گائیڈ برائے اعلیٰ کارکردگی Austenitic سٹینلیس سٹیل -- میٹالرجیکل جائزہ

1. سٹینلیس سٹیل کی اقسام

سٹینلیس سٹیل لوہے پر مبنی مرکب ہے جس میں کرومیم مواد 10.5 فیصد سے کم نہیں ہے۔ یہ اس کی اچھی سنکنرن مزاحمت اور اعلی درجہ حرارت کی کارکردگی کی وجہ سے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ جب کرومیم کا مواد 10.5 فیصد تک پہنچ جاتا ہے، تو اسٹیل کی سطح پر کرومیم سے بھرپور آکسائیڈ کی ایک تہہ بن جائے گی، جسے پاسیویشن لیئر یا پاسیویشن فلم کہا جاتا ہے۔ یہ فلم سٹینلیس سٹیل کو عام سٹیل کی طرح زنگ لگنے سے بچاتی ہے۔ سٹینلیس سٹیل کی بہت سی قسمیں ہیں، لیکن تمام سٹینلیس سٹیل کو کم از کم کرومیم مواد کی ضرورت کو پورا کرنا چاہیے۔

سٹینلیس سٹیل کو پانچ قسموں میں تقسیم کیا گیا ہے: آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل، فیریٹک سٹینلیس سٹیل، ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل (فیرائٹ اور آسٹینائٹ کی مخلوط ساخت کے ساتھ)، مارٹینیٹک سٹینلیس سٹیل اور ورن کو سخت کرنے والا سٹینلیس سٹیل۔ ان زمروں کی درجہ بندی کرسٹل ڈھانچہ (ایٹمی ترتیب) اور سٹینلیس سٹیل کے گرمی کے علاج سے متعلق ہے۔ دھات میں ایک ہی کرسٹل ڈھانچے والے کرسٹل کے گروپ کو فیز کہا جاتا ہے۔ سٹینلیس سٹیل میں تین اہم مراحل ہیں: آسٹنائٹ، فیرائٹ اور مارٹینائٹ۔ سٹینلیس سٹیل کے میٹالوگرافک ڈھانچے کی قسم اور مقدار کا تعین معیاری میٹالوگرافک معائنہ کے عمل اور آپٹیکل میٹالوگرافک مائکروسکوپ سے کیا جا سکتا ہے۔

آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کی خصوصیت یہ ہے کہ میٹالوگرافک ڈھانچہ بنیادی طور پر آسنیٹک ہے۔ آسٹنائٹ فیز کا کرسٹل ڈھانچہ چہرے پر مرکوز کیوبک (fcc) ڈھانچہ ہے، یعنی کیوب کے ہر چہرے کے ہر کونے اور مرکز میں ایک ایٹم ہوتا ہے۔ اس کے برعکس، فیرائٹ فیز کا کرسٹل ڈھانچہ باڈی سینٹرڈ کیوبک (bcc) ڈھانچہ ہے، جس میں مکعب کے ہر کونے اور مرکز میں ایک ایٹم ہوتا ہے۔ مارٹینائٹ فیز کا کرسٹل ڈھانچہ ہائی سٹرین باڈی سینٹرڈ ٹیٹراگونل ڈھانچہ ہے۔

آسٹنائٹ فیز کا کرسٹل ڈھانچہ چہرے پر مرکوز کیوبک (fcc) جالی ہے، فیرائٹ فیز باڈی سینٹرڈ کیوبک (bcc) جالی ہے، اور مارٹینائٹ فیز باڈی سینٹرڈ ٹیٹراگونل (bct) جالی ہے۔

 

1.1 Austenitic سٹینلیس سٹیل:

Austenitic سٹینلیس سٹیل میں کوئی مقناطیسیت، درمیانی پیداوار کی طاقت، اعلی کام کی سختی کی شرح، اعلی تناؤ کی طاقت، اچھی پلاسٹکٹی اور بہترین کم درجہ حرارت کی سختی نہیں ہے۔ دوسرے سٹینلیس سٹیل کے برعکس، درجہ حرارت میں کمی کے ساتھ آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کی سختی آہستہ آہستہ کم ہو جاتی ہے۔ Austenitic سٹینلیس سٹیل میں کوئی خاص ڈکٹائل برٹل ٹرانزیشن ٹمپریچر (DBTT) نہیں ہے، اس لیے یہ کم درجہ حرارت کی ایپلی کیشنز کے لیے ایک مثالی مواد ہے۔

ڈکٹائل-برٹل ٹرانزیشن ٹمپریچر (DBTT) کا خاکہ Austenitic، ferritic اور duplex (austenitic-ferritic) سٹینلیس سٹیل کے۔ اصل ڈی بی ٹی ٹی سیکشن کی موٹائی، کیمیائی ساخت اور اناج کے سائز پر منحصر ہے۔ فیریٹک سٹینلیس سٹیل کا DBTT عام طور پر 20 سے - 30 ڈگری سینٹی گریڈ (70 سے - 22 ڈگری ایف) ہوتا ہے۔

