علت استفاده از منگنز در فولاد

علت استفاده از منگنز در فولاد چیست؟ اگر بخواهیم یکی از مهم ترین آلیاژ هایی که در سرتاسر جهان از آن استفاده های بسیاری می شود و همواره از میزان اهمیت بسیار بالایی برخودار می باشد، را نام ببریم میتوانیم از فولاد یاد کنیم.
همواره از این آلیاژ به دلیل کاربرد های بسیاری که دارد استفاده های بسیار متعددی در خصوص زمینه های مختلف می شود، که همین مسئله موجب شده است تا آن به یکی از پرطرفدارترین آلیاژ ها، تبدیل شود.
این فلز از ویژگی های بسیار متنوعی برخودار می باشد، که از جمله آنها میتوان به مقرون به صرفه بودن آن، و همخوان بودن آن با بسیاری از فعالیت ها اشاره داشت.
در فعالیت های صنعتی برای افزایش میزان ویژگی و خاصیت فولاد، به آن خواص برخی از عناصر را اضافه می نمایند. فولاد با جذب این عناصر تبدیل به یک فولاد آلیاژی می شود، که این فولاد در فعالیت های صنعتی متعددی همچون نفت، فعالیت های پتروشیمی، ساخت هواپیما، خودروسازی، کشتی‌ سازی، ساخت قطعات مختلف و مواردی دیگر کاربرد دارد.
استفاده از منگنز در ترکیبات فولاد از جمله فعالیت های مهم محسوب می شود که به طور کلی انجام این این فرایند به دلایل مختلفی صورت می‌گیرد.

در ادامه این مقاله قصد داریم به معرفی دلایلی که موجب شده است تا از منگنز در فولاد استفاده شود، بپردازیم.

 ۱-افزایش مقاومت در برابر خستگی

استفاده از منگنز در ترکیبات فولاد می‌تواند مقاومت این فلز را در برابر عواملی همچون خستگی و لرزش‌های مکانیکی افزایش دهد. این ویژگی بسیار مهم است، به خصوص در برخی از بخش‌ها و فعالیت هایی که نیروها‌‌ و لرزش های زیادی همواره به فولاد وارد می‌شود.

۲-افزایش مقاومت در برابر حرارت

از جمله ویژگی های مهمی که می‌بایست فولاد از آن برخودار باشد، میزان مقاومت در برابر حرارت می باشد.
منگنز می‌تواند مقاومت فولاد را تا حد بسیار زیادی در برابر حرارت افزایش دهد و در نتیجه گزینه مناسبی برای  برخی از فولادها که قرار است در دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرند، می باشد.

۳-افزایش میزان قابلیت جوشکاری

 افزودن منگنز به فولاد می‌تواند این ویژگی را در آن به وجود بیاورد که از قابلیت جوشکاری نیز برخوردار باشد، و از مشکلاتی که ممکن است در حین فرآیند جوشکاری به وجود بیاید جلوگیری کند.

۴-افزایش مقاومت در برابر زنگ زدگی

افزودن منگنز به بعضی از فولادها می‌تواند مقاومت آنها در برابر زنگ زدگی و خوردگی افزایش دهد، در نتیجه موجب خواهد شد تا فولاد عملکرد بهتری داشته باشد و میزان عمر آن افزایش پیدا کند.

۵-افزایش میزان سختی

منگنز می‌تواند سختی فولاد را افزایش دهد که به همین جهت در برخی از کاربردها، به ویژه در تولید ابزارهای برشی، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ترکیبات فولاد با استفاده از منگنز با توجه به نیازهای مختلف صنایع و کاربردها تنظیم می‌شوند تا خصوصیات مکانیکی و فیزیکی مطلوب به دست آید.

روند افزودن منگنز در فولاد

افزودن منگنز به فولاد یک فرآیند مهم در تولید فولاد است.
که پیش از آنکه به روند انجام این فعالیت بپردازیم، بهتر است شما را با مواردی که قبل از انجام این فرایند ضروری می باشد، آشنا کنیم.
باید حتما در خصوص این فرایند توجه داشته باشید که، میزان منگنزی که باید به فلز و یا فولاد مورد نظر اضافه کنید، به میزان اکسیژن آن بستگی دارد، و در نتیجه  باید توجه ویژه ای به این موضوع  داشته باشید.
در هر مرحله از انجام این فرایند، از جمله عوامل بسیار مهم، دمای محیط می باشد که موجب می‌شود تا کربن و اکسیژن از تعادل کافی برخودار باشند.

