آن بعد از تبلور مجدد کاهش پیدا کرده باشد به این نتیجه می رسند که فرآیند کربن‌ زدایی رخ داده است. یک روش دیگر برای اندازه‌ گیری کربن زدایی فولاد، برش بخشی از فولاد بعد از تبلور مجدد و مشاهده ذرات آن زیر میکروسکوپ است. برای این کار بعد از این‌ که فولاد تحت عملیات تبلور مجدد قرار گرفت، بخشی از آن را برش زده و صیقل می‌ دهند و سپس زیر میکروسکوپ ذرات آن را مشاهده می‌ کنند. این روش از روش اندازه‌گیری سختی دقیق‌تر است؛ زیرا به طور کامل میزان مولکول‌ های کربن و عمق کربن‌ زدایی اندازه‌ گیری می‌ شود.


مزایای فولاد کربن‌ زدایی شده

با وجود این که کربن زدایی فولاد امری نامطلوب به نظر می‌آید اما اگر به صورت کنترل شده و تحت نظارت مهندسی به هدف کاهش میزان کربن صورت گیرد، باعث ایجاد خواص جدیدی در آلیاژ فولادی می‌شود. همانطور که قبلاً گفته شد میزان کربن رابطه مستقیمی با سختی و مقاومت کششی فولاد دارد. هر چقدر میزان کربن در محتوای فولاد بیشتر باشد، سختی آن بیشتر بوده و برای جوشکاری و یا چکش‌خواری مناسب نخواهد بود. بنابراین باید فولادی با کربن کم تولید شود تا برای چکش‌خواری، جوشکاری، شکل‌پذیری و غیره مناسب باشد.


روش‌های تولید فولاد کم‌کربن

روش‌های متعددی برای تولید فولاد کم‌کربن وجود دارد که هرکدام برای نوع خاصی از فولاد صورت می‌گیرد. به عنوان مثال فرایند کربن‌زدایی کنترل شده برای ورق‌های فولادی که نسبت سطح به ضخامت بیشتر است مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش دیگر نیز تولید فولاد کم کربن به هنگام ذوب آهن است. به این صورت که به جای عنصر کربن، عناصر دیگری مثل نیکل و منیزیم برای تقویت فولاد استفاده می‌کنند. نتیجه این کار فولادی با کربن کم و مقاومت بالاست که کاربردهای زیادی هم دارد.


ویژگی‌های فولاد کربن‌ زدایی شده

یکی از ویژگی‌های فولاد کربن‌ زدایی شده کیفیت بسیار پایین است و اگر قبل از رفع کربن‌ زدایی مورد استفاده قرار گیرد، خسارت زیادی به پروژه‌ های مختلف وارد می‌کند. یکی دیگر از ویژگی‌های فولاد کربن‌ زدایی شده مقاومت سطحی بسیار پایین آن است. به دلیل از بین رفتن کربن از روی سطح فولاد، مقاومت سطحی آن کاهش می‌یابد و برای کاربردهایی که که مقاومت سطحی بالا نیاز باشد مناسب نخواهد بود.