بازار تشنه فلزات با کاربردهای نوین

معدن و توسعه: در دنیای رقابتی مواد، ابداع و نوآوری برای نفوذ در بازارهای جدید و حتی در موارد زیادی برای حفظ سهم کنونی آن ضروری است.

پتانسیل کامل منیزیم 

از زمان‌ که دوره منیزیم بواسطه مزیت‌های تجاری ذاتی آن مانند وزن مخصوص بسیار پایین (35 درصد سبک‌تر از آلومینیوم و استحکام خوب) فلزی بوده که بالقوه بازار خوبی داشته، این فلز در ریخته‌گری استفاده می‌شود، اما مشکلات تولید ورق از آن کاربردهای عملی آن را محدود کرده و در حال حاضر علائم حاکی از آن است که این محدودیت‌ها را از بین برده‌اند. 

شرکت نانومگ (Nano MAG) در ایالت میشیگان آمریکا با همکاری دانشگاه میشیگان مشغول کار روی تکمیل فرآیند ترمومکانیکی ریخته‌گری تزریقی (TTMP) هستند. در این فرآیند از تکنولوژی ریخته‌گری تزریقی برای تولید یک تسمه (ورق) استفاده می‌شود که روی آن فرآیند حرارتی ترمومکانیکی ثانویه انجام می‌شود. این فرآیند عامل کلیدی کنترل زیرساختار است که منتج به افزایش بیش از 200 درصدی مقاومت معمولی آن به بالای MPa250 و افزایش 10 درصدی طول آن می‌شود. 

شرکت می‌گوید: این ورق پیشرفته منیزیم تولید شده، نسبت قدرت به وزن فوق‌العاده بالاتری در مقایسه با مواد رقابتی آن دارد. علاوه بر این، خاصیت شکل‌پذیری بهتری دارد که امکان تولید قطعات با شکل نهایی و دقیق (near-net-shape) را می‌دهد که در حال حاضر میسر نیست. 

واحد مینی‌میل نانومگ باتری‌های (cell) مجزایی دارد که می‌توانند 500 تن در سال تولید داشته باشند. 

گفته می‌شود که این سیستم از هزینه‌های بهره‌برداری نسبت به روش‌های ریخته‌گری ـ نورد سنتی کم شود و می‌توان در کوتاه‌مدت و اقتصادی محصولات خاص تولید کرده و در واکنش به نیازهای بازار ظرفیت‌های بیشتری را راه‌اندازی کرد. 

شرکت نانومگ وابسته به (Thixomat Technologies) اخیرا از بنیاد ملی علوم (NSF) و وزارت دفاع آمریکا برای ساخت زره کمپوزیت سبک وزن یا استفاده از منیزیم جایزه مبتکران را دریافت کرده است. 

کمک‌های مالی دیگر NSF به سازمان‌هایی داده می‌شود که در زمینه ایمپلنت‌های منیزیمی بیومدیکال قابل کاشت (پزشکی) تحقیق می‌کنند.

در آلمان شرکت Magnesium Flachpcodukte (وابسته به شرکت فولاد تیسن کروپ اروپا) و دانشگاه معدن و مهندسی فریبورگ مشترکا توانستند به روش نوین تولید مستقیم ورق منیزیمی از فلز مذاب دست یابند. در این روش از فرآیند ریخته‌گری نورد استفاده می‌شود که هزینه تهیه مواد مادر، مصرف مواد و انرژی را کاهش داده و نسبت به روش‌های معمول تولید از مراحل کمتری استفاده می‌شود. در مرحله نورد ضخامت 7ـ4 میلیمتری ورق منیزیم به ضخامت یک میلیمتر (از طریق ریخته‌گری ـ نورد کاهش) می‌یابد. این فرآیند می‌تواند دو تن منیزیم در ساعت را با سرعت نورد بیش از 80 متر در دقیقه نورد کند. 