 

Austenitic سٹینلیس سٹیل اچھی ویلڈیبلٹی ہے اور اسے مختلف پیچیدہ شکلوں میں بنایا جا سکتا ہے۔ سٹینلیس سٹیل کے اس سلسلے کو گرمی کے علاج کے ذریعے سخت یا مضبوط نہیں کیا جا سکتا، لیکن سردی کی تشکیل یا سختی سے مضبوط کیا جا سکتا ہے (اے ایس ٹی ایم A666 دیکھیں)۔ Austenitic سٹینلیس سٹیل، خاص طور پر معیاری austenitic سٹینلیس سٹیل کا ایک ممکنہ نقصان ہے، یعنی، ferritic سٹینلیس سٹیل اور ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل کے مقابلے میں، یہ کلورائد تناؤ سنکنرن کریکنگ کا شکار ہے۔

300 سیریز یا معیاری آسنیٹک سٹینلیس سٹیل میں عام طور پر 8 فیصد ~ 11 فیصد نکل اور 16 فیصد ~ 20 فیصد کرومیم ہوتا ہے۔ معیاری آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کا میٹالوگرافک ڈھانچہ بنیادی طور پر آسنیٹک دانوں پر مشتمل ہوتا ہے اور اس میں δ فیرائٹ فیز (تصویر 3) کی تھوڑی مقدار (عام طور پر 1~5 فیصد) ہوتی ہے۔ فیرائٹ فیز کی موجودگی کی وجہ سے، ان آسنیٹک سٹینلیس سٹیل میں تھوڑا سا مقناطیسیت ہوتا ہے۔

جعلی سٹینلیس سٹیل 304L کی مخصوص میٹالوگرافک ڈھانچہ آسنیٹک اناج اور انفرادی پٹی فیرائٹ © TMR سٹینلیس پر مشتمل ہے۔

 

300 سیریز کے سٹینلیس سٹیل کے مقابلے میں، 200 سیریز کے اسٹین لیس سٹیل میں نی کا مواد کم ہے، لیکن Mn اور N مواد زیادہ ہے۔ 200 سیریز کے سٹینلیس سٹیل کی مضبوطی اور سختی کا گتانک 300 سیریز کے سٹینلیس سٹیل سے زیادہ ہے۔ نکل کے کم مواد کی وجہ سے، 200 سیریز کے سٹینلیس سٹیل کو بعض اوقات 300 سیریز کے سٹینلیس سٹیل کے سستے متبادل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔

ہائی پرفارمنس آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کا مائیکرو سٹرکچر فیرو میگنیٹزم کے بغیر تمام آسنیٹک مرحلہ ہے (تصویر 4)۔ معیاری آسنیٹک سٹینلیس سٹیل کے مقابلے میں، اعلیٰ کارکردگی والے آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل میں نکل، کرومیم اور مولیبڈینم عناصر زیادہ ہوتے ہیں، اور عام طور پر نائٹروجن پر مشتمل ہوتا ہے۔ یہ سٹینلیس سٹیل سنکنرن ماحول میں مضبوط سنکنرن مزاحمت رکھتے ہیں جیسے کہ مضبوط تیزاب، مضبوط الکلی اور ہائی کلورائیڈ میڈیا، بشمول نمکین پانی، سمندری پانی اور نمکین پانی۔ معیاری آسنیٹک سٹینلیس سٹیل کے مقابلے میں، اعلیٰ کارکردگی والے آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل میں اعلیٰ طاقت کا درجہ اور تناؤ کے کریکنگ کے خلاف بہتر مزاحمت ہے۔

6 فیصد Mo ہائی پرفارمنس آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کا میٹالوگرافک ڈھانچہ، تمام آسٹینیٹک اناج © TMR سٹینلیس پر مشتمل ہے۔

 

1.2 فیریٹک سٹینلیس سٹیل:

