سوختن فولاد چیست؟ شاید برای شما هم شنیدن این عنوان عجیب باشد که سوختن فولاد هم مگر ممکن است؟! و سوختن فولاد چگونه پدیده ای است وچه زمانی رخ می دهد؟ در واقع می توان گفت اغلب فلزات نیز با پدیده ای مواجه می شوند که اکسیداسیون یا ذوب نیست بلکه بیشتر شبیه تحریق چوب و نایلون می باشد که در جو های غنی از اکسیژن صورت می گیرد.
این پدیده سوختن نام دارد. فلزات با واکنش با اکسیژن دچار احتراق و سوختن می شوند و فولاد نیز از این قاعده جدا نیست و در صورتی که نکات ایمنی مراقبت از فلزات صورت نگیرد این پدیده بوجود می آید.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی مواد در موقعیت هایی قرار می گیرند که کاربرد ایمن و موثر آن ها باید بیشتر کنترل و مدیریت شود. در این مقاله تصمیم داریم در مورد پدیده سوختن فلز فولاد بیشتر شرح دهیم. با ما همراه باشید.
منظور از سوختن چیست؟
هنگامی که فولاد به اندازه ای گرم شود؛ که دیگر امکان بازگشت به حالت اولیه در آن وجود نداشته باشد سوختن اتفاق می افتد. در واقع گرمایش شدید در فلز باعث تغییرات منفی در ساختار فلزات می شود. و اغلب این تغییرات برگشت پذیر نیستند.
سوختن نیز پدیده ای است که بر اثر گرمایش زیاد باعث ایجاد تغییر در ساختار فلزات می شود و حالت اولیه فلز را کاملا از بین می برد و موجب اسقاط شدن ساختار فولاد می شود.
به طور کلی هنگام پدیده سوختن فلزات با دو نوع فرآیند تخریب کننده مواجه هستیم. اول پدیده معمول سوختن در زمان اکسیداسیون بین ذره ای می باشد.که به اصلاح خوردگی فلز نامیده می شود. و مرز ذرات فلز رخ می دهد. علت این پدیده شکسته شدن پیوند اکسیژن با اجزای مقاوم در برابر خوردگی می باشد و ذرات اکسیژن با اجزای خوردگی پیوند تشکیل می دهند این پدیده مخصوصا برای قطعاتی مانند تیرآهن ممکن است اتفاق بیافتد.
به طور مثال فولاد ضد زنگ را در نظر بگیرید که محتوای کروم آن به دلیل سوختن فلز از بین رفته است و درنتیجه کیفیت ساختار فولاد ضد زنگ تحیلیل می رود. و در این پدیده سوختن فلز باعث می شود به جای اکسید کروم شاهد اکسید آهن شویم. دومین پدیده زمانی اتفاق می افتد که فولاد در زمان ذوب اولیه دچار سوختن شود. در ذوب اولیه اجزای آلیاژی، ذوب تنها در مرز برخی از ذرات فلز آلیاژی قرار خواهند گرفت. که به همین دلیل شاهد تخلخل فلز خواهیم بود که با حرارت درمانی برطرف نخواهد شد.
این مقاله را نیز حتما بخوانید: آيا مى دانيد ورق گالوانيزه با كيفيت بايد چه ويژگى هايى داشته باشد؟
آلیاژ فولاد کربنی
یکی از آلیاژ های آهن فولاد است که مقداری کربن دارد. کربن موجود در فولاد مقاومت فلز را زیاد می کند. با این حال فولاد کربنی قبل از رسیدن به نقطه ذوب، شروع به سوختن خواهد کرد. و نقطه ذوب و نقطه احتراق فولاد به یکدیگر نزدیک می شوند. و در زمان حرارت دادن و رسیدن به نقطه ذوب فولاد پیش از آنکه ذوب شود می سوزد.
فلز به رنگ سفید در می آید و جرقه به اطراف پرتاب می کند. و در نهایت ساختار فولاد تغییر خواهد کرد و فلز به اصطلاح شروع به ریختن می کند. به طوریکه به نظر می رسد فلز سوخته است.
سوختن پشم فولاد
سوختن پشم فولاد نیز یکی از پدیده های غیر قابل برگشت می باشد. پشم فولاد از آهن تشکیل می شود وهنگام واکنش با اکسیژن موجود در هوا نوعی اکسید آهن تشکیل می دهد که امکان بازگشت به حالت اولیه را از عنصر مورد نظر سلب می کند.
پشم فولاد به خاطر سطح مقطعی که دارد موقعیت مناسبی برای احتراق و سوختن ایجاد می کند. هنگام سوختن پشم فولاد جرقه های زیادی در اثر واکنش آهن با هوا مشاهده خواهیم کرد. نکته جالب اینجاست که گرم شدن یا خوردگی پشم فولاد حجم آن را افزایش می دهد. و این بخاطر ترکیب عناصر اکسیژن با آهن می باشد.