به طور کلی روند افزودن منگنز به فولاد و به ترتیب زیر انجام می‌شود.

۱-آماده‌سازی مواد اولیه

در مرحله نخست برای انجام این فرایند، می بایست منگنز مورد نیاز را از سنگ معدن منگنز استخراج نماییم. که این سنگ‌ها به صورت طبیعی حاوی منگنز هستند.
سپس مواد اولیه دیگری که مورد نیاز می باشد، آهن است، آهن نیز بخش مهمی از مواد اولیه فولاد است. که می بایست به میزان لازم تهیه شود.

۲-استخراج منگنز

استخراج منگنز از سنگ معدن یکی از مهم ترین مراحل این فرایند محسوب می شود. به طور کلی منگنز از سنگ معدن با به کارگیری ابزار های مختلفی و از جمله فرآیند‌های مکانیکی یا شیمیایی استخراج می‌شود.

۳-آماده‌سازی آهن

آهن نیز برای استفاده در تولید فولاد پس از اتمام یافتن مراحل استخراج، طی مراحلی ذوب و پالایش می‌شود، تا به این ترتیب بتوان از آن استفاده نمود.

۴-آلیاژدهی فولاد

سپس در مرحله بعدی آهن ذوب شده به منگنز افزوده می‌شود. این مرحله در جریان فرآیند ذوب فولاد انجام می‌شود.

۵-تصفیه و تصفیه نهایی

در این مرحله از فرایند افزودن منگنز به آهن فرآیندهای تصفیه نهایی به جهت  حذف ناخالصی‌ها و ایجاد ترکیبات دقیق‌تر انجام می‌شود.

۶-ریختن فولاد

پس از اتمام یافتن مرحله تصفیه نهایی، فولاد حاصل ریخته می‌شود تا به شکل‌های مختلفی که مورد نیاز می باشد از جمله بلوم، بیلت، یا ورق تبدیل شود.

۷-فرآیند حرارتی

در آخرین مرحله از انجام این فرایند، فولاد به فرآیندهای حرارتی مختلف تحت مراقبت‌های خاص قرار گرفته می شود می‌شود تا به این ترتیب خصوصیات مکانیکی و فیزیکی آن مورد بهینه‌سازی قرار گرفته شود.
یکی از مهم‌ترین نکاتی که  در خصوص این زمینه وجود دارد، این است که افزودن منگنز به فولاد به عنوان یک عنصر آلیاژی، می بایست حتما به میزان دقیق و با توجه به خصوصیات نهایی فولاد مورد استفاده قرار گرفته شود.

مشخصات مهم منگنز در فولاد

منگنز یک عنصر آلیاژی است که به عنوان یکی از اجزای مهم در ترکیبات فولاد به کار می‌رود.
معمولا همه فولاد ها از میزان ۰/۸ تا ۰/۱۵ درصد از منگنز برخودار می باشند، که به هر میزان که درصد منگنز بیشتر باشد، میزان مقاومت فولاد نیز بیشتر خواهد بود. میزان کربن موجود در فولاد نیز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشد، به طوری که به هر میزان که کربن موجود در فولاد بیشتر باشد، میزان اثر بخشی منگنز در فولاد به مراتب بیشتر خواهد بود.
اگر بخواهیم معنی این عنصر را مورد بررسی قرار دهیم، باید اینگونه بگوییم که، معنای این عنصر برگفته از یک واژه لاتین و به معنای مغناطیس می باشد.
کشف و استفاده از آن مربوط به سالیان بسیار دور و مربوط به عصری قبل از تاریخ ما می باشد. استفاده از این عنصر در فرایندهای مربوط به تولید فولاد ها مربوط به اوایل قرن نوزدهم میلادی می باشد.

این عنصر به دوصورت یافت می شود:

۱- پیرولوسیت و یا همان MnO2

۲-رودوکروسیت ویا همانMnCO3

استخراج این عنصر با به کارگیری روش های مختلفی صورت می‌گیرد، و بیشترین میزان شناخته شده از آن در آفریقای جنوبی و اوکراین می باشد.
برای آشنایی بیشتر با ساختار فیزیکی این عنصر بهتر است با مواردی که در ادامه بیان شده است آشنا شوید.
نقطه ذوب منگنز ۱۲۴۵ درجه سانتیگراد می‌باشد، و همچنین وزن اتمی که از آن برخودار می باشد، ۵۴.۹ می باشد.
این عنصر دارای ساختار های کریستالی متفاوتی می باشد، که علت تفاوت این ساختار ها مربوط به دمایی می شود که منگنز در آن قرار دارد، هنگامی این عنصر دارای ساختار مکعبی می باشد که در دمایی تا ۷۱۰ درجه سانتیگراد قرار گیرد.