کارخانه آزمایشی (pilot) با سرمایه‌گذاری 5/7 میلیون یورو در استان Saxony ساخته شده و توسط دانشکده متالورژی دانشگاه راه‌اندازی خواهد شد. این روش نورد ورق، درهای بازار را به روی قطعات بدنه خودرو ساخته شده از تسمه منیزیمی باز می‌کند. 

یک روش جایگزین برای فرآیند فلزاتی که به سختی فرآیند می‌شوند، متالورژی پودر است. گروه آلمانی مواد شیمیایی خاص SKW و شرکت آمریکایی وابسته آن ESM ماه گذشته در آمریکا یک کارخانه جدید گردافشانده منیزیم را افتتاح کرد. این کارخانه قرار است پودر منیزیم کروی فوق‌العاده ریز را برای کاربردهای مهم مانند اقدامات متقابل نظامی که هواپیماها را از حملات موشک‌ها حفاظت می‌کند، تولید کند که البته کنترل دقیق اندازه ذرات و شکل آن برای این نوع کاربرد مهم و ضروری است. 

سایر بازارهایی که از پودر منیزیم استفاده می‌کنند شامل صنایع شیمیایی، تدارکات نظامی و جوشکاری هستند و برای سه ماهه سوم امسال تست حمل پودر به مشتریان برنامه‌ریزی شده است. 
فولاد همیشه قوی‌تر 

اصطلاح ساده فولاد دربرگیرنده هزاران آلیاژ متفاوت است، اما با توجه به هدف پاسخگویی به نیازهای بازار همواره محصولات جدیدی به این خانواده بزرگ اضافه می‌شود. بخش خودروسازی یک محرک و عامل مهمی در این تحولات جدید بوده و صنعت فولاد متعهد به یک برنامه بلندمدت تحقیق و توسعه در این زمینه است. 

صنعت فولاد آمریکای‌شمالی در 18 ماه امسال در دهمین سمینار فولاد در آمریکا بخشی را به خودروهای فولادی آینده (FSV) اختصاص داده است. برنامه FSV یک برنامه چندین میلیون دلاری است که در آن آخرین مفاهیم و نظرات متفاوت فولاد برای موتورهای پیشرفته از جمله برای وسایل نقلیه پیشرفته هیبریدی، الکتریکی و بنزینی ارایه خواهد شد. 

کارشناسان می‌گویند: هنوز در اولین گام‌های تحقیقاتی درخصوص خودروهای سبک هستیم و در حالی‌که خودروسازان امروزه استفاده از مجموعه مواد AHSS را افزایش می‌دهند در مورد نسل بعدی آن تحقیق می‌کنیم. صنعت فولاد توانسته به چالش‌های اقتصادی مربوط به کاهش وزن، ایمنی و زیست‌محیطی در 10 سال اخیر پاسخگو باشد. نتایج اجرای پروژه‌های FSV نسبت به این روند در 10 تا 15 سال آینده متعهد خواهد ماند. 

تحولاتی که اخیرا توسط یک موسسه آمریکایی بدست آمده، ساخت یک فولاد جدید فوق‌العاده قوی (Temper Tough) است که می‌تواند جایگزین اکثر آلیاژهای رسوب سختی محتوی کبالت ارزان‌تری شود. این فولاد آلیاژی که در صنایع هوا و فضا بکار می‌رود (air-melted) بدون کبالت، سردشده و بازپخت شده که خواص ترکیبی بی‌نظیری از نظر استحکام و سختی بالا دارد و به مهندسان این امکان را خواهد داد که طول چرخه حیات آن را در شرایطی که اجزا و قطعات تحت بارهای بالا قرار گرفته و فشار ناشی از حرکت شدید و تکراری وجود دارد، افزایش دهند. 

کاربردهای بالقوه آن شامل کارتل‌های با تقاضای بالا برای بخش‌های نیروی محرکه خودروها، اجزای ساختاری و ابزار صنعتی و متعلقات هستند. 

شرکت می‌گوید: این آلیاژ می‌تواند ضمن تضمین عملکرد قطعات از وزن آنها در حد قابل‌ملاحظه کم کند. 

