کروم و استفاده از آن در ساخت فولاد

<p>کروم در صنعت فولاد یک فلز کاملا شناخته شده است چرا که بیش از ۸۰ درصد از کروم استخراج شده در جهان برای تولید فولادهای ضد زنگ به کاربرده می شود. همچنین از کروم برای آبکاری فولاد نیز استفاده می کنند. در هر دو کاربرد از ویژگی های کروم مانند سختی، مقاومت به خوردگی و زنگ زدگیو همچنین قابلیت پرداخت و داشتن ظاهری درخشنده و براق بهره برده شده است.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="Uses_of_Chromium.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650956997145-Uses_of_Chromium.jpg" alt="Uses_of_Chromium" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۱ - کروم خالص&nbsp;</p> <h2>خواص کروم</h2> <p>کروم عنصری فلزی با عدد اتمی 24 است که با Cr نمایش داده میشود. جرم اتمی آن 51.996 g/mol است و در چگالی آن کمی از آهن کمتر و برابر 7.19 گرم بر سانتی&zwnj;متر مکعب می باشد. نقطه ذوب آن ۱۹۰۷ درجه و نقطه جوشش ۲۶۷۱ درجه سانتیگراد است. سختی آن درحالت خالص برابر 5.5 Moh اندازه گیری شده است.</p> <p>معمولی ترین حالت های اکسایش کروم ۲+، ۳+ و ۶+ است. کروم سه ظرفیتی پایدارترین حالت را دارد.</p> <h2>مشخصات کروم</h2> <p>کروم یک فلز سخت و خاکستری ست که به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی ارزش دارد. کروم خالص مغناطیسی و شکننده است اما به کمک آن می توان آلیاژهایی چکش خوار به رنگ نقره ای درخشان ساخت.</p> <p>کروم نام خود را از کلمه یونانی Khroma به معنی رنگ گرفته است زیرا توانایی تولید ترکیباتی زنده و رنگارنگ مانند اکسید کروم را دارد.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="chromium oxide.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650957106187-chromium oxide.jpg" alt="chromium oxide" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۲ - اکسید کروم</p> <h2>تاریخچه ی کروم</h2> <p>کروم در سال ۱۷۹۷ به وسیله ی شیمیدانی فرانوسی با تصفیه کرکویت&zwnj; (یک ماده معدنی حاوی کروم) تولید شد. البته ترکیبات رنگی کروم تا پیش از آن مورد استفاده قرار می گرفت اما پس از کشف آن استفاده از کروم در کاربردهای فلزی توسعه پیدا کرد. در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم متالوژیست ها در اروپا به طور فعال با آلیاژهhی فلزی آزمایش هایی را انجام می دادند و تلاش می کردند فولادهایی قوی تر و بادوام تر تولید کنند.</p> <p>درسال ۱۹۱۲ متالورژیستی انگلیسی به نام هری برلی به دنبال یافت فلزی مقاوم برای ساخت لوله ی تفنگ بود. او کروم را که به داشتن نقطه ذوب بالا معروف بود به فولاد کربنی سنتی اضافه کرد و اولین فولاد ضد زنگ را تولید نمود. با این حال تقریبا در همان زمان افراد دیگری از جمله الوود هاینز در ایالات متحده و مهندسی در آلمان در حال توسعه ی آلیاژهای فولادی حاوی کروم بودند. با گسترش استفاده از کوره ی قوس الکتریکی، تولید فولاد ضد زنگ در مقیاسی بزرگ نیز میسر شد.</p> <p>درهمان دوره تحقیقاتی روی فلزات آبکاری الکتریکی نیز انجام گرفت که به فلزات ارزان&zwnj;تر مانند آهن و نیکل اجازه می داد تا از مقاومت کروم برای پوشش بیرونی خود استفاده کنند و ظاهری زیبا و در عین حال سخت و مقاوم به دست آورند. از ویژگی های کروم برای نخستین بار در دهه ی ۲۰ میلادی در ساخت ساعت و تجهیزات اتومبیل استفاده شد.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="the-origins-and-applications-of-chromium_02.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650957384292-the-origins-and-applications-of-chromium_02.jpg" alt="the-origins-and-applications-of-chromium" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۳ - پروفسور لوییس نیکولاس واکوئلین (Louis Nicolas Vauquelin) دانشمند فرانسوی که کروم و همچنین برلیم را کشف کرد</p> <h2>تولید کروم</h2> <p>&nbsp;محصولات صنعتی کروم شامل فلز کروم، فروکروم، مواد شیمیایی کرومی و ماسه های ریخته گری کروم است. در سال های اخیر شرکت های بیشتری در زمینه استخراج کروم از سنگ معدن کرومیت وارد شده اند و تلاش می کنند کروم را به فروکروم و در نهایت به فولاد ضد زنگ تبدیل کنند.