که به طور کلی ویژگی های شیمیایی و خواص موجود در این عنصر سبب شده است تا آن کاربرد های بسیار وسیعی در فولادسازی پیدا کند و مورد استفاده در جهت بسیاری از فعالیت ها قرارگرفته شود.
مشخصات مهم منگنز در فولاد شامل موارد مختلفی می شود.

در ادامه قصد داریم به معرفی و بررسی هر یک از این موارد بپردازیم.

 ۱-افزایش میزان فولاد در برابر عوامل مختلف مکانیکی

با اضافه نمودن منگنز به فولاد، ترکیب به دست آمده دارای ویژگی های بسیار زیادی خواهد شد، که از جمله آنها میتوان به افزایش میزان مقاومت آن در برابر لرزش های مکانیکی وارد بر فولاد اشاره داشت.

۲-افزایش مقاومت فولاد در برابر حریق

استفاده از آلیاژ منگنز در فولاد می‌تواند این مزیت را در آن به وجود آورد که فولاد از خود مقاومت بسیار زیادی را در برار حریق و دمای بالا داشته باشد، در نتیجه گزینه ای مناسب برای استفاده در شرایط سخت خواهد بود.

۳-تأثیر در فرآیند جوشکاری

از جمله قابلیت های مهمی که می بایست یک فولاد از آن برخودار باشد این است که، میزان توانایی آن جهت انجام فرایند جوشکاری کافی باشد، در نتیجه افزودن منگنز به فولاد موجب خواهد شد تا روند جوشکاری فولاد تسهیل پیدا کرده و بازخورد مثبت از آن ارائه شود.

۴-تاثیر در تشکیل گرده‌ها و دانه‌بندی فولاد

منگنز می‌تواند تاثیر بسیار زیادی در تشکیل گرده‌ها و همچنین دانه‌بندی فولاد داشته باشد و به نحوی آنها  را کنترل کرده و به بهبود خواص مکانیکی آن کمک بسیار زیادی کند.

۵-تاثیر در مقاومت فولاد در برابر زنگ زدگی و خوردگی

افزودن منگنز به فولاد می‌تواند مقاومت آن را در برابر زنگ زدگی و خوردگی، تا میزان بسیار زیادی افزایش دهد.

۶-تأثیر در خصوصیات سختی

از جمله بازخورد های مثبتی که اضافه کردن منگنز به فولاد به همراه دارد، این است که موجب می‌شود تا میزان سختی فولاد در برابر عوامل مختلف افزایش پیدا کرده در نتیجه به راحتی دچار آسیب دیدگی های مختلف قرار گرفته نشود.

۷-کنترل ترکیبات آلیاژی

منگنز به تنظیم ترکیبات آلیاژی و ترکیبات دیگر در فولاد کمک کرده و موجب می شود تا خواص نهایی فولاد تعیین شود.
البته از این مسئله نیز غافل نشوید که ، مقدار و نسبت مناسب منگنز به فولاد بستگی به عواملی همچون نوع فولاد، نیازهای نهایی و کاربردهای خاص آن دارد.

چرایی استفاده از منگنز در فولاد

همواره یکی از سوالات مهمی که ممکن است در خصوص این مسئله به وجود بیاید، این است که، علت اصلی استفاده منگنز در فولاد چه می باشد.
با توجه به مواردی که در پیش تر به آن پرداختیم، فولاد ترکیبی از آهن و کربن می باشد، که به جهت افزایش میزان خاصیت فولاد به آن عناصر دیگری همچون منگنز نیز اضافه می نمایند.
اضافه کردن منگنز و یا هر عنصر دیگری به فولاد سبب می بشود تا ویژگی های آن به نحوی افزایش پیدا کرده و سبب شود تا کاربردهای بسیار متنوع و مفیدی از خود به عمل آورد.
استفاده از منگنز در ترکیبات فولاد دارای دلایل متعددی می باشد، که از جمله آنها میتوان به بهبود خواص مکانیکی، حرارتی، و مقاومت به خستگی آن اشاره داشت.
هنگامی که این عنصر در ترکیبات موجود در فولاد وجود داشته باشد، از تشکیل سولفید آهن، جلوگیری کرده در نتیجه در فرایند عملیات حرارتی موثر خواهد بود.
از جمله عوامل دیگری که سبب استفاده منگنز در فولاد شده است، این است که منگنز به میزان قابل توجهی نرم می باشد، که این ویژگی سبب میشود تا بتواند به خوبی تغییر شکل دهد، در واقع وجود منگنز در هر نوع از فولاد ها لازم می باشد تا موجب شود تا میزان کیفیت سطح برش آن نیز افزایش بسیار زیادی پیدا کند.

