---
title: "इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव"
description: "अन्वेषण करें कि मिश्रधातुकारी तत्व इस्पात की मजबूती, प्रावस्थाओं और प्रसंस्करण को कैसे प्रभावित करते हैं।"
canonical: https://steelequivalents.com/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5
language: hi
robots: index, follow
og_type: article
type: wiki-article
language_alternates:
  en: https://steelequivalents.com/wiki/steel-families/steel-alloying-elements-and-their-metallurgical-effects.md
  cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/skupiny-ocelí/legující-prvky-v-oceli-a-jejich-metalurgické-účinky.md
  de: https://steelequivalents.com/de/wiki/stahlgruppen/legierungselemente-in-stahl-und-ihre-metallurgischen-auswirkungen.md
  es: https://steelequivalents.com/es/wiki/familias-de-aceros/elementos-de-aleación-del-acero-y-sus-efectos-metalúrgicos.md
  fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/familles-d-aciers/éléments-d-alliage-de-l-acier-et-leurs-effets-métallurgiques.md
  hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/acélcsaládok/az-acél-ötvözőelemei-és-kohászati-hatásaik.md
  it: https://steelequivalents.com/it/wiki/famiglie-di-acciai/elementi-di-lega-dell-acciaio-e-loro-effetti-metallurgici.md
  nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/staalgroepen/legeringselementen-in-staal-en-hun-metallurgische-effecten.md
  pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/grupy-stali/pierwiastki-stopowe-w-stali-i-ich-wpływ-na-właściwości-metalurgiczne.md
  pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/famílias-de-aço/elementos-de-liga-do-aço-e-os-seus-efeitos-metalúrgicos.md
  ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/группы-сталей/легирующие-элементы-стали-и-их-металлургическое-воздействие.md
  tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/çelik-grupları/çelik-alaşım-elementleri-ve-metalurjik-etkileri.md
  zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/钢材分类/钢中的合金化元素及其冶金作用.md
  ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼種の分類/鋼の合金元素とその冶金学的効果.md
  ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/مجموعات-الفولاذ/عناصر-صناعة-سبائك-الفولاذ-وتأثيراتها-الميتالورجية.md
  ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강종-계열/강철-합금-원소와-그-야금학적-영향.md
  pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/famílias-de-aços/elementos-de-liga-do-aço-e-seus-efeitos-metalúrgicos.md
  hi: https://steelequivalents.com/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5.md
content_hash: sha256:4e8be36cf4b232abd70a19448b90bb878b3931d6c46ce9bdace81ce056044138
generated: 2026-09-26
---

> **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page,
> served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML.
> Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5
> Canonical URL: https://steelequivalents.com/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5
> Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi
> Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything
> below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real
> content change; `generated` moves on every render and is not a change signal.

![इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव](/images/uploads/476401f0-fa99-42eb-b933-729b2ab068ec/wiki-hero-a-cross-section-of-alloy-steel-showing-iron-lattice-atoms-interstitial-carbon-su-1920x823.jpg)

स्टील समूह

# इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव

अन्वेषण करें कि मिश्रधातुकारी तत्व इस्पात की मजबूती, प्रावस्थाओं और प्रसंस्करण को कैसे प्रभावित करते हैं।

![स्टील उद्योग संवाददाता Anders Bergström का चित्र](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/hi/समाचार/लेखक/anders-bergstrom "Anders Bergström")** स्टील समूह 60+ मिनट का पठन अद्यतन 16 अग॰ 2026 साक्ष्य-समीक्षित

  इस पृष्ठ परइस पृष्ठ पर

- [1. इस्पात में मिश्रधातुकारी तत्व किसे माना जाता है?](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#1-इस-प-त-म-म-श-रध-त-क-र-तत-व-क-स-म-न-ज-त-ह "1. इस्पात में मिश्रधातुकारी तत्व किसे माना जाता है?")
- [2. वे मुख्य तंत्र जिनके द्वारा तत्व इस्पात को बदलते हैं](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#2-व-म-ख-य-त-त-र-ज-नक-द-व-र-तत-व-इस-प-त-क-बदलत-ह "2. वे मुख्य तंत्र जिनके द्वारा तत्व इस्पात को बदलते हैं")
- [3. कार्बन: मुख्य अंतरापरमाणुक मिश्रधातुकारी तत्व](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#3-क-र-बन-म-ख-य-अ-तर-परम-ण-क-म-श-रध-त-क-र-तत-व "3. कार्बन: मुख्य अंतरापरमाणुक मिश्रधातुकारी तत्व")
- [4. साधारण कार्बन और निम्न-मिश्रधातु इस्पातों में मैंगनीज और सिलिकॉन](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#4-स-ध-रण-क-र-बन-और-न-म-न-म-श-रध-त-इस-प-त-म-म-गन-ज-और-स-ल-क-न "4. साधारण कार्बन और निम्न-मिश्रधातु इस्पातों में मैंगनीज और सिलिकॉन")
- [5. सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा और टिन: उपयोगी प्रभाव तथा धातुकर्मीय जोखिम](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#5-सल-फर-फ-स-फ-रस-एल-य-म-न-यम-त-ब-और-ट-न-उपय-ग-प-रभ-व-तथ-ध-त-कर-म-य-ज-ख-म "5. सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा और टिन: उपयोगी प्रभाव तथा धातुकर्मीय जोखिम")
- [6. क्रोमियम: कठोरीकरण-क्षमता, ऑक्सीकरण-प्रतिरोध और पैसिवेशन](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#6-क-र-म-यम-कठ-र-करण-क-षमत-ऑक-स-करण-प-रत-र-ध-और-प-स-व-शन "6. क्रोमियम: कठोरीकरण-क्षमता, ऑक्सीकरण-प्रतिरोध और पैसिवेशन")
- [7. निकेल और ऑस्टेनिटिक तथा फेरिटिक व्यवहार का नियंत्रण](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#7-न-क-ल-और-ऑस-ट-न-ट-क-तथ-फ-र-ट-क-व-यवह-र-क-न-य-त-रण "7. निकेल और ऑस्टेनिटिक तथा फेरिटिक व्यवहार का नियंत्रण")
- [8. मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन और स्टेनलेस माइक्रोस्ट्रक्चर की स्थिरता](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#8-म-ल-ब-ड-नम-न-इट-र-जन-और-स-ट-नल-स-म-इक-र-स-ट-रक-चर-क-स-थ-रत "8. मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन और स्टेनलेस माइक्रोस्ट्रक्चर की स्थिरता")
- [9. HSLA इस्पात में वैनेडियम, नायोबियम और टाइटेनियम](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#9-hsla-इस-प-त-म-व-न-ड-यम-न-य-ब-यम-और-ट-इट-न-यम "9. HSLA इस्पात में वैनेडियम, नायोबियम और टाइटेनियम")
- [10. मिश्रधातु तत्व और प्रावस्था रूपांतरण](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#10-म-श-रध-त-तत-व-और-प-र-वस-थ-र-प-तरण "10. मिश्रधातु तत्व और प्रावस्था रूपांतरण")
- [11. इस्पात ग्रेड और मानकों के माध्यम से मिश्रधातु रसायन को समझना](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#11-इस-प-त-ग-र-ड-और-म-नक-क-म-ध-यम-स-म-श-रध-त-रस-यन-क-समझन "11. इस्पात ग्रेड और मानकों के माध्यम से मिश्रधातु रसायन को समझना")
- [12. किसी तत्व के धातुकर्मीय प्रभाव का पूर्वानुमान लगाने की व्यावहारिक विधि](/hi/%E0%A4%B5%E0%A4%BF%E0%A4%95%E0%A5%80/%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A5%80%E0%A4%B2-%E0%A4%B8%E0%A4%AE%E0%A5%82%E0%A4%B9/%E0%A4%87%E0%A4%B8%E0%A5%8D%E0%A4%AA%E0%A4%BE%E0%A4%A4-%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%AE%E0%A4%BF%E0%A4%B6%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81-%E0%A4%A4%E0%A4%A4%E0%A5%8D%E0%A4%B5-%E0%A4%94%E0%A4%B0-%E0%A4%89%E0%A4%A8%E0%A4%95%E0%A5%87-%E0%A4%A7%E0%A4%BE%E0%A4%A4%E0%A5%81%E0%A4%95%E0%A4%B0%E0%A5%8D%E0%A4%AE%E0%A5%80%E0%A4%AF-%E0%A4%AA%E0%A5%8D%E0%A4%B0%E0%A4%AD%E0%A4%BE%E0%A4%B5#12-क-स-तत-व-क-ध-त-कर-म-य-प-रभ-व-क-प-र-व-न-म-न-लग-न-क-व-य-वह-र-क-व-ध "12. किसी तत्व के धातुकर्मीय प्रभाव का पूर्वानुमान लगाने की व्यावहारिक विधि")

## 1. इस्पात में मिश्रधातुकारी तत्व किसे माना जाता है?

### लौह-कार्बन मिश्रधातु के रूप में इस्पात

World Steel Association इस्पात को ऐसी लौह-कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है जिसमें 2% से कम कार्बन होता है। यह सीमा उपयोगी है, लेकिन इसका अर्थ यह नहीं है कि इस्पात के व्यवहार को निर्धारित करने वाला एकमात्र तत्व कार्बन है। वाणिज्यिक इस्पात में सामान्यतः मैंगनीज, सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर और ऑक्सीजन भी होते हैं। इसके अतिरिक्त, कुछ तत्व इस्पात-निर्माण के दौरान जानबूझकर मिलाए जाते हैं, जबकि कुछ कच्चे माल, स्क्रैप, रिफ्रैक्टरी पदार्थों और प्रसंस्करण से अवशिष्ट रूप में बने रहते हैं।

कार्बन लौह के क्रिस्टलीय जालक में अंतरास्थिक स्थानों पर स्थित होता है। इसके परमाणु लौह परमाणुओं की तुलना में बहुत छोटे होते हैं, इसलिए वे लौह परमाणुओं का स्थान लेने के बजाय उनके बीच के रिक्त स्थानों में समा जाते हैं। कार्बन की अपेक्षाकृत कम सांद्रता भी इस्पात की प्रावस्था-संरचना और कठोरता को बदल सकती है, क्योंकि कार्बन ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है, लौह तथा अन्य तत्वों के साथ मिलकर कार्बाइड बनाता है, और शीतलन के दौरान बनने वाले पर्लाइट, बैनाइट, मार्टेन्साइट तथा फेराइट की मात्रा और वितरण को नियंत्रित करता है।

चयनित इस्पात घटकों के विशिष्ट जालकीय स्थान और धातुकर्मीय भूमिका।
| तत्व या परमाणु का प्रकार | जालक का स्थान | विशिष्ट धातुकर्मीय प्रभाव |
|---|---|---|
| कार्बन | अंतःस्थापित स्थल | सुदृढ़ीकरण और प्रावस्था-स्थायित्व नियंत्रण |
| नाइट्रोजन | अंतःस्थापित स्थल | सुदृढ़ीकरण और ऑस्टेनाइट स्थिरीकरण |
| मैंगनीज़ | प्रतिस्थापनात्मक स्थल | ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण और कठोरणीयता |
| निकेल | प्रतिस्थापनात्मक स्थल | ऑस्टेनाइट स्थिरीकरण और निम्न-तापमान दृढ़ता |
| क्रोमियम | प्रतिस्थापनात्मक स्थल | कठोरणीयता, ऑक्सीकरण-प्रतिरोध और निष्क्रियण |

इसके विपरीत, अधिकांश धात्विक मिश्रधातुकारी तत्व लौह में प्रतिस्थापकीय रूप से प्रवेश करते हैं: जालक में उपस्थित लौह परमाणु का स्थान मैंगनीज, निकेल, क्रोमियम या किसी अन्य तत्व का परमाणु ले लेता है। यह प्रतिस्थापन जालक में विकृति उत्पन्न करता है और विस्थापन की गति में बाधा डालता है, जिससे प्रतिस्थापकीय ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण होता है। Steeluniversity के अनुसार, इस प्रभाव की तीव्रता केवल द्रव्यमान के आधार पर तत्व के प्रतिशत पर निर्भर नहीं करती, बल्कि परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता से भी संबंधित होती है। इसलिए अलग-अलग मैट्रिक्स प्रावस्थाओं में समान सांद्रता अलग-अलग सुदृढ़ीकरण या रूपांतरण प्रभाव उत्पन्न कर सकती है।

#### मिश्रधातु तत्वों के क्रियाशील होने के तरीके

- **ठोस विलयन** परमाणु मैट्रिक्स में बिखरे रहते हैं और जालक को विकृत करते हैं।
- **अवक्षेपण** कार्बाइड, नाइट्राइड या कार्बोनाइट्राइड विस्थापन की गति में बाधा डालते हैं।
- **दाना नियंत्रण** कण और विरूपण दाना-वृद्धि तथा पुनर्क्रियाटलीकरण को बदलते हैं।
- **रूपांतरण नियंत्रण** तत्व प्रावस्था-स्थायित्व, रूपांतरण तापमान और गतिकी को बदलते हैं।

यह अंतर पूर्णतः निश्चित नहीं है। नाइट्रोजन, बोरॉन और हाइड्रोजन छोटे अंतरास्थिक परमाणु हैं, जबकि टाइटेनियम, नाइओबियम और वैनाडियम जैसे तत्व किसी चरण में प्रतिस्थापकीय रूप से घुले हो सकते हैं और बाद में विलयन से निकलकर कार्बाइड, नाइट्राइड या कार्बोनाइट्राइड बना सकते हैं। इस प्रकार कोई मिश्रधातुकारी तत्व पहले ठोस-विलयन के माध्यम से, फिर अवक्षेपण के माध्यम से और अंततः प्रावस्था-रूपांतरण पर अपने प्रभाव के माध्यम से इस्पात को बदल सकता है।

साधारण-कार्बन इस्पातों में रासायनिक तत्वों पर Steeluniversity के मॉड्यूल में सिलिकॉन, मैंगनीज, सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा, टिन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम को ऐसे तत्वों के रूप में पहचाना गया है जो गुणों या प्रसंस्करण को प्रभावित करते हैं। इनकी उपस्थिति से प्रत्येक इस्पात में समान परिणाम प्राप्त नहीं होता। मैंगनीज ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण और कठोरणीयता में योगदान दे सकता है तथा मैंगनीज सल्फाइड के रूप में सल्फर को बांध सकता है। सिलिकॉन फेराइट को सुदृढ़ कर सकता है और ऑक्सीजन-अपचायक के रूप में कार्य कर सकता है, लेकिन अत्यधिक सिलिकॉन तन्यता और प्रावस्था-रूपांतरण को प्रभावित कर सकता है। सल्फाइड बनने के कारण सल्फर मशीनिंग-क्षमता में सुधार कर सकता है, फिर भी लम्बी मैंगनीज सल्फाइड समावेशनें अनुप्रस्थ दृढ़ता और थकान-प्रतिरोध को कम कर सकती हैं।

क्रोमियम, निकेल और वैनाडियम यह स्पष्ट करते हैं कि किसी तत्व को एक सार्वभौमिक कार्य नहीं सौंपा जा सकता। क्रोमियम सामान्यतः कठोरणीयता बढ़ाता है और उच्च तापमान पर आक्रमण, ऑक्सीकरण तथा संक्षारण के प्रति प्रतिरोध में सुधार कर सकता है। निकेल फेरिटिक इस्पात को सुदृढ़ करता है और शून्य से कम तापमान पर दृढ़ता बनाए रखने में सहायता करता है। वैनाडियम सूक्ष्म वैनाडियम कार्बाइड या कार्बोनाइट्राइड कण बना सकता है, जिससे दृढ़ता बढ़ती है और कण-आकार प्रभावित होता है। परिणाम इस बात पर निर्भर करता है कि तत्व विलयन में बना रहता है, दूसरी प्रावस्था बनाता है, रूपांतरण तापमान बदलता है या कार्बन और नाइट्रोजन के साथ परस्पर क्रिया करता है।

### जानबूझकर मिलाए गए तत्व, अवशिष्ट तत्व और अशुद्धियाँ

मिश्रधातुकारी तत्व की पहचान सामान्यतः केवल उसकी उपस्थिति से नहीं, बल्कि धातुकर्मीय उद्देश्य से की जाती है। इस्पात-निर्माता सल्फर के व्यवहार और कठोरणीयता को समायोजित करने के लिए मैंगनीज, घुलित ऑक्सीजन हटाने और कण-आकार नियंत्रित करने के लिए एल्युमिनियम, या कठोरणीयता तथा टेम्परिंग-संबंधी मृदुकरण के प्रतिरोध को बदलने के लिए मोलिब्डेनम मिलाते हैं। सूक्ष्म-मिश्रधातुकृत ग्रेड में नाइओबियम, टाइटेनियम या वैनाडियम की बहुत कम मात्रा पुनःक्रिस्टलीकरण को नियंत्रित कर सकती है या अवक्षेपण सुदृढ़ीकरण उत्पन्न कर सकती है। इन्हें जानबूझकर मिलाए गए तत्व कहा जाता है, क्योंकि उनकी मात्रा और प्रसंस्करण उनके प्रभावों को ध्यान में रखकर निर्धारित किए जाते हैं।

अवशिष्ट तत्व अलग होते हैं। तांबा, निकेल, क्रोमियम, टिन और मोलिब्डेनम पुनर्चक्रित इस्पात या अन्य चार्ज सामग्री से किसी हीट में प्रवेश कर सकते हैं, भले ही उन्हें उत्पाद के प्राथमिक डिजाइन उद्देश्य के लिए न मिलाया गया हो। अवशिष्ट तत्व आवश्यक रूप से हानिरहित नहीं होते। तांबा और टिन गर्म कार्य के दौरान सतही दरारों में योगदान कर सकते हैं; क्रोमियम और निकेल कठोरणीयता तथा रूपांतरण-व्यवहार को बदल सकते हैं, भले ही उन्हें प्रमुख मिश्रधातुकारी तत्वों के रूप में निर्दिष्ट न किया गया हो। कोई अवशिष्ट तत्व अशुद्धि है या नहीं, यह ग्रेड, उसकी अनुमत सीमा और विनिर्माण या उपयोग पर उसके प्रभाव पर निर्भर करता है।

इसलिए “अशुद्धि” संदर्भ-निर्भर शब्द है। फॉस्फोरस को अक्सर सीमित किया जाता है, क्योंकि यह पृथक्करण कर सकता है और दृढ़ता कम कर सकता है, विशेषकर अनुपयुक्त शीतलन या टेम्परिंग परिस्थितियों के साथ। दाब-पात्र प्लेट में सल्फर अवांछनीय हो सकता है, लेकिन फ्री-मशीनिंग इस्पात में उसकी मात्रा को जानबूझकर बढ़ाकर नियंत्रित किया जा सकता है। इस्पात-निर्माण अभिक्रियाओं का वर्णन करने के लिए ऑक्सीजन आवश्यक है, फिर भी अत्यधिक घुली हुई ऑक्सीजन ऑक्साइड समावेशन को बढ़ावा देती है। प्रासंगिक प्रश्न केवल यह नहीं है कि कोई तत्व मौजूद है या नहीं, बल्कि यह है कि वह कहाँ स्थित है, किस रासायनिक रूप में है और वह रूप इच्छित प्रसंस्करण मार्ग में सहायता करता है या उसे नुकसान पहुँचाता है।

#### संरचना, वितरण नहीं है

समग्र रासायनिक विश्लेषण डेंड्राइट सीमाओं, दाना-सीमाओं, अंतरापृष्ठों या समावेशों पर होने वाले पृथक्करण को नहीं दर्शाता। स्थानीय रसायन रूपांतरण, भंगुरण और संक्षारण-व्यवहार को नियंत्रित कर सकता है।

मिश्रधातु तत्व की सांद्रता में 1% का अंतर प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार को पर्याप्त रूप से बदल सकता है। Limited evidence

ठोसीकरण के दौरान तत्वों में पृथक्करण हो सकता है। डेंड्राइट सीमाओं, कण-सीमाओं या अंतरापृष्ठों पर उनकी सांद्रता हीट के लिए बताई गई समग्र रासायनिक विश्लेषण-संरचना से अलग हो सकती है। कण-सीमा पृथक्करण नाभिकन स्थलों, भंगुरता की संवेदनशीलता और रूपांतरण तंत्रों को बदल सकता है। Nippon Steel की रिपोर्ट के अनुसार, मिश्रधातुकारी तत्व की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से भी इस्पात के प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त बदलाव आ सकता है, जबकि सीमाओं और अंतरापृष्ठों पर वितरण अतिरिक्त परिवर्तन उत्पन्न कर सकता है। नाममात्र संरचना एक औसत होती है, सामग्री का मानचित्र नहीं।

यह HSLA इस्पात में विशेष रूप से स्पष्ट होता है। गर्म रोलिंग के दौरान नाइओबियम ऑस्टेनाइट के पुनःक्रिस्टलीकरण को दबा सकता है, जिससे बाद में बनने वाली फेराइट संरचना अधिक सूक्ष्म हो जाती है। टाइटेनियम स्थिर TiN अवक्षेप बनाता है, जो पुनःतापन के दौरान ऑस्टेनाइट कण-आकार को नियंत्रित करते हैं। वैनाडियम सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेप बनाता है, जो उपयुक्त ताप-यांत्रिक प्रसंस्करण के बाद उपज-दृढ़ता बढ़ाते हैं। यदि पुनःतापन से बहुत अधिक TiN घुल जाए, यदि रोलिंग इच्छित तापमान-सीमा के बाहर हो, या यदि कार्बन और नाइट्रोजन के स्तर अलग हों, तो समान नाममात्र मिलावट से समान सूक्ष्मसंरचना प्राप्त नहीं होगी।

स्टेनलेस इस्पात एक और उदाहरण प्रस्तुत करता है। एक पतली, दृढ़ता से चिपकी हुई क्रोमियम-ऑक्साइड निष्क्रिय फिल्म बनाने के लिए क्रोमियम आवश्यक है; यह केवल सामान्य “संक्षारण-रोधक” घटक नहीं है। निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, कार्बन और टाइटेनियम या नाइओबियम जैसे स्थिरीकारी तत्व ऑस्टेनाइट की स्थिरता, दृढ़ता, कार्य-कठोरण, स्थानीयकृत संक्षारण-प्रतिरोध, संवेदीकरण और द्वितीयक-प्रावस्था निर्माण को प्रभावित करते हैं। अनुपयुक्त तापीय संपर्क के दौरान कार्बन और क्रोमियम मिलकर कण-सीमाओं पर क्रोमियम कार्बाइड बना सकते हैं, जिससे निकटवर्ती क्षेत्रों में क्रोमियम की कमी हो जाती है। टाइटेनियम या नाइओबियम कार्बन को बांधकर इस जोखिम को कम कर सकते हैं, लेकिन वे अपने स्वयं के अवक्षेपण और निर्माण-संबंधी विचार भी उत्पन्न कर सकते हैं।

### सांद्रता और विनिर्देशन क्यों महत्वपूर्ण हैं

इस्पात का विनिर्देशन केवल तत्वों की सूची से अधिक होता है। इसमें संरचना-सीमाएँ, अवशिष्ट तत्वों की सीमाएँ, यांत्रिक गुण, आपूर्ति-अवस्था, ताप-उपचार और कभी-कभी कण-आकार या समावेशन संबंधी आवश्यकताएँ निर्धारित होती हैं। उदाहरण के लिए, EN 10025-2 S355J2 और ASTM A709/A709M Grade 50 का मूल्यांकन केवल कार्बन की मात्रा के आधार पर नहीं किया जा सकता; उनकी निर्दिष्ट रासायनिक संरचना और प्रसंस्करण मार्ग विशेष दृढ़ता और toughness आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। ग्रेड पदनाम अनुमत सीमा के भीतर होने वाले अंतर को समाप्त नहीं करते।

सांद्रता प्रावस्था-स्थिरता और रूपांतरण की गतिजता को बदलती है। क्रोमियम, निकेल, मैंगनीज, कार्बन और मोलिब्डेनम उन तापमानों को बदल सकते हैं जिन पर फेराइट, पर्लाइट, बैनाइट या मार्टेन्साइट बनते हैं। एक संरचना में फेराइट-पर्लाइट उत्पन्न करने वाली शीतलन-दर दूसरी संरचना में बैनाइट या मार्टेन्साइट उत्पन्न कर सकती है। तापीय इतिहास भी उतना ही महत्वपूर्ण है: ढलाई, गर्म रोलिंग, नॉर्मलाइजिंग, क्वेंचिंग, टेम्परिंग और वेल्डिंग घुलन, पुनःक्रिस्टलीकरण, अवक्षेपण, कण-आकार और पृथक्करण को बदलते हैं।

इसी कारण, “इसमें वैनाडियम है” का अर्थ यह नहीं है कि “यह अवक्षेपण-सुदृढ़ित है,” और “इसमें क्रोमियम है” का अर्थ यह नहीं है कि “यह स्टेनलेस है।” तत्व उपयुक्त सांद्रता में, सही प्रावस्था या यौगिक के रूप में और ऐसे प्रसंस्करण इतिहास के अंतर्गत उपस्थित होना चाहिए जो इच्छित अभिक्रिया को संभव बनाए। रासायनिक उपस्थिति विश्लेषण की शुरुआत करती है। धातुकर्मीय उद्देश्य केवल संरचना, वितरण, प्रावस्था-संरचना और प्रसंस्करण—इन सभी के संयुक्त अध्ययन से निर्धारित होता है।

## 2. वे मुख्य तंत्र जिनके द्वारा तत्व इस्पात को बदलते हैं

मिश्रधातु तत्व का प्रभाव आवर्त सारणी में उसके प्रतीक से जुड़ा कोई स्थिर गुण नहीं होता। यह इस बात पर निर्भर करता है कि वह तत्व कितनी मात्रा में मौजूद है, उसके परमाणु कहाँ स्थित हैं, कौन-से प्रावस्थाएँ स्थिर हैं, वे घुलते हैं या अवक्षेपित होते हैं, तथा इस्पात ने किस तापीय और यांत्रिक इतिहास का अनुभव किया है। थोड़ी-सी मात्रा किसी तत्व के रूपांतरण तापमानों को बदल सकती है, जबकि उसी तत्व की अधिक सांद्रता दूसरी प्रावस्था उत्पन्न कर सकती है, संक्षारण व्यवहार बदल सकती है या तन्यता घटा सकती है।

World Steel Association इस्पात को एक लौह–कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है जिसमें कार्बन की मात्रा 2% से कम होती है। इसमें आमतौर पर मैंगनीज मौजूद होता है तथा सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर और ऑक्सीजन की कम मात्राएँ भी होती हैं। Steeluniversity सिलिकॉन, मैंगनीज, सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा, टिन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम को ऐसे तत्वों के रूप में भी पहचानता है जो मजबूती, तन्यता, दृढ़ता, मशीनिंग-क्षमता, कठोरीकरण-क्षमता, कण आकार और ताप-उपचार प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं। ये प्रभाव तीन परस्पर जुड़े तंत्रों के माध्यम से उत्पन्न होते हैं: परमाणु मौजूदा क्रिस्टलीय जालिका को मजबूत कर सकते हैं, नए कण विस्थापन की गति में अवरोध डाल सकते हैं, और तत्व कणों, अंतरापृष्ठों, पृथक्करण तथा प्रावस्था-रूपांतरणों को बदल सकते हैं।

![इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव](/images/uploads/7ef7c5a0-540a-43d2-a60d-38a2e65331cf/wiki-inline-a-comparison-of-interstitial-carbon-and-nitrogen-atoms-with-substitutional-manga-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/7ef7c5a0-540a-43d2-a60d-38a2e65331cf/wiki-inline-a-comparison-of-interstitial-carbon-and-nitrogen-atoms-with-substitutional-manga-2027x2560.avif "छवि बड़ी करें — इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव")Interstitial and substitutional atoms strengthen iron through different lattice distortions.

### ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण

ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण **ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण** विलेय परमाणुओं द्वारा लौह-जालक के विकृत होने और विस्थापन की गति में बाधा पड़ने से उत्पन्न सुदृढ़ीकरण।

ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण तब होता है जब मिश्रधातु के परमाणु अलग यौगिक बनाने के बजाय किसी धात्विक प्रावस्था में बिखरे हुए बने रहते हैं। कार्बन और नाइट्रोजन लौह परमाणुओं के बीच स्थित अंतरास्थलीय स्थानों पर रहते हैं। उपलब्ध रिक्तियों की तुलना में उनका छोटा आकार बड़े स्थानीय विकृतियाँ उत्पन्न करता है, इसलिए अंतरास्थलीय कार्बन फेराइट में एक शक्तिशाली सुदृढ़कारक होता है। प्रतिस्थापी परमाणु सामान्य जालिका-स्थलों पर लौह परमाणुओं का स्थान लेते हैं। मैंगनीज, सिलिकॉन, निकेल, क्रोमियम और मोलिब्डेनम आमतौर पर इसी प्रकार कार्य करते हैं, हालांकि उनका अंतिम वितरण तापमान, संघटन और प्रावस्था-संरचना पर निर्भर करता है।

Steeluniversity प्रतिस्थापी सुदृढ़ीकरण को क्रिस्टलीय जालिका के विकृतिकरण का परिणाम बताता है। लौह से बड़ा या छोटा परमाणु अपने पड़ोसी परमाणुओं को धकेलता या खींचता है और अपने चारों ओर एक प्रतिबल क्षेत्र उत्पन्न करता है। विस्थापन भी प्रतिबल क्षेत्र वहन करते हैं। जब कोई विस्थापन इस विकृत क्षेत्र से टकराता है, तो उसकी गति के लिए अतिरिक्त आरोपित प्रतिबल आवश्यक होता है; इसलिए पराभव सामर्थ्य बढ़ जाती है। यह प्रभाव केवल परमाणु त्रिज्या से निर्धारित नहीं होता। Steeluniversity इसे परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता से संबंधित करता है। संपीड्यता प्रभावित करती है कि आसपास की जालिका किसी अशुद्धि को कितनी आसानी से समायोजित कर सकती है, जबकि संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता विलेय तथा लौह के बीच बंधन के स्वरूप और सामर्थ्य को प्रभावित करती हैं।

नाममात्र रूप से समान इस्पातों की तुलना करते समय यह अंतर महत्वपूर्ण होता है। सिलिकॉन फेराइट को काफी मजबूत कर सकता है, साथ ही कार्बन की विलेयता घटा सकता है और ऑक्सीजन-निष्कासन व्यवहार बदल सकता है। मैंगनीज फेराइट को मजबूत करता है और कुछ रूपांतरण अभिक्रियाओं को विलंबित करता है, लेकिन यह सल्फर के साथ मिलकर मैंगनीज सल्फाइड बनाता है और भंगुर लौह सल्फाइड जालिकाओं के विकसित होने को रोकता है। निकेल फेरिटिक इस्पात को मजबूत करता है और शून्य से कम तापमानों पर दृढ़ता बनाए रख सकता है, जबकि क्रोमियम कठोरीकरण-क्षमता बढ़ाता है तथा उच्च-तापमान, संक्षारण और ऑक्सीकरण प्रतिरोध में योगदान देता है। ये कथन प्रवृत्तियों का वर्णन करते हैं, सुनिश्चित परिणामों का नहीं। फेराइट में घुला हुआ क्रोमियम, कार्बाइडों में बंधे क्रोमियम के समान प्रभाव नहीं रखता, और ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस ग्रेड में निकेल का संरचनात्मक प्रभाव निम्न-मिश्रधातु फेरिटिक इस्पात में निकेल के प्रभाव से भिन्न होता है।

ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण केवल कार्बन की मात्रा बढ़ाने से भी भिन्न होता है। अधिक घुला हुआ कार्बन सामर्थ्य को तीव्रता से बढ़ा सकता है, लेकिन अतिरिक्त कार्बन वेल्ड-क्षमता घटा सकता है, सीमेंटाइट या अन्य कार्बाइडों के निर्माण को बढ़ावा दे सकता है और मार्टेंसाइट के निर्माण को बदल सकता है। इसलिए किसी तत्व की उपयोगी मात्रा प्रावस्था-स्थिरता और प्रसंस्करण स्थितियों से सीमित होती है।

### अवक्षेपण और कार्बाइड निर्माण

अवक्षेपण सुदृढ़ीकरण मैट्रिक्स के भीतर बिखरे हुए छोटे कणों के माध्यम से कार्य करता है। ये कण विस्थापनों के लिए इस प्रकार अवरोध उत्पन्न करते हैं कि विस्थापनों को या तो अवक्षेप के आर-पार काटना पड़ता है या उसके चारों ओर मुड़ना पड़ता है। सामर्थ्य कणों के आयतन अंश, आकार, अंतराल, सहसंयोजकता और वितरण पर निर्भर करती है। सूक्ष्म तथा निकट-निकट स्थित कणों का समूह पराभव सामर्थ्य को काफी बढ़ा सकता है; मोटे कण कम अवरोध प्रदान करते हैं और दरार आरंभ होने के स्थल बन सकते हैं।

कार्बाइड निर्माण अवक्षेपण का एक महत्वपूर्ण रूप है। क्रोमियम, मोलिब्डेनम, वैनाडियम, नियोबियम और टाइटेनियम कार्बन के साथ मिल सकते हैं, जबकि टाइटेनियम, नियोबियम और वैनाडियम कार्बोनाइट्राइड भी बना सकते हैं। AZoM के अनुसार, वैनाडियम कार्बाइड, VC, और वैनाडियम कार्बोनाइट्राइड, V(C,N), सूक्ष्म अवक्षेप हैं जो HSLA इस्पातों में पराभव सामर्थ्य बढ़ाते हैं। उनका सुदृढ़ीकरण योगदान इस बात पर निर्भर करता है कि वे कब बनते हैं। रोलिंग के दौरान या उसके बाद अवक्षेपित हुए कण विस्थापनों में अवरोध डाल सकते हैं, लेकिन लंबे समय तक गर्म करने के दौरान मोटे हो जाने वाले कण अपनी प्रभावशीलता खो देते हैं।

विघटन, पुनर्क्रियाटलीकरण, अवक्षेपण, रूपांतरण और टेम्परिंग को नियंत्रित करने वाला प्रसंस्करण क्रम।

#### उच्च-शक्ति निम्न-मिश्रधातु इस्पात का प्रसंस्करण क्रम

1. **पुनःतापन** टाइटेनियम नाइट्राइड ऑस्टेनाइट दाना-वृद्धि को सीमित कर सकता है।
2. **उष्ण बेलनन** नायोबियम ऑस्टेनाइट पुनर्क्रियाटलीकरण को दबा सकता है और विरूपण को बनाए रख सकता है।
3. **शीतलन** फेराइट रूपांतरण और वैनेडियम कार्बोनाइट्राइड अवक्षेपण अंतिम संरचना विकसित करते हैं।

तापीय क्रम इस तंत्र को नियंत्रित करता है। HSLA इस्पात की गर्म रोलिंग के दौरान नियोबियम ऑस्टेनाइट के पुनर्क्रिस्टलीकरण को दबाता है, जिससे विकृति संचित होती है और अधिक सूक्ष्म रूपांतरण संरचना उत्पन्न होती है। टाइटेनियम स्थिर टाइटेनियम नाइट्राइड, TiN, अवक्षेप बनाता है, जो पुनःतापन के दौरान ऑस्टेनाइट के कण आकार को नियंत्रित करते हैं। ये कार्य सूक्ष्म VC या V(C,N) के बाद के अवक्षेपण से भिन्न हैं। जिन इस्पातों में ये तीनों तत्व हों, उनमें तीन स्वतंत्र योग नहीं हो रहे होते; प्रत्येक तत्व उन तापमान और संघटन स्थितियों को बदलता है जिनका अनुभव अन्य तत्व करते हैं।

कार्बाइड उपयोगी मिश्रधातु तत्वों को ठोस विलयन से हटा भी सकते हैं। ऑस्टेनाइट कण-सीमाओं पर बने क्रोमियम कार्बाइड सीमा के समीप स्थानीय रूप से क्रोमियम की मात्रा घटा सकते हैं, जिससे संवेदनशीलता उत्पन्न होती है और प्रभावित स्टेनलेस इस्पातों में अंतरकणीय संक्षारण के प्रति प्रतिरोध घटता है। टाइटेनियम या नियोबियम जैसे स्थिरीकारी योगज कार्बन को प्राथमिकता से बाँध सकते हैं और क्रोमियम-कार्बाइड निर्माण घटा सकते हैं। उपयुक्त स्टेनलेस संघटनों में मोलिब्डेनम स्थानीयकृत संक्षारण के प्रतिरोध में सुधार कर सकता है, जबकि नाइट्रोजन ऑस्टेनाइट को मजबूत कर सकता है और गड्ढा-क्षरण प्रतिरोध को प्रभावित कर सकता है; लेकिन यदि विलेयता सीमा पार हो जाए तो नाइट्रोजन नाइट्राइड या अन्य द्वितीयक प्रावस्थाओं के निर्माण को भी बढ़ावा दे सकता है।

प्रमुख सुदृढ़ीकरण और सूक्ष्मसंरचना-नियंत्रण तंत्र अलग-अलग हैं, लेकिन साथ-साथ कार्य कर सकते हैं।
| तंत्र | प्राथमिक बाधा या परिवर्तन | विशिष्ट नियंत्रक चर |
|---|---|---|
| ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण | जालक-विकृति | विलेय की सांद्रता और परमाणु विशेषताएँ |
| अवक्षेपण सुदृढ़ीकरण | विस्थापन में बाधा डालने वाले सूक्ष्म कण | कण का आकार, अंतराल, समन्वयता और आयतन-अंश |
| दाना-परिशोधन | विस्थापन में बाधा डालने वाली दाना-सीमाएँ | पुनःतापन, विरूपण, पुनर्क्रियाटलीकरण और शीतलन |
| रूपांतरण नियंत्रण | परिवर्तित प्रावस्था-अंश या रूपांतरण-उत्पाद | संरचना, शीतलन दर और तापीय इतिहास |

अवक्षेपण सुदृढ़ीकरण को ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण और कण-आकार नियंत्रण से अलग समझना आवश्यक है। घुला हुआ परमाणु मूल जालिका को विकृत करता है। अवक्षेप उसके भीतर एक भौतिक अवरोध उत्पन्न करता है। कण-सूक्ष्मीकरण सामर्थ्य बढ़ाता है क्योंकि कण-सीमाएँ विस्थापन की गति में अवरोध डालती हैं; इसे सामान्यतः Hall–Petch संबंध द्वारा व्यक्त किया जाता है। ये योगदान एक साथ हो सकते हैं, लेकिन एक-दूसरे के स्थान पर प्रयुक्त नहीं किए जा सकते। कणों का आकार बढ़ाने वाला ताप-उपचार अवक्षेपण सुदृढ़ीकरण को घटा सकता है, भले ही समग्र रासायनिक विश्लेषण अपरिवर्तित रहे।

### कण-सूक्ष्मीकरण, पृथक्करण और अंतरापृष्ठ

कण-सीमाएँ सूक्ष्मचित्र पर दिखाई देने वाली निष्क्रिय रेखाएँ नहीं होतीं। वे ऐसे क्षेत्र होते हैं जिनमें परमाणु पैकिंग, रासायनिक संघटन, विसरण दर और प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार अलग होता है। सूक्ष्म कण सामान्यतः सामर्थ्य में सुधार करते हैं और अक्सर दृढ़ता भी बढ़ाते हैं, क्योंकि वे उस दूरी को सीमित करते हैं जिस पर भंगुर विदारण या अन्य स्थानीयकृत विकृति फैल सकती है। कण आकार ठोसीकरण, पुनःतापन, विकृति, पुनर्क्रिस्टलीकरण और रूपांतरण द्वारा निर्धारित होता है। इसलिए टाइटेनियम नाइट्राइड पिनिंग, नियोबियम-नियंत्रित पुनर्क्रिस्टलीकरण और वैनाडियम अवक्षेपण, कणों तथा कण-संरचना—दोनों के माध्यम से गुणों को प्रभावित कर सकते हैं।

पृथक्करण केवल मिल प्रमाणपत्र में दी गई औसत संघटन के आधार पर किए जाने वाले किसी भी विश्लेषण को जटिल बना देता है। ठोसीकरण के दौरान तत्व द्रव और ठोस प्रावस्थाओं के बीच विभाजित होते हैं। मैंगनीज, सल्फर, फॉस्फोरस, कार्बन और मिश्रधातु योगज अंतर-डेंड्राइटिक क्षेत्रों या कण-सीमाओं पर संकेंद्रित हो सकते हैं। बाद की रोलिंग और ताप-उपचार इन विविधताओं को घटा, पुनर्वितरित या संरक्षित कर सकते हैं। अशुद्धि से समृद्ध सीमा, कण के आंतरिक भाग की तुलना में अलग दर से रूपांतरित हो सकती है; क्रोमियम से वंचित सीमा संक्षारण-संवेदनशील क्षेत्र बन सकती है, भले ही समग्र क्रोमियम मात्रा नाममात्र ग्रेड की आवश्यकता पूरी करती हो।

Nippon Steel की रिपोर्ट के अनुसार, मिश्रधातु तत्व की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार में काफी परिवर्तन हो सकता है। यह अवलोकन संघटन-सीमाओं को रासायनिक रूप से समतुल्य मानने के विरुद्ध चेतावनी देता है। एक प्रतिशत-बिंदु का परिवर्तन रूपांतरण तापमानों को स्थानांतरित कर सकता है, कठोरीकरण-क्षमता बदल सकता है, फेराइट, पर्लाइट, बैनाइट या मार्टेंसाइट के अंश को बदल सकता है और अवक्षेपण की प्रेरक शक्ति में परिवर्तन कर सकता है। जब पृथक्करण किसी तत्व को अंतरापृष्ठ पर संकेंद्रित कर देता है, तब स्थानीय अंतर औसत संघटन से भी अधिक महत्वपूर्ण हो सकते हैं।

क्रोमियम, निकेल और वैनाडियम यह दर्शाते हैं कि प्रावस्था-संरचना और प्रसंस्करण पर एक साथ विचार करना क्यों आवश्यक है। क्रोमियम घुला हुआ रह सकता है, क्रोमियम-समृद्ध कार्बाइड बना सकता है या स्टेनलेस इस्पात की सतह पर क्रोमियम-ऑक्साइड निष्क्रिय फिल्म के निर्माण में योगदान दे सकता है। निकेल ऑस्टेनाइट को स्थिर कर सकता है, फेराइट को मजबूत कर सकता है और निम्न-तापमान दृढ़ता बनाए रख सकता है। वैनाडियम पुनःतापन के दौरान विलयन में रह सकता है और बाद में VC या V(C,N) बना सकता है, अथवा मोटे कण बना सकता है जो सामर्थ्य में बहुत कम योगदान देते हैं। अंतिम परिणाम शीतलन दर, विकृति क्रम, पुनःतापन तापमान, धारण समय और बाद के ताप-उपचार पर निर्भर करता है।

इसलिए इस्पात का रासायनिक संघटन केवल प्रारंभिक स्थिति है, पूर्ण व्याख्या नहीं। प्रदर्शन संघटन, जालिका-विकृति, अवक्षेप कण-समूह, कण-संरचना, पृथक्करण, अंतरापृष्ठ और प्रसंस्करण इतिहास के बीच अंतःक्रिया से उत्पन्न होता है। इसी कारण समान नाममात्र विश्लेषण वाले दो इस्पात अलग-अलग रूपांतरण वक्र, सूक्ष्मसंरचनाएँ और यांत्रिक गुण प्रदर्शित कर सकते हैं।

## 3. कार्बन: मुख्य अंतरापरमाणुक मिश्रधातुकारी तत्व

कार्बन इस्पात में मुख्य अंतरापरमाणुक मिश्रधातुकारी तत्व है। World Steel Association इस्पात को ऐसे लौह–कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है जिसमें 2% से कम कार्बन तथा मैंगनीज़ और कम मात्रा में सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर और ऑक्सीजन होते हैं। यह परिभाषा कार्बन की केंद्रीय भूमिका को पहचानती है, लेकिन इसे एक पृथक घटक के रूप में नहीं देखती: जब क्रोमियम, निकेल, मैंगनीज़, मॉलिब्डेनम या तापीय इतिहास बदलता है, तब समान कार्बन मात्रा से भिन्न संरचनाएँ और गुण उत्पन्न हो सकते हैं।

कार्बन परमाणु लौह परमाणुओं की तुलना में बहुत छोटे होते हैं, इसलिए वे धात्विक जालक में लौह परमाणुओं का स्थान लेने के बजाय उनके बीच के रिक्त स्थानों में स्थित होते हैं। यह प्रतिस्थापनात्मक मिश्रधातुकरण से भिन्न है, जिसमें मैंगनीज़ या निकेल जैसा तत्व लौह परमाणु का स्थान लेता है और जालक को विकृत करता है। Steeluniversity के अनुसार, प्रतिस्थापनात्मक सुदृढ़ीकरण परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता पर निर्भर करता है। अंतरापरमाणुक कार्बन स्थानीय स्तर पर विशेष रूप से प्रबल विकृति उत्पन्न करता है, क्योंकि वह लौह जालक के सघन स्थानों में स्थित होता है; इससे विस्थापन की गति बाधित होती है और उसके आसपास के चरणों की स्थिरता बदल जाती है।

### कार्बन मात्रा और चरण रूपांतरण

कार्बन यह निर्धारित करता है कि लौह के कौन-से चरण अस्तित्व में रह सकते हैं और वे कितनी तेजी से बनते हैं। फेराइट में शरीर-केंद्रित घनीय जालक होता है और उसमें केवल थोड़ी मात्रा में कार्बन घुलता है। ऑस्टेनाइट में फलक-केंद्रित घनीय जालक होता है और वह काफी अधिक कार्बन को समाहित कर सकता है, क्योंकि उसके अंतरापरमाणुक स्थान अधिक अनुकूल होते हैं। इसलिए इस्पात को ऑस्टेनाइट क्षेत्र तक गर्म करने पर कार्बन का पुनर्वितरण संभव होता है, जबकि शीतलन यह निर्धारित करता है कि वह ऑस्टेनाइट फेराइट, पर्लाइट, बेनाइट या मार्टेन्साइट में बदलेगा।

सीमेंटाइट, अर्थात लौह कार्बाइड Fe₃C, कार्बन-समृद्ध यौगिक है, जो सामान्यतः पर्लाइट और अन्य कार्बाइड-युक्त संरचनाओं में फेराइट के साथ दिखाई देता है। इसकी उपस्थिति जितनी महत्वपूर्ण है, उतना ही महत्वपूर्ण इसका वितरण भी है। सूक्ष्म सीमेंटाइट कण विस्थापन की गति को बाधित करते हैं और मजबूती बढ़ाते हैं; मोटे कण तथा निरंतर कार्बाइड-जालक कठोरता घटा सकते हैं या भंग होने के लिए अनुकूल मार्ग बना सकते हैं।

मार्टेन्साइट तब बनता है जब ऑस्टेनाइट इतनी तेजी से ठंडा हो कि प्रसरण-नियंत्रित रूपांतरण दब जाएँ। कार्बन लौह जालक में फँसा रहता है और विकृत शरीर-केंद्रित चतुष्कोणीय संरचना उत्पन्न करता है। कार्बन की अतिसंतृप्ति जितनी अधिक होगी, जालक की विकृति और संभावित कठोरता उतनी ही अधिक होगी; हालांकि अवशिष्ट ऑस्टेनाइट, पूर्व-ऑस्टेनाइट कण आकार, टेम्परिंग और अन्य मिश्रधातुकारी तत्व अंतिम परिणाम निर्धारित करते हैं। मार्टेन्साइट केवल “कार्बन से कठोर हुआ लौह” नहीं है। यह एक विशिष्ट रूपांतरण-पथ का उत्पाद है।

Nippon Steel की रिपोर्ट चेतावनी देती है कि मिश्रधातुकारी तत्वों की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से भी इस्पात के चरण-रूपांतरण का व्यवहार काफी बदल सकता है। पृथक्करण और अंतरापृष्ठीय संवर्धन के कारण संघटन स्थानीय रूप से भी बदलता है, इसलिए नाममात्र का रासायनिक विश्लेषण किसी ढले, रोल किए गए, वेल्ड किए गए या ताप-उपचारित घटक के प्रत्येक क्षेत्र का वर्णन नहीं करता। मैंगनीज़, क्रोमियम, निकेल और मॉलिब्डेनम रूपांतरण तापमान को बदल सकते हैं और फेराइट, पर्लाइट या बेनाइट के निर्माण में विलंब कर सकते हैं। इसलिए, कार्बन स्थिर रहने पर भी, वे मार्टेन्साइट प्राप्त करने के लिए आवश्यक शीतलन दर को बदल देते हैं।