فولاد‌های Tough Temper استحکام ویژه MPaUTS1999 و مقاومت یا چقرمگی گسیختگی 66 تا 71 MPam دارد و نیز خواص مقاومت آن در برابر خستگی (Mpa827) در مقایسه با فولادهای آلیاژی سنتی کوئینچ ـ تمپر (به‌طور میانگین 545 تا 586MPa) فوق‌العاده بالا است. 


فولاد ضدزنگ همچنان به پیش می‌رود 

مقاومت در برابر فرسایش یکی از خواص مهم کاربردی فولاد است و تحقیقات برای تقویت این خاصیت روی فولادهای آلیاژی ضدزنگ ادامه دارد. 

شرکت نیپون استیل و NSSC آلیاژهای ابداعی ضدزنگ فریتی تحت عنوان (Forwad One) FW1 و FW2(Forward two) را به‌کار گرفته‌اند که در مقایسه با آلیاژ فریتی گرید استاندارد 430 با 18 درصد کروم مقاومت ضدفرسایشی آن بسیار بهبود یافته و این آلیاژ از طریق یک فناوری انقلابی بدست آمده که مقدار اندک قلع را با میزان کاهش یافته کروم یکپارچه می‌کند. 

FW1، 1/0 درصد قلع و 14 درصد کروم را با یکدیگر ترکیب می‌کند که به آن اولین ضدزنگ فریتی در جهان می‌گویند که درجه خلوص آن بالاست و به آن قلع اضافه شده که این ماده جایزه برتری سال 2000 Nikkei Business Daily را برنده شده و سفارشات دریافتی برای FW1 در حال حاضر به بیش از 10 هزار تن رسیده است. 

NSCC بدنبال تولید FW2 (گرید فریتی محتوی 3/0 درصد قلع و 16 درصد کروم) را نیز تجاری کرد. 

این شرکت ادعا می‌کند که این آلیاژ فریتی خاصیت ضدخوردگی معادل یا بالاتر نسبت به گرید آستینیتی (18 کروم ـ 8 نیکل) دارد که معمولی‌ترین آلیاژ ضدزنگی است که در جهان مصرف می‌شود. قابلیت چکش‌خواری آن نیز شبیه گرید 304 است. 

هر دو گرید FW از فولاد با دانه‌بندی بسیار ریز استفاده می‌کنند که هیچ‌گونه نیکل، مولیبدنیوم یا مس به آن اضافه نمی‌شود و کرومیوم کمتری دارد، بنابراین کمتر تحت تاثیر نوسانات قیمت‌های فلزات آلیاژی نسبت به گریدهای ضدزنگ قرار می‌گیرند. 

NSSC معتقد است که محصولات جدید می‌تواند آلیاژهای استاندارد جدید بالقوه‌ای با کاربرد عمومی باشد که مصرف آنها از گریدهای رایج 304 و 430 که در مجموع بیش از نیمی از بازار ضدزنگ را بخود اختصاص داده‌اند، پیشی خواهد گرفت، بنابراین آلیاژهای FW بخش مهمی از سبد محصولات تخت (کلاف و Sheet) آن را دربر می‌گیرند. علاوه بر این، این امکان وجود دارد که بتوان با فرآوری آلیاژهای ضدزنگ کنونی خواص آن را تغییر داده و اصلاح کرد. 

شرکت Nitrex آمریکا یک فرآیند جدید نیتروژن‌دهی را بکار گرفته که مقاومت ضدسایشی و فرسودگی ضدزنگ را بدون تغییر ترکیب یا مقاومت ضدزنگ‌زدگی آن بهبود می‌بخشد. نانو ـ اس (مارک تجاری) نیتروژن را روی سطح پراکنده و ساختار فازی جدید ایجاد کرده (فاز S) و در نتیجه سختی آن بسیار بالا می‌رود. 

