ધાતુશાસ્ત્રમાં ફોસ્ફરસ - ઇતિહાસ, સ્ટીલ પર અસર અને નિયંત્રણ પદ્ધતિઓ
ઐતિહાસિક રૂપરેખા
૧૬૬૯ માં જર્મન રસાયણશાસ્ત્રી હેનિંગ બ્રાન્ડ દ્વારા રાસાયણિક તત્વ તરીકે ફોસ્ફરસની શોધ થઈ હતી . આ શોધ ફિલોસોફર સ્ટોન બનાવવાના પ્રયાસો દરમિયાન થઈ હતી , જે રસાયણશાસ્ત્રીઓની માન્યતાઓ અનુસાર, બેઝ મેટલ્સને સોનામાં રૂપાંતરિત કરશે. બ્રાન્ડને પેશાબમાં થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં રસ હતો, જેના કારણે તે પેશાબને ગરમ કરીને અને નિસ્યંદિત કરીને ફોસ્ફરસ મેળવતો હતો . પરિણામે, તેણે એક પદાર્થ મેળવ્યો જે ફોસ્ફરસેન્સને કારણે અંધારામાં ચમકતો હતો - તેથી તત્વનું નામ, ગ્રીક "ફોસ્ફોરોસ " પરથી ઉતરી આવ્યું છે, જેનો અર્થ "પ્રકાશ લાવનાર " થાય છે.
૧૮મી અને ૧૯મી સદીમાં ધાતુશાસ્ત્રના વિકાસ સાથે , સ્ટીલના ગુણધર્મો પર ફોસ્ફરસની અસર પર પ્રથમ અભ્યાસ શરૂ થયો. એવું જાણવા મળ્યું કે સ્ટીલમાં રાસાયણિક મિશ્રણોની સામગ્રી તેના મિકેનિક્સને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે. ગ્રેટ બ્રિટન અને જર્મનીના સંશોધકોએ લોખંડના એલોયમાં ફોસ્ફરસની માત્રાને નિયંત્રિત કરવા માટે પદ્ધતિઓ વિકસાવવાનું શરૂ કર્યું, તેના ફાયદાકારક અને નકારાત્મક બંને અસરોને ઓળખી.
20મી સદીમાં, ધાતુશાસ્ત્ર ટેકનોલોજીમાં પ્રગતિને કારણે સ્ટીલમાં ફોસ્ફરસનું પ્રમાણ નિયંત્રિત કરવા માટે ચોક્કસ પદ્ધતિઓનો વિકાસ થયો , જેનાથી સામગ્રીના ઉપયોગના આધારે તેની હાજરીનું સભાન સંચાલન શક્ય બન્યું. એવું જાણવા મળ્યું કે ફોસ્ફરસની થોડી માત્રા વાતાવરણીય કાટ સામે પ્રતિકારમાં સુધારો કરે છે , પરંતુ વધુ પડતા ફોસ્ફરસથી બરડપણું થઈ શકે છે , ખાસ કરીને નીચા તાપમાને.
હાલમાં, સ્ટીલ્સમાં ફોસ્ફરસનું પ્રમાણ નિયંત્રિત કરવું એ ધાતુશાસ્ત્ર પ્રક્રિયાઓનું મુખ્ય તત્વ છે, અને આ તત્વ પર સંશોધન ભૌતિક ગુણધર્મો પર તેની અસરને વધુ શ્રેષ્ઠ બનાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.
સ્ટીલના ગુણધર્મો પર ફોસ્ફરસનો પ્રભાવ
ફોસ્ફરસ સ્ટીલ ધાતુશાસ્ત્રમાં બેવડી ભૂમિકા ભજવે છે - કેટલાક કિસ્સાઓમાં તે ઇચ્છનીય ઉમેરો છે, જ્યારે અન્ય કિસ્સાઓમાં તેનો વધુ પડતો ઉપયોગ અત્યંત અનિચ્છનીય છે. તેની હાજરી તાકાત, કઠિનતા, મશીનરી ક્ષમતા અને કાટ પ્રતિકાર જેવા ગુણધર્મોને અસર કરે છે , પરંતુ તે બરડપણું પણ પેદા કરી શકે છે અને સામગ્રીની લવચીકતા ઘટાડી શકે છે.
