【बुनियादी ज्ञान 3】: “क्रोमियम-रहित” का क्या अर्थ है? (पुरस्कार वाला प्रश्नोत्तरी)
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“क्रोमियम-कमी सिद्धांत” क्या है, और इसके क्या परिणाम हो सकते हैं?
इसका अर्थ है कि स्टेनलेस स्टील में C तत्व, क्रिस्टल सीमाओं पर मौजूद Cr तत्व के साथ मिलकर Cr23C6 नामक पदार्थ बनाता है; इस कारण क्रिस्टल सीमाओं पर Cr की मात्रा, स्टेनलेस स्टील की सतह या आंतरिक भागों की तुलना में कम हो जाती है। चूँकि Cr, स्टेनलेस स्टील को जंग से बचाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, इसलिए कम Cr वाले क्षेत्रों में पहले ही जंग लग जाती है।
क्रोम, क्रिस्टल-बीच संक्षारण होने का मुख्य कारण है। ऑस्टेनाइट स्टील में क्रिस्टल-बीच संक्षारण होने का कारण, आम तौर पर क्रिस्टलों के बीच क्रोम की कमी ही माना जाता है। ऑस्टेनाइट स्टील में उच्च स्तर की जंग-प्रतिरोधक क्षमता होती है; ऐसा इसलिए है क्योंकि इसमें अधिक मात्रा में क्रोमियम होता है। लेकिन यदि स्टेनलेस स्टील को 450-850 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर लंबे समय तक रखा जाए, तो इस्पात में मौजूद कार्बन, ऑस्टेनाइट क्रिस्टलों की सीमाओं तक पहुँच जाता है। वहाँ यह क्रोमियम के साथ मिलकर क्रोमाइट बनाता है। इस प्रकार, क्रोमाइट के दोनों ओर ऐसे क्षेत्र बन जाते हैं, जिनमें क्रोमियम की मात्रा 11.4% से कम होती है, एवं इन क्षेत्रों की मोटाई कुछ दसियों से लेकर सैकड़ों नैनोमीटर तक होती है। ऐसे क्रोमियम-रहित क्षेत्रों के कारण, क्रिस्टलों के बीच का हिस्सा कुछ पदार्थों के क्षय का विरोध नहीं कर पाता। इसलिए, ऐसे क्रिस्टलों के बीच के हिस्से क्षरणकारी पदार्थों के प्रति बहुत ही संवेदनशील होते हैं। चूँकि वेल्डिंग के दौरान, वेल्ड स्थल एवं हीट-प्रभावित क्षेत्रों में तापमान 450-850 डिग्री सेल्सियस की सीमा में ही रहता है; इसलिए वेल्डेड जोड़ों में मौजूद धातु में क्रोमियम की मात्रा कम हो जाती है, जिससे आंतर-क्रिस्टलीय क्षय होने की संभावना बढ़ जाती है। इसके अलावा, अन्य ऊष्मा-संबंधी प्रक्रियाओं या उपयोग प्रक्रियाओं के कारण भी, जैसे कि तापमान संवेदनशील तापमान सीमा में होना, ऑस्टेनाइट स्टील में क्रोमियम की कमी हो सकती है।
1. ऑस्टेनाइट स्टील में, कार्बाइडों का संतृप्त घुलनशील समाधान उच्च तापमान पर अस्थिर हो जाता है; ऐसी स्थिति में कार्बाइड क्रिस्टल सीमाओं के साथ अलग हो जाते हैं, और क्रोमियम भी कार्बाइडों से क्रिस्टल सीमाओं पर अलग हो जाता है। 2. क्रोमियम का विसरण दर कार्बन की तुलना में बहुत कम होती है; इसलिए केवल क्रिस्टल सीमाओं के आसपास का ही क्रोमियम ही खर्च हो पाता है, जिसके कारण क्रोमियम-रहित क्षेत्र बन जाते हैं। 3. क्रोमियम-कम वाले क्षेत्रों में क्रोमियम की मात्रा, पैचिंग हेतु आवश्यक मात्रा से काफी कम होती है। ऐसे क्षेत्रों का विद्युत विभव, क्रिस्टलीय संरचनाओं एवं कार्बाइडों की तुलना में कम होता है; इस कारण जब ऐसे क्षेत्र कटुरक्तिकारक पदार्थों के सं 4. ऐसी स्थिति में, क्रोमियम कार्बाइड एवं क्रिस्टल दाने ऋणात्मक ध्रुव के रूप में कार्य करते हैं, जबकि क्रोमियम-रहित क्षेत्र धनात्मक ध्रुव के रूप में कार्य करता है। इस कारण क्रिस्टलों की सीमाएँ तेजी से क्षय हो जाती हैं, जिससे क्रिस यही वह “क्रोमियम-कमी सिद्धांत” है; यही क्रिस्टलों के बीच होने वाले क्षय का कारण भी है।
