1. परिचय
आधुनिक इंजीनियरिंग में स्टील सबसे महत्वपूर्ण सामग्रियों में से एक है, निर्माण और ऑटोमोटिव विनिर्माण से लेकर एयरोस्पेस और ऊर्जा बुनियादी ढांचे तक उद्योगों का समर्थन करना.
अभी तक, सभी स्टील्स एक जैसा प्रदर्शन नहीं करते. यह इस पर निर्भर करता है कि उनमें कितने और कौन से मिश्रधातु तत्व हैं, स्टील्स निम्न-मिश्र धातु इस्पात और उच्च-मिश्र धातु इस्पात परिवारों में विभाजित हो गए.
प्रदर्शन और लागत के बीच सही संतुलन बनाना इन अंतरों को समझने पर निर्भर करता है.
इसलिए, यह आलेख निम्न-मिश्र धातु इस्पात की जांच करता है (लास) और उच्च मिश्र धातु इस्पात (है) अनेक कोणों से—रसायन शास्त्र, यांत्रिकी, संक्षारण प्रतिरोध, प्रसंस्करण, अर्थशास्त्र, और वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग—आपके सामग्री चयन का मार्गदर्शन करने के लिए.
2. लो-अलॉय स्टील क्या है? (लास)?
निम्न-मिश्र धातु इस्पात लौह सामग्रियों की एक श्रेणी है जिसे सावधानीपूर्वक नियंत्रित मिश्र धातु तत्वों को जोड़कर बेहतर यांत्रिक प्रदर्शन और पर्यावरणीय प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए इंजीनियर किया गया है।.
अमेरिकन आयरन एंड स्टील इंस्टीट्यूट द्वारा परिभाषित (ऐसी) स्टील युक्त के रूप में कुल मिश्र धातु सामग्री से अधिक नहीं 5% वजन से,
कम-मिश्र धातु स्टील्स प्रदर्शन के बीच एक परिष्कृत संतुलन प्रदान करते हैं, manufacturability, और लागत-उन्हें कई उद्योगों में वर्कहॉर्स सामग्री के रूप में स्थापित करना.
रासायनिक संरचना और सूक्ष्म संरचना
कार्बन स्टील के विपरीत, जो पूरी तरह से लौह-कार्बन प्रणाली पर निर्भर है,
निम्न-मिश्र धातु स्टील्स में विभिन्न प्रकार के धातु तत्व शामिल होते हैं जो स्टील की चरण संरचना में मौलिक परिवर्तन किए बिना भौतिक गुणों में सहक्रियात्मक रूप से सुधार करते हैं।.
सबसे आम मिश्रधातु तत्व और उनकी विशिष्ट भूमिकाएँ शामिल हैं:
- क्रोमियम (करोड़): कठोरता को बढ़ाता है, ऑक्सीकरण प्रतिरोध, और उच्च तापमान की ताकत.
- निकल (में): फ्रैक्चर कठोरता में सुधार करता है, विशेषकर उप-शून्य तापमान पर.
- मोलिब्डेनम (एमओ): ऊंचे तापमान पर ताकत बढ़ाता है और रेंगने के प्रतिरोध को बढ़ाता है.
- वैनेडियम (वी): बारीक दाने के आकार को बढ़ावा देता है और वर्षा को सख्त करने में योगदान देता है.
- ताँबा (घन): मध्यम वायुमंडलीय संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है.
- टाइटेनियम (का): कार्बाइड को स्थिर करता है और सूक्ष्म संरचनात्मक स्थिरता को बढ़ाता है.
ये मिश्र धातु तत्व चरण स्थिरता को प्रभावित करते हैं, ठोस-समाधान सुदृढ़ीकरण, और बिखरे हुए कार्बाइड या नाइट्राइड का निर्माण.
नतीजतन, निम्न-मिश्र धातु स्टील्स आम तौर पर सूक्ष्म संरचनाओं से बने होते हैं फेराइट, पर्लिट, बैनाइट, या मार्टेंसाईट, विशिष्ट ताप उपचार और मिश्र धातु सामग्री के आधार पर.