સ્ટીલમાં ફોસ્ફરસની દ્રાવ્યતા
ફોસ્ફરસ લોખંડની રચનામાં સરળતાથી ઓગળી જાય છે:
- α આયર્ન (ફેરાઇટ) માં - દ્રાવ્યતા આશરે છે 2,5%,
- γ આયર્ન (ઓસ્ટેનાઇટ) માં - દ્રાવ્યતા માત્ર 0,5%.
આ કારણોસર, ફોસ્ફરસ મોટાભાગે સ્ટીલ્સમાં ફેરાઇટમાં ઓગળેલા સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે, જે તેમના યાંત્રિક ગુણધર્મો પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે.
સ્ટીલમાં ફોસ્ફરસની હાજરીની હકારાત્મક અસરો
વાતાવરણીય કાટ સામે સુધારેલ પ્રતિકાર - ખાસ કરીને હવામાન પરિસ્થિતિઓથી રક્ષણની જરૂર હોય તેવા વાતાવરણમાં વપરાતા ઓછા એલોય સ્ટીલ્સમાં.
વધેલી કઠિનતા અને શક્તિ - ફોસ્ફરસ તાકાત ગુણધર્મોમાં સુધારો કરે છે, ખાસ કરીને ઓછા કાર્બન સ્ટીલ્સમાં.
વધુ સારી કઠિનતા - ફોસ્ફરસના ઉમેરા સાથે સ્ટીલને સખત બનાવવું સરળ બને છે, જે ઉચ્ચ સપાટીની મજબૂતાઈની જરૂર હોય તેવા કાર્યક્રમોમાં ફાયદાકારક છે.
સુધારેલ મશીનરી ક્ષમતા - ફ્રી-કટીંગ સ્ટીલ્સમાં, ફોસ્ફરસ મશીનિંગને સરળ બનાવે છે, જે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓની કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે.
સ્ટીલમાં વધુ પડતા ફોસ્ફરસની નકારાત્મક અસરો
નીચા તાપમાને બરડપણું - ફોસ્ફરસની વધુ પડતી માત્રા સ્ટીલના પ્રભાવ અને ગતિશીલ ભાર સામે પ્રતિકાર ઘટાડે છે.
ઘટાડો પ્લાસ્ટિસિટી - ફોસ્ફરસ બરડપણું વધારે છે, જેના કારણે સ્ટીલના માળખામાં તિરાડો પડી શકે છે.
ગતિશીલ ગુણધર્મો પર નકારાત્મક અસર - ફોસ્ફરસની વધુ પડતી માત્રા ધરાવતું સ્ટીલ સામગ્રીના થાક માટે સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે, જે તેની સેવા જીવન ટૂંકી કરે છે.
વિવિધ સ્ટીલ ગ્રેડમાં ફોસ્ફરસ સામગ્રીનું નિયંત્રણ
માળખાકીય સ્ટીલ્સ અને ઉચ્ચ ગુણવત્તા
બાંધકામ, એરોસ્પેસ ઉદ્યોગ અને ચોકસાઇ પદ્ધતિઓમાં વપરાતા સ્ટીલ્સમાં, ફોસ્ફરસનું પ્રમાણ સખત રીતે નિયંત્રિત હોય છે . આ ગ્રેડમાં, નીચા-તાપમાનના ભંગાર જેવા પ્રતિકૂળ પરિણામો ટાળવા માટે ફોસ્ફરસનું પ્રમાણ 0,03% થી નીચે અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં 0,01% સુધી ઘટાડવાના પ્રયાસો કરવામાં આવે છે.