فیریٹک سٹینلیس سٹیل کا مائکرو اسٹرکچر فیرائٹ مرحلہ ہے۔ فیریٹک سٹینلیس سٹیل میں نکل کا مواد کم یا کوئی نہیں ہوتا ہے اور یہ فیرو میگنیٹک ہے۔ گرمی کے علاج سے اسے سخت نہیں کیا جا سکتا۔ اس قسم کے سٹینلیس سٹیل کی فیرو میگنیٹک خصوصیات کاربن سٹیل کی طرح ہیں۔ فیریٹک سٹینلیس سٹیل میں اچھی طاقت ہے اور کلورائد اسٹریس سنکنرن کریکنگ کے خلاف مزاحمت معیاری 300 سیریز کے آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل سے بہت بہتر ہے۔ تاہم، ان کی فارمیبلٹی اور ویلڈیبلٹی ناقص ہے۔ ان کی سختی آسٹینٹک سٹینلیس سٹیل کی طرح اچھی نہیں ہے، اور سیکشن کی موٹائی میں اضافے کے ساتھ کم ہو جائے گی۔ درجہ حرارت میں کمی کے ساتھ، فیریٹک سٹینلیس سٹیل واضح نرمی سے ٹوٹنے والی منتقلی دکھائے گا۔ ان عوامل سے محدود، فیریٹک سٹینلیس سٹیل کا استعمال عام طور پر پتلی دیوار کی موٹائی والی مصنوعات تک محدود ہوتا ہے، جیسے پتلی پلیٹیں، سٹرپس اور پتلی دیواروں والی ٹیوب۔

 

1.3 ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل:

ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل فیرائٹ فیز اور آسٹنائٹ فیز پر مشتمل ہے، ہر ایک کا حساب تقریباً نصف ہے۔ ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل میں آسنیٹک اور فیریٹک سٹینلیس سٹیل کی بہت سی خصوصیات ہیں۔ اگرچہ گرمی کا علاج اس طرح کے اسٹیل کو سخت نہیں کر سکتا، لیکن ان کی پیداواری طاقت عام طور پر معیاری آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل سے دوگنی ہوتی ہے، اور ان کی مقناطیسی کشش فیرائٹ مرحلے کے حجم کے حصے کے متناسب ہوتی ہے۔ ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل کے میٹالوگرافک ڈھانچے کی ڈوپلیکس خاصیت اس کی کشیدگی کے سنکنرن کریکنگ کے خلاف مزاحمت کو معیاری آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کی نسبت بہتر بناتی ہے۔

 

1.4 مارٹینسٹیٹک سٹینلیس سٹیل:

مارٹینسیٹک سٹینلیس سٹیل کا مائیکرو اسٹرکچر بنیادی طور پر مارٹینائٹ ہے، جس میں ثانوی مراحل کی ایک چھوٹی سی مقدار ہو سکتی ہے جیسے فیرائٹ، آسٹنائٹ اور کاربائیڈ۔ Martensitic سٹینلیس سٹیل فیرو میگنیٹک ہے اور کاربن سٹیل کی طرح ہے. حتمی سختی مخصوص گرمی کے علاج پر منحصر ہے. Martensitic سٹینلیس سٹیل میں اعلی طاقت، اچھی لباس مزاحمت، کمزور جفاکشی اور اعلی لچکدار-برٹل ٹرانزیشن درجہ حرارت ہے۔ انہیں ویلڈ کرنا مشکل ہے اور عام طور پر ویلڈ کے بعد گرمی کے علاج کی ضرورت ہوتی ہے۔ لہذا، martensitic سٹینلیس سٹیل عام طور پر غیر ویلڈنگ ایپلی کیشنز تک محدود ہے. مارٹینسیٹک سٹینلیس سٹیل کا کرومیم مواد بہت زیادہ نہیں ہے۔ کچھ کرومیم عناصر کاربائیڈز کی شکل میں تیز ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں سنکنرن مزاحمت کم ہوتی ہے، عام طور پر معیاری 304/304L آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل سے کم۔ اس کی کمزور جفاکشی اور سنکنرن مزاحمت کی وجہ سے، مارٹینسیٹک سٹینلیس سٹیل کو عام طور پر ایسی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جن میں اعلی طاقت اور سختی کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے کہ ٹولز، فاسٹنرز اور شافٹ۔

 

1.5 بارش سخت سٹینلیس سٹیل:

ورن کی سختی (PH) سٹینلیس سٹیل کو گرمی کے علاج سے بھی مضبوط کیا جا سکتا ہے۔ اس قسم کے سٹینلیس سٹیل کی بنیادی خصوصیت یہ ہے کہ اس کی جزوی مضبوطی بارش کے طریقہ کار سے حاصل کی جاتی ہے۔ طاقت کو بہتر بنانے کے لیے عمر بڑھنے والے سخت گرمی کے علاج سے باریک انٹرمیٹالک پریپیٹیٹس تیار کیے جاتے ہیں۔ زیادہ کرومیم مواد کی وجہ سے، ورن کو سخت کرنے والے سٹینلیس سٹیل میں مارٹینسیٹک سٹینلیس سٹیل سے بہتر سنکنرن مزاحمت ہوتی ہے، اور یہ اعلی طاقت والے ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہے جن میں سنکنرن مزاحمت کی ضرورت ہوتی ہے۔ ورن کو سخت کرنے والا سٹینلیس سٹیل بنیادی طور پر اسپرنگس، فاسٹنرز، ہوائی جہاز کے پرزوں، شافٹ، گیئرز، بیلو اور جیٹ انجن کے پرزوں کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