سوختن فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ برای ساخت دریچه ها و لوله ها بسیار پرکاربرد می باشد. چرا که آلیاژی مناسب برای سیستم های اکسیژن می باشد. پیش از این محققان براین باور بودند که فولاد ضد زنگ در محیط های غنی از اکسیژن به راحتی می سوزد. برای همین اجزای ساخته شده از فولاد ضد زنگ در محیط های پراکسیژن کاربرد کمتری داشتند.
در سال 1980 توسط محققین اطلاعات وسیع تری در خصوص احتراق فولاد به دست آمد. بر اساس این اطلاعات مقاومت فولاد ضد زنگ در برابر احتراق به خوبی سوپر آلیاژهای نیکل نیست، ولی هزینه تهیه فولاد ضد زنگ کمتر از سوپر آلیاژهای دیگر می باشد.
تصاویر ساختار فولاد ضد زنگ پس از سوختن نشان می دهد که منطقه تحت تاثیر گرما، در فلز فولاد منطقه ذوب و منطقه اکسید می باشد. و ساختار فولاد ضد زنگ پس از تحریق و سوختن تغییری نمی کند و ذرات اکسیداسیون داخلی در آن مشاهده نمی شود. نقطه ذوب فلز تحت تاثیر گرمای سوختن موجب پدیده اکسیداسیون در فلز می شود. نزدیک ترین نقطه به محل احتراق نیز نشان می دهد که اکسیداسیون شدید داخلی در فلز رخ داده و منافذ بیشتری پس از جامد شدن فلز تشکیل می شود.
برخی از عواقب و نمونه های سوختن فولاد و فلزات آهنی
برخی از فلزات و عناصر فلزی مانند فولاد، در مواجهه با هوای آزاد به سختی مشتعل می شوند. محیط های غنی از اکسیژن به آسانی باعث سوختن و حتی رسیدن فلز به نقطه انفنجار می شوند. سوختن و احتراق فلزات می تواند عواقب زیادی به همراه داشته باشد.به طور مثال در سال 1980 مرکز تحقیقات فضایی جانسون شاهد انفجار مهیبی شد که پس از رسیدن فشار اکسیژن محفظه آلومینیومی به psi 6000 موجب احتراق محفظه شده بود.
یا مرکز پرواز فضایی مارشال شاهد سوختن پیستون ها و ورقه های تنظیم تراز ساخته شده از فولاد شد که باعث ازبین رفتن کامل و انفجار محفظه آزمون شد. همین اتفاقات باعث شد که بسیاری از محققان به دنبال راهی برای کنترل آتش های ناشی از اکسیژن در زمان انجام آزمایشات و تولید محصولات فلزی باشند.
نقطه سوختن برخی از فلزات
فلز مس یکی از فلزاتی است که احتراق و سوختن آن دشوار است. چرا که نقطه احتراق مس حدودا 1030 درجه سلسیوس است. و این دما 30 درجه از نقطه ذوب کمتر می باشد.از طرفی نقطه احتراق آهن 930 درجه سلسیوس می باشد که حدود 600 درجه کمتر از نقطه ذوب آن می باشد.
در برخی موارد گزارش شده است که نقطه احتراق آهن 1315 درجه می باشد و این دما از دمای ذوب آهن کمتر است. در واقع مقاومت آهن برای سوختن در فشار محیط کم است.و احتراق آهن در محیط های غنی از اکسیژن موجب تغییر خواص فلز آهن می شود.
فلز منگنز از جمله فلزاتی است که بسیار فعال بوده و مستعد اکسیداسیون و سوختن می باشد.دمای احتراق منگنر خالص در هوای محیط حدودا 630 تا 640 درجه سلسیوس می باشد. دمای احتراق آلومینیوم بیش از نقطه ذوب فلز می باشد و همچنین دمای احتراق نیکل برابر با نقطه ذوب فلز است. نقره هم در هیچ دمایی دچار سوختن نمی شود.
این مقاله را نیز حتما بخوانید: چرا برخی از ورق های گالوانیزه چرب می باشند؟
خلاصه آنچه خواندیم
در این مقاله درمورد پدیده سوختن فلزات و چگونگی وقوع آن ها به تفضیل شرح دادیم. و اینکه سوختن فلزات باعث تغییر ساختار غیر قابل برگشت فلزات می شود. فلز فولاد نیز به عنوان یکی از آلیاژهای آهن شامل آلیاژکربن می باشد و اضافه شدن آلیاژ های گوناگون موجب تغییر برخی از ویژگی های فلزات می شود.
فلز فولاد در شرایطی نیز مشتعل می شود و دچار سوختن می شود. پدیده سوختن فولاد به دو صورت اتفاق می افتد خوردگی و افزایش دما. و اکسیداسیون ناشی از سوختن موجب تغییرات غیرقابل جبران در فلز می شود.