ફ્રી-કટીંગ સ્ટીલ્સ
સરળ મશીનિંગ માટે બનાવાયેલ ફ્રી-કટીંગ સ્ટીલ્સમાં, મશીનિંગ ક્ષમતા સુધારવા માટે ફોસ્ફરસ ઇરાદાપૂર્વક 0,1% સુધીની માત્રામાં ઉમેરવામાં આવે છે. આનાથી સ્ક્રૂ, શાફ્ટ, નટ્સ અને બુશિંગ્સ જેવા ઘટકોને ચોક્કસ રીતે મશીનિંગ કરવાની મંજૂરી મળે છે, જે મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે જરૂરી છે.
કાટ-પ્રતિરોધક સ્ટીલ્સ
કેટલાક સ્ટેનલેસ સ્ટીલ્સમાં મશીનરી ક્ષમતા સુધારવા અને કાટ લાગતા વાતાવરણ સામે પ્રતિકાર વધારવા માટે ફોસ્ફરસની થોડી માત્રા પણ હોઈ શકે છે. જો કે, આ સ્ટીલ્સમાં, ફોસ્ફરસનું પ્રમાણ સખત રીતે નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે જેથી ખાતરી થાય કે તે એલોયની રચનાને નકારાત્મક અસર ન કરે.
સ્ટીલ્સમાં ફોસ્ફરસ ઘટાડવાની પદ્ધતિઓ
સ્ટીલ્સમાં ફોસ્ફરસની હાજરી ઉત્પાદનના વિવિધ તબક્કામાં ઘટાડી શકાય છે:
બ્લાસ્ટ ફર્નેસ પ્રક્રિયા - પિગ આયર્નને પીગળતી વખતે, ખાસ સ્લેગનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જે ફોસ્ફરસને બાંધે છે અને તેને ધાતુમાંથી દૂર કરે છે.
યોગ્ય શુદ્ધિકરણ - લેડલ ફર્નેસ અને કન્વર્ટરમાં, ડીગેસિંગ ટેકનોલોજી અને સ્લેગ એડિટિવ્સનો ઉપયોગ થાય છે, જે ફોસ્ફરસને ગુણવત્તાની જરૂરિયાતો સાથે સુસંગત સ્તર સુધી ઘટાડે છે.
ગૌણ ધાતુશાસ્ત્ર પ્રક્રિયાઓ - જેમ કે વેક્યુમ ડિગેસિંગ (VOD, VIM) વધારાના ફોસ્ફરસમાંથી સ્ટીલને વધુ શુદ્ધિકરણ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
ફોસ્ફરસ એ એક મુખ્ય મિશ્રિત તત્વ છે જે સ્ટીલના જથ્થા અને ઉપયોગના આધારે તેના ગુણધર્મોને સુધારી અથવા બગાડી શકે છે.
W ઓછા કાર્બન અને ફ્રી-કટીંગ સ્ટીલ્સ સુધારે છે કાટ પ્રતિકાર, યંત્રરચના અને ગુસ્સો.
W ઉચ્ચ કાર્બન સ્ટીલ્સ i માળખાકીય સ્ટીલ્સ તેની વધુ પડતી બરડપણું પેદા કરે છે અને પ્લાસ્ટિસિટી ઘટાડે છે.
તેથી, સ્ટીલ્સમાં ફોસ્ફરસનું ચોક્કસ નિયંત્રણ એ આધુનિક ધાતુશાસ્ત્રનો મુખ્ય તત્વ છે. ફોસ્ફરસને દૂર કરવા અથવા ઇરાદાપૂર્વક ઉમેરવા માટેની યોગ્ય તકનીકો ચોક્કસ ઔદ્યોગિક જરૂરિયાતોને અનુરૂપ શ્રેષ્ઠ યાંત્રિક પરિમાણો સાથે સામગ્રી મેળવવાની મંજૂરી આપે છે .
લોખંડ waters_ world- class. kgm ક્રોમ નિકલ વેનેડિયમ મંગન સિલિકોન molybdenum વુલ્ફરામ મિડેઝ ટાઇટેનિયમ એલ્યુમિનિયમ કોબાલ્ટ નિઓબ ફોસ્ફરસ સલ્ફર ઓક્સિજન નાઇટ્રોજન