در ادامه قصد داریم به برخی از دلایلی که موجب می شود تا از منگنز در فولاد استفاده شود به طور کامل، بپردازیم.

۱-افزایش میزان چگالی و استحکام فولاد

اضافه کردن منگنز به فولاد می‌تواند سبب شود تا چگالی فولاد به میزان قابل توجهی افزایش پیدا کند، که این موضوع موجب می‌شود تا فولاد از استحکام بسیار بالایی برخودار شود و میزان شکل پذیری آن به کمترین حالت ممکن برسد.

۲-افزایش میزان چکش خواری فولاد

از جمله دلایل دیگری که سبب استفاده منگنز در فولاد شده است، این است که با گوگرد موجود در فولاد واکنش داده و در نتیجه، این قابلیت را در فولاد به وجود می آورد که تا حد قابل قبولی از ویژگی چکش خواری برخودار شود.

۳-افزایش مقاومت در برابر عوامل مختلف مکانیکی

اضافه نمودن عنصر منگنز به فولاد موجب می شود تا فولاد بتواند مقاومت کافی در برابر عوامل مختلف مکانیکی از خود به عمل بیاورد.

۴- موثر در روند جوشکاری فولاد

همواره جوشکاری از جمله فرایند های مهم و ثابتی است که در خصوص اکثر فولاد ها مورد استفاده واقع می شود، فولادی که در ترکیبات آن منگنز وجود داشته باشد، از توانایی کافی برای جوشکاری برخودار می باشد.

۵-کنترل ترکیبات آلیاژی

منگنز به تنظیم ترکیبات آلیاژی و ترکیبات دیگر در فولاد کمک بسیار شایانی می کند و خواص نهایی فولاد را تعیین می‌کند. این مسئله حائز اهمیت بسیاری می باشد، زیرا ترکیبات آلیاژی مستقیماً بر خصوصیات مکانیکی و فیزیکی فولاد تأثیر می‌گذارند.

۶-مقاومت در برابر زنگ زدن و خوردگی

منگنز می‌تواند مقاومت فولاد در برابر زنگ زدگی و خوردگی افزایش دهد، که در مواردی که فولاد در معرض عوامل خورنده می‌باشد، حائز اهمیت است.

۷-کنترل دانه‌بندی فولاد

از جمله دلایل دیگری که سبب استفاده از منگنز در فولاد می شود، این است که افزودن منگنز به فولاد می‌تواند به کنترل دقیق‌تر تشکیل گرده‌ها و دانه‌بندی فولاد کمک کند و در نتیجه، خواص مکانیکی بهتری ایجاد شود.
استفاده از منگنز به تنظیم خصوصیات فولاد و ارتقاء عملکرد آن در شرایط مختلف تولید و استفاده از آن کمک می‌کند.

تاثیر فلز منگنز در فولاد

فلز منگنز یکی از عناصر آلیاژی است که تأثیرات متعددی بر خصوصیات فولاد دارد.
تاثیرات اصلی منگنز در فولاد عبارتند از مواردی که در ادامه معرفی و مورد بررسی قرار گرفته شده اند.

۱-افزایش میزان مقاومت خمشی و کششی فولاد

از جمله قابلیت های لازم برای هر فولاد، این است که از میزان مقاومت خمشی و کششی کافی برخودار باشد، با اضافه کردن منگنز به فولاد، این امکان به وجود می آید که مقاومت فولاد مورد نظر در برابر نیروهای خمشی و کششی افزایش پیدا کند.
که در خصوص این این مسئله هر چه میزان درصد استفاده از منگنز بیشتر باشد، مقاومت نیز بیشتر خواهد بود.

 ۲-بهبود یافتن خواص مکانیکی

خواص مکانیکی فولاد حائز اهمیت بسیاری می باشد، اضافه کردن منگنز به ترکیبات فولاد د سبب می شود تا آن از میزان سختی بسیار زیاد و قابل توجهی برخودار شود. در نتیجه در صورتی که در معرض عوامل مختلفی همچون فشار و سایش قرار گیرد، دچار آسیب دیدگی نخواهد شد.