Cr एवं C मिलकर Cr23C6 नामक पदार्थ बनाते हैं; इस कारण क्रोमियम की मात्रा कम हो जाती है। नुकसान तो क्रिस्टलों के बीच होने वाला क्षय ह
1. ऑस्टेनाइट स्टील में, कार्बाइडों का संतृप्त घुलनशील समाधान उच्च तापमान पर अस्थिर हो जाता है; ऐसी स्थिति में कार्बाइड क्रिस्टल सीमाओं के साथ अलग हो जाते हैं, और क्रोमियम भी कार्बाइडों से क्रिस्टल सीमाओं पर अलग हो जाता है। 2. क्रोमियम का विसरण दर कार्बन की तुलना में बहुत कम होती है; इसलिए केवल क्रिस्टल सीमाओं के आसपास का ही क्रोमियम ही खर्च हो पाता है, जिसके कारण क्रोमियम-रहित क्षेत्र बन जाते हैं। 3. क्रोमियम-कम वाले क्षेत्रों में क्रोमियम की मात्रा, पैचिंग हेतु आवश्यक मात्रा से काफी कम होती है। ऐसे क्षेत्रों का विद्युत विभव, क्रिस्टलीय संरचनाओं एवं कार्बाइडों की तुलना में कम होता है; इस कारण जब ऐसे क्षेत्र कटुरक्तिकारक पदार्थों के सं 4. ऐसी स्थिति में, क्रोमियम कार्बाइड एवं क्रिस्टल दाने ऋणात्मक ध्रुव के रूप में कार्य करते हैं, जबकि क्रोमियम-रहित क्षेत्र धनात्मक ध्रुव के रूप में कार्य करता है। इस कारण क्रिस्टलों की सीमाएँ तेजी से क्षय हो जाती हैं, जिससे क्रिस यही वह “क्रोमियम-कमी सिद्धांत” है; यही क्रिस्टलों के बीच होने वाले क्षय का कारण भी है।
क्रोम, क्रिस्टल-बीच संक्षारण होने का मुख्य कारण है। ऑस्टेनाइट स्टील में क्रिस्टल-बीच संक्षारण होने का कारण, आम तौर पर क्रिस्टलों के बीच क्रोम की कमी ही माना जाता है। ऑस्टेनाइट स्टील में उच्च स्तर की जंग-प्रतिरोधक क्षमता होती है; ऐसा इसलिए है क्योंकि इसमें अधिक मात्रा में क्रोमियम होता है। लेकिन यदि स्टेनलेस स्टील को 450-850 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर लंबे समय तक रखा जाए, तो इस्पात में मौजूद कार्बन, ऑस्टेनाइट क्रिस्टलों की सीमाओं तक पहुँच जाता है। वहाँ यह क्रोमियम के साथ मिलकर क्रोमाइट बनाता है। इस प्रकार, क्रोमाइट के दोनों ओर ऐसे क्षेत्र बन जाते हैं, जिनमें क्रोमियम की मात्रा 11.4% से कम होती है, एवं इन क्षेत्रों की मोटाई कुछ दसियों से लेकर सैकड़ों नैनोमीटर तक होती है। ऐसे क्रोमियम-रहित क्षेत्रों के कारण, क्रिस्टलों के बीच का हिस्सा कुछ पदार्थों के क्षय का विरोध नहीं कर पाता। इसलिए, ऐसे क्रिस्टलों के बीच के हिस्से क्षरणकारी पदार्थों के प्रति बहुत ही संवेदनशील होते हैं। चूँकि वेल्डिंग के दौरान, वेल्ड स्थल एवं हीट-प्रभावित क्षेत्रों में तापमान 450-850 डिग्री सेल्सियस की सीमा में ही रहता है; इसलिए वेल्डेड जोड़ों में मौजूद धातु में क्रोमियम की मात्रा कम हो जाती है, जिससे आंतर-क्रिस्टलीय क्षय होने की संभावना बढ़ जाती है। इसके अलावा, अन्य ऊष्मा-संबंधी प्रक्रियाओं या उपयोग प्रक्रियाओं के कारण भी, जैसे कि तापमान संवेदनशील तापमान सीमा में होना, ऑस्टेनाइट स्टील में क्रोमियम की कमी हो सकती है।