الفولاذ منزوع الأكسدة

الفولاذ منزوع الأكسدة (المعروف أيضًا بالفولاذ الميت) هو فولاذ أُزيل منه بعض أو كل الأكسجين من المصهور أثناء عملية صناعة الفولاذ . يحتوي الفولاذ السائل على أكسجين مذاب بعد تحويله من الحديد المنصهر، ولكن ذوبانية الأكسجين في الفولاذ تقل مع التبريد. عند تبريد الفولاذ، قد يتسبب الأكسجين الزائد في ظهور ثقوب أو ترسب أكسيد الحديد الثنائي (FeO) . لذلك، طُوّرت عدة استراتيجيات لإزالة الأكسدة . يمكن تحقيق ذلك بإضافة عوامل معدنية مزيلة للأكسدة إلى المصهور إما قبل أو بعد سحبه، أو بالمعالجة الفراغية، حيث يعمل الكربون المذاب في الفولاذ كمزيل للأكسدة.

يُعدّ الألومنيوم والسيليكون والمنغنيز من أكثر العناصر استخدامًا في إزالة الأكسدة من الفولاذ. ^{[ 1 ]} عادةً ما يُضاف الألومنيوم على شكل حبيبات أو أسلاك، بينما يُضاف السيليكون والمنغنيز على شكل سبائك حديدية. وتتمثل نواتج التفاعل الناتجة عن إزالة الأكسدة من حمام الفولاذ السائل في الألومينا والسيليكا وأكسيد المنغنيز على التوالي.

2 Al + 3 O → Al ₂ O ₃

Si + 2 O → SiO ₂

Mn + O → MnO

تتوزع نواتج تفاعل إزالة الأكسدة داخل الخبث الناتج عن معالجة إزالة الأكسدة في صناعة الصلب. ويمكن إزالة هذا الخبث، وبالتالي إزالة الأكسجين المذاب من حوض الصلب السائل.

توجد أربعة أنواع، تتراوح من المؤكسد بالكامل إلى المؤكسد جزئيًا: الميت ، وشبه الميت ، والمحاط بحواف ، والمغطى بغطاء . ^{[ 2 ]} تجدر الإشارة إلى أنه لا يوجد نوع أفضل من الآخر، فلكل نوع فائدته الخاصة. ^{[ 3 ]}

الفولاذ المُقَلَّص هو فولاذ أُزيلت منه الأكسدة تمامًا بإضافة عامل قبل الصب، بحيث لا يكاد ينبعث منه أي غاز أثناء التصلب . يتميز هذا الفولاذ بدرجة عالية من التجانس الكيميائي وخلوه من المسامات الغازية . يُطلق عليه اسم "مُقَلَّص" لأنه يتصلب بهدوء في القالب دون انبعاث أي غاز. ويُرمز إليه بالحرف "K" لأغراض التعريف. ^{[ 4 ]}

في عملية صب السبائك ، تشمل عوامل إزالة الأكسدة الشائعة الألومنيوم والفيروسليكون والمنغنيز . يتفاعل الألومنيوم مع الغاز المذاب لتكوين أكسيد الألومنيوم . توفر رواسب أكسيد الألومنيوم فائدة إضافية تتمثل في تثبيت حدود الحبيبات ، مما يمنع نمو الحبيبات أثناء المعالجات الحرارية . بالنسبة للفولاذ من نفس الدرجة ، يكون الفولاذ المُزال منه الأكسجين أكثر صلابة من الفولاذ المُعالج حرارياً. ^{[ 5 ]}

تتمثل العيوب الرئيسية للفولاذ المُقَلَّى في معاناته من عيوب انكماش عميقة في الأنابيب . ولتقليل كمية المعدن التي يجب التخلص منها بسبب هذا الانكماش، يُستخدم قالب رأسي كبير ذو سطح ساخن . ويبلغ مردود سبائك الفولاذ المُقَلَّى النموذجية 80% من وزنها. ^{[ 3 ]}

تشمل أنواع الفولاذ الشائعة المعالجة بالمعالجة بالكربون: الفولاذ السبائكي ، ^{[ 4 ]} والفولاذ المقاوم للصدأ ، ^{[ 4 ]} والفولاذ المقاوم للحرارة، ^{[ 4 ]} والفولاذ الذي يحتوي على نسبة كربون تزيد عن 0.25%، والفولاذ المستخدم في عمليات التشكيل ، والفولاذ الإنشائي الذي تتراوح نسبة الكربون فيه بين 0.15% و0.25%، وبعض أنواع الفولاذ الخاصة ذات نسب الكربون المنخفضة. ^{[ 5 ]} كما تُستخدم هذه المعالجة في جميع أنواع مصبوبات الفولاذ . ^{[ 6 ]} تجدر الإشارة إلى أن انخفاض نسبة الكربون يزيد من مشاكل الشوائب غير المعدنية . ^{[ 7 ]}

لقد حلت تقنيات الصب المستمر وصب الشرائح محل تقنيات صب السبائك إلى حد كبير في الآونة الأخيرة. ومن خلال هذه الطرق، يتم التخلص من جميع الفولاذ، وتصل نسبة الإنتاج الناتجة إلى ما يقارب 96%.