उदाहरण के लिए, क्रोमियम-मोलिब्डेनम स्टील्स (such as AISI 4130 या 4140 इस्पात) शमन और तड़के के बाद टेम्पर्ड मार्टेंसिटिक संरचनाएँ बनाते हैं, लचीलापन का त्याग किए बिना उच्च शक्ति और पहनने के प्रतिरोध की पेशकश.
वर्गीकरण और पदनाम
निम्न-मिश्र धातु स्टील्स को उनके यांत्रिक व्यवहार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, ताप उपचार प्रतिक्रिया, या इच्छित सेवा वातावरण. सामान्य श्रेणियों में शामिल हैं:
- बुझती और टेम्पर्ड स्टील्स: उच्च शक्ति और कठोरता के लिए जाना जाता है.
- उच्च शक्ति कम मिश्र धातु (एचएसएलए) स्टील्स: बेहतर फॉर्मैबिलिटी और वेल्डेबिलिटी के साथ संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित.
- रेंगना-प्रतिरोधी स्टील्स: ऊंचे तापमान पर ताकत बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया.
- अपक्षय इस्पात (उदा।, एएसटीएम ए588/कॉर्टन): बेहतर वायुमंडलीय संक्षारण प्रतिरोध के लिए विकसित किया गया.
एआईएसआई-एसएई पदनाम प्रणाली में, निम्न-मिश्र धातु स्टील्स की पहचान अक्सर की जाती है "41" से शुरू होने वाली चार अंकों की संख्या, "43", "86", या "87", विशिष्ट मिश्र धातु संयोजनों का संकेत (उदा।, 4140 = 0.40% सी, सीआर-मो स्टील).
3. हाई-अलॉय स्टील क्या है? (है)?
उच्च-मिश्र धातु स्टील स्टील के एक व्यापक वर्ग को संदर्भित करता है जिसमें कुल मिश्र धातु तत्व की मात्रा अधिक होती है 5% वजन से, के स्तर तक अक्सर पहुंच रहा है 10% को 30% या अधिक, ग्रेड और अनुप्रयोग के आधार पर.
निम्न-मिश्र धातु इस्पात के विपरीत, जो मामूली परिवर्धन के साथ गुणों में सुधार करता है, उच्च-मिश्र धातु इस्पात तत्वों की पर्याप्त सांद्रता पर निर्भर करता है
जैसे कि क्रोमियम (करोड़), निकल (में), मोलिब्डेनम (एमओ), टंगस्टन (डब्ल्यू), वैनेडियम (वी), और कोबाल्ट (सह) अत्यधिक विशिष्ट प्रदर्शन विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए.
इन स्टील्स को मांग वाले वातावरण के लिए इंजीनियर किया गया है असाधारण संक्षारण प्रतिरोध, यांत्रिक शक्ति, उच्च तापमान स्थिरता, या प्रतिरोध पहनें.
सामान्य उदाहरणों में शामिल हैं स्टेनलेस स्टील्स, टूल स्टील्स, मैरेजिंग स्टील्स, और सुपरलॉयस.
रासायनिक संरचना और सूक्ष्म संरचना
उच्च-मिश्र धातु स्टील्स में जटिल रसायन शास्त्र होते हैं जो कमरे और ऊंचे तापमान दोनों पर स्टील की माइक्रोस्ट्रक्चर को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं. प्रत्येक मिश्रधातु तत्व एक सटीक भूमिका निभाता है:
- क्रोमियम (≥12%): पतला बनाकर निष्क्रियता को बढ़ावा देता है, अनुवर्ती ऑक्साइड परत, जो स्टेनलेस स्टील्स में संक्षारण प्रतिरोध के लिए आवश्यक है.
- निकल: कठोरता को बढ़ाता है, संघात प्रतिरोध, और संक्षारण प्रतिरोध, साथ ही ऑस्टेनिटिक चरण को भी स्थिर किया जा रहा है.
- मोलिब्डेनम: उच्च तापमान पर ताकत बढ़ाता है और गड्ढों और दरारों के क्षरण के प्रतिरोध में सुधार करता है.
