הדואליות של פחמן בפלדת אל-חלד

פחמן הוא אחד המרכיבים העיקריים של פלדה תעשייתית. הביצועים והמבנה של הפלדה נקבעים במידה רבה על ידי תכולת הפחמן בפלדה ופיזורו. השפעת הפחמן משמעותית במיוחד בפלדת אל-חלד. השפעת הפחמן על מבנה הפלדה מתבטאת בעיקר בשני היבטים. מצד אחד, פחמן הוא מרכיב המייצב את האוסטניט, וההשפעה גדולה (כפי 30 מזו של ניקל), ומצד שני, בשל הזיקה הגבוהה של פחמן וכרום. גדול, עם כרום - סדרה מורכבת של קרבידים. לכן, מבחינת חוזק ועמידות בפני קורוזיה, תפקידו של הפחמן בפלדת אל-חלד סותר.

בהכרה בחוק ההשפעה הזו, אנו יכולים לבחור פלדות אל חלד בעלות תכולת פחמן שונה בהתבסס על דרישות שימוש שונות.
לדוגמה, תכולת הכרום הסטנדרטית של חמש דרגות הפלדה 0Crl3~4Cr13, שהיא הנפוצה ביותר בתעשייה והנמוכה ביותר, נקבעת על 12~14%, כלומר, נלקחים בחשבון הגורמים הגורמים ליצירת כרום קרביד של פחמן וכרום. המטרה המכרעת היא שלאחר שילוב הפחמן והכרום לכרום קרביד, תכולת הכרום בתמיסה המוצקה לא תהיה נמוכה מתכולת הכרום המינימלית של 11.7%.

באשר לחמש סוגי הפלדה הללו, עקב ההבדל בתכולת הפחמן, גם החוזק ועמידות בפני קורוזיה שונים. עמידות הקורוזיה של פלדת 0Cr13~2Crl3 טובה יותר אך החוזק נמוך מזה של פלדות 3Crl3 ו-4Cr13. היא משמשת בעיקר לייצור חלקים מבניים.
בשל תכולת הפחמן הגבוהה, שתי סוגי הפלדה יכולים להשיג חוזק גבוה ומשמשים בעיקר בייצור קפיצים, סכינים וחלקים אחרים הדורשים חוזק גבוה ועמידות בפני שחיקה. לדוגמה, על מנת להתגבר על קורוזיה בין-גרגירית של פלדת אל-חלד כרום-ניקל 18-8, ניתן להפחית את תכולת הפחמן של הפלדה לפחות מ-0.03%, או להוסיף יסוד (טיטניום או ניוביום) בעל זיקה גדולה יותר מכרום ופחמן כדי למנוע ממנו ליצור קרביד. כרום, לדוגמה, כאשר קשיות ועמידות בפני שחיקה גבוהות הן הדרישות העיקריות, ניתן להגדיל את תכולת הפחמן של הפלדה תוך הגדלת תכולת הכרום בהתאם, על מנת לעמוד בדרישות הקשיות ועמידות בפני שחיקה, תוך התחשבות בעמידות בפני קורוזיה מסוימת. שימוש תעשייתי כמיסבים, כלי מדידה ולהבים עם פלדות אל-חלד 9Cr18 ו-9Cr17MoVCo, למרות שתכולת הפחמן גבוהה עד 0.85 ~ 0.95%, מכיוון שתכולת הכרום שלהם גם היא עולה בהתאם, עדיין מבטיח עמידות בפני קורוזיה.

באופן כללי, תכולת הפחמן של פלדות אל-חלד המשמשות כיום בתעשייה נמוכה יחסית. לרוב פלדות האל-חלד תכולת הפחמן היא בין 0.1 ל-0.4%, ולפלדות עמידות לחומצה תכולת הפחמן היא בין 0.1 ל-0.2%. פלדות אל-חלד עם תכולת פחמן גבוהה מ-0.4% מהוות רק חלק קטן מכלל הדרגות, מכיוון שברוב תנאי השימוש, פלדות אל-חלד תמיד נועדו לעמידות בפני קורוזיה כמטרתן העיקרית. בנוסף, תכולת הפחמן הנמוכה נובעת גם מדרישות תהליך מסוימות, כגון ריתוך קל ועיוות קר.