### मजबूती, तन्यता, वेल्डनीयता और कठोरणीयता

कार्बन बढ़ाने से सामान्यतः फेराइट–पर्लाइट इस्पातों में प्राप्त की जा सकने वाली कठोरता और मजबूती बढ़ती है, क्योंकि पर्लाइट या कार्बाइड की मात्रा बढ़ती है तथा इन घटकों के बीच स्थित फेराइट सुदृढ़ होता है। इससे मार्टेन्साइट निर्माण के लिए उपलब्ध कार्बन भी बढ़ता है। इसका सामान्य परिणाम कम तन्यता, कम आघात-कठोरता और सूक्ष्मसंरचना के कठोर तथा भंगुर हो जाने पर दरार पड़ने की अधिक संवेदनशीलता है।

कार्बन मात्रा और कठोरणीयता संबंधित हैं, लेकिन समान नहीं हैं। कार्बन उस कठोरता को नियंत्रित करता है जिसे मार्टेन्साइट प्राप्त कर सकता है; मैंगनीज़, क्रोमियम, निकेल और मॉलिब्डेनम बुझाई गई सतह के नीचे अधिक गहराई तक प्रसरणात्मक रूपांतरणों में विलंब करके कठोरणीयता बढ़ाने में सहायता करते हैं। मध्यम कार्बन मात्रा और पर्याप्त मिश्रधातु-योग वाला इस्पात, कम मिश्रधातु-सहायता वाले अधिक-कार्बन इस्पात की तुलना में, अधिक मोटे अनुप्रस्थ भाग में कठोर हो सकता है, जबकि दोनों में अधिकतम मार्टेन्साइट कठोरता अलग-अलग हो सकती है। शमन की तीव्रता, अनुप्रस्थ भाग का आकार, ऑस्टेनाइटीकरण तापमान, कण आकार और टेम्परिंग को ध्यान में रखना आवश्यक है।

टेम्परिंग यह स्पष्ट करती है कि कार्बन का कोई एक स्थायी प्रभाव निर्धारित नहीं किया जा सकता। बुझाया हुआ मार्टेन्साइट इसलिए कठोर होता है क्योंकि कार्बन अतिसंतृप्त जालक में फँसा रहता है। टेम्परिंग के दौरान कार्बन का प्रसरण होता है और संक्रमण कार्बाइड या सीमेंटाइट बनते हैं, जिससे आंतरिक तनाव और कठोरता घटती है तथा कठोरता-सहनशीलता और आयामी स्थिरता में सुधार होता है। मॉलिब्डेनम कार्बाइड अभिक्रियाओं और टेम्परिंग-प्रतिरोध को बदल सकता है; क्रोमियम मिश्रधातु-कार्बाइड बनने में योगदान दे सकता है। वैनेडियम, नायोबियम और टाइटेनियम अत्यंत स्थिर कार्बाइड या कार्बोनाइट्राइड बना सकते हैं, जिससे समस्त कार्बन सीमेंटाइट बनाने के लिए उपलब्ध नहीं रहता।

#### वेल्डन सावधानी

ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में कठोर मार्टेंसाइट बन सकता है और विसरणशील हाइड्रोजन शीत-दरारों को बढ़ावा दे सकता है। पूर्वतापन, नियंत्रित ऊष्मा-आपूर्ति, निम्न-हाइड्रोजन प्रक्रियाएँ और वेल्डन-पश्चात ऊष्मा-उपचार आवश्यक हो सकते हैं।

कार्बन और कठोरणीयता बढ़ने पर सामान्यतः वेल्डनीयता घटती है। ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र ठंडा होकर कठोर मार्टेन्साइट में बदल सकता है और उसके बाद प्रसरणशील हाइड्रोजन शीत-दरार को बढ़ावा दे सकता है। मैंगनीज़, क्रोमियम, मॉलिब्डेनम और निकेल इस रूपांतरण-प्रतिक्रिया में योगदान करते हैं। इसी कारण वेल्डिंग व्यवहार में प्रायः केवल कार्बन के बजाय कार्बन-समतुल्य का आकलन किया जाता है। ग्रेड और मोटाई के आधार पर पूर्वतापन, नियंत्रित ऊष्मा-प्रवेश, निम्न-हाइड्रोजन प्रक्रियाएँ और वेल्डोत्तर ताप-उपचार आवश्यक हो सकते हैं।

कार्बन HSLA इस्पातों में सूक्ष्म-मिश्रधातुकरण की प्रक्रिया के साथ भी परस्पर क्रिया करता है। AZoM के अनुसार, नायोबियम गर्म रोलिंग के दौरान ऑस्टेनाइट के पुनर्क्रियण को दबाता है, टाइटेनियम स्थिर TiN अवक्षेप बनाता है जो पुनर्तापन के समय कण आकार को नियंत्रित करते हैं, और वैनेडियम सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेप बनाता है, जो उपज-मजबूती बढ़ाते हैं। कार्बन की मात्रा इन अवक्षेपों के संघटन, आयतन-अंश और स्थिरता को प्रभावित करती है। इसलिए संघटन में छोटा-सा परिवर्तन रूपांतरण व्यवहार और अवक्षेपण-सुदृढ़ीकरण दोनों को बदल सकता है।

### स्टेनलेस और मिश्रधातु-इस्पात पदनामों में कार्बन

स्टेनलेस-इस्पात ग्रेड विशेष रूप से स्पष्ट रूप से दिखाते हैं कि कार्बन को संपूर्ण मिश्रधातु प्रणाली के साथ पढ़ना आवश्यक है। क्रोमियम सुरक्षात्मक क्रोमियम-ऑक्साइड निष्क्रिय फिल्म को सहारा देता है, लेकिन संवेदनशीलकारी तापमान-सीमा में संपर्क के दौरान कार्बन क्रोमियम के साथ अभिक्रिया करके कण-सीमाओं पर क्रोमियम-समृद्ध M₂₃C₆ बनाता है, जिसे सामान्यतः Cr₂₃C₆ के रूप में दर्शाया जाता है। इसके निकटवर्ती धातु में क्रोमियम की कमी हो सकती है और वह अंतरकणीय संक्षारण के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकती है। ASTM A240 Type 304L और Type 316L जैसे कम-कार्बन ग्रेड, मानक-कार्बन वाले समकक्ष ग्रेडों की तुलना में इस जोखिम को कम करते हैं, बशर्ते निर्माण और सेवा-स्थितियाँ भी नियंत्रित हों।

“L” पदनाम का अर्थ कम कार्बन है; इसका अर्थ यह नहीं कि कार्बन की कोई धातुकर्मीय भूमिका नहीं है। ASTM और UNS के उपयोग में Type 304L, UNS S30403 के अनुरूप है, जबकि Type 316L, UNS S31603 के अनुरूप है। Type 304 और Type 316 जैसे सामान्य पदनामों की व्याख्या अभी भी लागू उत्पाद मानक, ताप-उपचार और वास्तविक हीट विश्लेषण के साथ करनी चाहिए। इन ग्रेडों में निकेल ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है, मॉलिब्डेनम Type 316 संघटनों में स्थानीयकृत संक्षारण के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है, और नाइट्रोजन ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात को सुदृढ़ करने के साथ-साथ चरण-स्थिरता को भी प्रभावित कर सकता है।

स्थिरीकरणकारी तत्व एक अन्य मार्ग प्रदान करते हैं। टाइटेनियम या नायोबियम अधिमानतः कार्बन के साथ संयोजित होकर TiC या NbC बनाते हैं और क्रोमियम कार्बाइड बनाने के लिए उपलब्ध कार्बन की मात्रा घटा देते हैं। Type 321 और Type 347 जैसे ग्रेड इस सिद्धांत का उपयोग करते हैं, हालांकि स्थिरीकरण उपयुक्त तापीय प्रसंस्करण की आवश्यकता समाप्त नहीं करता। फेरिटिक और डुप्लेक्स स्टेनलेस इस्पातों की सीमाएँ अलग होती हैं: कार्बन कार्बाइड निर्माण को बढ़ावा दे सकता है, फेराइट–ऑस्टेनाइट संतुलन बदल सकता है और ऐसे द्वितीयक चरणों के निर्माण में योगदान कर सकता है जो संक्षारण-प्रतिरोध या कठोरता को क्षति पहुँचाते हैं।

मिश्रधातु-इस्पात पदनामों में कार्बन SAE 1045 जैसी संख्यात्मक प्रणालियों के माध्यम से दिखाई दे सकता है, लेकिन पदनाम प्रदर्शन का पूर्ण पूर्वानुमान नहीं है। क्रोमियम, निकेल, मैंगनीज़, मॉलिब्डेनम और प्रसंस्करण यह निर्धारित करते हैं कि कार्बन पर्लाइट, बेनाइट, मार्टेन्साइट, मिश्रधातु-कार्बाइड या अवशिष्ट ऑस्टेनाइट उत्पन्न करेगा। कार्बन मुख्य अंतरापरमाणुक तत्व है, कोई अकेला नियंत्रण-घुंडी नहीं।

## 4. साधारण कार्बन और निम्न-मिश्रधातु इस्पातों में मैंगनीज और सिलिकॉन

World Steel Association इस्पात को ऐसे लौह–कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है जिसमें 2% से कम कार्बन होता है और जिसमें सामान्यतः मैंगनीज तथा कम मात्रा में सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर और ऑक्सीजन उपस्थित रहते हैं। यह परिभाषा किसी निश्चित नुस्खे के बजाय पदार्थों के एक परिवार का वर्णन करती है। Steeluniversity के साधारण-कार्बन-इस्पात मॉड्यूल में मैंगनीज और सिलिकॉन के साथ-साथ सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा, टिन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम को ऐसे तत्वों के रूप में पहचाना गया है जो सामर्थ्य, तन्यता, दृढ़ता, मशीन-योग्यता, कठोरणीयता, दाने के आकार और ऊष्मा-उपचार के प्रति प्रतिक्रिया को प्रभावित कर सकते हैं। इनके प्रभाव परिस्थितिनिर्भर होते हैं। निम्न-कार्बन संरचनात्मक ग्रेड में मैंगनीज का योग उसी प्रकार की सूक्ष्मसंरचना उत्पन्न नहीं करता जैसी समान मात्रा का योग मध्यम-कार्बन वाले शमनित और टेम्पर किए गए इस्पात में करता है।

### सामर्थ्य और कठोरणीयता में मैंगनीज का योगदान

साधारण कार्बन इस्पात में मैंगनीज सामान्यतः मिश्रधातु तत्व और सल्फर-नियंत्रणकारी योग, दोनों के रूप में उपस्थित रहता है। फेराइट में यह प्रतिस्थापनात्मक ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण प्रदान करता है: मैंगनीज परमाणु जालक में लौह परमाणुओं का स्थान लेते हैं और स्थानीय विकृति उत्पन्न करते हैं, जो विस्थापन की गति में बाधा डालती है। Steeluniversity इस वर्ग के सुदृढ़ीकरण को क्रिस्टल-जालक के विकृतिकरण का परिणाम बताता है, जिसका परिमाण परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता से प्रभावित होता है। सामर्थ्य में होने वाली परिणामी वृद्धि कार्बन, दाने के आकार या प्रसंस्करण से स्वतंत्र नहीं होती। इसलिए मैंगनीज-युक्त इस्पात, अपनी रासायनिक संरचना समान रहने पर भी, सामान्यीकृत, शमनित या अत्यधिक शीत-कार्यित अवस्था में अलग-अलग सामर्थ्य और तन्यता प्रदर्शित कर सकता है।

मैंगनीज कठोरणीयता भी बढ़ाता है। यह ऑस्टेनाइट के फेराइट और पर्लाइट में विसरणात्मक रूपांतरण को विलंबित करता है, जिससे शीतलन के दौरान ऑस्टेनाइट का अधिक अंश बेनाइट या मार्टेनसाइट में रूपांतरित हो सकता है। यही कारण है कि शमन और टेम्परिंग के लिए अभिप्रेत मध्यम-कार्बन ग्रेडों तथा उन निम्न-मिश्रधातु संरचनात्मक इस्पातों में मैंगनीज महत्वपूर्ण है, जिनमें अनुप्रस्थ काट की मोटाई के कारण पूरे भाग में कठोरण कठिन होता है। इसके लाभों की सीमाएँ हैं। अत्यधिक मैंगनीज, विशेषकर बड़े ढलित अनुप्रस्थ काटों में, जमने के दौरान पृथक्करण को बढ़ावा दे सकता है और रोलिंग के बाद पट्टिकित फेराइट–पर्लाइट संरचनाओं में योगदान दे सकता है। इस प्रकार का रासायनिक पट्टीकरण दृढ़ता, दीर्घीकरण और भंग-अंतरायन व्यवहार में दिशात्मक अंतर उत्पन्न कर सकता है।

मैंगनीज ऑस्टेनाइट को स्थिर करने वाला तत्व भी है। यह रूपांतरण तापमान को घटा सकता है और मार्टेनसाइट-आरंभ तापमान को बदल सकता है। इसलिए चुनी गई शमन-दर और टेम्परिंग-अनुसूची का अनुमान केवल कार्बन की मात्रा के आधार पर नहीं लगाया जा सकता। ASTM A572 Grade 50 जैसे ग्रेड में मैंगनीज सामर्थ्य और प्रसंस्करण-प्रतिक्रिया में योगदान देता है, लेकिन निर्दिष्ट यांत्रिक गुण अब भी रोलिंग प्रक्रिया, प्लेट की मोटाई, शीतलन और पूर्ण रासायनिक संरचना पर निर्भर करते हैं। इसी प्रकार ASTM A36 की व्याख्या उसके मैंगनीज-अंश के आधार पर इस प्रकार नहीं की जा सकती मानो वही तत्व अकेले वेल्ड-योग्यता या दृढ़ता निर्धारित करता हो।

दाने का व्यवहार एक और महत्वपूर्ण शर्त जोड़ता है। मैंगनीज ऑस्टेनाइट के दाने की वृद्धि और रूपांतरण-गतिकी को प्रभावित कर सकता है, लेकिन यह नियंत्रित रोलिंग, सामान्यीकरण या सूक्ष्म-मिश्रधातु अवक्षेपण का विकल्प नहीं है। Hall–Petch संबंध के अनुसार दाने का परिष्करण सामान्यतः उपज-सामर्थ्य और भंग-दृढ़ता में सुधार करता है, जबकि मोटे दाने प्रायः निम्न-तापमान दृढ़ता को घटाते हैं। अंतिम दाना-संरचना पुनःतापन तापमान, विकृति, शीतलन-दर और कार्बन, नाइट्रोजन, एल्युमिनियम, नियोबियम या टाइटेनियम के साथ होने वाली अंतःक्रियाओं पर निर्भर करती है।

### डीऑक्सीकरण और फेरिटिक सुदृढ़ीकरण में सिलिकॉन

सिलिकॉन के दो विशेष रूप से महत्वपूर्ण कार्य हैं। पहला, इस्पात-निर्माण के दौरान इसका उपयोग डीऑक्सीडाइज़र के रूप में किया जाता है। घुली हुई ऑक्सीजन जमने के दौरान कार्बन के साथ अभिक्रिया करके कार्बन मोनोऑक्साइड बना सकती है, जिससे गैसीय रंध्रता और अन्य दोष उत्पन्न होते हैं। सिलिकॉन ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके सिलिका-युक्त ऑक्साइड बनाता है और इस अभिक्रिया के लिए उपलब्ध घुली हुई ऑक्सीजन को कम करने में सहायता करता है। इस प्रक्रिया की प्रभावशीलता पूर्ण डीऑक्सीकरण प्रणाली पर निर्भर करती है: एल्युमिनियम, मैंगनीज, ऑक्सीजन-विभव, स्लैग-प्रक्रिया और समावेशन-निष्कासन सभी महत्वपूर्ण हैं। इसलिए “silicon-killed” इस्पात किसी प्रसंस्करण और डीऑक्सीकरण दशा का वर्णन करता है, न कि निश्चित सूक्ष्मसंरचना का।

दूसरा, सिलिकॉन प्रतिस्थापनात्मक ठोस-विलयन के माध्यम से फेराइट को सुदृढ़ करता है। यह लौह-जालक को विकृत करता है और विस्थापन की गति के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है, जिससे अक्सर कार्बन बढ़ाए बिना उपज-सामर्थ्य में वृद्धि होती है। जहाँ सामर्थ्य आवश्यक हो, वहाँ यह उपयोगी हो सकता है, क्योंकि इससे कार्बन की बड़ी वृद्धि से जुड़ी वेल्ड-योग्यता और तन्यता की पूर्ण क्षति से बचा जा सकता है। सिलिकॉन प्रावस्था-रूपांतरण और कार्बाइड-निर्माण को भी प्रभावित करता है। कई ऊष्मा-उपचार प्रणालियों में यह सीमेंटाइट के अवक्षेपण को विलंबित करता है और फेराइट, पर्लाइट, बेनाइट तथा अवशिष्ट ऑस्टेनाइट के संतुलन को बदलता है। परिणामस्वरूप, सिलिकॉन का वही स्तर एक वांछित संरचना के निर्माण में सहायक हो सकता है, जबकि दूसरी संरचना के निर्माण को जटिल बना सकता है।

सिलिकॉन स्वतः दृढ़ता के लिए लाभकारी नहीं होता। अधिक सामर्थ्य समानरूप दीर्घीकरण को घटा सकती है, और डीऑक्सीकरण के दौरान बने मोटे अधात्विक समावेशन, यदि नियंत्रित न किए जाएँ, तो दरार आरंभ होने के स्थल बन सकते हैं। पुनःतापन के दौरान सिलिकॉन टेम्परिंग-प्रतिक्रिया और सतही ऑक्सीकरण को भी प्रभावित कर सकता है। प्रासंगिक प्रश्न यह नहीं है कि सिलिकॉन “सामर्थ्य बढ़ाता है” या नहीं, बल्कि यह है कि उसका सुदृढ़ीकरण प्रभाव, समावेशन-समूह और रूपांतरण-व्यवहार इस्पात की कार्बन मात्रा तथा ऊष्मीय इतिहास के अनुकूल हैं या नहीं।

### सल्फर, कार्बन और ऊष्मा-उपचार के साथ अंतःक्रियाएँ

मैंगनीज की सबसे स्पष्ट अंतःक्रिया सल्फर के साथ होती है। सल्फर अधिमानतः मैंगनीज के साथ मिलकर मैंगनीज सल्फाइड, MnS, बनाता है, जिससे लौह सल्फाइड दाने की सीमाओं पर संकेंद्रित नहीं रह पाता। लौह सल्फाइड रोलिंग के दौरान ऊष्ण-भंगुरता उत्पन्न कर सकता है, क्योंकि निम्न-गलनांक वाली परतें सीमाओं को कमजोर करती हैं। MnS इस खतरे को घटाता है, लेकिन समावेशन निरापद नहीं होते: रोलिंग से बने लम्बे सल्फाइड अनुप्रस्थ तन्यता और आघात-दृढ़ता को कम कर सकते हैं तथा थकान या हाइड्रोजन-सहायित दरारों के आरंभ-स्थल के रूप में कार्य कर सकते हैं। कैल्शियम उपचार, समावेशन-आकार नियंत्रण और रोलिंग अपचयन, कुल सल्फर-विश्लेषण बदले बिना, इस प्रभाव को बदल सकते हैं।

कार्बन दोनों तत्वों के प्रभावों का स्तर निर्धारित करता है। निम्न-कार्बन स्थितियों में मैंगनीज और सिलिकॉन मुख्यतः फेराइट की सामर्थ्य, पर्लाइट-अंश, वेल्ड-योग्यता और रूपांतरण तापमानों को संशोधित करते हैं। मध्यम या अधिक कार्बन की स्थिति में मैंगनीज कठोरणीयता बढ़ाता है, जबकि सिलिकॉन कार्बाइड अवक्षेपण और टेम्परिंग-व्यवहार को बदल सकता है। इसके बाद शमन से ऐसे पूरे अनुप्रस्थ काट में मार्टेनसाइट बन सकता है जहाँ अन्यथा पर्लाइट बनता, लेकिन बढ़ी हुई कठोरता से शमन-दरार का जोखिम भी बढ़ जाता है, जब तक कि टेम्परिंग और शीतलन नियंत्रित न हों।

प्रसंस्करण-इतिहास किसी सरल संरचना-नियम से अधिक प्रभावशाली हो सकता है। सामान्यीकरण संरचना को परिष्कृत और पुनर्स्थापित करता है; एनीलिंग कठोरता घटाती है; शमन विसरणात्मक उत्पादों को दबाता है; और टेम्परिंग कठोरता के एक भाग का त्याग करके दृढ़ता तथा आयामी स्थिरता में सुधार करती है। रोलिंग तापमान और शीतलन-दर यह निर्धारित करते हैं कि मैंगनीज का पृथक्करण पट्टियों के रूप में दिखाई देगा या नहीं तथा सिलिकॉन-युक्त इस्पात इच्छित फेराइट–पर्लाइट या बेनाइटिक संरचना बनाएगा या नहीं। Nippon Steel की रिपोर्ट सावधान करती है कि मिश्रधातु-तत्व की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से भी प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त भिन्नता आ सकती है, जबकि दाने की सीमाओं और अंतरापृष्ठों पर पृथक्करण रूपांतरण-तंत्रों को बदल सकता है।

सामान्य गैर-कार्बन योजकों के उपयोगी प्रभाव और प्रसंस्करण जोखिम।
| तत्व | उपयोगी प्रभाव | संभावित सीमा |
|---|---|---|
| मैंगनीज़ | ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण, सल्फर नियंत्रण और कठोरणीयता | पृथक्करण और पट्टिकाकरण दिशात्मक दृढ़ता को कम कर सकते हैं |
| सिलिकॉन | विऑक्सीकरण और फेराइटिक सुदृढ़ीकरण | अधिक मात्रा तन्यता, समावेशों और रूपांतरण को प्रभावित कर सकती है |
| सल्फर | मैंगनीज़ सल्फाइड के माध्यम से बेहतर मशीनीकरण | लम्बे समावेश अनुप्रस्थ दृढ़ता को कम कर सकते हैं |
| फॉस्फोरस | ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण | पृथक्करण तन्यता और आघात-दृढ़ता को कम कर सकता है |
| एल्युमिनियम | एल्युमिनियम नाइट्राइड के माध्यम से विऑक्सीकरण और दाना नियंत्रण | अधिक मात्रा में ऑक्साइड समावेश या परिवर्तित ढलाई-व्यवहार |

यही संवेदनशीलता बताती है कि संरचना-सारिणियों को मानकों, इस्पात-निर्माण प्रक्रिया और ऊष्मा-उपचार के संदर्भ में पढ़ा जाना चाहिए। जैसा कि Steeluniversity बताता है, मैंगनीज और सिलिकॉन प्रभावशाली तत्व हैं, लेकिन किसी भी गुण के लिए दोनों में से किसी का भी प्रभाव हर परिस्थिति में एक ही दिशा में सुनिश्चित नहीं होता। ऑक्सीजन नियंत्रण, सल्फर का रूप-वितरण, कार्बन मात्रा, पृथक्करण, दाने का आकार और ऊष्मीय पथ यह निर्धारित करते हैं कि तैयार इस्पात में ये तत्व वास्तव में क्या प्रभाव उत्पन्न करेंगे।

## 5. सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा और टिन: उपयोगी प्रभाव तथा धातुकर्मीय जोखिम

World Steel Association इस्पात को ऐसे लौह–कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है जिसमें 2% से कम कार्बन होता है तथा मैंगनीज और सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर व ऑक्सीजन की कम मात्राएँ भी सामान्यतः उपस्थित रहती हैं। ये “कम मात्रा वाले” मिलाए गए तत्व प्रसंस्करण व्यवहार और सेवा-प्रदर्शन में फिर भी परिवर्तन ला सकते हैं। Steeluniversity के अनुसार, साधारण-कार्बन इस्पातों में सिलिकॉन, मैंगनीज, सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा, टिन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम उन तत्वों में शामिल हैं जो मजबूती, तन्यता, कठोरता, मशीनिंग-क्षमता, कठोरीकरण-क्षमता, दाने के आकार और ताप-उपचार के प्रति प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं।

