كيفية تصنيع الفولاذ

الفولاذ الذي يقاوم الصدأ عبارة عن سبيكة فيها حديد، وهي مادة تتكون من عنصرين كيميائيين أو أكثر تستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، تتميز بمقاومة ممتازة للبقع أو الصدأ بسبب محتواها من الكروم عادةً من 12 إلى 20% من السبيكة، يوجد أكثر من 57 نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ معترف بها على أنّها سبائك قياسية، بالإضافة إلى العديد من السبائك المسجلة التي ينتجها مختلف منتجي الفولاذ المقاوم للصدأ.

مواد أولية لصناعة الفولاذ:

يتم استخدام حوالي 200000 طن من الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على النيكل كل عام في صناعة تجهيز الأغذية في أمريكا الشمالية، كما يتم استخدامه في مجموعة متنوعة من معدات مناولة الطعام وتخزينه وطهيه وتقديمه من بداية عملية جمع الطعام وحتى النهاية، كذلك المشروبات تتم معالجتها في معدات الفولاذ المقاوم للصدأ.

يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ كذلك في المدفأة التجارية والبسترة وصناديق النقل وغيرها من المعدات المتخصصة، تشمل المزايا سهولة التنظيف ومقاومة التآكل الجيدة والمتانة والاقتصاد وحماية نكهة الطعام والتصميم الصحي، وفقاً لوزارة التجارة الأمريكية بلغ إجمالي شحنات عام 1992 من جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ 1514222 طن.

يصنع الفولاذ المقاوم للصدأ من بعض العناصر الأساسية الموجودة في الأرض مثل خام الحديد والكروم وكذلك السيليكون والنيكل ويتلوهم الكربون والمنغنيز والنيتروجين، يتم تصميم خصائص السبيكة النهائية من خلال تغيير كميات هذه العناصر، النيتروجين على سبيل المثال يحسن خصائص الشد مثل الليونة، كما أنه يحسن مقاومة التآكل، مما يجعله ذو قيمة للاستخدام في الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين.

كيفية تصنيع الفولاذ:

لتصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ يتم صهر المواد الخام جميعها في فرن، تشمل هذه الخطوة غالباً من ثمن إلى اثنا عشر ساعة من الحرارة الشديدة، وبعد ذلك يتم صب الخليط في أحد الأشكال المتعددة، بما في ذلك الإزهار والكتل والألواح، وبعد ذلك يتم صبها في شكل صلب، وبعد خطوات التشكيل المختلفة تتم معالجة الفولاذ بالحرارة، ثم تنظيفه وصقله لإضفاء اللمسة النهائية المطلوبة.

عملية التشكيل:

بعد ذلك يمر الفولاذ شبه النهائي بعمليات التشكيل بدءاً من الدرفلة على الساخن، حيث يتم تسخين الفولاذ وتمريره عبر لفات ضخمة، يتم تشكيل الكتل إلى قضبان وأسلاك، في حين يتم تشكيل الألواح إلى ألواح وشرائح وصفائح، تتوفر القضبان في جميع الدرجات وتأتي في شكل دائري أو مربعات أو مثمنة أو سداسية بحجم 0.25 بوصة، يتوفر السلك عادة بقطر أو حجم يصل إلى 0.5 بوصة.

المعالجة الحرارية:

بعد تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ يجب أن تمر معظم الأنواع بخطوة التلدين، التلدين هو معالجة حرارية يتم فيها تسخين الفولاذ وتبريده في ظل ظروف خاضعة للرقابة لتخفيف الضغوط الداخلية وتليين المعدن، يتم معالجة بعض الفولاذ بالحرارة للحصول على قوة أعلى، ومع ذلك فإن مثل هذه المعالجة الحرارية تتطلب تحكم دقيق.

حتى التغييرات الصغيرة من درجة الحرارة أو الوقت أو معدل التبريد الموصى به يمكن أن يؤثر بشكل خطير على الخصائص، تنتج درجات الحرارة المنخفضة للشيخوخة قوة عالية مع صلابة منخفضة للكسر، في حين أنّ التقادم في درجات الحرارة المرتفعة ينتج قوة أقل ومواد أكثر صلابة، على الرغم من أنّ معدل التسخين للوصول إلى درجة حرارة الشيخوخة لا يؤثر على الخصائص، إلا أن معدل التبريد يؤثر.