- वैनेडियम और टंगस्टन: पहनने के प्रतिरोध और गर्म कठोरता के लिए महीन कार्बाइड निर्माण को बढ़ावा देना.
- कोबाल्ट और टाइटेनियम: ठोस-समाधान को मजबूत करने और वर्षा को सख्त करने के लिए टूल और मार्जिंग स्टील्स में उपयोग किया जाता है.
ये मिश्रधातु रणनीतियाँ सक्षम बनाती हैं सटीक चरण हेरफेर, जिसमें ऑस्टेनाइट का प्रतिधारण भी शामिल है, मार्टेंसाइट का निर्माण, या इंटरमेटेलिक यौगिकों और जटिल कार्बाइड का स्थिरीकरण.
उदाहरण के लिए:
- ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स (उदा।, 304, 316): उच्च सीआर और नी सामग्री एक गैर-चुंबकीय फलक-केंद्रित घन को स्थिर करती है (एफसीसी) संरचना, क्रायोजेनिक तापमान पर भी लचीलापन और संक्षारण प्रतिरोध बनाए रखना.
- मार्टेंसिटिक और वर्षा-कठोर ग्रेड (उदा।, 17-4शारीरिक रूप से विकलांग, H13 टूल स्टील): एक शरीर-केन्द्रित चतुष्कोणीय विशेषता (बीसीटी) या मार्टेंसिटिक संरचना जिसे ताप उपचार द्वारा काफी कठोर किया जा सकता है.
उच्च-मिश्र धातु इस्पात का वर्गीकरण
उच्च-मिश्र धातु स्टील्स को आम तौर पर निम्नलिखित मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है:
| वर्ग | विशिष्ट मिश्र धातुएँ | प्राथमिक विशेषताएँ | सामान्य अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|
| स्टेनलेस स्टील | 304, 316, 410, 17-4शारीरिक रूप से विकलांग | सीआर-निष्क्रियता के माध्यम से संक्षारण प्रतिरोध; कुछ ग्रेड ताकत प्रदान करते हैं + लचीलापन | रासायनिक उपकरण, चिकित्सा -औजार, वास्तुकला |
| टूल स्टील | एच13, डी2, एम2, टी1 | उच्च कठोरता, घर्षण प्रतिरोध, लाल कठोरता | मर जाता है, काटने का उपकरण, धारणीयता |
| मैरेजिंग स्टील्स | 18में(250), 18में(300) | अति उच्च शक्ति, बेरहमी; नी-रिच मार्टेंसाइट की वर्षा का सख्त होना | एयरोस्पेस, रक्षा, उच्च-प्रदर्शन यांत्रिक भाग |
| सुपरअलॉय | Inconel 718, hastelloy, नवीनीकरण 41 | असाधारण ताकत + उच्च तापमान पर संक्षारण/ऑक्सीकरण प्रतिरोध | टर्बाइन, जेट इंजन, परमाणु रिएक्टर |
4. निम्न-मिश्र धातु बनाम उच्च-मिश्र धातु इस्पात की प्रदर्शन विशेषताएँ
यह समझना कि कम-मिश्र धातु बनाम उच्च-मिश्र धातु स्टील यांत्रिक और पर्यावरणीय प्रदर्शन में कैसे भिन्न है, इंजीनियरों और डिजाइनरों के लिए आवश्यक है
संरचनात्मक अखंडता के लिए सामग्री का चयन करते समय, सेवा दीर्घायु, और लागत-दक्षता.
ये प्रदर्शन विशेषताएँ न केवल रासायनिक संरचना से बल्कि थर्मोमैकेनिकल उपचार और माइक्रोस्ट्रक्चरल नियंत्रण से भी उत्पन्न होती हैं.