महत्वपूर्ण बात यह है कि संघटन स्वतंत्र स्विचों का समूह नहीं होता। कोई तत्व फेराइट में घुला हो सकता है, किसी यौगिक में बंधा हो सकता है, दाने की सीमा पर संकेंद्रित हो सकता है, या ढलाई और रोलिंग के दौरान पुनर्वितरित हो सकता है। Nippon Steel की एक तकनीकी रिपोर्ट के अनुसार, मिश्रधातु-तत्व की सांद्रता में केवल 1% का परिवर्तन भी प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार को पर्याप्त रूप से बदल सकता है। छोटे परिवर्तन भी तब महत्वपूर्ण हो सकते हैं, जब वे समावेशन, अवक्षेपण या पृथक्करण को प्रभावित करें।

### सल्फर और मशीनिंग-क्षमता

सल्फर को प्रायः मुक्त-कटाई इस्पातों में मिलाया जाता है, क्योंकि यह चिप टूटने में सुधार कर सकता है और कटाई-बलों को कम कर सकता है। इसका प्रमुख धातुकर्मीय माध्यम मैंगनीज सल्फाइड, MnS, है। मैंगनीज वरीयता से सल्फर के साथ संयोजित होता है, जिससे लौह सल्फाइड का निर्माण सीमित होता है और ऐसे सल्फाइड समावेशन बनते हैं जो गर्म प्रसंस्करण के दौरान विकृत हो जाते हैं। मशीनिंग में ये समावेशन चिप को लंबी, सतत पट्टी बनने के बजाय टूटने में सहायता कर सकते हैं। परिणामस्वरूप बेहतर सतह-परिष्करण, औजार पर कम भार और स्वचालित कटाई में अधिक स्थिरता प्राप्त हो सकती है।

इस लाभ की एक कीमत भी है। MnS समावेशन इस्पात मैट्रिक्स में असंततताएँ होते हैं और उनका आकार, माप, संख्या तथा अभिविन्यास यांत्रिक व्यवहार को प्रभावित करते हैं। गर्म रोलिंग सामान्यतः सल्फाइडों को रोलिंग-दिशा में लंबा कर देती है, जिससे दिशात्मक गुण उत्पन्न होते हैं। इसलिए रोलिंग-दिशा के अनुप्रस्थ दिशा में मापी गई तन्य तन्यता और आघात-कठोरता, अनुदैर्ध्य दिशा में मापे गए मानों से कम हो सकती है। बड़े या समूहित समावेशन, सूक्ष्म और समान रूप से वितरित समावेशनों की तुलना में अधिक हानिकारक होते हैं।

जब इस्पात में मैंगनीज और सल्फर का संतुलन प्रतिकूल हो, तब सल्फर वेल्डनीयता को भी कम कर सकता है और कठोरता को घटा सकता है। सल्फर को MnS के रूप में बाँधने के लिए मैंगनीज आवश्यक है; यदि उपलब्ध मैंगनीज अपर्याप्त हो, तो लौह सल्फाइड उच्च तापमान पर विकृति के दौरान गर्म-भंगुरता में योगदान दे सकता है। सटीक प्रतिक्रिया सल्फर की सांद्रता, मैंगनीज की सांद्रता, समावेशन की आकृति-विज्ञान, रोलिंग में कमी और अंतिम सेवा-दिशा पर निर्भर करती है।

सल्फर मशीनीकरण में सुधार कर सकता है, लेकिन अनुप्रस्थ तन्यता, आघात-दृढ़ता, थकान-प्रतिरोध या वेल्डन-प्रदर्शन को कम कर सकता है। Limited evidence

इसलिए “सल्फर मशीनिंग-क्षमता में सुधार करता है” एक अधूरा कथन है। यह उस कटाई-प्रक्रिया के लिए सही है जिसे मुक्त-कटाई इस्पात को ध्यान में रखकर तैयार किया गया हो, लेकिन उच्च अनुप्रस्थ कठोरता, थकान-प्रतिरोध या विश्वसनीय वेल्ड-प्रदर्शन वाले घटक में वही सल्फर-मिश्रण अवांछनीय हो सकता है। मशीनिंग-ग्रेड अपने-आप बेहतर संरचनात्मक ग्रेड नहीं होता। उपयोगी प्रभाव प्रक्रिया-विशिष्ट होता है।

### फॉस्फोरस, कठोरता और पृथक्करण

फॉस्फोरस लोहे में प्रतिस्थापनी तत्व है और ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण में योगदान दे सकता है। Steeluniversity के अनुसार, प्रतिस्थापनी सुदृढ़ीकरण क्रिस्टल जालक के विकृति से उत्पन्न होता है और इसकी मात्रा परमाणु-आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता तथा विद्युतऋणात्मकता से संबंधित होती है। इसलिए फॉस्फोरस मजबूती बढ़ा सकता है, लेकिन बढ़ी हुई मजबूती बेहतर प्रदर्शन की गारंटी नहीं देती: तन्यता और कठोरता घट सकती हैं, विशेषकर तब जब फॉस्फोरस कमजोर क्षेत्रों में संकेंद्रित हो।

मुख्य चिंता पृथक्करण है। ठोसकरण के दौरान फॉस्फोरस बढ़ते हुए ठोस और शेष द्रव के बीच असमान रूप से विभाजित हो सकता है। जमने वाला अंतिम द्रव अधिक समृद्ध हो सकता है, जिससे अधिक फॉस्फोरस वाली पट्टियाँ या स्थानीय क्षेत्र बन सकते हैं। बाद की रोलिंग इन संघटनात्मक भिन्नताओं को खिंचकर पट्टिकायुक्त संरचनाओं में बदल सकती है। दाने की सीमा पर समृद्धि भी महत्वपूर्ण है, क्योंकि भंगुरता-प्रतिरोध केवल पूरे ताप के लिए मापे गए औसत संघटन पर नहीं, बल्कि सीमाओं के रसायन और संयोजकता पर भी निर्भर करता है।

बढ़ा हुआ फॉस्फोरस कम तन्यता और भंगुर भंजन के अधिक जोखिम से संबंधित है, विशेषकर जब इसके साथ मोटे दाने, निम्न तापमान, अधिक अवरोध या अन्य भंगुरीकरणकारी परिस्थितियाँ मौजूद हों। इसका प्रभाव प्रत्येक सांद्रता पर एक समान निश्चित दंड नहीं होता। अपेक्षाकृत समान रूप से घुली हुई थोड़ी मात्रा में फॉस्फोरस का परिणाम उस समान नाममात्र मिश्रण से अलग हो सकता है जो अंतर-द्रुमिक क्षेत्रों या दाने की सीमाओं पर संकेंद्रित हो।

प्रसंस्करण का इतिहास यह निर्धारित करता है कि जोखिम कितना शेष रहेगा। पुनर्तापन और रोलिंग पृथक्करण-पैटर्न को तोड़ सकते हैं, दाने के आकार को बदल सकते हैं और द्वितीयक प्रावस्थाओं के वितरण को परिवर्तित कर सकते हैं, लेकिन वे संघटन को अप्रासंगिक नहीं बनाते। गर्म प्रसंस्करण के बाद शीतलन-दर और बाद का ताप-उपचार अंतिम सूक्ष्मसंरचना को और प्रभावित करते हैं। रूपांतरण व्यवहार में संघटन के 1% अंतर से होने वाले बड़े परिवर्तनों के संबंध में Nippon Steel की चेतावनी यह स्पष्ट करती है कि केवल नाममात्र रासायनिक संघटन से कठोरता का अनुमान नहीं लगाया जा सकता।

इस प्रकार फॉस्फोरस की स्थिति जटिल है: यह मजबूती बढ़ा सकता है और कुछ विनिर्माण प्रक्रियाओं में सहायक हो सकता है, फिर भी अत्यधिक या असमान रूप से वितरित फॉस्फोरस तन्यता और आघात-कठोरता को घटा सकता है। सही मूल्यांकन के लिए इस्पात-ग्रेड, उत्पाद की मोटाई, तापीय चक्र, परीक्षण-दिशा और इच्छित सेवा-तापमान को ध्यान में रखना आवश्यक है।

### प्रक्रिया-तत्व या अवशिष्ट तत्व के रूप में एल्युमिनियम, तांबा और टिन

एल्युमिनियम का संबंध व्यापक रूप से इस्पात के डीऑक्सीडेशन से है। इस्पात-निर्माण के दौरान घुली हुई ऑक्सीजन एल्युमिनियम के साथ अभिक्रिया करके एल्युमिनियम ऑक्साइड, Al₂O₃, बना सकती है। ऑक्सीजन हटाने से पिघली धातु की स्वच्छता और ठोसकरण व्यवहार बदलता है, जबकि शेष एल्युमिनियम की मात्रा दाना-नियंत्रण को भी प्रभावित कर सकती है। एल्युमिनियम नाइट्रोजन के साथ मिलकर एल्युमिनियम नाइट्राइड, AlN, बना सकता है; पुनर्तापन के दौरान इन कणों का आकार, वितरण और घुलन-अवस्था ऑस्टेनाइट दानों के विकास को प्रभावित करते हैं। यह एक प्रक्रियागत प्रभाव है, न कि प्रत्येक तापीय चक्र में सूक्ष्मतर दानों की सार्वभौमिक गारंटी।

अत्यधिक या खराब रूप से नियंत्रित एल्युमिनियम ऑक्साइड समावेशन उत्पन्न कर सकता है या ढलाई व्यवहार को बदल सकता है। इसका परिणाम ऑक्सीजन की सक्रियता, नाइट्रोजन की मात्रा, उपचार-तापमान, ठोसकरण की परिस्थितियों और पुनर्तापन की प्रक्रिया पर निर्भर करता है। इसलिए “एल्युमिनियम दानों को परिष्कृत करता है” कहना तब तक बहुत व्यापक कथन है, जब तक इस्पात-निर्माण प्रक्रिया और कणों की आबादी निर्दिष्ट न की जाए।

Steeluniversity ने तांबे और टिन को ऐसे तत्वों के रूप में पहचाना है जो साधारण-कार्बन इस्पात के गुणों को प्रभावित करते हैं, लेकिन इनका उल्लेख अक्सर जानबूझकर मिलाए गए प्रमुख तत्वों के बजाय अवशिष्ट तत्वों के रूप में किया जाता है। तांबा पुनर्चक्रित कच्चे माल से शेष रह सकता है और जब इसकी सांद्रता महत्वपूर्ण हो जाए, तब रूपांतरण, मजबूती, ऑक्सीकरण व्यवहार तथा गर्म प्रसंस्करण के प्रति प्रतिक्रिया को प्रभावित कर सकता है। टिन भी उसी कच्चे माल के साथ आ सकता है और कम सांद्रताओं पर इस्पात के व्यवहार को बदल सकता है या इसके संचित होने पर अधिक हानिकारक बन सकता है। इनके प्रभाव केवल तत्व के नाम से निर्धारित नहीं किए जा सकते।

तांबा और टिन सांद्रता तथा प्रसंस्करण-इतिहास के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील होते हैं, क्योंकि पिघलने, ठोसकरण, पुनर्तापन और विकृति के दौरान उनका वितरण बदलता रहता है। एक उत्पाद में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन न करने वाला अवशिष्ट स्तर दूसरे उत्पाद में महत्वपूर्ण हो सकता है, यदि उसमें कार्बन की मात्रा, शीतलन-दर, सतह की अवस्था या गर्म प्रसंस्करण का कार्यक्रम अलग हो। पुनर्तापन के दौरान सतह के निकट तांबा-समृद्ध व्यवहार गर्म-भंगुरता के जोखिम के लिए विशेष रूप से प्रासंगिक हो सकता है, लेकिन इसकी गंभीरता केवल तांबे पर नहीं, बल्कि संपूर्ण रासायनिक संघटन और भट्ठी-प्रक्रिया पर निर्भर करती है।

व्यावहारिक निष्कर्ष यह नहीं है कि सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा या टिन को हमेशा न्यूनतम रखा जाए या हमेशा मिलाया जाए। इनमें से प्रत्येक नियंत्रित उद्देश्य पूरा कर सकता है या दोष उत्पन्न कर सकता है—यह इस बात पर निर्भर करता है कि वह कहाँ स्थित है, कौन-से यौगिक बनाता है और इस्पात को किस तापीय तथा यांत्रिक इतिहास से गुजरना पड़ता है। इसलिए Steeluniversity की तत्व-सूची सुनिश्चित प्रभावों की सूची नहीं, बल्कि परिवर्तनीय कारकों का मानचित्र है। संघटन का अध्ययन प्रावस्था-संरचना, पृथक्करण, समावेशन की आकृति-विज्ञान, दाने के आकार और प्रसंस्करण-इतिहास के साथ किया जाना चाहिए।

## 6. क्रोमियम: कठोरीकरण-क्षमता, ऑक्सीकरण-प्रतिरोध और पैसिवेशन

क्रोमियम का वर्णन अक्सर इस प्रकार किया जाता है मानो वह केवल “स्टील को स्टेनलेस बना देता हो।” यह वर्णन दो अलग-अलग प्रभावों को मिला देता है। पूरे स्टील में घुला हुआ क्रोमियम फेज़-रूपांतरण, कठोरीकरण-क्षमता, कार्बाइड-निर्माण और उच्च-तापमान सामर्थ्य को बदल सकता है। किसी स्वच्छ, खुले हुए पृष्ठ पर मौजूद क्रोमियम ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके क्रोमियम-ऑक्साइड की एक पतली फिल्म बना सकता है, जो आगे होने वाले क्षरण को धीमा करती है। पहला प्रभाव समग्र धातुकर्मीय प्रभाव है; दूसरा सतही पैसिवेशन है। दोनों संबंधित हैं, लेकिन एक-दूसरे के स्थान पर प्रयुक्त नहीं किए जा सकते।

World Steel Association स्टील को 2% से कम कार्बन वाला लौह–कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है। इसके बाद क्रोमियम की मात्रा इंजीनियरिंग स्टीलों में थोड़ी-सी मिश्रधात्विक मिलावट से लेकर स्टेनलेस ग्रेडों में लगभग 10.5% या उससे अधिक तक हो सकती है। केवल संघटन से परिणाम निर्धारित नहीं होता। शीतलन दर, ऑस्टेनाइटीकरण तापमान, प्रारंभिक कण-आकार, कार्बन सक्रियता, पृथक्करण, वेल्डिंग के तापीय चक्र, तथा निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, मैंगनीज और स्थिरीकारी तत्वों की उपस्थिति—ये सभी क्रोमियम के व्यावहारिक प्रभाव को बदलते हैं। Nippon Steel के अनुसार, मिश्रधातु-तत्व की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से भी स्टील के फेज़-रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त परिवर्तन हो सकता है। यह चेतावनी उपयोगी है कि किसी मिश्रधातु-निर्देशन को उसकी सूक्ष्मसंरचना का पूर्ण विवरण न माना जाए।

### निम्न-मिश्रधातु और ऊष्मा-प्रतिरोधी स्टीलों में क्रोमियम

निम्न-मिश्रधातु स्टील में क्रोमियम शीतलन के दौरान ऑस्टेनाइट से फेराइट, पर्लाइट और बेनाइट में होने वाले रूपांतरणों को विलंबित करके कठोरीकरण-क्षमता बढ़ाता है। इसलिए किसी मोटे खंड में उस शीतलन दर पर मार्टेनसाइट या बेनाइट का अधिक अंश बन सकता है, जिस पर बिना-मिश्रधातु वाला कार्बन स्टील आंशिक रूप से पर्लाइटिक रह जाता। क्रोमियम किसी घटक के प्रत्येक क्षेत्र को समान रूप से कठोर नहीं बनाता। परिणाम अब भी कार्बन की मात्रा, खंड के आकार, ऑस्टेनाइट कण-आकार, क्वेंच की तीव्रता और टेम्परिंग उपचार पर निर्भर करता है।

क्रोमियम मुख्यतः फेराइट और ऑस्टेनाइट में प्रतिस्थापनात्मक विलेय के रूप में कार्य करता है। Steeluniversity बताता है कि प्रतिस्थापनात्मक मिश्रधातुकरण जालक में विकृति उत्पन्न करके उसे मजबूत करता है, और इसका परिमाण परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता तथा विद्युतऋणात्मकता से प्रभावित होता है। इसलिए क्रोमियम ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण में योगदान दे सकता है, हालांकि अनेक ऊष्मा-उपचारित ग्रेडों में इसके सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव केवल जालकीय विकृति के बजाय रूपांतरण गतिकी और कार्बाइड रसायन से उत्पन्न होते हैं।

कार्बन इस संतुलन को बदलता है। क्रोमियम की कार्बन के प्रति प्रबल आत्मीयता होती है और वह क्रोमियम-समृद्ध कार्बाइड बना सकता है, जिनमें M23C6 परिवार शामिल है। इसमें M मुख्यतः क्रोमियम हो सकता है, जबकि लौह और अन्य धात्विक तत्व भी योगदान दे सकते हैं। उचित रूप से डिजाइन किए गए ऊष्मा-प्रतिरोधी स्टीलों में कार्बाइड कण विसर्पण और कण-सीमा पर सरकने का प्रतिरोध करने में सहायता करते हैं। अत्यधिक या खराब तरीके से नियंत्रित कार्बाइड-निर्माण आसपास के मैट्रिक्स से क्रोमियम को हटा सकता है, स्थानीय संक्षारण-प्रतिरोध घटा सकता है और भंगुर या वेल्ड करने में कठिन सूक्ष्मसंरचनाएँ उत्पन्न कर सकता है।

क्रोमियम ऊँचे तापमान पर ऑक्सीकरण-प्रतिरोध भी बढ़ाता है। क्रोमियम-युक्त सतह अपेक्षाकृत दृढ़ता से चिपकी हुई ऑक्साइड परत बना सकती है, जिससे लौह के लगातार ऑक्सीकृत होने की दर घटती है। इसका यह अर्थ नहीं है कि क्रोमियम-युक्त प्रत्येक निम्न-मिश्रधातु स्टील वायु, भाप या दहन गैसों में स्टेनलेस स्टील की तरह व्यवहार करेगा। ऑक्साइड की स्थिरता क्रोमियम की सांद्रता, तापमान, गैस के रसायन, सतह की दशा, तापीय चक्रीकरण और इस बात पर निर्भर करती है कि परत सतत बनी रहती है या नहीं। सिलिकॉन और एल्युमिनियम भी उच्च-तापमान पर ऑक्साइड परत बनने की प्रक्रिया को बदल सकते हैं, जबकि निकेल फेज़ स्थिरता और तापीय प्रसार को प्रभावित करता है।

ऊष्मा-प्रतिरोधी फेरिटिक ग्रेड और मार्टेनसिटिक क्रोमियम स्टील इन परस्पर समझौतों को स्पष्ट करते हैं। अधिक क्रोमियम ऑक्सीकरण-प्रतिरोध सुधार सकता है, लेकिन वह फेराइट की स्थिरता बढ़ा सकता है और ऊष्मा-उपचार के दौरान उपलब्ध ऑस्टेनाइट की मात्रा बदल सकता है। इसके बाद कार्बन, मोलिब्डेनम, वैनेडियम, नायोबियम और टंग्स्टन कार्बाइड या कार्बोनाइट्राइड के अवक्षेपण तथा विसर्पण-सामर्थ्य को नियंत्रित कर सकते हैं। क्रोमियम की नाममात्र मात्रा में वृद्धि से सामान्यीकरण, क्वेंचिंग, टेम्परिंग, वेल्डिंग या लंबे समय तक सेवा-उपयोग के बाद अलग परिणाम मिल सकता है।

यही संघटन–प्रसंस्करण संबंध HSLA स्टील में भी दिखाई देता है, भले ही क्रोमियम मुख्य सुदृढ़ीकरण मिलावट न हो। AZoM के अनुसार, नायोबियम हॉट रोलिंग के दौरान ऑस्टेनाइट के पुनर्क्रिस्टलीकरण को दबाता है, टाइटेनियम स्थिर TiN अवक्षेप बनाकर पुनःतापन के दौरान कण-आकार को नियंत्रित करता है, और वैनेडियम सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेप बनाकर यील्ड सामर्थ्य बढ़ाता है। क्रोमियम ऑस्टेनाइट की स्थिरता, अवक्षेपण की परिस्थितियों और रूपांतरण तापमानों को बदलकर इन मिलावटों के साथ परस्पर क्रिया करता है। यह कठोरीकरण-क्षमता का कोई अलग-थलग स्विच नहीं है।

![इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव](/images/uploads/87de504c-080f-4a7f-9c42-bc4dc63250e0/wiki-inline-a-stainless-steel-surface-protected-by-a-thin-chromium-oxide-passive-film-with-o-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/87de504c-080f-4a7f-9c42-bc4dc63250e0/wiki-inline-a-stainless-steel-surface-protected-by-a-thin-chromium-oxide-passive-film-with-o-1920x1094.avif "छवि बड़ी करें — इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव")Chromium protects stainless steel through a thin surface film, not by bulk hardness.