 

2. فیز کمپوزیشن:

مرکب عناصر مرحلے کے توازن کو متاثر کرتے ہیں اور آسٹنائٹ، فیرائٹ اور مارٹینائٹ مراحل کے استحکام پر گہرا اثر رکھتے ہیں۔ سٹینلیس سٹیل میں شامل عناصر کو فیرائٹ فیز بنانے والے عناصر یا آسٹنائٹ فیز بنانے والے عناصر میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ مرحلے کے توازن کا انحصار اسٹیل کی کیمیائی ساخت، اینیلنگ درجہ حرارت اور ٹھنڈک کی شرح پر ہوتا ہے۔ سنکنرن مزاحمت، طاقت، جفاکشی، ویلڈیبلٹی اور فارمیبلٹی سبھی مرحلے کے توازن سے متاثر ہوتے ہیں۔

فیرائٹ بنانے والے عناصر فیرائٹ مرحلے کی تشکیل میں حصہ ڈالتے ہیں، جبکہ آسٹنائٹ بنانے والے عناصر آسٹنائٹ مرحلے کی تشکیل کو فروغ دیتے ہیں۔ جدول 3 میں عام فیرائٹ اور آسٹنائٹ فیز تشکیل دینے والے عناصر کی فہرست دی گئی ہے۔ سٹینلیس سٹیل کا درجہ اور اس کا اطلاق مطلوبہ مرحلے کے توازن کا تعین کرتا ہے۔ زیادہ تر معیاری آسنیٹک سٹینلیس سٹیل میں حل اینیلنگ کے تحت فیرائٹ فیز کی تھوڑی مقدار ہوتی ہے۔ حل اینیلنگ اعلی درجہ حرارت پر ویلڈیبلٹی اور سختی کو بہتر بنا سکتی ہے۔ تاہم، اگر فیرائٹ فیز کا مواد بہت زیادہ ہے تو، دیگر خصوصیات جیسے سنکنرن مزاحمت اور جفاکشی کم ہو جائے گی۔ ہائی پرفارمنس آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کو حل اینیلنگ کنڈیشن کے تحت تمام آسنیٹک مراحل کے مطابق ڈیزائن کیا گیا ہے۔

 

اسٹیل کی فیز کمپوزیشن اور اس طرح اسٹیل کی خصوصیات کو کنٹرول کرنے کے لیے، مرکب عناصر کو توازن میں رکھنا ضروری ہے۔ شیفلر ڈھانچہ کا خاکہ (تصویر 5) سٹینلیس سٹیل کی کیمیائی ساخت اور ٹھوس حالت میں متوقع مرحلے کے ڈھانچے کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتا ہے، جیسا کہ ویلڈ مائیکرو اسٹرکچر سے ظاہر ہوتا ہے۔ اس طرح، صارف دی گئی کیمیائی ساخت کی بنیاد پر مرحلے کے توازن کی پیش گوئی کر سکتے ہیں۔ کیمیائی ساخت سے "نکل مساوی" اور "کرومیم مساوی" کا حساب لگائیں اور انہیں شکل میں کھینچیں۔ شیفلر آرگنائزیشن چارٹ کے عام پیرامیٹرز کا فارمولا درج ذیل ہے:

نکل مساوی{{0}} فیصد Ni جمع 30 فیصد C جمع 0.5 فیصد Mn جمع 30 فیصد N

کرومیم مساوی{{0}} فیصد Cr جمع فیصد Mo جمع 1.5 فیصد Si جمع 0.5 فیصد Nb

عام ہائی پرفارمنس آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل میں تقریباً 20 فیصد Cr، 6 فیصد Mo، 20 فیصد Ni اور 0.2 فیصد N ہوتا ہے، جو کہ تصویر میں سنگل فیز آسنیٹک فیز زون میں واقع ہے، "فیریٹک " تقریباً 24 کے نکل کے مساوی اور تقریباً 26 کے کرومیم کے مساوی کے ساتھ لائن۔ اس کے برعکس، معیاری سٹینلیس سٹیل (جیسے 304) کی کیمیائی ساخت آسٹینائٹ پلس فیرائٹ (اے پلس ایف) کے ڈوپلیکس زون سے مساوی ہے جس میں فیرائٹ کی تھوڑی مقدار ہے۔ مرحلہ فیریٹک سٹینلیس سٹیل فیرائٹ فیز زون میں ہے، اور ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل آسٹنائٹ پلس فیرائٹ (اے پلس ایف) ڈوپلیکس زون میں ہے۔