سختی سطحی یک فولاد ضدزنگ گرید 316 را می‌توان به بیش از HV1750 افزایش داده، در حالی‌که HV2000 را می‌توان با آلیاژهای سری 400 بدست آورد. در مقایسه سختی سطح یک فولاد ابزار H13 نیتروژنه شده حدود HV1200 آلیاژهای قابل فرآوری شامل گریدهای آستنیتی، مارتنیتی و دوبلکس و دیگر آلیاژهای پیشرفته مانند Invonel 718 است. 
ایمنی در آلومینیوم 

شرکت آلکوا (Alcoa) برای ساخت تانکرهای جاده‌ای که برای حمل مواد خطرناک استفاده می‌شوند، یک آلیاژ آلومینیوم بهبود یافته را به‌کار گرفته، آلیاژ 5182 Road Tanker Shate Gl توسط کارخانه آلکوا در اروپا تولید شده و خواصی دارد که با آخرین نیازهای مقرراتی ADR (توافقنامه حمل‌ونقل جاده‌ای کالاهای خطرناک) مطابقت دارد. 

گزارش شده که A×R (UTS × افزایش طول) بمقدار 7280 (بزرگ‌تر از حداقل لازم) می‌تواند کیفیت فوق‌العاده و ایمنی خوبی را تضمین کند. 

تانکرهای با قطر کمتر از 8/1 متر را می‌توان از ماده Shate با 6/4 میلیمتر ضخامت تولید کرد و ساخت تانکرهای با قطر بزرگ‌تر را می‌توان با ضخامت 5 میلیمتر آغاز کرد. 

شرکت آلکوا می‌گوید: تریلرهای تانکری که با آلومینیوم ساخته شوند 20 تا 30 درصد وزن بدنه کمتری نسبت به فولادی با قدرت، دوام و محکمی یکسان دارند. این جایگزینی می‌تواند میزان ظرفیت بار را به حدود 2 تن برای یک محموله مایع تریلر تانکر متوسط افزایش دهد که نتیجه آن درآمد بیشتری برای هر تحویل است. 

این ماده اخیرا توسط PT Meco Inoxprima (یکی از بزرگ‌ترین عرضه‌کنندگان تانک‌های ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل گاز پروپان مایع (LPG) در اندونزی استفاده شده است. 

شرکت مکو تانکرهای جدید جاده‌ای آلومینیومی خود را به چندین مشتری داخلی شرکت حمل‌ونقل محصولات مایع عرضه می‌کند. 


افزایش ظرفیت جریان 

زمانی‌که جریان الکتریکی در کابل‌های بالاسری با ولتاژ بالا افزایش می‌یابد، کابل‌ها داغ شده و منبسط می‌شود و در نتیجه تاب برمی‌دارد. 

این انبساط حرارتی انتقال جریان را محدود می‌کند با وجود اینکه خطوط ورق روی زمین است باید مانع تاب برداشتن بیشتر آن شد. 

یک ماده جدید نگهدارنده داخلی کابل توسط تیسن کروپ تحت عنوان Pernifer 36 MOW ساخته شده که نسبت به نگهدارنده‌های کابل فولادی معمولی خاصیت انبساط حرارتی آن چهار برابر کمتر و توان مکانیکی آن بالا است. 

این ویژگی عبور جریانات بالاتری را ممکن می‌سازد، چون خطوط در مناطق مهم با وجود درجه حرارت تولید شده بالاتر تاب برنمی‌دارد. 

ماده Pernifer 36MOW یک آلیاژ آهن ـ نیکل است که 36 درصد نیکل دارد، مولیبدنیوم (5/2 درصد) و تنگستن (5/0 درصد) دارد. در کشش سرد به مقاومت آن اضافه می‌شود. 

روکش کاری بعدی کابل حایل با رشته‌های آلومینیومی هادی توسط مشتری انجام می‌شود. در صورت عبور جریان‌‌های بالاتر هسته کابل آلیاژی Pernifer کارآمدی خطوط برق را بالا برده و در نتیجه ظرفیت شبکه‌های کنونی را تقویت می‌کند، بدین طریق از میزان نصب خطوط برق جدید و برج‌های انتقال‌دهنده مربوطه بیشتر کم می‌کند. 



منبع: متال‌بولتن