### स्टेनलेस स्टील में क्रोमियम-ऑक्साइड पैसिवेशन

सुरक्षात्मक पैसिव सतह बनाए रखने के लिए स्टेनलेस स्टील के मैट्रिक्स में पर्याप्त क्रोमियम होना आवश्यक है। प्रचलित सीमा लगभग 10.5% द्रव्यमान क्रोमियम है, लेकिन यह आँकड़ा वर्गीकरण की सीमा है, समान सेवा-व्यवहार की गारंटी नहीं। ग्रेड, सतह की दशा, पर्यावरण, समावेशन, वेल्डिंग का इतिहास और संदूषण—इन सभी का महत्व है।

क्रोमियम खुले हुए पृष्ठ पर एक पतली, दृढ़ता से चिपकी हुई क्रोमियम-ऑक्साइड फिल्म बनाकर स्टेनलेस निष्क्रियण में सहायक होता है। Strong evidence

thyssenkrupp Materials द्वारा दिया गया तंत्र सीधा है: क्रोमियम ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके सुरक्षात्मक क्रोमियम-ऑक्साइड परत बनाता है। यह फिल्म अत्यंत पतली, दृढ़ता से चिपकी हुई और मामूली यांत्रिक क्षति के बाद ऑक्सीजन उपलब्ध होने पर पुनः बनने में सक्षम होती है। यह अंतर्निहित लौह-समृद्ध मिश्रधातु को पर्यावरण से अलग करती है और निरंतर घुलने की दर को बहुत कम कर देती है। इसलिए पैसिवेशन एक सतही अभिक्रिया है, कठोरता में समग्र वृद्धि नहीं।

किसी स्टील में पर्याप्त क्रोमियम होने पर भी, यदि पैसिव फिल्म क्षतिग्रस्त या रासायनिक रूप से अस्थिर हो जाए, तो उसे स्थानीयकृत संक्षारण हो सकता है। क्लोराइड आयन, दरारें, निक्षेप, अम्लीय परिस्थितियाँ, लौह-संदूषण, खुरदरी सतहें और वेल्डिंग के तापीय प्रभाव पिटिंग या दरार-संक्षारण शुरू कर सकते हैं। मोलिब्डेनम क्लोराइड-प्रेरित पिटिंग के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है और यही एक प्रमुख कारण है कि EN 1.4401 / X5CrNiMo17-12-2 तथा AISI 316 सामान्यतः ऐसे वातावरणों का EN 1.4301 / X5CrNi18-10 तथा AISI 304 की तुलना में बेहतर प्रतिरोध करते हैं। ये निर्देशन संघटन की सीमाओं की पहचान करते हैं; निर्माण या उपयोग के कारण उत्पन्न अंतरों को वे समाप्त नहीं करते।

निकेल ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है और कमरे के तापमान पर फलक-केंद्रित घनीय संरचना बनाए रखने में सहायता करता है। यह कठोरता, कार्य-कठोरीकरण, तापीय प्रसार तथा वेल्डिंग के दौरान फेराइट और ऑस्टेनाइट के संतुलन को भी प्रभावित करता है। नाइट्रोजन ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील को मजबूत कर सकता है और स्थानीयकृत-संक्षारण प्रतिरोध सुधार सकता है, जबकि मोलिब्डेनम पिटिंग-प्रतिरोध को सहारा देता है। इनके प्रभाव सांद्रता और परस्पर क्रिया पर निर्भर करते हैं। क्रोमियम आवश्यक पैसिवेशन रसायन प्रदान करता है, लेकिन स्टेनलेस स्टील का प्रदर्शन मिश्रधातु और उसकी दशा का एक तंत्रगत गुण है।

### क्रोमियम, कार्बन और संवेदीकरण

#### संवेदीकरण संबंधी सावधानी

अनुपयुक्त तापीय संपर्क दाना-सीमाओं के पास क्रोमियम को कम कर सकता है और अंतरदाणिक संक्षारण के प्रति संवेदनशीलता बढ़ा सकता है। निम्न-कार्बन या स्थिरीकृत श्रेणियाँ इस आवश्यकता को कम करती हैं, लेकिन तापीय-प्रक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता समाप्त नहीं करतीं।

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में क्रोमियम के संबंध में सबसे महत्वपूर्ण चेतावनी कण-सीमाओं पर कार्बन से संबंधित है। लगभग 500–850 °C के तापमान-परास में, यदि कार्बन वहाँ विसरित हो सके, तो ऑस्टेनाइट कण-सीमाओं पर क्रोमियम-समृद्ध M23C6 कार्बाइड अवक्षेपित हो सकते हैं। इसके बाद निकटवर्ती मैट्रिक्स क्रोमियम से रिक्त हो जाता है। यद्यपि समग्र संघटन में स्टेनलेस कहलाने के लिए पर्याप्त क्रोमियम मौजूद हो सकता है, क्रोमियम-ह्रासित संकीर्ण क्षेत्र पैसिवता खो सकते हैं और अंतरकणीय संक्षारण के प्रति संवेदनशील हो सकते हैं।

संवेदीकरण **संवेदीकरण** स्टेनलेस इस्पात की वह अवस्था जिसमें दाना-सीमाओं पर क्रोमियम-समृद्ध कार्बाइड बनते हैं और उनसे सटे क्षेत्र क्रोमियम-विहीन हो जाते हैं।

इस अवस्था को संवेदीकरण कहा जाता है। वेल्डिंग के बाद यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण होता है, क्योंकि ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र संवेदीकरण-परास में कार्बाइड अवक्षेपण के लिए पर्याप्त समय तक रह सकता है। तीव्र शीतलन से यह संपर्क-समय घट सकता है, लेकिन वास्तविक परिणाम वेल्डिंग प्रक्रिया, प्लेट की मोटाई, ऊष्मा-इनपुट, अवरोध तथा पूर्व तापीय इतिहास से निर्धारित होता है।

EN 1.4307 / X2CrNi18-9 और EN 1.4404 / X2CrNiMo17-12-2 जैसे निम्न-कार्बन ग्रेड उपलब्ध कार्बन को घटाते हैं और इसलिए क्रोमियम कार्बाइड बनने की प्रवृत्ति कम करते हैं। स्थिरीकृत ग्रेडों में टाइटेनियम या नायोबियम मिलाया जाता है, जो प्राथमिकता से TiC या NbC के रूप में कार्बन को बाँधते हैं। इससे पैसिवेशन के लिए मैट्रिक्स में क्रोमियम अधिक उपलब्ध रहता है। स्थिरीकरण कोई सार्वभौमिक समाधान नहीं है: अत्यधिक अवक्षेप, गलत ऊष्मा-उपचार या बाद का तापीय संपर्क अन्य सूक्ष्मसंरचनात्मक समस्याएँ उत्पन्न कर सकता है।

कार्बन अब भी उपयोगी है। यह ऑस्टेनाइट को मजबूत करता है और घिसाव-प्रतिरोध में योगदान दे सकता है, जबकि कार्बन और नाइट्रोजन स्टैकिंग-फॉल्ट ऊर्जा तथा कार्य-कठोरीकरण को प्रभावित करते हैं। कठिनाई इस बात को नियंत्रित करने में है कि कार्बन कहाँ जाता है और कौन-से यौगिक बनते हैं। क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, टाइटेनियम और नायोबियम सभी उपस्थित हो सकते हैं, फिर भी इनके प्रभाव फेज़ स्थिरता, अवक्षेपण, पृथक्करण और प्रसंस्करण-इतिहास पर निर्भर करते हैं। क्रोमियम पैसिवेशन के लिए आवश्यक है, लेकिन यह अकेले कार्य नहीं करता; और प्रसंस्करण से उत्पन्न सूक्ष्मसंरचना के बिना कोई स्टेनलेस निर्देशन प्रदर्शन का पूर्वानुमान नहीं लगा सकता।

## 7. निकेल और ऑस्टेनिटिक तथा फेरिटिक व्यवहार का नियंत्रण

निकेल को अक्सर एक सुदृढ़ीकरणकारी तत्व के रूप में वर्णित किया जाता है, लेकिन यह वर्णन अधूरा है। इसका प्रभाव इस बात पर निर्भर करता है कि वह फेराइट में घुली हुई अवस्था में रहता है, ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है, मिश्रित-चरण संरचना को बढ़ावा देता है, या शीतलन और निर्माण के दौरान रूपांतरण के मार्ग को बदलता है। फेरिटिक दाब-पात्र इस्पात में निम्न-तापमान की दृढ़ता बढ़ाने वाला वही निकेल, स्टेनलेस इस्पात में ऑस्टेनाइट को स्थिर रख सकता है तथा कार्य-कठोरीकरण, वेल्ड के जमने और विरूपण के दौरान बनने वाली मार्टेंसाइट की मात्रा को बदल सकता है।

यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि इस्पात एकल क्रिस्टल संरचना नहीं है। World Steel Association की परिभाषा के अनुसार, इस्पात लौह–कार्बन मिश्रधातु है जिसमें 2% से कम कार्बन होता है तथा अन्य तत्व कम या अधिक मात्रा में मिलाए जाते हैं। निकेल लौह जालक में प्रतिस्थापी स्थान ग्रहण करता है। Steeluniversity के अनुसार, प्रतिस्थापी सुदृढ़ीकरण जालक-विकृति के परिणामस्वरूप होता है, जिसकी मात्रा परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता से प्रभावित होती है। इसलिए निकेल विस्थापन-गतियों के प्रतिरोध के साथ-साथ उन चरणों की स्थिरता को भी बदलता है जिनमें ये विस्थापन गतिमान होते हैं।

### सुदृढ़ीकरण और दृढ़ीकरणकारी तत्व के रूप में निकेल

फेरिटिक इस्पात में निकेल प्रतिस्थापी ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण में योगदान देता है। निकेल परमाणु आकार और बंधन-व्यवहार में लौह से भिन्न होते हैं, इसलिए उनकी उपस्थिति स्थानीय प्रत्यास्थ विकृति-क्षेत्र उत्पन्न करती है। गतिमान विस्थापन इन क्षेत्रों के साथ अंतःक्रिया करता है और आगे बढ़ते रहने के लिए अधिक आरोपित प्रतिबल की आवश्यकता होती है। उपज-शक्ति में यह वृद्धि अवक्षेपण-कठोरीकरण या मार्टेंसिटिक रूपांतरण की तुलना में सामान्यतः मध्यम होती है, लेकिन यह उपयोगी है क्योंकि निकेल अत्यधिक कार्बन या कठोर द्वितीयक चरणों से जुड़ी तन्यता की गंभीर हानि उत्पन्न किए बिना फेराइट को सुदृढ़ कर सकता है।

अधिक महत्वपूर्ण योगदान अक्सर दृढ़ता का होता है। AZoM में मिश्रधातु-इस्पात के तत्वों पर की गई चर्चा निकेल को ऐसे तत्व के रूप में पहचानती है जो फेरिटिक इस्पात को सुदृढ़ और दृढ़ बनाता है; यह लाभ शून्य से नीचे के तापमानों पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है। यह कोई सार्वभौमिक नियम नहीं है कि “अधिक निकेल का अर्थ अधिक शक्ति”। निकेल फेराइट-से-ऑस्टेनाइट रूपांतरण, दाना-स्तरीय विरूपण और उस तापमान को प्रभावित करता है जिस पर क्लिवेज, तन्य भंग के साथ प्रभावी रूप से प्रतिस्पर्धा करता है। उपयुक्त संघटन और ऊष्मा-उपचार में यह तन्य-से-भंगुर संक्रमण तापमान को कम करता है और फेरिटिक इस्पात को शीत सेवा में आघात ऊर्जा अवशोषित करने में सहायता देता है।

परिणामस्वरूप एक उपयोगी संयोजन प्राप्त होता है: बढ़ी हुई शक्ति के साथ भंगुर भंग के प्रति बेहतर प्रतिरोध। यही संयोजन ASTM A553/A553M के अंतर्गत आने वाले 9% निकेल दाब-पात्र ग्रेड जैसे निकेल-युक्त निम्न-तापमान इस्पातों के उपयोग को स्पष्ट करता है। उनका प्रदर्शन केवल निकेल से प्राप्त नहीं होता। कार्बन स्तर, मैंगनीज, ऊष्मा-उपचार, अवशिष्ट ऑस्टेनाइट, मार्टेंसाइट की आकृति-विज्ञान, दाना आकार और वेल्ड के ऊष्मीय चक्र—सभी अंतिम दृढ़ता को प्रभावित करते हैं। निकेल नियंत्रित चरण और सूक्ष्मसंरचना-डिजाइन का केवल एक भाग है।

संघटन को भी किसी स्थिर नुस्खे के बजाय एक संकीर्ण परिवर्तनशीलता के रूप में समझना चाहिए। Nippon Steel की रिपोर्ट के अनुसार, मिश्रधातु-तत्व की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से इस्पात के चरण-रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त परिवर्तन हो सकता है। इसका व्यावहारिक निहितार्थ महत्वपूर्ण है: पूर्ण संघटन और ऊष्मीय इतिहास जाने बिना निकेल की नाममात्र मात्रा से गुणों का पूर्वानुमान नहीं लगाया जा सकता। जमने के दौरान होने वाला पृथक्करण निकेल की सांद्रता में स्थानीय भिन्नता उत्पन्न कर सकता है, जबकि वेल्डिंग मूल प्लेट से अलग शीतलन-दर और चरण-अंश वाले क्षेत्र बना सकती है।

### फेरिटिक इस्पात में शून्य से नीचे के तापमान पर दृढ़ता

फेरिटिक इस्पातों में शरीर-केंद्रित घनीय संरचना होती है और अनेक BCC इस्पात भंग-व्यवहार में तापमान पर स्पष्ट निर्भरता दिखाते हैं। अधिक तापमान पर दरार के अग्रभाग पर प्लास्टिक प्रवाह दरार को कुंद कर सकता है और तन्य भंग को समर्थन दे सकता है। तापमान घटने पर विस्थापन-गति अधिक कठिन हो जाती है, क्लिवेज अधिक प्रभावी प्रतिस्पर्धी बन जाता है और आघात दृढ़ता तीव्रता से घट सकती है। निकेल मूल्यवान है क्योंकि यह इस संक्रमण को निम्नतर तापमानों की ओर स्थानांतरित कर सकता है।

इस लाभ को निम्न-तापमान संबंधी जोखिमों के पूर्ण उन्मूलन के रूप में नहीं समझना चाहिए। मोटे फेरिटिक दाना-संरचना, फॉस्फोरस का पृथक्करण, अतप्त मार्टेंसाइट, वेल्डिंग दोष या सतत भंगुर द्वितीयक चरण अब भी समयपूर्व भंग उत्पन्न कर सकते हैं। निकेल मैट्रिक्स की प्रतिक्रिया में सुधार कर सकता है, जबकि कोई अन्य विशेषता विफलता को नियंत्रित कर सकती है। दाना-परिष्करण विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि छोटे फेराइट दाने सामान्यतः क्लिवेज-भंग प्रतिबल बढ़ाते हैं और प्रभावी संक्रमण तापमान घटाते हैं।

इसलिए निकेल-युक्त फेरिटिक इस्पातों में प्रक्रिया-नियंत्रण आवश्यक है। सामान्यीकरण, शमन और टेम्परिंग, अंतर-क्रांतिक उपचार तथा वेल्डिंग—इनमें से प्रत्येक फेराइट, बैनाइट, मार्टेंसाइट और अवशिष्ट ऑस्टेनाइट के अलग-अलग वितरण उत्पन्न करता है। निकेल की मात्रा रूपांतरण तापमानों और कठोरीकरण-क्षमता को प्रभावित करती है, लेकिन अकेले अंतिम संरचना निर्धारित नहीं करती। एक प्लेट-मोटाई में दृढ़ बैनाइट उत्पन्न करने वाली शीतलन-दर दूसरी मोटाई में अधिक कठोर और कम सहनशील संरचना उत्पन्न कर सकती है।

अत्यंत निम्न तापमानों पर शक्ति और दृढ़ता के बीच का अंतर विशेष रूप से स्पष्ट हो जाता है। तापमान घटने पर शक्ति बढ़ सकती है, जबकि भंग-प्रतिरोध घट सकता है। निकेल मूल्यवान है क्योंकि उचित रूप से डिज़ाइन किए गए फेरिटिक इस्पातों में वह इस संतुलन के दोनों पक्षों में सुधार कर सकता है, न कि केवल उपज उत्पन्न करने के लिए आवश्यक प्रतिबल बढ़ाता है।

### स्टेनलेस इस्पात में निकेल और ऑस्टेनाइट की स्थिरता

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात में निकेल एक अलग केंद्रीय कार्य करता है: यह फलक-केंद्रित घनीय ऑस्टेनाइट चरण को स्थिर करता है। क्रोमियम उस क्रोमियम-समृद्ध ऑक्साइड फिल्म का निर्माण करता है जो स्टेनलेस निष्क्रियण के लिए उत्तरदायी है, जबकि निकेल गर्म कार्यण, विलयन-एनीलिंग और शीतलन के बाद ऑस्टेनाइट को कमरे के तापमान पर बनाए रखने में सहायता करता है। ASTM A240 के अंतर्गत Type 304 के रूप में निर्दिष्ट UNS S30400 जैसे सामान्य ग्रेड तथा ASTM A240 के अंतर्गत सामान्यतः Type 316L के रूप में निर्दिष्ट UNS S31603, निकेल के साथ पर्याप्त मात्रा में क्रोमियम का संयोजन करते हैं; Type 316L में स्थानीयकृत संक्षारण के प्रति बेहतर प्रतिरोध के लिए मोलिब्डेनम भी होता है।

ऑस्टेनाइट की स्थिरता निर्माण-व्यवहार को नियंत्रित करती है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पातों को सामान्यतः पारंपरिक शमन-कठोरीकरण द्वारा सुदृढ़ नहीं किया जा सकता, क्योंकि शीतलन मैट्रिक्स को सामान्य कार्बन मार्टेंसाइट में रूपांतरित नहीं करता। इसके बजाय, वे ठोस-विलयन, दाना आकार नियंत्रण और शीत कार्यण के माध्यम से शक्ति प्राप्त करते हैं। स्थिर ऑस्टेनाइट निर्माण के दौरान तन्य बना रहता है, लेकिन अपर्याप्त स्थिरता के कारण विरूपण-प्रेरित मार्टेंसाइट बन सकती है। यह रूपांतरण शक्ति और कार्य-कठोरीकरण बढ़ाता है, जबकि आयामी पूर्वानुमेयता और कुछ मामलों में संक्षारण-प्रदर्शन को घटाता है।

Steeluniversity के निर्माण संबंधी मार्गदर्शन में निकेल को एक पृथक नियंत्रण के बजाय संघटनात्मक संतुलन के एक भाग के रूप में देखा गया है। क्रोमियम, निकेल, कार्बन, नाइट्रोजन, मोलिब्डेनम, मैंगनीज और टाइटेनियम या नायोबियम जैसे स्थिरीकारी योगात्मक तत्व संयुक्त रूप से चरण-संतुलन और प्रसंस्करण-प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं। कम ऑस्टेनाइट-स्थिरता वाली 304-प्रकार की मिश्रधातु में अधिक निकेल वाली संघटन की तुलना में तीव्र शीत-निर्माण के दौरान अधिक विकृति-प्रेरित मार्टेंसाइट बन सकती है। इसके विपरीत, अत्यधिक ऑस्टेनाइट-स्थिरता वेल्ड धातु के जमने के व्यवहार को बदल सकती है और ऑस्टेनिटिक वेल्ड निक्षेपों में अक्सर बनाए रखे जाने वाले फेराइट की मात्रा घटा सकती है, जिसका उद्देश्य जमने के दौरान दरार बनने की संवेदनशीलता कम करना होता है।

निर्माण-पद्धति का महत्व नाममात्र ग्रेड जितना ही होता है। गर्म कार्यण का तापमान, विलयन-एनीलिंग की प्रक्रिया, शीतलन-दर, विरूपण और वेल्डिंग की ऊष्मा-आपूर्ति—ये सभी फेराइट की मात्रा, सिग्मा-चरण के जोखिम, कार्बाइड अवक्षेपण और अवशिष्ट प्रतिबल को बदल सकते हैं। अनुपयुक्त ऊष्मीय संपर्क के दौरान कार्बन दाना-सीमाओं पर क्रोमियम कार्बाइड बना सकता है, जिससे संवेदीकरण होता है; 316L जैसे निम्न-कार्बन अभिहित ग्रेड इस जोखिम को कम करते हैं, लेकिन ऊष्मीय इतिहास को अप्रासंगिक नहीं बनाते। नाइट्रोजन ऑस्टेनाइट को सुदृढ़ कर सकता है और गड्ढा-क्षरण प्रतिरोध को प्रभावित कर सकता है, जबकि मोलिब्डेनम निकेल के सरल विकल्प के रूप में कार्य किए बिना संक्षारण-व्यवहार को बदलता है।

इसलिए निकेल को किसी एक निश्चित परिणाम से नहीं जोड़ा जा सकता। फेरिटिक इस्पात में यह ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण और, सबसे महत्वपूर्ण रूप से, शून्य से नीचे के तापमान पर बेहतर दृढ़ता प्रदान कर सकता है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात में यह FCC चरण को स्थिर करता है तथा निर्माण, कार्य-कठोरीकरण, वेल्डिंग और रूपांतरण-व्यवहार को बदलता है। इसका प्रभाव तत्व पर अकेले निर्भर नहीं करता, बल्कि चरण-संरचना और प्रसंस्करण इतिहास पर निर्भर करता है।

## 8. मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन और स्टेनलेस माइक्रोस्ट्रक्चर की स्थिरता

मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन की चर्चा क्रोमियम तथा निकेल के साथ की जाती है, क्योंकि स्टेनलेस स्टील का व्यवहार केवल क्रोमियम की मात्रा से नहीं, बल्कि एक युग्मित रासायनिक और प्रावस्था-तंत्र से नियंत्रित होता है। क्रोमियम सुरक्षात्मक, क्रोमियम-समृद्ध ऑक्साइड फिल्म बनने की स्थिति प्रदान करता है; निकेल फेराइट और ऑस्टेनाइट के बीच संतुलन को प्रभावित करता है; मोलिब्डेनम स्थानीयकृत संक्षारण के व्यवहार और प्रावस्था-स्थिरता को बदलता है; तथा नाइट्रोजन ऑस्टेनाइट की स्थिरता और मजबूती—दोनों को प्रभावित करता है। इसके बाद कार्बन, मैंगनीज, सिलिकॉन और निर्माण-इतिहास परिणाम को और बदलते हैं।

यह अंतर एक ही ग्रेड-परिवार के भीतर भी महत्वपूर्ण होता है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की नाममात्र संरचना रोलिंग, वेल्डिंग, फॉर्मिंग या ऊष्मा-उपचार के बाद उसके सेवा-व्यवहार को विशिष्ट रूप से निर्धारित नहीं करती। Nippon Steel की रिपोर्ट सावधान करती है कि मिश्रधातु-तत्वों की सांद्रता में केवल 1% का अंतर भी प्रावस्था-रूपांतरण के व्यवहार को काफी बदल सकता है। अनाज-सीमाओं और इंटरफेस पर पृथक्करण के कारण स्थानीय संरचना, थोक रासायनिक विश्लेषण से प्राप्त संरचना से भिन्न हो सकती है।

### मोलिब्डेनम और संक्षारण-संबंधी मिश्रधातु अभिकल्पना

मोलिब्डेनम एक प्रतिस्थापनात्मक मिश्रधातु-तत्व है। Steeluniversity के अनुसार, प्रतिस्थापनात्मक सुदृढ़ीकरण आंशिक रूप से क्रिस्टल-जालक के विरूपण से उत्पन्न होता है, जिसकी मात्रा परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता से प्रभावित होती है। हालांकि, स्टेनलेस स्टील में मोलिब्डेनम को केवल तन्य शक्ति बढ़ाने के लिए ही विरले जोड़ा जाता है। इसकी अधिक महत्वपूर्ण अभिकल्पना-भूमिका स्थानीयकृत आक्रमण के प्रति प्रतिरोध है, विशेषकर क्लोराइड-युक्त वातावरण में पिटिंग और दरार-सदृश संक्षारण के प्रति।

PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) गड्ढा-संक्षारण प्रतिरोध की प्रवृत्तियों की तुलना कर सकता है, लेकिन अपने-आप में सेवा-आयु का पूर्वानुमान नहीं लगा सकता। Preliminary evidence

निष्क्रिय क्रोमियम-ऑक्साइड फिल्म किसी स्थानीय दोष या निक्षेप के नीचे टूट सकती है। मोलिब्डेनम धातु के रसायन और ऐसे स्थलों के आसपास पुनःनिष्क्रियण की प्रक्रिया को बदलता है, जिससे छोटी-सी पिट के स्थिर रूप से बढ़ती हुई गुहा में बदलने की प्रवृत्ति कम हो जाती है। इसी कारण मिश्रधातुओं की तुलना में अक्सर PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) जैसे पिटिंग-प्रतिरोध-समतुल्य संबंध का उपयोग किया जाता है। यह अभिव्यक्ति एक प्रारंभिक मूल्यांकन-सूचकांक है, सेवा-आयु का समीकरण नहीं। सतह की स्थिति, क्लोराइड की सांद्रता, तापमान, अम्लता, समावेशन, वेल्ड ऑक्सीकरण और दरार-सदृश ज्यामिति, संरचना के मामूली अंतर से अधिक प्रभाव डाल सकते हैं।

सामान्य ऑस्टेनिटिक पदनाम इस बिंदु को स्पष्ट करते हैं, हालांकि इससे मोलिब्डेनम को अकेली गारंटी नहीं माना जाना चाहिए। ASTM A240 Type 304 और Type 316 दोनों क्रोमियम-निकेल ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील हैं, लेकिन Type 316 की निर्दिष्ट रासायनिक संरचना में मोलिब्डेनम शामिल है, जबकि Type 304 में नहीं। इन संरचनाओं से सामान्यतः संबद्ध UNS पदनाम UNS S30400 और UNS S31600 हैं; कम-कार्बन वाले रूपों में UNS S30403 और UNS S31603 शामिल हैं। क्लोराइड-युक्त सेवा में इनके भिन्न व्यवहार का कारण क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, कार्बन, समावेशन और प्रसंस्करण के संयुक्त प्रभाव हैं—यह किसी एक “मोलिब्डेनम प्रभाव” का परिणाम नहीं है।

मोलिब्डेनम प्रावस्था-स्थिरता को भी बदलता है। निकेल की तुलना में यह सामान्यतः फेराइट को बढ़ावा देता है, इसलिए इसकी मात्रा बढ़ाने से ऑस्टेनाइट का स्थिरता-मार्जिन घट सकता है या वेल्ड के ठोसकरण-संरचना में फेराइट बनने को बढ़ावा मिल सकता है। इस संतुलन को पूरी संरचना और ऊष्मीय चक्र के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। वेल्ड कुछ डेल्टा फेराइट के साथ ठोस हो सकता है, जबकि गढ़ित मूल सामग्री मुख्यतः ऑस्टेनिटिक होती है। अत्यधिक फेराइट, या बाद में फेराइट का भंगुर इंटरमेटैलिक घटकों में रूपांतरण, दृढ़ता और संक्षारण-प्रतिरोध को क्षति पहुँचा सकता है।