एक विस्तृत तुलना प्रदान करने के लिए, मुख्य विशेषताएं नीचे उल्लिखित हैं:
| संपत्ति | कम मिश्र धातु इस्पात | उच्च मिश्र धातु इस्पात |
|---|---|---|
| तन्यता ताकत | आम तौर पर से रेंज 450-850 एमपीए, ताप उपचार और ग्रेड पर निर्भर करता है | अक्सर अधिक हो जाता है 900 एमपीए, विशेष रूप से कठोर उपकरण स्टील्स या मार्जिंग ग्रेड में |
| नम्य होने की क्षमता | तक पहुँच सकते हैं 350-700 एमपीए बुझाने और तड़का लगाने के बाद | पार कर सकते हैं 800 एमपीए, विशेष रूप से वर्षा-कठोर और मार्टेंसिटिक स्टील्स में |
| लचीलापन (बढ़ाव %) | मध्यम से अच्छी लचीलापन (10-25%), बनाने के लिए उपयुक्त | व्यापक रूप से भिन्न होता है; ऑस्टेनिटिक ग्रेड की पेशकश >30%, जबकि टूल स्टील्स हो सकते हैं <10% |
कठोरता |
प्राप्त 200-350 एचबी; कार्बन और मिश्र धातु के स्तर द्वारा सीमित | से अधिक हो सकता है 600 एचवी (उदा।, एम2 या डी2 स्टील्स में); घिसाव-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए आदर्श |
| प्रतिरोध पहन | सीआर/एमओ ग्रेड में कार्बाइड द्वारा संवर्धित, लेकिन कुल मिलाकर मध्यम | उच्च कार्बाइड मात्रा अंश के कारण टूल और डाई स्टील्स में उत्कृष्ट |
| अस्थिभंग बेरहमी | आम तौर पर निम्न से मध्यम शक्ति स्तर पर अच्छा होता है | ऑस्टेनिटिक स्टील्स उच्च क्रूरता प्रदान करते हैं; कुछ उच्च-शक्ति ग्रेड पायदान-संवेदनशील हो सकते हैं |
| थकान प्रतिरोध | गतिशील लोड अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त; सतही फिनिश और तनाव के प्रति संवेदनशील | मिश्रित मार्टेंसिटिक और मार्जिंग स्टील्स में श्रेष्ठ; बढ़ी हुई दरार प्रतिरोध |
रेंगना प्रतिरोध |
ऊपर सीमित दीर्घकालिक ताकत 450° C | निकल-समृद्ध उच्च-मिश्र धातु स्टील्स में उत्कृष्ट; टर्बाइनों में उपयोग किया जाता है, बॉयलर |
| तापीय स्थिरता | चरण स्थिरता और ताकत ऊपर से ख़राब हो जाती है 500-600°C | तक संरचनात्मक अखंडता बरकरार रखता है 1000° C सुपरअलॉय और हाई-सीआर ग्रेड में |
| संक्षारण प्रतिरोध | ख़राब से मध्यम; अक्सर कोटिंग्स या अवरोधकों की आवश्यकता होती है | उत्कृष्ट, विशेषकर स्टेनलेस स्टील्स में >12% करोड़ और आप अतिरिक्त |
| ताप उपचार क्षमता | शमन और तापमान चक्र के माध्यम से आसानी से कठोर | जटिल उपचार: समाधान एनीलिंग, वर्षा का सख्त होना, क्रायोजेनिक चरण |
जुड़ने की योग्यता |
आम तौर पर अच्छा; उच्च-कार्बन वेरिएंट के साथ कुछ क्रैकिंग जोखिम | भिन्न; ऑस्टेनिटिक ग्रेड अच्छी तरह से वेल्ड करते हैं, दूसरों को प्रीहीटिंग या फिलर धातुओं की आवश्यकता हो सकती है |
| मशीन की | उचित से अच्छा, विशेष रूप से लेड या रिसल्फराइज्ड वेरिएंट में | कठोरता और कार्बाइड सामग्री के कारण मुश्किल हो सकता है (लेपित उपकरणों के उपयोग की अनुशंसा की जाती है) |
| प्रपत्र | एनील्ड अवस्था में झुकने और लुढ़कने के लिए उपयुक्त | एनील्ड ऑस्टेनिटिक स्टील्स में उत्कृष्ट; कठोर उपकरण स्टील्स में सीमित |
मुख्य टिप्पणियाँ:
- शक्ति बनाम. कठोरता का व्यापार-बंद: उच्च-मिश्र धातु स्टील्स अक्सर उच्च शक्ति प्रदान करते हैं, लेकिन कुछ ग्रेडों में लचीलापन या कठोरता कम हो सकती है.