إزالة الترسبات:

التلدين يتسبب في تكوين مقياس أو تراكم على الفولاذ، يمكن إزالة المقياس باستخدام عدة عمليات. تستخدم إحدى الطرق الأكثر شيوعاً، وهي التخليل حمام حمض النيتريك الهيدروفلوريك لإزالة الترسبات من الفولاذ، في طريقة أخرى التنظيف الكهربائي يتم تطبيق تيار كهربائي على السطح باستخدام الكاثود وحمض الفوسفوريك ويتم إزالة المقياس.

تحدث خطوات التلدين وإزالة الترسبات في مراحل مختلفة اعتماداً على نوع الفولاذ الذي يتم تصنيعه، على سبيل المثال يمر القضيب والأسلاك بخطوات تشكيل أخرى بعد الدرفلة الأولية على الساخن قبل أن يتم تلدينها وإزالة الترسبات منها، من ناحية أخرى تمر الورقة والشريط بخطوة تلدين أولية وإزالة الترسبات فوراً بعد الدرفلة على الساخن، بعد الدرفلة على البارد، والذي ينتج عنه مزيد من الانخفاض في السماكة، يتم تلدين الصفيحة وإزالة الترسبات مرة أخرى.

عملية القطع:

عادة ما تكون عمليات القطع ضرورية للحصول على الشكل أو الحجم الفارغ المطلوب لقص الجزء إلى الحجم النهائي، يتم إجراء القطع الميكانيكي من خلال مجموعة متنوعة من الطرق بما في ذلك القص المستقيم باستخدام سكاكين المقصلة والقص الدائري باستخدام سكين دائرية موضوعة أفقياً ورأسياً، كذلك النشر باستخدام شفرات فولاذية عالية السرعة والتقطيع.

يستخدم الطمس اللكمات المعدنية ويموت لكمة الشكل عن طريق القص، القضم هو عملية قطع عن طريق مسح سلسلة من الثقوب المتداخلة وهي مناسبة بشكل مثالي للأشكال غير المنتظمة، كما يمكن أيضاً قطع الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام قطع اللهب، والذي يتضمن شعلة تعمل باللهب باستخدام الأكسجين والبروبان جنباً إلى جنب مع الحديد الرملي.

هذه الطريقة نظيفة وسريعة، تُعرف طريقة القطع الأخرى باسم القطع النفاث بالبلازما، حيث يقوم عمود الغاز المتأين بالتزامن مع قوس كهربائي من خلال فتحة صغيرة بعمل القطع، ينتج الغاز درجات حرارة عالية للغاية لصهر المعدن.

عملية التشطيب:

يعتبر تشطيب الأسطح من المواصفات المهمة لمنتجات الفولاذ المقاوم للصدأ، وهو أمر بالغ الأهمية في التطبيقات التي يكون فيها المظهر مهم أيضاً، كما أن بعض التشطيبات السطحية تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ أسهل في التنظيف، وهو أمر مهم بشكل واضح للتطبيقات الصحية، يوفر السطح الأملس كما تم الحصول عليه عن طريق التلميع أيضاً مقاومة أفضل للتآكل.

التشطيبات السطحية هي نتيجة العمليات المستخدمة في تصنيع الأشكال المختلفة أو هي نتيجة لمزيد من المعالجة، هناك مجموعة متنوعة من الطرق المستخدمة للتشطيب، يتم إنتاج تشطيب باهت من خلال الدرفلة على الساخن والتليين والتخلص من الترسبات، نحصل على تشطيب لامع من خلال الدرفلة على الساخن أولاً ثم البارد على عدة لفات مصقولة.

يتم إنتاج تشطيب شديد الانعكاس عن طريق الدرفلة على البارد مع التلدين في فرن جو متحكم فيه أو عن طريق الطحن بمواد كاشطة أو عن طريق تلميع سطح أرضي ناعم، يتم إنتاج تشطيب المرآة عن طريق التلميع باستخدام مواد كاشطة أكثر نعومة بشكل تدريجي، حيث يكون متبوع بتلميع واسع النطاق، للطحن أو التلميع عجلات الطحن أو الأحزمة الكاشطة عادة ما تستخدم.

يستخدم التلميع عجلات قماشية جنباً إلى جنب مع مركبات القطع التي تحتوي على جزيئات كاشطة دقيقة جداً في أشكال القضبان أو العصي، تشمل طرق التشطيب الأخرى التقليب وغيرها الكثير.