### नाइट्रोजन, ऑस्टेनाइट की स्थिरता और मजबूती

नाइट्रोजन लौह-जालक में इंटरस्टिशियल स्थलों पर स्थित होता है, इसलिए इसका सुदृढ़ीकरण-तंत्र मोलिब्डेनम से भिन्न होता है। यह जालक-विरूपण उत्पन्न करता है और विस्थापन रेखाओं के साथ प्रबल अंतःक्रिया करता है। क्रोमियम-निकेल स्टेनलेस स्टील में नाइट्रोजन एक शक्तिशाली ऑस्टेनाइट-स्थिरकारी तत्व भी है। इसलिए यह ऑस्टेनाइट बनाए रखने के लिए आवश्यक निकेल के एक भाग का स्थान ले सकता है, हालांकि यह संतुलन क्रोमियम, निकेल, मैंगनीज, मोलिब्डेनम, कार्बन, तापमान और शीतलन-दर पर निर्भर करता है।

यह संतुलन ग्रेड-विशिष्ट होता है। कोई संरचना विलयन-एनीलिंग के बाद पूर्णतः ऑस्टेनिटिक रह सकती है, लेकिन वेल्डिंग के दौरान उसमें फेराइट बन सकता है; वहीं, यदि ऑस्टेनाइट की स्थिरता अपर्याप्त हो, तो ठंडे-कार्य वाले क्षेत्र में विकृति-प्रेरित मार्टेंसाइट विकसित हो सकता है। अनेक ऑस्टेनिटिक संरचनाओं में नाइट्रोजन ऐसे रूपांतरण के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है, लेकिन यह निम्न तापमान, विकृति या प्रतिकूल रासायनिक संरचना के प्रभावों को समाप्त नहीं करता।

नाइट्रोजन ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण में महत्वपूर्ण योगदान देता है और अतिरिक्त कार्बन से संबद्ध कार्बाइड-आधारित संवेदीकरण-तंत्र उत्पन्न किए बिना उपज-शक्ति बढ़ा सकता है। यह सामान्यतः कार्य-कठोरीकरण क्षमता भी बढ़ाता है। फॉर्मिंग के दौरान इसका अर्थ है कि प्लास्टिक विकृति बढ़ने के साथ धातु तेजी से कठोर होती रह सकती है; मजबूती में होने वाले लाभ के साथ अधिक फॉर्मिंग-भार और विकृति की एकरूपता नियंत्रित करने की अधिक आवश्यकता भी हो सकती है। सेवा के दौरान, उच्च कार्य-कठोरीकरण प्रतिक्रिया स्थानीयकृत प्लास्टिक विकृति के प्रति प्रतिरोध सुधार सकती है, लेकिन परिणाम अभी भी अनाज के आकार, टेक्सचर, समावेशन और पूर्ववर्ती ठंडे-कार्य पर निर्भर करता है।

नाइट्रोजन प्रसंस्करण-संबंधी सीमाओं से मुक्त नहीं है। द्रव और ठोस स्टील में इसकी विलेयता तापमान और संरचना पर निर्भर करती है, तथा अत्यधिक नाइट्रोजन गैस-रंध्रता, नाइट्राइड-निर्माण या अवांछित ठोसकरण-संरचनाओं को बढ़ावा दे सकता है। मोलिब्डेनम और क्रोमियम कुछ नाइट्राइडों के बनने की प्रवृत्ति बढ़ाते हैं, क्योंकि वे रासायनिक सक्रियता और प्रावस्था-स्थिरता को बदलते हैं। इस प्रकार नाइट्रोजन मैट्रिक्स में ऑस्टेनाइट का समर्थन कर सकता है, जबकि अवक्षेपण के कारण स्थानीय रूप से मैट्रिक्स से हट भी सकता है।

### द्वितीयक प्रावस्थाएँ और निर्माण-प्रतिक्रिया

सबसे परिचित संवेदीकरण-तंत्र में क्रोमियम कार्बाइड शामिल है, जिसे सामान्यतः Cr23C6 के रूप में लिखा जाता है। यह प्रतिकूल ऊष्मीय संपर्क के दौरान ऑस्टेनाइट अनाज-सीमाओं पर बनता है। सीमा के निकट क्रोमियम स्थानीय रूप से खप जाता है, जिससे क्रोमियम-क्षीण क्षेत्र बनता है और अंतर-अनाजी संक्षारण आसान हो जाता है। UNS S31603 जैसे कम-कार्बन ग्रेड उपलब्ध कार्बन को सीमित करते हैं; स्थिरकृत ग्रेड कार्बन को अधिमानतः बाँधने के लिए टाइटेनियम या नायोबियम जैसे तत्वों का उपयोग करते हैं। इनमें से कोई भी उपाय वेल्डिंग को अप्रासंगिक नहीं बनाता: ऊष्मा-इनपुट, शीतलन-दर, जोड़ का बंधन, मोटाई और बाद का ऊष्मीय संपर्क अभी भी माइक्रोस्ट्रक्चर निर्धारित करते हैं।

मोलिब्डेनम और क्रोमियम-युक्त ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील मध्यवर्ती तापमान-सीमाओं में लंबे समय तक संपर्क या बार-बार होने वाले वेल्डिंग चक्रों के दौरान सिग्मा प्रावस्था, ची प्रावस्था, लेव्स प्रावस्था अथवा विभिन्न कार्बाइड और नाइट्राइड भी बना सकते हैं। ये प्रावस्थाएँ ऑस्टेनिटिक मैट्रिक्स से क्रोमियम, मोलिब्डेनम या नाइट्रोजन को हटा देती हैं और सामग्री को भंगुर बना सकती हैं। इसलिए ऐसी संरचना, जो विलयन-एनील्ड अवस्था में क्लोराइड-प्रतिरोध सुधारती है, अनुपयुक्त निर्माण-चक्र के बाद कम प्रतिरोधी हो सकती है।

वेल्डिंग इस अंतःक्रिया को स्पष्ट रूप से सामने लाती है। ठोसकरण के दौरान होने वाला पृथक्करण डेंड्राइटों के बीच के क्षेत्रों में फेराइट-निर्माता तत्वों को संकेंद्रित कर सकता है, जबकि नाइट्रोजन और निकेल यह प्रभावित करते हैं कि वेल्ड धातु ऑस्टेनाइट, फेराइट या मिश्रित संरचना के रूप में ठोस होगी। अत्यधिक डेल्टा फेराइट तन्यता घटा सकता है या सेवा के दौरान द्वितीयक प्रावस्था-निर्माण को बढ़ावा दे सकता है; कुछ वेल्ड-धातु संरचनाओं में बहुत कम फेराइट गर्म-दरार बनने की संवेदनशीलता बढ़ा सकता है। वेल्ड के बाद सफाई भी महत्वपूर्ण है, क्योंकि हीट टिंट क्रोमियम-क्षीण या ऑक्साइड-आच्छादित सतह छोड़ सकता है, भले ही अंतर्निहित थोक संरचना अपरिवर्तित रहे।

यही सिद्धांत गर्म और ठंडे निर्माण पर भी लागू होता है। विलयन-एनीलिंग अनेक अवांछित अवक्षेपों को घोल देती है और अधिक समान वितरण पुनर्स्थापित करती है, लेकिन आवश्यक तापमान और तीव्र शीतलन ग्रेड तथा अनुभाग पर निर्भर करते हैं। ठंडा-कार्य विस्थापन-संचय के माध्यम से मजबूती बढ़ाता है और चुंबकीय प्रतिक्रिया को बदल सकता है या मेटास्टेबल ऑस्टेनाइट में मार्टेंसिटिक रूपांतरण उत्पन्न कर सकता है। कोई भी मिश्रधातु-तत्व निश्चित परिणाम की गारंटी नहीं देता। मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, क्रोमियम और निकेल का मूल्यांकन कार्बन-स्तर, प्रावस्था-संरचना, पृथक्करण, अवक्षेप-इतिहास और वास्तविक निर्माण-पद्धति के साथ मिलाकर किया जाना चाहिए।

## 9. HSLA इस्पात में वैनेडियम, नायोबियम और टाइटेनियम

उच्च-शक्ति निम्न-मिश्रधातु (HSLA) इस्पात प्रक्रिया-संवेदी मिश्रधातुकरण का सबसे स्पष्ट उदाहरण प्रस्तुत करता है। वैनेडियम, नायोबियम या टाइटेनियम की थोड़ी-सी मात्रा केवल ऐसे घटक नहीं हैं जो एक निश्चित गुण उत्पन्न कर दें। उनका प्रभाव सांद्रता, कार्बन और नाइट्रोजन की उपलब्धता, पुनःतापन तापमान, रोलिंग क्रम, शीतलन दर और ठोसकरण के बाद परमाणुओं के स्थान पर निर्भर करता है। यदि तापीय और विरूपण संबंधी इतिहास अलग हों, तो इस्पात-निर्माता समान तत्व को दो अलग-अलग पिघलों में मिलाकर भिन्न सूक्ष्मसंरचनाएँ प्राप्त कर सकता है।

यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि ये तीनों तत्व अलग-अलग क्रियाविधियों से कार्य करते हैं। वैनेडियम मुख्यतः फेराइट में अवक्षेपण के माध्यम से मजबूती बढ़ाता है। नायोबियम गर्म रोलिंग के दौरान ऑस्टेनाइट में होने वाली प्रक्रियाओं को मुख्य रूप से बदलता है, पुनर्क्रिस्टलीकरण में विलंब करता है और विरूपण से उत्पन्न दाने के सूक्ष्मीकरण को बनाए रखने में सहायता करता है। टाइटेनियम अत्यंत स्थिर टाइटेनियम नाइट्राइड, TiN, बनाता है, जो पुनःतापन के दौरान ऑस्टेनाइट की दाना-सीमाओं को पिन करता है। ये क्रियाविधियाँ एक ही इस्पात में साथ-साथ सक्रिय हो सकती हैं, लेकिन वे एक ही चरण में नहीं होतीं और समान सूक्ष्मसंरचनात्मक परिणाम उत्पन्न नहीं करतीं।

HSLA ग्रेड यह स्पष्ट करते हैं कि संघटन को किसी गारंटी के रूप में नहीं पढ़ा जा सकता। ASTM A572/A572M ग्रेड 50 और ASTM A588/A588M को यांत्रिक तथा रासायनिक आवश्यकताओं द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, फिर भी उनके अंतिम गुण रोलिंग और शीतलन की प्रक्रिया पर भी निर्भर करते हैं। World Steel Association इस्पात को ऐसे लौह-कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है जिसमें 2% से कम कार्बन होता है; लौह और कार्बन के अतिरिक्त थोड़ी मात्रा में मिलाए गए तत्व रूपांतरण व्यवहार को अनुपातहीन रूप से बदल सकते हैं। Nippon Steel के अनुसार, मिश्रधातु-तत्व की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से भी इस्पात के चरण-रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त परिवर्तन हो सकता है। HSLA में मिलाई जाने वाली मात्राओं पर अवक्षेपण-अवस्था या तापीय इतिहास में इससे भी छोटे परिवर्तन महत्वपूर्ण हो सकते हैं।

![इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव](/images/uploads/1fcfcea6-307f-415b-8189-3d42782d2f3e/wiki-inline-a-polished-and-etched-hsla-steel-microstructure-containing-fine-vanadium-carbide-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/1fcfcea6-307f-415b-8189-3d42782d2f3e/wiki-inline-a-polished-and-etched-hsla-steel-microstructure-containing-fine-vanadium-carbide-1920x1288.avif "छवि बड़ी करें — इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव")Fine vanadium precipitates obstruct dislocations and raise yield strength.

### वैनेडियम कार्बाइड और कार्बोनाइट्राइड का अवक्षेपण

HSLA इस्पात को वैनेडियम मुख्यतः तब मजबूत करता है जब वह सूक्ष्म वैनेडियम कार्बाइड, VC, या वैनेडियम कार्बोनाइट्राइड, V(C,N), के रूप में अवक्षेपित होता है। गर्म कार्यण के दौरान वैनेडियम का बड़ा भाग ऑस्टेनाइट में घुला रह सकता है। जैसे-जैसे इस्पात ठंडा होता है और फेराइट बनता है, वैनेडियम तथा कार्बन या नाइट्रोजन की विलेयता बदलती है। इसके बाद सूक्ष्म कण फेराइट के भीतर या अंतरापृष्ठों के निकट नाभिकित हो सकते हैं। ये कण विस्थापन की गति में अवरोध उत्पन्न करते हैं, इसलिए प्लास्टिक प्रवाह आरंभ करने के लिए अधिक आरोपित प्रतिबल आवश्यक होता है।

यह अवक्षेपण-सुदृढ़ीकरण है, केवल ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण नहीं। लौह जालक में घुला हुआ वैनेडियम परमाणु उस जालक को विकृत करता है और ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण में योगदान दे सकता है, जैसा कि Steeluniversity प्रतिस्थापी मिश्रधातु-तत्वों के संदर्भ में समझाता है। इस प्रभाव का परिमाण परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता पर निर्भर करता है। VC या V(C,N) का कण अलग प्रकार से कार्य करता है: यह एक वितरित अवरोध उत्पन्न करता है, जिसकी प्रभावशीलता कण के आकार, संख्या-घनत्व, सहसंबद्धता और अंतराल पर निर्भर करती है; इन्हीं के आधार पर यह निर्धारित होता है कि विस्थापन उसके चारों ओर या उसके आर-पार कितनी प्रभावी ढंग से गति कर सकते हैं।

उपयोगी अवक्षेप सूक्ष्म और संख्या में अधिक होने चाहिए। स्थूल वैनेडियम कार्बाइड समान अवरोध-घनत्व प्रदान किए बिना मिश्रधातु-तत्वों का उपभोग कर लेते हैं, और अत्यधिक उच्च-तापमान वाले चरण में बनने वाले कण अंतिम फेरिटिक संरचना विकसित होने से पहले मोटे हो सकते हैं। नाइट्रोजन V(C,N) की मात्रा बढ़ा सकता है, लेकिन इसका प्रभाव कार्बन-से-नाइट्रोजन संतुलन तथा प्रतिस्पर्धी नाइट्राइड-निर्माताओं, विशेष रूप से टाइटेनियम और एल्युमिनियम, पर निर्भर करता है। इसलिए अवक्षेपण तापमान और शीतलन इतिहास की जानकारी के बिना वैनेडियम का नाममात्र प्रतिशत उपज-शक्ति के बारे में बहुत कम बताता है।

जब अवक्षेपण और रूपांतरण का समन्वय हो, तब वैनेडियम प्रभावी फेराइट संरचना को भी सूक्ष्म बना सकता है। सामान्यतः अधिक सूक्ष्म फेराइट से शक्ति बढ़ती है और अक्सर छोटे विदलन-इकाई आकार के कारण दृढ़ता में सुधार होता है, हालांकि शक्ति, तन्यता और आघात-प्रदर्शन अभी भी पूर्ण संघटन तथा प्रसंस्करण मार्ग पर निर्भर करते हैं। HSLA धातुकर्म पर AZoM का विवरण सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेपों को बढ़ी हुई उपज-शक्ति का एक स्रोत बताता है। यह कथन सही है, लेकिन केवल तब, जब “वैनेडियम मिलाने” को “वांछित रूप में अवक्षेपण हो जाने” के साथ भ्रमित न किया जाए।

### नायोबियम और नियंत्रित रोलिंग

नायोबियम का मुख्य कार्य अलग है। नियंत्रित-रोल्ड HSLA इस्पात में घुला हुआ नायोबियम तथा नायोबियम कार्बोनाइट्राइड रोलिंग पासों के बीच ऑस्टेनाइट के पुनर्क्रिस्टलीकरण को धीमा करते हैं। AZoM के अनुसार, नायोबियम गर्म रोलिंग के दौरान ऑस्टेनाइट के पुनर्क्रिस्टलीकरण को दबाता है। इसका परिणाम महत्वपूर्ण है: बार-बार होने वाला विरूपण ऑस्टेनाइट में संचित हो सकता है, बजाय इसके कि तीव्र पुनर्क्रिस्टलीकरण द्वारा समाप्त हो जाए।

जब पुनर्क्रिस्टलीकरण में विलंब वाले तापमानों पर रोलिंग जारी रहती है, तो ऑस्टेनाइट के दाने लंबे आकार के हो जाते हैं और उनमें विरूपण-दोषों का उच्च घनत्व उत्पन्न होता है। ठंडा होने पर फेराइट ऐसे विकृत ऑस्टेनाइट से संबद्ध अनेक स्थलों पर नाभिकित होता है। परिणामस्वरूप बनने वाला फेराइट सामान्य रोलिंग के बाद बनने वाले फेराइट की तुलना में बहुत अधिक सूक्ष्म हो सकता है, जिससे दाना-सूक्ष्मीकरण द्वारा शक्ति बढ़ती है और दृढ़ता बनाए रखने में सहायता मिलती है। Hall–Petch संबंध सामान्य प्रवृत्ति का वर्णन करता है: फेराइट के दाने का आकार घटने पर उपज के प्रति प्रतिरोध बढ़ता है, क्योंकि दाना-सीमाएँ विस्थापन की गति में अवरोध डालती हैं।

नायोबियम विलयन में, सूक्ष्म नायोबियम कार्बोनाइट्राइड के रूप में, या इन दोनों अवस्थाओं के संयोजन में उपस्थित हो सकता है। कौन-सी अवस्था प्रमुख होगी, यह तापमान निर्धारित करता है। पर्याप्त उच्च तापमान पर नायोबियम कार्बोनाइट्राइड घुल सकता है, जिससे नायोबियम विलयन में पुनर्क्रिस्टलीकरण को धीमा करने या बाद में अवक्षेपित होने के लिए उपलब्ध हो जाता है। कम तापमान पर कण बन सकते हैं और पिनिंग तथा ड्रैगिंग प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं। प्रत्येक पास में रोलिंग-अपचयन, पासों के बीच का समय, अंतिम रोलिंग तापमान और विकृति का संचय यह निर्धारित करते हैं कि ये प्रभाव इच्छित ऑस्टेनाइट संरचना उत्पन्न करेंगे या नहीं।

यह फेरिटिक VC के समान अर्थ में अवक्षेपण-सुदृढ़ीकरण नहीं, बल्कि पुनर्क्रिस्टलीकरण-नियंत्रण है। नायोबियम कार्बोनाइट्राइड कण अवक्षेपण-सुदृढ़ीकरण में योगदान दे सकते हैं, विशेषकर रूपांतरण के बाद, लेकिन नियंत्रित रोलिंग का केंद्रीय प्रभाव ऑस्टेनाइट में विकृति को बनाए रखना है। नायोबियम युक्त इस्पात को यदि संबंधित पुनर्क्रिस्टलीकरण सीमा से ऊपर रोल किया जाए, तो उसमें उसी नायोबियम-सामग्री वाले, नियंत्रित परिस्थितियों में रोल किए गए इस्पात जैसा दाना-सूक्ष्मीकरण विकसित नहीं हो सकता।

![इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव](/images/uploads/32eef98b-78a3-4613-bb3b-55e21cfbe2e5/wiki-inline-austenite-grains-during-hsla-reheating-showing-titanium-nitride-particles-pinnin-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/32eef98b-78a3-4613-bb3b-55e21cfbe2e5/wiki-inline-austenite-grains-during-hsla-reheating-showing-titanium-nitride-particles-pinnin-2027x2560.avif "छवि बड़ी करें — इस्पात के मिश्रधातु तत्व और उनके धातुकर्मीय प्रभाव")Stable TiN particles limit austenite grain growth during reheating.

### टाइटेनियम नाइट्राइड और पुनःतापन के दौरान दाने का आकार

टाइटेनियम अधिक प्रारंभिक तापीय चरण में कार्य करता है। टाइटेनियम की नाइट्रोजन के प्रति प्रबल आकर्षण होता है और यह स्थिर TiN अवक्षेप बनाता है। AZoM के अनुसार, ये कण HSLA इस्पात में पुनःतापन के दौरान दाने के आकार को नियंत्रित करते हैं। स्लैब या बिलेट के पुनःतापन के दौरान सूक्ष्म रूप से वितरित TiN कण ऑस्टेनाइट की दाना-सीमाओं को पिन करते हैं। सीमा-गति अधिक कठिन हो जाती है, इसलिए प्रभावी पिनिंग कणों से रहित इस्पात की तुलना में ऑस्टेनाइट के दाने उतनी तेजी से नहीं बढ़ते।

दाना-सीमा पिनिंग कणों के आकार और वितरण पर निर्भर करती है। अत्यंत सूक्ष्म और संख्या में अधिक TiN कण कुल अंतरापृष्ठीय क्षेत्रफल को बढ़ाते हैं तथा सीमा-गति के विरुद्ध पर्याप्त प्रतिरोध उत्पन्न कर सकते हैं। स्थूल TiN कण प्रति इकाई आयतन कम प्रभावी होते हैं और कुछ भारण परिस्थितियों में भंगुर समावेशन या दरार-आरंभ स्थलों की तरह व्यवहार कर सकते हैं। टाइटेनियम की अधिकता, नाइट्रोजन की अधिकता, धीमा ठोसकरण या अनुपयुक्त पुनःतापन कणों के समूह को स्थूल कणों की ओर स्थानांतरित कर सकते हैं। केवल रासायनिक मिलावट उपयोगी कण-समूह को निर्दिष्ट नहीं करती।

इस प्रकार टाइटेनियम पुनःतापन के दौरान दाने के आकार को नियंत्रित करता है, नायोबियम विरूपण के दौरान पुनर्क्रिस्टलीकरण को नियंत्रित करता है और वैनेडियम सामान्यतः अवक्षेपण द्वारा रूपांतरित फेराइट को मजबूत करता है। ये चरण एक-दूसरे से जुड़ते हैं, लेकिन विश्लेषण में क्रियाविधियों को अलग रखना चाहिए। TiN पिनिंग पुनःतापन से पहले या उसके दौरान दाना-वृद्धि को सीमित करती है; नायोबियम रोलिंग के दौरान ऑस्टेनाइट के पुनर्क्रिस्टलीकरण में विलंब करता है; VC या V(C,N) का अवक्षेपण रूपांतरण के बाद विस्थापन की गति में अवरोध डालता है। तीनों प्रभावों को “दाना-सूक्ष्मीकरण” कहना उस क्रम को छिपा देता है जो HSLA प्रसंस्करण को प्रभावी बनाता है।

अंतःक्रियाएँ इस क्रम को और जटिल बनाती हैं। टाइटेनियम नाइट्रोजन को TiN के रूप में विलयन से निकाल सकता है, जिससे वैनेडियम कार्बोनाइट्राइड के निर्माण के लिए उपलब्ध नाइट्रोजन कम हो जाती है। तापमान-निर्भर विलेयता संबंधों के अनुसार नायोबियम और वैनेडियम कार्बन तथा नाइट्रोजन के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं। मैंगनीज, सिलिकॉन, एल्युमिनियम और अन्य तत्व रूपांतरण तापमान तथा चरण-स्थिरता को बदलते हैं, जबकि ढलाई के दौरान होने वाला पृथक्करण ऐसी स्थानीय संघटनाएँ उत्पन्न कर सकता है जो नाममात्र पिघल-विश्लेषण से भिन्न हों। Steeluniversity मॉड्यूल इन तत्वों—जिनमें सिलिकॉन, मैंगनीज, सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा, टिन, क्रोमियम, निकल और मोलिब्डेनम शामिल हैं—को शक्ति, तन्यता, दृढ़ता, दाने के आकार, कठोरणीयता और ऊष्मा-उपचार प्रतिक्रिया को प्रभावित करने वाले कारकों के रूप में सूचीबद्ध करता है।

व्यावहारिक निष्कर्ष सीधा है: वैनेडियम, नायोबियम और टाइटेनियम मिश्रधातु-मिलावट जितने ही प्रसंस्करण-उपकरण भी हैं। उनकी सांद्रता संभावनाएँ निर्धारित करती है; पुनःतापन, विरूपण, अवक्षेपण और शीतलन यह तय करते हैं कि उन संभावनाओं में से कौन-सी सूक्ष्मसंरचना में परिणत होगी। यही कारण है कि HSLA विनिर्देश नियंत्रित उत्पादन-प्रथाओं की अपेक्षा करते हैं और यही कारण है कि केवल तत्व-दर-तत्व किया गया पृथक विवरण इस्पात के प्रदर्शन का अधूरा वर्णन प्रस्तुत करता है।

