بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند فولادسازی در کوره های قوس الکتریکی با استفاده از قراضه های فولادی بدلیل مشکلات مربوط به ترک های سطحی که به عنوان گسیختگی گرم سطحی1 هم شناخته می شوند محدود شده است. این مشکل ناشی از مقادیر بیش از حد مس در قراضه های فولادی است، که حین اکسیداسیونفولاد غنی شده و نتیجتاً ذوب شده و به مرزدانه دانه های آستنیت نفوذ می کند. در این تحقیق اثر مس، نیکل، قلع و روی بر تشکیل ترک های سطحی در شمش های فولادی مورد ارزیابی قرار گرفت. آنالیز مناطق اطراف ترک با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دهنده وجود فازهای غنی از مس بر سطوح داخلی ترک ها است. استفاده از نیکل به مقدار 0/08 درصد برای کاهش ترک های ناشی از مس کافی نبوده، همچنین افزایش آن تا مقدار 0/17 درصد وزنی بدلیل حضور قلع به مقدار 0/012 درصد وزنی به عنوان عنصر تشدید کننده ترک ها در کاهش عیوب موثر نیست. نتایج نشان می دهند به منظور کاهش اثرات ناشی از ترکیبات غنی از مس نسبت مس/نیکل بایستی برابر بوده و در صورت حضور قلع در ترکیب این نسبت بایستی افزایش یابد.
مقدمه
در سال های اخیر، تولید فولاد از طریق ذوب و بازیابی قراضه ها در کوره های قوس الکتریکی به میزان قابل توجهی افزایش یافته است . - Yin & Sridhar, 2011 - گسیختگی گرم سطحی ناشی از مس یکی از مهمترین مسائل تولید فولاد در کوره های قوس الکتریکی است. گسیختگی گرم سطحییک مشکل ترک سطحی محصولات بازیابی است که ناشی از یک مقدار اضافی مس در قراضه فولادی، معمولاً در محدوده 0/25-0/45 درصد وزنی، است . - Melford, 1980 - منابع اصلی مس در قراضه فولادی خودروهای فرسوده و اتصالات الکتریکی هستند، و افزایش بیش از 0/2 درصد وزنی مس مشکلات شدیدی ایجاد می کند . بطور کلی سه حالت مختلف حضور عناصر پسماند در قراضه ها وجود دارد: - 1 عناصر پسماند در حالت خالص در مجموعه ای همراه با قطعات قراضه های فولادی. ناخالصی ها با قسمت آهنی قراضه ها ترکیب شده و امکان جدا کردن آنها بصورت مکانیکی وجود دارد. بطور مثال: موتورهای الکتریکی از کارافتاده - آهن و مس بصورت خالص وجود دارند - ؛ - 2 عناصر پسماند به عنوان مواد پوششی محصولات فولادی. آهن و فلزات غیرآهنی پوشش ها، لایه ها و فازهای مختلفی ایجاد می کنند. بطور مثال: ورق های گالوانیزه - لایه های غنی از روی بر سطح ورق فولادی - ؛ - 3 عناصر پسماند به عنوان افزودنی های آلیاژی در گریدهای فولادی. عناصر ناخالصی در قراضه های فولادی بصورت محلول بوده و تنها پس از ذوب کردن قراضه ها می توانند خارج شوند. بطور مثال: نیکل، کروم، مولیبدن به عنوان عناصر آلیاژی در فولاد . در طول فرآیند فولاد، شمش ریختگی حاوی مقادیر زیاد مس پسماند پس از ریخته گری در معرض اتمسفر اکسید کننده قرار می گیرد. بنابراین برای تشکیل لایه های اکسیدی، آهن اکسید می شود، در حالیکه مس بدلیل پتانسیل اکسیداسیون کمتر نسبت به آهن در فصل مشترک لایه اکسیدی/فولاد غنی می شود. غنی شدن مس به سرعت فراتر از حد حلالیت آن در فاز فولادی جامد - آستنیت - افزایش یافته، و در صورتکیه دما بالاتر از باشد، یک فاز غنی از مس مذاب در فصل مشترک لایه اکسیدی/آستنیت تشکیل می شودپس. از آن فاز مذاب به مرزدانه های آستنیت نفوذ کرده و نتیجتاً در صورت اعمال نیروی مکانیکی سطح فولاد ترک می خورد. گسیختگی گرم سطحی معمولاً حین فرآیندهای سرمایش ثانویه، گرمایش مجدد، نورد گرم و فورج تشکیل می شود علاوه بر مس عناصر پسماند دیگری نظیر نیکل - معمولاً کمتر از 0/3 درصد وزنی - و قلع - کمتر از 0/05 درصد وزنی - در قراضه های فولادی وجود دارد. این عناصر پتانسیل اکسیداسیون کمتری نسبت به آهن دارند، و بنابراین حین فرآیند اکسیداسیون همراه با مس در فصل مشترک لایه اکسیدی/آستنیت غنی شده و بر رفتار فاز مذاب غنی از مس اثر می گذارند افزودن نیکل حلالیت مس در فاز آستنیت و نقطه ذوب فاز غنی از مس را افزایش می دهد، در حالیکه قلع به میزان قابل توجهی حلالیت مس و نقطه ذوب فاز غنی از مس را کاهش می دهد. همچنین نیکل مزایای مختلفی را به همراه دارد: - 1 سرعت اکسیداسیون را کاهش می دهد، که منجر به مقادیر کمتر مذاب غنی از مس می شود؛ - 2 ایجاد فصل مشترک موجی شکل میان لایه اکسیدی/آستنیت و اکسیداسیون داخلی
