عبارت Rimmed steel is not permitted و جملاتی مشابه این در بیشتر کدها و اسپکهای ساخت تجهیزات صنعتی وجود دارند. با وجود اهمیت فراوان فرآیند اکسیژن‌زدایی در فولادها و لزوم آشنایی مهندسان و بازرسان با طبقه بندی فولادها از این منظر، متاسفانه در دانشگاه، تقریبا هیچ سخنی از آن به میان نمی‌آید.
پیش از پرداختن به عنوان این نوشتار، آشنایی مختصری با موضوع پیدا کنیم.
تعریف
فولاد مذابي كه از كوره فولادسازي بدست مي‌آيد حاوي مقادير زيادي اكسيژن حل شده است كه بايد حذف گردد. حذف اكسيژن از فولاد را آرام‌سازی (killing) مي خوانند. فولاد كاملاً آرام (fully killed) که به آن فولاد آرام (killed) نیز گفته می‌شود، فولادي است كه کاملاً اکسیژن زدایی شده و تركيب شيميايي و خواص نسبتا همگني دارد. به فولاد نيمه آرام (semi-killed) اكسيژن زداي كمتري نسبت به فولاد كاملا آرام اضافه مي‌شود. فرآيند اكسيژن‌زدايي در مورد برخي فولادها انجام نمي گردد و اكسيژن باقي مانده در فولاد با كربن واكنش داده و ايجاد تخلخل (حفره هاي گازي) كه در حقيقت گاز CO است، مي‌كند. اين فولادهاي نا‌آرام یا جوشان (rimmed steel) داراي تغييرات زيادي در تركيب شيميايي هستند به گونه اي كه پوسته خارجي آنها شامل آهن خالص، كربن اندك و فسفر و گوگرد است. اين عناصر با مقاديري بيش از مقدار متوسط، در مركز شمش يافت مي‌شوند. گفتنی است اگر كربن فولاد بيش از ۰.۳ درصد باشد نمي تواند جوشان شود چون اكسيژن به اندازه كافي ندارد همینطور وجود عنصر منگنز به میزان بیش از ۰.۶ درصد باعث می‌شود فولاد به سهولت جوشان نشود.
اگر دوست داشتید تعاریف دقیق این اصطلاحات را ببینید به ASTM A941 که مربوط به ترمینولوژی فولادها و آلیاژهای آنهاست، مراجعه کنید.
مشکلات فولاد جوشان
ميزان اكسيژن فولاد جوشان ۰.۰۲ تا ۰.۰۴ درصد است اما همین میزان اندک هم چالشهایی بوجود می آورد که در زیر به آنها اشاره شده است.
عنصر اکسیژن، دمای تبدیل رفتار نرم به ترد (DBTT) را بسیار تحت تاثیر قرار می دهد و آن را حتی به بالای صفر درجه سانتیگراد هم می رساند.
در جوشکاریهایی که لبه سازی (پخ زدن) وجود دارد، ناخالصیهای این نوع فولاد که در مغزش قرار دارد، باعث ایجاد عیوب احتمالی در فلز جوش خواهد شد.
روشهای تشخیص جوشان نبودن فولاد
می‌توان به مدارک و استانداردها مراجعه کرد. به عنوان مثال A516 ذاتاً آرام است ولی A675 می‌تواند آرام، نیمه آرام یا جوشان تولید شود. در برخی استانداردها به صراحت روش اکسیژن زدایی ذکر نمی‌شود که باید هنگام درج نوع فولاد در مدارک و نقشه ها و نیز سفارش خرید دقت زیادی به خرج داد مثلاً SA283 که ورقی پر کاربرد است در این زمره قرار دارد و اگر قرار است جوشان نباشد باید حتما با استفاده از الزامات تکمیلی، عبارت S97.1 را برای نشان دادن منظورمان به کار بریم.
در مورد فولادهای سازه‌ای اروپایی، می‌توان از “کلید فولاد” به عنوان یک مرجع سریع برای دانستن نوع فولاد از لحاظ اکسیژن‌زدایی، بهره برد.
باید بدانیم رنگ و ظاهر سطح مقطع یا نتیجه‌ی آزمون کشش نمی‌تواند کمکی به ما بکند اما آنالیز شیمیایی (کوانتومتری) گره‌گشاست. اگر میزان Si بیش از ۰.۱ درصد باشد، می‌توانیم مطمئن باشیم که فولاد جوشان نیست و اصطلاحاً Si killed است. وجود مقادیر بسیار کمی آلومینیوم (بیش از ۰.۰۲ درصد) هم می تواند دلیلی بر اکسیژن زدایی فولاد توسط این عنصر و جوشان نبودن آن باشد.
بررسی این دو عنصر می‌توانند توضیحات بند قبلی را هم تکمیل کند مثلا اگر در استاندارد یک فولاد چینی بطور واضح به روش اکسیژن‌زدایی اشاره نشده بود، می‌توانیم به جدول ترکیب شیمیایی مراجعه کنیم و مقادیر سیلیسیوم یا آلومینیوم را ببینیم.
بررسی درشت ساختار (ماکرواچ) توسط اچانت Oberhofer که به آن آزمون ” قابی شدن” هم می‌گویند، می‌تواند کمک کننده باشد. اگر مقطع به صورت یکنواخت ظاهر شد نشان دهنده‌ی جوشان نبودن فولاد است.
هنر فولاد جوشان!
به قول حافظ که می گوید ” عیب می جمله چو گفتی هنرش نیز بگو” بی انصافیست اگر از کاربردهای این نوع فولاد، سخنی به میان نیاوریم. چون ناخالصی های این فولاد در مغز آن تجمع می کنند و سطح آن نسبتا خالص است، ( واژه ی rimmed از همینجا می آید به معنی “لبه”) به دلیل سطح تمام شده‌ی عالی (surface finish) بهترین انتخاب برای تولید به روش پرسکاری است یعنی از تولید لوازم خانگی (یخچال و اجاق گاز ولباسشویی و …) گرفته تا ورقهای مورد استفاده در خودرو.
کاربرد مهم دیگر این نوع فولاد به عنوان مغزی الکترود جوشکاری (روشSMAW ) است که ویژگی بهتری به قوس الکتریکی ایجاد شده می‌دهد.