## 10. मिश्रधातु तत्व और प्रावस्था रूपांतरण

स्टील किसी निश्चित नुस्खे से परिभाषित नहीं होता। वर्ल्ड स्टील एसोसिएशन इसे लौह–कार्बन मिश्रधातु के रूप में वर्णित करता है, जिसमें 2% से कम कार्बन तथा मैंगनीज और कम मात्रा में सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर और ऑक्सीजन होते हैं। यह परिभाषा सूक्ष्मसंरचना की भविष्यवाणी नहीं करती, बल्कि संघटन की एक सीमा निर्धारित करती है। इसके भीतर आने वाले दो स्टील समान भट्ठी-चक्र के प्रति बहुत अलग ढंग से प्रतिक्रिया कर सकते हैं, क्योंकि मिश्रधातु तत्व प्रावस्था स्थायित्व, विसरण दर, नाभिकीयन स्थलों, अवक्षेपण तथा रूपांतरण आरंभ होने वाले तापमानों को बदल देते हैं।

यह अंतर सादे-कार्बन स्टील में भी महत्वपूर्ण है और मिश्रधातु ग्रेडों में इसका महत्व और बढ़ जाता है। Steeluniversity सिलिकॉन, मैंगनीज, सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, कॉपर, टिन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम को ऐसे तत्वों के रूप में पहचानता है जो मजबूती, तन्यता, दृढ़ता, मशीनिंग-क्षमता, कठोरीकरण-क्षमता, दाने के आकार और ताप-उपचार के प्रति प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं। इनके प्रभाव परस्पर जुड़े हुए होते हैं। मैंगनीज, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम विसरण-आधारित रूपांतरणों को विलंबित कर सकते हैं, जबकि कार्बन पर्याप्त रूप से तीव्र शीतलन के बाद बनने वाले मार्टेंसाइट की कठोरता को नियंत्रित करता है। वैनेडियम, नायोबियम और टाइटेनियम भी कार्बाइड, कार्बोनाइट्राइड और नाइट्राइड के अवक्षेपण के माध्यम से रूपांतरण-व्यवहार को बदलते हैं।

### कठोरीकरण-क्षमता बनाम कठोरता

कठोरता किसी विशिष्ट उपचार के बाद किसी विशिष्ट स्थान पर मापी जाने वाली प्रतिरोधकता है। यह कार्बन की मात्रा, बनने वाले मार्टेंसाइट या अन्य कठोर प्रावस्थाओं के अंश, टेम्परिंग तापमान और स्थानीय शीतलन स्थितियों पर अत्यधिक निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, तीव्रता से क्वेंच किए गए उच्च-कार्बन स्टील की सतह के निकट अत्यंत कठोर मार्टेंसाइट बन सकता है, लेकिन केवल इस तथ्य से यह पता नहीं चलता कि मोटे अनुप्रस्थ भाग के भीतर मार्टेंसाइटिक संरचना कितनी गहराई तक फैली है।

कठोरणीयता **कठोरणीयता** शीतलन के दौरान किसी अनुप्रस्थ काट में मार्टेंसाइट बनाने की इस्पात की क्षमता; यह उस अधिकतम कठोरता से भिन्न होती है जिसे इस्पात प्राप्त कर सकता है।

कठोरीकरण-क्षमता से तात्पर्य क्वेंचिंग के दौरान किसी निश्चित गहराई तक मार्टेंसाइट बनाने की स्टील की क्षमता से है। यह एक गतिज गुण है, अधिकतम कठोरता का प्रत्यक्ष माप नहीं। मैंगनीज, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम सामान्यतः समय–तापमान–रूपांतरण आरेख पर पर्लाइट और बेनाइट रूपांतरणों को अधिक लंबे समय की ओर खिसकाकर कठोरीकरण-क्षमता बढ़ाते हैं। इसके बाद अंदरूनी भाग की धीमी शीतलन दर भी इतनी देर तक क्रांतिक रूपांतरण सीमा से नीचे रह सकती है कि मार्टेंसाइट बन सके। कार्बन भी योगदान देता है, हालांकि कार्बन बढ़ाने से प्राप्त की जा सकने वाली मार्टेंसाइट कठोरता अधिक प्रत्यक्ष रूप से बढ़ती है और अधिक सांद्रता पर इसका उपयोग दृढ़ता को घटा सकता है या अवशिष्ट ऑस्टेनाइट की मात्रा बढ़ा सकता है।

कठोरता, कठोरणीयता और जोमिनी परीक्षण संबंधित लेकिन भिन्न राशियों का वर्णन करते हैं।
| गुण | यह क्या दर्शाता है | मुख्य प्रभावकारी कारक |
|---|---|---|
| कठोरता | उपचार के बाद किसी विशिष्ट स्थान पर मापा गया प्रतिरोध | कार्बन, प्रावस्था-अंश, शीतलन और टेम्परिंग |
| कठोरणीयता | शमन के दौरान वह गहराई जहाँ तक मार्टेंसाइट बन सकता है | मैंगनीज़, क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेनम, अनुप्रस्थ काट का आकार और शमन की तीव्रता |
| जोमिनी प्रोफ़ाइल | अंत-शमन किए गए नमूने की लंबाई के साथ कठोरता में परिवर्तन | स्थानीय शीतलन दर और रूपांतरण-प्रतिक्रिया |

जोमिनी एंड-क्वेंच परीक्षण इस अंतर को स्पष्ट करता है। क्वेंच किया गया सिरा तेजी से ठंडा होता है और सामान्यतः मार्टेंसाइट बनाता है; इससे दूर जाने पर शीतलन दर घटती है और नरम पर्लाइट, बेनाइट या मिश्रित संरचनाएँ विकसित हो सकती हैं। कठोरता-प्रोफ़ाइल स्टील की रूपांतरण-प्रतिक्रिया और निर्मित प्रावस्थाओं की कार्बन-निर्भर कठोरता—दोनों को दर्ज करती है। कम-कार्बन स्टील में पर्याप्त कठोरीकरण-क्षमता हो सकती है, फिर भी उसकी अधिकतम मार्टेंसाइट कठोरता सीमित रह सकती है। इसके विपरीत, उच्च-कार्बन स्टील सतह पर बहुत कठोर हो सकता है, लेकिन यदि उसकी कठोरीकरण-क्षमता कम हो तो बड़े अनुप्रस्थ भाग में कठोरता तीव्रता से घट सकती है।

मिश्रधातु तत्व अकेले कार्य नहीं करता। क्रोमियम कठोरीकरण-क्षमता बढ़ाने के साथ-साथ क्रोमियम-समृद्ध कार्बाइडों को स्थिर कर सकता है और ऑक्सीकरण तथा संक्षारण-प्रतिरोध में सुधार कर सकता है। निकेल ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है और फेरिटिक स्टील को, उप-शून्य तापमानों पर भी, मजबूत बनाता है; लेकिन रूपांतरण पर इसका प्रभाव कार्बन, मैंगनीज, क्रोमियम और पूर्ववर्ती ऑस्टेनाइट के दाने के आकार पर निर्भर करता है। वैनेडियम सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेपों के माध्यम से मजबूती बढ़ा सकता है, साथ ही उपलब्ध कार्बन और नाइट्रोजन को बदलकर ऑस्टेनाइट-से-फेराइट अभिक्रिया को प्रभावित कर सकता है। इनमें से किसी एक तत्व को निश्चित रूप से “कठोरक” कहना वास्तविक तंत्र को छिपा देता है।

### रूपांतरण-गतिकी और तापीय इतिहास

प्रावस्था आरेख यह दर्शाता है कि साम्यावस्था में कौन-सी प्रावस्थाएँ स्थिर हैं; यह नहीं बताता कि वास्तविक स्टील का भाग साम्यावस्था तक कितनी तेजी से पहुँचता है। रूपांतरण-गतिकी इस अंतर को स्पष्ट करती है। धीमी शीतलन के दौरान ऑस्टेनाइट फेराइट और पर्लाइट में, मध्यम शीतलन दरों पर बेनाइट में, अथवा जब विसरण दब जाता है तब मार्टेंसाइट में रूपांतरित हो सकता है। परिणाम केवल अंतिम रासायनिक विश्लेषण पर नहीं, बल्कि तापमान-पथ पर निर्भर करता है।

Nippon Steel की रिपोर्ट इस सीमा को विशेष रूप से स्पष्ट करती है: मिश्रधातु तत्व की सांद्रता में केवल 1% का अंतर भी प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त परिवर्तन ला सकता है। यह अंतर रूपांतरण-आरंभ वक्रों की स्थिति, मार्टेंसाइट बनने के तापमान, अवशिष्ट ऑस्टेनाइट की मात्रा या उस अंतराल को बदल सकता है जिसमें बेनाइट बनता है। अनेक मिश्रधातु प्रणालियों में 1% इतना बड़ा अंतर है कि उसका प्रभाव पड़े, लेकिन व्यापक निष्कर्ष इससे भी अधिक महत्वपूर्ण है: जब कोई रूपांतरण सीमा निकट हो, तब संघटन में छोटे परिवर्तन अनुपातहीन रूप से बड़े प्रभाव डाल सकते हैं।

इसलिए संघटन से संबंधित किसी भी दावे के साथ शीतलन दर का उल्लेख होना चाहिए। भट्ठी में ठंडा किया गया भाग, हवा में ठंडी की गई प्लेट, तेल में क्वेंच की गई छड़ और पानी में क्वेंच किया गया किनारा—इन सभी में तापीय प्रवणताएँ अलग होती हैं और इनसे अलग-अलग संरचनाएँ बनती हैं, भले ही वे एक ही हीट से काटे गए हों। अनुप्रस्थ भाग की मोटाई भी परिणाम बदलती है, क्योंकि सतह से ऊष्मा केंद्र तक पहुँचने से पहले ही बाहर निकल जाती है। क्वेंच की हलचल, स्थानांतरण का समय और सतह की स्थिति अतिरिक्त भिन्नता उत्पन्न करते हैं।

अंतिम ताप-उपचार शुरू होने से पहले पुनःतापन और रोलिंग एक और तापीय इतिहास निर्मित करते हैं। HSLA स्टील में AZoM की रिपोर्ट के अनुसार, नायोबियम गर्म रोलिंग के दौरान ऑस्टेनाइट के पुनर्क्रिस्टलीकरण को दबाता है। विकृत ऑस्टेनाइट चपटे दानों को बनाए रख सकता है, जिससे बाद के शीतलन के दौरान फेराइट के नाभिकीयन स्थलों की संख्या बढ़ जाती है। टाइटेनियम स्थिर TiN अवक्षेप बनाता है, जो पुनःतापन के दौरान ऑस्टेनाइट के दाने के विकास को सीमित करते हैं; उनकी प्रभावशीलता कण के आकार, घुलन तापमान तथा नाइट्रोजन और टाइटेनियम की मात्रा पर निर्भर करती है। वैनेडियम सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेप बनाता है, जो उपज-शक्ति बढ़ाते हैं, विशेषकर तब जब अवक्षेपण रूपांतरण के दौरान या उसके बाद होता है। अत्यधिक पुनःतापन से दाने के आकार को नियंत्रित करने के लिए अभिप्रेत कण घुल सकते हैं, जबकि अनुपयुक्त शीतलन वांछित अवक्षेपण-प्रतिक्रिया को रोक सकता है।

टेम्परिंग व्याख्या को फिर बदल देती है। क्वेंच किया गया मार्टेंसाइट अतिसंतृप्त और तनावग्रस्त होता है; टेम्परिंग से कार्बन का पुनर्वितरण, कार्बाइड का अवक्षेपण और पुनर्प्राप्ति संभव होती है। समान क्वेंच-कठोरता वाला स्टील 200 °C, 500 °C या 650 °C पर टेम्परिंग के बाद अलग-अलग मजबूती, दृढ़ता और आयामी स्थायित्व प्राप्त कर सकता है। क्रोमियम, मोलिब्डेनम या वैनेडियम युक्त मिश्रधातु कार्बाइड उच्च-तापमान टेम्परिंग के दौरान अवक्षेपित हो सकते हैं; इसलिए अंतिम अवस्था का पूर्वानुमान केवल क्वेंच के रासायनिक संघटन से नहीं लगाया जा सकता।

### दाना-सीमा पृथक्करण और अंतरापृष्ठ

समग्र संघटन एक औसत मान होता है। सूक्ष्मसंरचना में परमाणु हमेशा समान रूप से वितरित नहीं होते। फॉस्फोरस, सल्फर, टिन, एंटीमनी और अन्य विलेय ठोसकरण, पुनःतापन या रूपांतरण के दौरान ऑस्टेनाइट की दाना-सीमाओं पर पृथक हो सकते हैं। दाना-सीमाओं की परमाण्विक पैकिंग और ऊर्जा दाने के आंतरिक भागों से भिन्न होती है, जिससे वे विलेय के संचय और नई प्रावस्थाओं के नाभिकीयन के लिए पसंदीदा स्थल बन जाती हैं। पृथक्करण सीमा-संसंजन को घटा सकता है, फेराइट के नाभिकीयन को बदल सकता है या स्थानीय रूपांतरण तापमान को संशोधित कर सकता है।

फेराइट, ऑस्टेनाइट, बेनाइट, मार्टेंसाइट और अवक्षेपों के बीच के अंतरापृष्ठों पर भी ऐसे रासायनिक क्षेत्र होते हैं जो नाममात्र मिश्रधातु संघटन से भिन्न होते हैं। कार्बन किसी रूपांतरित होती प्रावस्था से ऑस्टेनाइट में विभाजित हो सकता है; मैंगनीज और क्रोमियम अधिक धीरे पुनर्वितरित हो सकते हैं, क्योंकि वे प्रतिस्थापी तत्व हैं। किसी एक तत्व से समृद्ध और दूसरे से क्षीण सीमा स्थानीय रूपांतरण को तेज या विलंबित कर सकती है। इसलिए एक ही स्टील में अलग-अलग रूपांतरण अनुक्रम वाले क्षेत्र हो सकते हैं, विशेषकर समावेशों, पूर्ववर्ती-ऑस्टेनाइट सीमाओं, वेल्ड के ताप-प्रभावित क्षेत्रों और ढलाई से बने पृथक्करण-बैंडों के निकट।

अंतरापृष्ठ केवल प्रावस्था-निर्माण को नियंत्रित नहीं करते। सूक्ष्म TiN कण ऑस्टेनाइट की सीमाओं को पिन करते हैं; घोल में या अवक्षेपों के रूप में उपस्थित नायोबियम पुनर्क्रिस्टलीकरण को सीमित करता है; VC और V(C,N) कण विस्थापन की गति में बाधा डालकर उपज-शक्ति बढ़ाते हैं। सल्फाइड समावेश नाभिकीयन स्थल प्रदान कर सकते हैं, लेकिन आकारिकी और अभिविन्यास के आधार पर दृढ़ता भी घटा सकते हैं। स्टेनलेस स्टील में सतह के निकट क्रोमियम पर्याप्त मात्रा में उपलब्ध रहना चाहिए, ताकि क्रोमियम-ऑक्साइड निष्क्रियता बनी रहे; वहीं निकेल, मोलिब्डेनम, नाइट्रोजन, कार्बन और स्थिरीकारी तत्व ऑस्टेनाइट की स्थिरता, कार्य-कठोरीकरण, संवेदीकरण और द्वितीयक-प्रावस्था निर्माण को प्रभावित करते हैं।

फलतः रासायनिक विश्लेषण केवल प्रारंभिक बिंदु है। किसी तत्व के बारे में सार्थक कथन के लिए उसकी सांद्रता-सीमा, प्रावस्था में स्थिति, पृथक्करण की अवस्था, अवक्षेपों की संख्या और वितरण, दाने का आकार, शीतलन दर, पुनःतापन और रोलिंग अनुसूची तथा टेम्परिंग की अवस्था—इन सभी की पहचान आवश्यक है। इन चर के बिना “क्रोमियम कठोरता बढ़ाता है” या “निकेल दृढ़ता में सुधार करता है” कोई परिणाम नहीं, बल्कि एक अपूर्ण परिकल्पना है।

## 11. इस्पात ग्रेड और मानकों के माध्यम से मिश्रधातु रसायन को समझना

इस्पात का पदनाम सूचना का संक्षिप्त रूप होता है, सामग्री का पूर्ण विवरण नहीं। यह किसी रासायनिक परिवार, सामर्थ्य-वर्ग, स्टेनलेस वर्गीकरण, उत्पाद-रूप या विनिर्देशन-श्रेणी का संकेत दे सकता है। लागू मानक शेष आवश्यकताएँ निर्धारित करता है: अनुमत संघटन, तन्य और पराभव आवश्यकताएँ, बढ़ाव, आघात-परीक्षण, ऊष्मा-उपचार की अवस्था, आयामी नियम, नमूना-ग्रहण और परीक्षण-तापमान। इसलिए केवल नाम पढ़ने से रासायनिक रूप से संभव, लेकिन तकनीकी रूप से गलत पहचान हो सकती है।

World Steel Association इस्पात को लौह–कार्बन मिश्रधातु के रूप में परिभाषित करता है, जिसमें कार्बन 2% से कम होता है तथा मैंगनीज और सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सल्फर और ऑक्सीजन की कम मात्राएँ भी उपस्थित रहती हैं। Steeluniversity उन तत्वों में सिलिकॉन, मैंगनीज, सल्फर, फॉस्फोरस, एल्युमिनियम, तांबा, टिन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम को शामिल करता है जो साधारण-कार्बन इस्पात के व्यवहार को प्रभावित करते हैं। इनके प्रभाव स्वतंत्र नहीं होते। कार्बन में छोटा-सा परिवर्तन क्रोमियम के प्रति प्रतिक्रिया बदल सकता है; निकेल उस तापमान-सीमा को बदल सकता है जिसमें ऑस्टेनाइट स्थिर रहता है; मोलिब्डेनम कार्बाइड अवक्षेपण और टेम्परिंग प्रतिक्रिया को संशोधित कर सकता है; और प्रसंस्करण यह निर्धारित कर सकता है कि समान नाममात्र रासायनिक संघटन फेराइट, पर्लाइट, बैनाइट, मार्टेन्साइट या इनके मिश्रण में परिवर्तित होगा।

### संघटन-सीमाएँ और पदनाम का तर्क

पूर्ण पदनाम और उसे नियंत्रित करने वाले दस्तावेज़ से शुरुआत करें। चार प्रश्न पूछें: कौन-सा मानक लागू होता है, किस उत्पाद-रूप को शामिल किया गया है, कौन-सी आपूर्ति या ऊष्मा-उपचार अवस्था निर्दिष्ट है, और मानक का कौन-सा संस्करण संविदात्मक है? किसी ड्रॉइंग पर छपा पदनाम किसी परिवार की पहचान कर सकता है, जबकि आवश्यक अवस्था को अलग क्रय या इंजीनियरिंग धारा में निर्धारित किया गया हो। प्लेट, बार, फोर्जिंग, तार, ट्यूब और कास्ट उत्पादों की सीमाएँ तथा परीक्षण अलग-अलग हो सकते हैं, भले ही उनके व्यापक मिश्रधातु परिवार समान दिखाई दें।

संघटन सामान्यतः किसी नुस्खे के रूप में नहीं, बल्कि सीमा या अधिकतम मान के रूप में व्यक्त किया जाता है। कार्बन के लिए अधिकतम मान निर्धारित हो सकता है, जबकि मैंगनीज, क्रोमियम, निकेल या मोलिब्डेनम के लिए निम्न और उच्च दोनों सीमाएँ हो सकती हैं। “अधिकतम” का महत्त्व है। इसका अर्थ यह नहीं कि प्रत्येक हीट में उतनी ही मात्रा होगी, और न ही मध्य-बिंदु विनिर्देशन का प्रतिनिधित्व करता है। फॉस्फोरस, सल्फर, तांबा, टिन और नाइट्रोजन जैसे अवशिष्ट तत्वों पर सीमा लगाई जा सकती है, क्योंकि वे दृढ़ता, वेल्डनीयता, उष्ण-भंगुरता, संक्षारण व्यवहार या फेज स्थिरता को प्रभावित करते हैं।

कोई पदनाम सटीक रासायनिक संघटन के बजाय गुण-वर्ग को भी दर्शा सकता है। उच्च-सामर्थ्य निम्न-मिश्रधातु, या HSLA, विनिर्देशन अपनी आवश्यक पराभव सामर्थ्य और दृढ़ता प्राप्त करने के लिए कई मिश्रधातुकारी रणनीतियों की अनुमति दे सकता है। एक उत्पादक नाइओबियम और नियंत्रित रोलिंग पर अधिक निर्भर कर सकता है; किसी अन्य अनुमत रासायनिक संघटन में वैनेडियम अवक्षेपण या मैंगनीज और सिलिकॉन के अलग संतुलन के माध्यम से सामर्थ्य प्राप्त की जा सकती है। पदनाम अपने-आप रोलिंग क्रम, शीतलन दर, कण-आकार या अवक्षेपों की संख्या और वितरण नहीं बताता।

फेज-सीमाओं के निकट यह अंतर विशेष रूप से महत्त्वपूर्ण होता है। Nippon Steel के अनुसार, मिश्रधातु-तत्व की सांद्रता में केवल 1% के अंतर से रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त भिन्नता आ सकती है। यह परिवर्तन रूपांतरण आरंभ तापमान, कठोरणीयता, अवशिष्ट ऑस्टेनाइट या बैनाइट और मार्टेन्साइट के अंश को बदल सकता है। समग्र विश्लेषण भी पूरी कहानी नहीं बताता: कण-सीमाओं और अंतरापृष्ठों पर पृथक्करण यह बदल सकता है कि रूपांतरण कहाँ आरंभ होते हैं और कौन-सी क्रियाविधि प्रमुख होती है। समान रासायनिक सीमाओं को पूरा करने वाली हीट भी अलग-अलग पुनःतापन, रोलिंग, शीतलन या टेम्परिंग इतिहास के बाद भिन्न सूक्ष्मसंरचनाएँ दिखा सकती है।

प्रतिस्थापी तत्व सामान्य जालक-स्थलों पर स्थित होते हैं और क्रिस्टल जालक को विकृत करके सामर्थ्य बढ़ाते हैं। Steeluniversity इस प्रभाव को परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता से जोड़ता है। कार्बन और नाइट्रोजन मुख्यतः अंतरास्थिक विलेय के रूप में व्यवहार करते हैं, जिससे स्थानीय विकृति उत्पन्न होती है और वे विस्थापन, रिक्तियों तथा मिश्रधातु कार्बाइड या नाइट्राइड के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। पदनाम सांद्रता दर्ज करता है; अंतिम गुण को नियंत्रित करने वाला स्थानिक वितरण उसमें विरले ही दर्ज होता है।

### कार्बन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम परिवार

साधारण कार्बन इस्पात अपेक्षाकृत सीमित मिश्रधातुकारी अवधारणा से परिभाषित होता है, लेकिन “साधारण” का अर्थ रासायनिक रूप से रिक्त नहीं है। मैंगनीज ठोस-विलयन सामर्थ्य-वृद्धि में योगदान देता है और सल्फर के साथ संयोजित होता है, जबकि सिलिकॉन डीऑक्सीडेशन और सामर्थ्य को प्रभावित करता है। नियंत्रित संघटन में सल्फर मशीनिंग-क्षमता सुधार सकता है, लेकिन अनुप्रस्थ तन्यता घटा सकता है। फॉस्फोरस सामर्थ्य बढ़ा सकता है, फिर भी दृढ़ता को नुकसान पहुँचा सकता है। तांबा, टिन, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम अवशिष्ट या जानबूझकर मिलाए गए तत्वों के रूप में उपस्थित हो सकते हैं; उनका महत्त्व सांद्रता और प्रसंस्करण पर निर्भर करता है।

निम्न-मिश्रधातु इस्पात में कठोरणीयता, सामर्थ्य, दृढ़ता, टेम्परिंग-प्रतिरोध, घिसाव-प्रतिक्रिया या संक्षारण व्यवहार बदलने के लिए तत्वों की नियंत्रित मात्राएँ मिलाई जाती हैं। क्रोमियम कठोरणीयता बढ़ाता है और उच्च-तापमान, ऑक्सीकरण तथा संक्षारण-प्रतिरोध में सुधार कर सकता है, लेकिन इसका प्रभाव कार्बन सक्रियता, प्रतिस्पर्धी कार्बाइड-निर्माताओं और ऊष्मीय चक्र पर निर्भर करता है। निकेल फेरिटिक इस्पात को सामर्थ्य और दृढ़ता प्रदान करता है तथा शून्य से कम तापमान पर आघात-दृढ़ता में विशेष रूप से महत्त्वपूर्ण योगदान देता है। मोलिब्डेनम कठोरणीयता और टेम्परिंग-प्रतिरोध बढ़ा सकता है तथा कार्बाइड अवक्षेपण को बदल सकता है; यह कई स्टेनलेस-इस्पात संक्षारण प्रणालियों में भी महत्त्वपूर्ण है।