कम-मिश्र धातु स्टील्स संरचनात्मक उपयोग के लिए इन गुणों को प्रभावी ढंग से संतुलित करते हैं. - तापमान प्रदर्शन: उच्च तापमान संचालन के लिए (उदा।, बिजली संयंत्रों, जेट इंजन), उच्च-मिश्र धातु स्टील्स निम्न-मिश्र धातु समकक्षों से काफी बेहतर प्रदर्शन करते हैं.
- संक्षारण संरक्षण: जबकि लो-अलॉय स्टील्स अक्सर बाहरी कोटिंग्स पर निर्भर होते हैं, उच्च मिश्र धातु स्टील्स - विशेष रूप से स्टेनलेस और सुपरअलॉय - निष्क्रिय ऑक्साइड फिल्मों के माध्यम से आंतरिक संक्षारण सुरक्षा प्रदान करते हैं.
- लागत बनाम. प्रदर्शन: निम्न-मिश्र धातु इस्पात सामान्य अनुप्रयोगों के लिए अनुकूल लागत-से-प्रदर्शन अनुपात प्रदान करता है,
जबकि उच्च-मिश्र धातु इस्पात विशेष कार्यक्षमता की मांग वाले परिदृश्यों के लिए आरक्षित है.
5. उद्योगों के अनुप्रयोग
कम मिश्र धातु इस्पात
- निर्माण: पुलों, क्रेन, रेबार, संरचनात्मक बीम
- ऑटोमोटिव: एक्सेल, फ़्रेम, निलंबन घटक
- तेल & गैस: पाइपलाइन स्टील्स (एपीआई 5L X70, X80)
- भारी मशीनरी: खनन उपकरण, दबाव वाहिकाओं
उच्च मिश्र धातु इस्पात
- एयरोस्पेस: टरबाइन ब्लेड, जेट इंजन के घटक, लैंडिंग सामग्री
- रासायनिक प्रसंस्करण: रिएक्टर, हीट एक्सचेंजर्स, पंप
- चिकित्सा: सर्जिकल उपकरण, आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण (316एल स्टेनलेस)
- ऊर्जा: परमाणु रिएक्टर आंतरिक, सुपरक्रिटिकल स्टीम लाइनें
6. निष्कर्ष
निम्न-मिश्र धातु बनाम उच्च-मिश्र धातु इस्पात दोनों ही महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं, किसी दिए गए एप्लिकेशन की प्रदर्शन आवश्यकताओं और पर्यावरणीय चुनौतियों पर निर्भर करता है.
लो-अलॉय स्टील्स ताकत के बीच अनुकूल संतुलन बनाते हैं, प्रोसेस, और लागत, उन्हें सामान्य इंजीनियरिंग उपयोग के लिए आदर्श बनाना.
उच्च-मिश्र धातु स्टील्स, वहीं दूसरी ओर, एयरोस्पेस जैसे उच्च जोखिम वाले उद्योगों के लिए अद्वितीय यांत्रिक और पर्यावरणीय प्रदर्शन प्रदान करें, चिकित्सा, और बिजली उत्पादन.
रसायन को समझकर, यांत्रिक, और इन इस्पात परिवारों के बीच आर्थिक अंतर,
निर्णय-निर्माता सुरक्षा के लिए सामग्रियों का अनुकूलन कर सकते हैं, टिकाऊपन, और स्वामित्व की कुल लागत-ब्लूप्रिंट से अंतिम उत्पाद तक इंजीनियरिंग की सफलता सुनिश्चित करना.
यह यदि आपको उच्च गुणवत्ता की आवश्यकता है तो यह आपकी विनिर्माण आवश्यकताओं के लिए एकदम सही विकल्प है अलॉय स्टील पार्ट्स.
पूछे जाने वाले प्रश्न
क्या स्टेनलेस स्टील को उच्च-मिश्र धातु स्टील माना जाता है??