الفولاذ شبه الميت هو في معظمه فولاذ منزوع الأكسدة، لكن أول أكسيد الكربون يترك مسامية تشبه الثقوب موزعة في جميع أنحاء السبيكة. هذه المسامية تقضي على المسامية الأنبوبية الموجودة في الفولاذ الميت وتزيد من الإنتاجية إلى حوالي 90% وزناً. يُستخدم الفولاذ شبه الميت عادةً في صناعة الفولاذ الإنشائي الذي يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 0.15 و0.25%، لأنه يُدرفل ، مما يُغلق المسامية. كما يُستخدم أيضاً في عمليات السحب . ^{[ 4 ] [ 8 ]}

تشمل خصائص الفولاذ شبه المميت ما يلي:

• الفولاذ الإنشائي الذي يحتوي على نسبة كربون تتراوح من 0.15 إلى 0.25% يكون بشكل عام شبه ميت.
• في الفولاذ شبه المعطل، يتمثل الهدف في إنتاج معدن خالٍ من الثقوب السطحية وعيوب الأنابيب.
• يجب أن يكون للسطح طبقة خارجية سليمة ذات سمك كبير.
• تُستخدم هذه المواد في التطبيقات الإنشائية العامة.
• أثناء تصلب الفولاذ شبه الميت، ينطلق الغاز في جسم السبيكة، مما يؤدي إلى تعويض جزئي أو كلي عن الانكماش المصاحب للتصلب.
• نظراً لتقليل تجاويف الأنابيب، عادة ما يتم صب الفولاذ شبه الميت في قوالب ذات طرف كبير لأسفل بدون أغطية ساخنة.
• هذا النوع من الفولاذ مناسب لعمليات السحب (باستثناء السحب الشديد).

يُعرف الفولاذ المُحاط بحافة، أو فولاذ السحب عالي الجودة ^، بقلة ^{أو انعدام} إضافة عوامل إزالة الأكسدة إليه أثناء الصب، مما يؤدي إلى انطلاق غاز أول أكسيد الكربون بسرعة من السبيكة. ويتسبب ذلك في ظهور ثقوب صغيرة على السطح تُغلق لاحقًا في عملية الدرفلة على الساخن . ومن النتائج الأخرى فصل العناصر؛ إذ ينتقل معظم الكربون والفوسفور والكبريت إلى مركز السبيكة، تاركًا حافة مثالية تقريبًا من الحديد النقي على سطحها الخارجي. وهذا ما يمنح السبيكة سطحًا نهائيًا ممتازًا بفضل حافة الحديد هذه، ولكنه ينتج عنه أيضًا سبيكة ذات تركيب أكثر تباينًا. يحتوي معظم الفولاذ المُحاط بحافة على نسبة كربون أقل من 0.25%، ونسبة منغنيز أقل من 0.6%، ولا يُخلط بالألومنيوم أو السيليكون أو التيتانيوم . يُستخدم هذا النوع من الفولاذ عادةً في عمليات الثني على البارد ، والتشكيل على البارد، والتشكيل على البارد ، وكما يوحي الاسم، في عمليات السحب. نظراً لعدم تجانس عناصر السبائك، لا يُنصح باستخدامها في تطبيقات التشكيل على الساخن . ^{[ 4 ] [ 6 ] [ 8 ][ 10 ]}

يبدأ الفولاذ المغطى كفولاذ ذي حافة، ولكن في منتصف عملية التصلب تقريبًا، تُغطى السبيكة. يمكن تحقيق ذلك بتغطية قالب السبيكة حرفيًا أو بإضافة عامل مزيل للأكسدة. يتشكل الجزء العلوي من السبيكة كطبقة صلبة من الفولاذ، بينما تكون حافة باقي السبيكة أرق من حافة الفولاذ ذي الحافة. ​​كما يقلّ فصل الشوائب. ^{[ 8 ]}

إن إنتاجية الفولاذ المُغطى والمُغلف أفضل قليلاً من إنتاجية الفولاذ شبه المُقَلَّى. وتُستخدم هذه الأنواع من الفولاذ بشكل شائع في صناعة الصفائح والشرائح المعدنية نظرًا لحالة سطحها الممتازة. ^{[ 8 ]}كما يُستخدم في معظم تطبيقات التشكيل على البارد. ^{[ 6 ]}

بسبب عمليات الإنتاج، عندما يزيد محتوى الكربون في الفولاذ ذي الحواف والأغطية عن 0.08%، تنخفض درجة نظافته. ^{[ 11 ]}

• فولاذ منزوع الكربون