फेरिटिक स्टेनलेस इस्पात और ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात यह स्पष्ट करते हैं कि तत्वों के नामों को सुनिश्चित परिणाम के रूप में नहीं पढ़ा जा सकता। क्रोमियम सुरक्षात्मक क्रोमियम-ऑक्साइड फिल्म का आधार प्रदान करता है, लेकिन संक्षारण-प्रतिरोध सतह पर क्रोमियम सक्रियता, पर्यावरणीय रसायन, निर्माण-प्रक्रिया, समावेशन और निष्क्रिय फिल्म की क्षति पर निर्भर करता है। निकेल ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है, जबकि नाइट्रोजन ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात को सामर्थ्य प्रदान कर सकता है और फेज-संतुलन को प्रभावित कर सकता है। कार्बन सामर्थ्य बढ़ा सकता है, लेकिन अनुपयुक्त ऊष्मीय संपर्क के दौरान क्रोमियम के साथ संयोजित होकर कण-सीमाओं के निकट क्रोमियम की मात्रा घटा सकता है और संवेदीकरण उत्पन्न कर सकता है। टाइटेनियम या नाइओबियम के मिश्रण कार्बन को बाँधकर इस जोखिम को कम कर सकते हैं, हालांकि स्थिरीकारी मिश्रण वेल्डिंग-प्रतिक्रिया, अवक्षेपों और द्वितीयक फेजों को भी प्रभावित करते हैं।

इसलिए एक ही मिश्रधातुकारी तत्व के इंजीनियरी परिणाम परस्पर विपरीत हो सकते हैं। फेरिटिक मिश्रधातु में क्रोमियम फेराइट और कार्बाइड के निर्माण को बढ़ावा दे सकता है, जबकि निकेल फेराइट को दबाकर ऑस्टेनाइट को सहारा दे सकता है। मोलिब्डेनम ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात में स्थानीयकृत-संक्षारण प्रतिरोध सुधार सकता है, फिर भी क्रोमियम, निकेल, नाइट्रोजन और ऊष्मीय इतिहास के साथ इसकी परस्पर क्रिया सिग्मा-फेज या अन्य द्वितीयक फेजों के निर्माण को प्रभावित करती है। परिवार का नाम अपेक्षित फेज-संरचना की पहचान करता है; यह प्रत्येक विनिर्माण मार्ग के बाद एकल सूक्ष्मसंरचना की गारंटी नहीं देता।

HSLA इस्पात प्रसंस्करण-निर्भरता को स्पष्ट करते हैं। हॉट रोलिंग के दौरान नाइओबियम ऑस्टेनाइट पुनःक्रिस्टलीकरण को दबा सकता है, जिससे बाद में बनने वाली फेरिटिक संरचना का परिष्करण संभव होता है। टाइटेनियम स्थिर TiN अवक्षेप बनाता है, जो पुनःतापन के दौरान कण-आकार को नियंत्रित करने में सहायता करते हैं। वैनेडियम सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेप बनाता है, जो पराभव सामर्थ्य बढ़ाते हैं। इन क्रियाविधियों के लिए उपयुक्त घुलन, रोलिंग, शीतलन और अवक्षेपण स्थितियाँ आवश्यक होती हैं। मोटे कणों के रूप में रह जाने वाला मिश्रण उतनी ही सामर्थ्य-वृद्धि प्रदान नहीं कर सकता जितनी सूक्ष्म और अच्छी तरह वितरित अवक्षेपों की जनसंख्या प्रदान करती है।

### ग्रेड के नाम पदार्थ-आवश्यकताओं का स्थान क्यों नहीं ले सकते

ग्रेड के नाम को विनिर्देशन के अनुक्रमणिका-सूचक के रूप में समझना चाहिए, उसके विकल्प के रूप में नहीं। लागू दस्तावेज़ किसी निर्दिष्ट मोटाई-सीमा में न्यूनतम पराभव सामर्थ्य, तन्य सामर्थ्य की सीमा, न्यूनतम बढ़ाव और निर्दिष्ट तापमान पर Charpy आघात-ऊर्जा की आवश्यकता रख सकता है। वह सामान्यीकृत, शमनित और टेम्परित, ताप-यांत्रिक रूप से नियंत्रित, एनीलित या विलयन-उपचारित आपूर्ति-अवस्थाएँ भी निर्धारित कर सकता है। इन धाराओं के बिना “समान ग्रेड” अलग-अलग सामर्थ्य, दृढ़ता, वेल्डनीयता और अवशिष्ट प्रतिबल वाली सामग्री का वर्णन कर सकता है।

परीक्षण-स्थितियाँ पदार्थ-आवश्यकता का हिस्सा होती हैं। पराभव सामर्थ्य नमूने की दिशा, मोटाई, विकृति-दर और परीक्षण-विधि के साथ बदल सकती है। आघात-ऊर्जा तापमान और नॉच की दिशा पर अत्यधिक निर्भर करती है। रासायनिक विश्लेषण लैडल नमूने या उत्पाद-नमूने से प्राप्त परिणाम के रूप में रिपोर्ट किया जा सकता है और दोनों के लिए स्वीकृति-नियम अलग हो सकते हैं। ऊष्मा-उपचार अभिलेख, सतह की अवस्था, अल्ट्रासोनिक परीक्षण, कण-आकार की आवश्यकताएँ और पूरक आघात-परीक्षण सेवा-प्रदर्शन के लिए सामग्री के पास छपे संक्षिप्त पदनाम से अधिक महत्त्वपूर्ण हो सकते हैं।

#### इस्पात ग्रेड को कैसे पढ़ें

ग्रेड नाम को लागू विनिर्देशन के संकेतक के रूप में लें। उत्पाद का रूप, संरचना-सीमाएँ, प्रदाय-अवस्था, यांत्रिक परीक्षण, आघात-तापमान और आवश्यक ऊष्मा-उपचार या प्रसंस्करण अभिलेख सत्यापित करें।

इसलिए उचित व्याख्या पदनाम से मानक की ओर, मानक से रासायनिक और यांत्रिक सीमाओं की ओर, तथा उन सीमाओं से प्रसंस्करण इतिहास और इच्छित सेवा की ओर बढ़ती है। हीट विश्लेषण की तुलना अनुमत सीमा से करें, उत्पाद-रूप और अवस्था का सत्यापन करें, आवश्यक परीक्षणों की जाँच करें, फिर पूछें कि इन परिस्थितियों से कौन-सी सूक्ष्मसंरचना बनने की अपेक्षा है। यह दृष्टिकोण परिवार-लेबल को गारंटी समझने से रोकता है। रसायन संभावनाएँ निर्धारित करता है; फेज स्थिरता, पृथक्करण, अवक्षेपण और विनिर्माण इतिहास यह तय करते हैं कि इन संभावनाओं में से कौन-सी संभावना हाथ में मौजूद इस्पात का रूप लेती है।

## 12. किसी तत्व के धातुकर्मीय प्रभाव का पूर्वानुमान लगाने की व्यावहारिक विधि

मिश्रधातुकारी तत्व अपने साथ कोई स्थिर गुण नहीं लाता। क्रोमियम केवल “संक्षारण तत्व”, वैनेडियम मात्र “सुदृढ़ीकरण तत्व” और सल्फर हमेशा हानिकारक नहीं होता। परिणाम इस बात पर निर्भर करता है कि परमाणु अंततः कहाँ स्थित होते हैं, कौन-से प्रावस्थाएँ उपस्थित हैं, इस्पात का प्रसंस्करण किस प्रकार हुआ है, तथा घटक को किस तापमान और वातावरण का सामना करना पड़ेगा।

#### किसी तत्व के प्रभाव का पूर्वानुमान लगाने के लिए प्रश्न

यह कहाँ स्थित रहता है?

निर्धारित करें कि तत्व ठोस विलयन, अंतःस्थापित स्थल, अवक्षेप, समावेश, दाना-सीमा, ऑक्साइड-फिल्म या द्वितीयक प्रावस्था में है।

कौन-सा तंत्र सक्रिय है?

जालक-विकृति, अवक्षेपण, दाना-परिशोधन, रूपांतरण-मंदन, निष्क्रियण या ऑस्टेनाइट स्थिरीकरण की पहचान करें।

कौन-सी प्रसंस्करण क्रिया हुई?

ठोसीकरण, पुनःतापन, बेलनन, शीतलन, शमन, टेम्परिंग और वेल्डन की जाँच करें।

कौन-सी सेवा-स्थितियाँ लागू हैं?

तापमान, पर्यावरण, भारण और संपर्क-अवधि पर विचार करें।

इसलिए उपयोगी पूर्वानुमान अलग-अलग प्रभावों की सूची से नहीं, बल्कि प्रश्नों के एक क्रम से शुरू होता है। पहले तत्व का स्थान निर्धारित करें। फिर उस क्रियाविधि की पहचान करें जिसे वह सक्रिय या दमन कर सकता है। अंत में उस व्याख्या की जाँच संघटन, तापीय इतिहास, विरूपण इतिहास और सेवा-स्थितियों के आधार पर करें।

### पूछें कि तत्व कहाँ स्थित है

पहला प्रश्न भौतिक है: ठोसीकरण और प्रसंस्करण के बाद तत्व कहाँ स्थित है?

कोई तत्व प्रतिस्थापी विलेय के रूप में फेराइट या ऑस्टेनाइट में रह सकता है, अंतरास्थिक स्थलों पर स्थित हो सकता है, कार्बाइड या कार्बोनाइट्राइड में कार्बन अथवा नाइट्रोजन के साथ संयोजित हो सकता है, कण-सीमा पर पृथक हो सकता है, ऑक्साइड फिल्म में संकेंद्रित हो सकता है, या एक विशिष्ट द्वितीयक प्रावस्था बना सकता है। समान नाममात्र मात्रा में मिलाया गया तत्व इन अलग-अलग स्थानों के कारण भिन्न परिणाम उत्पन्न कर सकता है।

प्रतिस्थापी परमाणु जालक में लोहे के परमाणुओं का स्थान लेते हैं। Steeluniversity के अनुसार, उनका सुदृढ़ीकरण प्रभाव क्रिस्टल-जालक के विकृतिकरण के रूप में वर्णित किया जाता है, जिसका परिमाण परमाणु आकार, संपीड्यता, रासायनिक संयोजकता और विद्युतऋणात्मकता से संबंधित होता है। इसलिए मैंगनीज, सिलिकॉन, निकेल और क्रोमियम फेराइट को सुदृढ़ कर सकते हैं, जबकि वे ठोस विलयन में व्यापक रूप से वितरित रहते हैं। उनका प्रभाव केवल परमाणु आकार से निर्धारित नहीं होता; मैट्रिक्स प्रावस्था, सांद्रता तथा कार्बन और अन्य विलेयों के साथ अंतःक्रियाएँ भी महत्त्वपूर्ण होती हैं।

कार्बन और नाइट्रोजन अलग प्रकार से व्यवहार करते हैं, क्योंकि वे अंतरास्थिक स्थलों पर स्थित होते हैं और स्थानीय रूप से प्रबल विकृति-क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। यदि वे घुले हुए बने रहें, तो वे सामर्थ्य बढ़ा सकते हैं और रूपांतरण व्यवहार को बदल सकते हैं। यदि वे क्रोमियम, नायोबियम, टाइटेनियम या वैनेडियम के साथ संयोजित हो जाएँ, तो संबंधित प्रभाव अवक्षेपण या प्रावस्था-नियंत्रण का हो जाता है। यह भेद निर्णायक है। विलयन में उपस्थित वैनेडियम कठोरीकरणक्षमता और रूपांतरण गतिकी को प्रभावित कर सकता है, जबकि सूक्ष्म VC या V(C,N) कण विस्थापन की गति में बाधा डालते हैं और उपज-सामर्थ्य बढ़ाते हैं।

कण का स्वयं का स्वरूप भी महत्त्वपूर्ण होता है। AZoM, HSLA इस्पात में पुनःतापन के दौरान कण-आकार को नियंत्रित करने के साधन के रूप में स्थिर TiN अवक्षेपों की पहचान करता है। ठोसीकरण के दौरान बने मोटे TiN की तुलना सूक्ष्म और अच्छी तरह वितरित अवक्षेप से नहीं की जा सकती। पहला सीमित सुदृढ़ीकरण प्रदान कर सकता है और दरार आरंभ होने के स्थल के रूप में कार्य कर सकता है; दूसरा ऑस्टेनाइट कण-सीमाओं को पिन कर सकता है। स्थान, आकार, संख्या-घनत्व और स्थायित्व पर एक साथ विचार करना आवश्यक है।

कण-सीमा पर स्थित होना संभावनाओं का एक अन्य समूह प्रस्तुत करता है। शीतलन या ऊष्मा-उपचार के दौरान फॉस्फोरस, सल्फर, टिन और एंटिमनी पृथक हो सकते हैं। ऐसा पृथक्करण सीमाओं को कमजोर कर सकता है, नाभिकन को प्रभावित कर सकता है या भंगुरता-व्यवहार बदल सकता है, भले ही समग्र संघटन सीमित दिखाई दे। समान मैट्रिक्स में हानिरहित तत्व किसी अंतरापृष्ठ पर संकेंद्रित होने पर हानिकारक हो सकता है।

क्रोमियम यह दर्शाता है कि संबंधित प्रावस्था या फिल्म की पहचान करना क्यों आवश्यक है। स्टेनलेस इस्पात में सतही क्षेत्र में पर्याप्त क्रोमियम एक पतली, क्रोमियम-समृद्ध ऑक्साइड फिल्म का समर्थन करता है, जो आगे होने वाले ऑक्सीकरण और विलेयन को धीमा करती है। निकेल, मोलिब्डेनम और नाइट्रोजन प्रावस्था-संतुलन को बदल सकते हैं तथा ऑस्टेनाइट को सुदृढ़ या स्थिर कर सकते हैं, जबकि कार्बन और टाइटेनियम या नायोबियम जैसे स्थिरीकारी मिश्रण कार्बाइड-निर्माण और संवेदीकरण को प्रभावित करते हैं। यदि सतही फिल्म क्षतिग्रस्त हो, कण-सीमाओं के निकट मिश्रधातु का क्षय हो, या कोई द्वितीयक प्रावस्था क्रोमियम का उपभोग कर ले, तो अकेले क्रोमियम की मात्रा संक्षारण-प्रदर्शन का पूर्वानुमान नहीं लगा सकती।

### परस्पर प्रतिस्पर्धी क्रियाविधियों की पहचान करें

तत्व का स्थान ज्ञात हो जाने के बाद पूछें कि गुण को वास्तव में कौन-सी क्रियाविधि नियंत्रित कर रही है। प्रमुख संभावनाएँ हैं: जालक-विकृतिकरण, अवक्षेपण, कण-परिष्करण, रूपांतरण-विलंबन, निष्क्रियण और ऑस्टेनाइट-स्थायित्व में परिवर्तन। एक ही समय में एक से अधिक क्रियाविधियाँ सक्रिय हो सकती हैं और वे एक-दूसरे के विपरीत प्रभाव डाल सकती हैं।

घुला हुआ प्रतिस्थापी तत्व विस्थापन की गति को कठिन बनाकर सामर्थ्य बढ़ा सकता है। यही विकृतिकरण तन्यता को कम कर सकता है, लेकिन ऐसा होना अनिवार्य नहीं है। यदि कण-परिष्करण या अनुकूल प्रावस्था-संतुलन विलेय के प्रतिकूल प्रभाव की भरपाई कर दे, तो थोड़ी मात्रा में मिलाया गया तत्व दीर्घीकरण में बहुत कम कमी के साथ सामर्थ्य बढ़ा सकता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन और मैंगनीज फेराइट को सुदृढ़ कर सकते हैं, जबकि मैंगनीज ऑस्टेनाइट-स्थायित्व और रूपांतरण-तापमान को भी बदलता है।

अवक्षेपण अलग प्रकार की प्रतिक्रिया देता है। सूक्ष्म कण विस्थापनों की गति में बाधा डालते हैं और गतिशील कण-सीमाओं को पिन करते हैं। HSLA इस्पात में नायोबियम उष्ण बेल्लन के दौरान ऑस्टेनाइट के पुनःक्रिस्टलीकरण को दबाता है, जिससे विरूपण संचित होता है और परिष्कृत रूपांतरित संरचना बनने में सहायता मिलती है। टाइटेनियम नाइट्राइड पुनःतापन के दौरान ऑस्टेनाइट कण-आकार को नियंत्रित करता है। वैनेडियम सूक्ष्म VC या V(C,N) अवक्षेप बनाता है, जो उपज-सामर्थ्य बढ़ाते हैं। ये क्रियाविधियाँ अवक्षेपण-तापमान, कण-आकार, पुनःतापन के दौरान विलेयन और शीतलन-दर पर निर्भर करती हैं। यदि कार्बन और नाइट्रोजन का संतुलन, बेल्लन-अनुसूची या टेम्परिंग-उपचार उपयुक्त न हो, तो नाममात्र वैनेडियम-मिश्रण उपयोगी अवक्षेपण-सुदृढ़ीकरण की गारंटी नहीं देता।

रूपांतरण-विलंबन फेराइट, पर्लाइट या बेनाइट के निर्माण को कम तापमान तक विलंबित करके कठोरीकरणक्षमता में सुधार कर सकता है। क्रोमियम और मोलिब्डेनम सामान्यतः इस प्रकार योगदान देते हैं, लेकिन उनका प्रभाव पूर्ण मिश्रधातु-संघटन और ऑस्टेनाइट कण-आकार पर निर्भर करता है। किसी एक अनुप्रस्थ मोटाई में गहराई तक कठोर होने वाला इस्पात दूसरी मोटाई में ऐसा न कर सके, क्योंकि शीतलन-दर यह नियंत्रित करती है कि कौन-से रूपांतरण होने के लिए पर्याप्त समय पाएँगे।

ऑस्टेनाइट-स्थायित्व गुणों में परिवर्तन का एक अलग मार्ग प्रदान करता है। निकेल ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है और फेरिटिक इस्पात को सुदृढ़ तथा अधिक दृढ़ बनाता है, विशेषकर शून्य से नीचे के तापमानों पर। लेकिन स्टेनलेस ग्रेडों में क्रोमियम, कार्बन, नाइट्रोजन और मैंगनीज के साथ इसका संतुलन यह निर्धारित करने में सहायता करता है कि संरचना पूर्णतः ऑस्टेनाइटिक, फेरिटिक या द्वैध होगी। अत्यधिक या खराब ढंग से नियंत्रित मिश्रण अवांछित द्वितीयक प्रावस्थाओं को बढ़ावा दे सकते हैं। दूसरी ओर, निष्क्रियण एक सतही प्रक्रिया है, सामान्य थोक-सुदृढ़ीकरण नहीं। क्रोमियम-समृद्ध ऑक्साइड फिल्म संक्षारण-प्रतिरोध में सुधार कर सकती है, जबकि तनन-सामर्थ्य पर उसका प्रत्यक्ष प्रभाव बहुत कम हो सकता है।

क्रियाविधियाँ परस्पर विरोधी भी हो सकती हैं। कोई कार्बाइड कठोरता बढ़ा सकता है, लेकिन मैट्रिक्स से क्रोमियम हटाकर स्थानीयकृत संक्षारण-प्रतिरोध को कम कर सकता है। कण-परिष्करण सामर्थ्य और दृढ़ता में सुधार कर सकता है, जबकि मोटे अवक्षेप इसके विपरीत प्रभाव डाल सकते हैं। मैंगनीज सल्फाइड समावेशन बनाकर सल्फर मशीनीकरण-क्षमता में सुधार कर सकता है, फिर भी ये समावेशन अनुप्रस्थ तन्यता और संक्षारण-थकान प्रतिरोध को कम कर सकते हैं।

### संघटन, प्रसंस्करण और सेवा-तापमान की जाँच करें

अगली जाँच मात्रात्मक है। यह न पूछें कि कोई तत्व उपस्थित है या नहीं; पूछें कि वह कितनी मात्रा में उपस्थित है, किस संतुलन में है और किस प्रावस्था में है। Nippon Steel की रिपोर्ट सावधान करती है कि मिश्रधातुकारी तत्व की सांद्रता में केवल 1% का अंतर भी इस्पात के प्रावस्था-रूपांतरण व्यवहार में पर्याप्त परिवर्तन ला सकता है। यह अंतर क्रांतिक तापमान, प्रावस्था-अंश, पृथक्करण, अवक्षेप-स्थायित्व या रूपांतरण के लिए उपलब्ध समय को बदल सकता है।

प्रसंस्करण नाममात्र रासायनिक संघटन पर हावी हो सकता है। ठोसीकरण पृथक्करण और समावेशन-निर्माण को नियंत्रित करता है। उष्ण बेल्लन पुनःक्रिस्टलीकरण और बनावट को नियंत्रित करता है। पुनःतापन TiN, NbC या VC को घोल सकता है या उन्हें अविघटित छोड़ सकता है। शीतलन-दर यह निर्धारित करती है कि ऑस्टेनाइट फेराइट, पर्लाइट, बेनाइट या मार्टेंसाइट में रूपांतरित होगा। क्वेंचिंग और टेम्परिंग कार्बन का पुनर्वितरण करते तथा प्रतिबलों को कम करते हैं, जबकि वेल्डिंग स्थानीय तापीय चक्र उत्पन्न करती है, जिनसे मोटे कण, कठोर क्षेत्र या संवेदीकृत क्षेत्र बन सकते हैं।

सेवा-तापमान की अलग से जाँच की जानी चाहिए। निर्माण के दौरान स्थिर अवक्षेप ऊँचे तापमान पर लंबे समय तक संपर्क में रहने पर मोटे हो सकते हैं। कमरे के तापमान पर स्थिर ऑस्टेनाइट विरूपण या शून्य से नीचे शीतलन के दौरान रूपांतरित हो सकता है। निम्न-तापमान दृढ़ता में निकेल के योगदान का अनुमान कमरे के तापमान के तनन-सामर्थ्य से नहीं लगाया जा सकता। संक्षारण-प्रतिरोध भी वातावरण पर निर्भर करता है: क्लोराइड-संपर्क, अम्लता, विभव, दरारें और तापमान यह निर्धारित कर सकते हैं कि निष्क्रियण बना रहेगा या नहीं।

इसलिए अंतिम निदान-ढाँचा यह है: ठोस विलयन, कार्बाइड या कार्बोनाइट्राइड, कण-सीमा, ऑक्साइड फिल्म या द्वितीयक प्रावस्था में तत्व का स्थान निर्धारित करें; पहचानें कि सक्रिय क्रियाविधि जालक-विकृतिकरण, अवक्षेपण, कण-परिष्करण, रूपांतरण-विलंबन, निष्क्रियण या ऑस्टेनाइट-स्थायित्व में परिवर्तन है; फिर सांद्रता, तापीय प्रसंस्करण, यांत्रिक प्रसंस्करण और सेवा-तापमान की जाँच करें। सामर्थ्य, तन्यता, दृढ़ता, संक्षारण-प्रतिरोध, मशीनीकरण-क्षमता, कठोरीकरणक्षमता या ऊष्मा-उपचार प्रतिक्रिया का पूर्वानुमान केवल इन जाँचों के बाद ही लगाना चाहिए।

 **एक नज़र में इस्पात मिश्रधातुकरण**

इस्पात-कार्बन सीमा

2% से कम कार्बन

प्रमुख अंतःस्थापित तत्व

कार्बन

सामान्य प्रतिस्थापनात्मक तत्व

मैंगनीज़, सिलिकॉन, निकेल, क्रोमियम और मोलिब्डेनम

मुख्य तंत्र

ठोस-विलयन सुदृढ़ीकरण, अवक्षेपण, दाना-परिशोधन और प्रावस्था-रूपांतरण नियंत्रण

 [वापस स्टील समूह](/hi/विकी/स्टील-समूह "स्टील समूह — Steel Wiki")