हाँ. स्टेनलेस स्टील उच्च-मिश्र धातु स्टील का एक सामान्य प्रकार है. इसमें आम तौर पर कम से कम शामिल होता है 10.5% क्रोमियम, जो एक निष्क्रिय ऑक्साइड फिल्म के निर्माण को सक्षम बनाता है जो संक्षारण का प्रतिरोध करती है.
कई स्टेनलेस स्टील्स में निकेल भी होता है, मोलिब्डेनम, और अन्य मिश्र धातु तत्व.
क्या निम्न-मिश्र धातु इस्पात का उपयोग संक्षारक वातावरण में किया जा सकता है??
निम्न-मिश्र धातु स्टील्स की पेशकश मध्यम संक्षारण प्रतिरोध, विशेष रूप से जब तांबे या क्रोमियम जैसे तत्वों के साथ मिश्रित किया जाता है.
तथापि, उन्हें अक्सर आवश्यकता होती है सुरक्षात्मक लेप (उदा।, galvanizing, चित्रकारी) या कैथोडिक संरक्षण जब आक्रामक या समुद्री वातावरण में उपयोग किया जाता है.
मिश्र धातु सामग्री वेल्डेबिलिटी को कैसे प्रभावित करती है??
उच्च मिश्र धातु सामग्री बढ़ती कठोरता और टूटने के जोखिम के कारण वेल्डेबिलिटी को कम कर सकती है.
कम-मिश्र धातु स्टील्स आम तौर पर बेहतर वेल्डेबिलिटी प्रदर्शित करते हैं, हालांकि प्रीहीटिंग और पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट अभी भी आवश्यक हो सकता है.
उच्च-मिश्र धातु स्टील्स की अक्सर आवश्यकता होती है विशेष वेल्डिंग प्रक्रियाएं और भराव धातुएं.
क्या ऐसे अंतरराष्ट्रीय मानक हैं जो निम्न और उच्च-मिश्र धातु स्टील्स के बीच अंतर करते हैं?
हाँ. जैसे संगठनों से मानक एएसटीएम, मेरी तरह, आईएसओ, and SAE/AISI रासायनिक संरचना सीमाओं को परिभाषित करें और तदनुसार स्टील्स को वर्गीकृत करें.
ये मानक यांत्रिक गुणों को भी निर्दिष्ट करते हैं, गर्मी उपचार की स्थिति, और अनुप्रयोग.
उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए किस प्रकार का मिश्र धातु इस्पात बेहतर है??
उच्च-मिश्र धातु स्टील्स, विशेष रूप से निकल आधारित सुपरअलॉय या उच्च-क्रोमियम स्टेनलेस स्टील्स,
रेंगने के प्रतिरोध के कारण उच्च तापमान वाले वातावरण में काफी बेहतर प्रदर्शन करते हैं, ऑक्सीकरण, और थर्मल थकान.
कम-मिश्र धातु वाले स्टील आमतौर पर 500°C से ऊपर के तापमान पर ख़राब हो जाते हैं.
क्या उच्च-मिश्र धातु इस्पात की मशीन बनाना और निर्माण करना कठिन है??
हाँ, सामान्य तौर पर. उच्च-मिश्र धातु स्टील्स, विशेष रूप से टूल स्टील्स और कठोर स्टेनलेस ग्रेड, हो सकता है मशीन बनाना कठिन उनकी उच्च कठोरता और कार्बाइड सामग्री के कारण.
उनकी वेल्डेबिलिटी भी कुछ ग्रेड में सीमित हो सकती है. इसके विपरीत, कई कम-मिश्र धातु स्टील्स को वेल्ड करना आसान होता है, मशीन, और फार्म.
कौन सा स्टील प्रकार अधिक लागत प्रभावी है?
कम-मिश्र धातु स्टील्स के संदर्भ में आम तौर पर अधिक लागत प्रभावी होते हैं प्रारंभिक खरीद मूल्य और निर्माण.
तथापि, उच्च-मिश्र धातु स्टील्स की पेशकश कर सकते हैं स्वामित्व की कम कुल लागत उनके कारण आवेदनों की मांग में टिकाऊपन, विफलता का प्रतिरोध, और रखरखाव की जरूरतें कम हो गईं.