</p> <p>در سال ۲۰۱۰ نزدیک به ۲۵ میلیون تن سنگ معدن کرومیت (FeCr2O4) که ماده اولیه استخراج کروم است در جهان تولید شد. تولید فروکروم حدود ۷ میلیون تن بود در حالی که تولید فلز کروم تقریبا به ۴۰ هزار تن می رسید. فروکروم تنها با استفاده از کوره های قوس الکتریکی تولید می شود در حالی که فلز کروم را می توان از طریق روش های الکترولیتی، سیلیکونی-ترمیک و آلومینوتر نیز تولید نمود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="Chromite.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650957553622-Chromite.jpg" alt="Chromite." /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۴ - سنگ معدن کرومیت</p> <p>در طول تولید فرو کروم گرمای ایجاد شده توسط کوره های قوس الکتریکی به ۵۰۷۰ درجه فارنهایت یا ۲۸۰۰ درجه سانتیگراد می رسد. دراین دما زغال سنگ و کک از طریق یک واکنش کربوترمیک، سنگ کروم را کاهش می دهد. هنگامی که موادکافی در کوزه ذوب شد، فلز مذاب تخلیه شده و قبل از سرد شدن در قالب های ریخته گری بزرگ ریخته می شود.</p> <p>تولید آلومینوترمیک فلز کروم با خلوص بالا بیش از ۹۵ درصد از فلز کرومی که امروز تولید می شود را شامل می گردد. اولین مرحله این فرایند مستلزم آن است که سنگ معدن کرومیت با سودا و آهک در هوا در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد گداخته شود تا یک کرومات سدیم حاوی کلسین ایجاد شود. سپس آن را از مواد زائد شسته و عملیات احیا روی آن انجام می شودتا به صورت اکسید کروم (Cr2O3) رسوب کند.</p> <p>سپس اکسید کروم با آلومینیوم پودر شده مخلوط می شود و در یک بوته رسی بزرگ قرار می گیرد. در مرحله بعد پراکسید باریم و پودر منزیم روی مخلوط پاشیده می شود و بوته با ماسه که به عنوان عایق عمل می کند احاطه می گردد.</p> <p>این مخلوط مشتعل می شود و در نتیجه اکسیژن حاصل از اکسید کروم با آلومینیوم واکنش می دهد تا اکسید آلومینیوم تولید شود و در نتیجه فلز کروم مذاب آزاد شده که ۹۷ تا ۹۹ درصد خلوص دارد.</p> <p>بر اساس آمارهای سازمان زمین شناسی ایالات متحده بزرگترین تولید کننده سنگ معدن کرومیت در سال ۲۰۰۹ به ترتیب کشورهای آفریقای جنوبی (۳۳٪)، هند (۲۰٪) و قزاقزستان (۱۷٪) &nbsp;بوده اند.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="chromite mine.jpeg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650957881806-chromite mine.jpg" alt="chromite mine" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۵ - معدن کرومیت در خراسان رضوی</p> <h2>کاربردهای کروم</h2> <p>بر اساس گزارش انجمن وسعه بین المللی کروم، از سنگ معدن کروم استخراج شده در سال ۲۰۰۹، در حدود ۹۵.۲ درصد توسط صنایع متالورژی، ۳.۲ درصد توسط صنایع نسوز و ریخته گری و ۱.۶ درصد توسط تولیدکنندگان مواد شیمیایی مصرف شده است. عمده کاربردهای کروم در تولید فولادهای زنگ نزن، فولادهای آلیاژی و آلیاژهای غیر آهنی ست.</p> <p>فولادهای زنگ نزن به طیفی از فولادها اطلاق می شود که حاوی ۱۰ تا ۳۰ درصد (از نظر وزن) کروم هستند و به راحتی زنگ نزده و یا دچار خوردگی نمی شوند. بین ۱۵۰ تا ۳۰۰ ترکیب مختلف از فولادهای ضد زنگ یا استنلس استیل تا کنون ساخته شده است اگر چه تنها تعداد محدودی از آنها (در حدود ۱۰ درصد) برای مصارف عمومی و صنعتی در حجم بالا کاربرد دارند.</p> <h2>تاثیر کروم بر فولاد&nbsp;</h2> <p>از ویژگی های کروم این است که در مواجهه با اکسیژن به سرعت با آن ترکیب شده و اکسید کروم را تشکیل میدهد اما اکسید کروم بر خلاف اکسید آهن که ماده نرم است و راحت از سطح آهن جدا می شود، یک لایه به شدت چسبنده است. لایه اکسید کروم سطح کروم را می پوشاند و به عنوان یک لایه محافظ مانع از تماس اکسیژن با فلز زیرین خود می شود. به این صورت است که کروم یک عامل محافظت کننده ی طبیعی دارد. از این ویژگی برای محافظت است آهن نیز استفاده می شود. به این صورت که آهن را با درصد مشخصی از کروم ترکیب می کنند. آلیاژ ساخته شده که به آن فولاد ضد زنگ یا استنلس گفته می شود به دلیل وجود اکسید کروم از زنگ زدن در امان می ماند.&nbsp;</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="stainless steel.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1650958236789-stainless steel.jpg" alt="stainless steel" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۶ - استفاده از فولاد ضد زنگ برای ساخت ظروف آشپزخانه</p> <h2>آیا کروم سمی ست؟</h2> <p>فلز کروم و ترکیبات کروم سه ظرفیتی برای سلامتی مضر نیستند اما کروم ۶ ظرفیتی در صورتیکه خورده شود سمی ست. تقریبا نصف قاشق چایخوری ترکیبات کروم VI کشنده و سرطان زاست.</p>