ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ؟
الفولاذ المقاوم للصدأ هو في الواقع اختصار لعبارة "الفولاذ المقاوم للحمض-"، في إشارة إلى فئة من سبائك الفولاذ التي تحتوي على الحديد كمادة أساسية ومحتوى من الكروم لا يقل عن 10.5% (بالكتلة). يمكن تعديل هذا المعدن عن طريق إضافة عناصر صناعة السبائك مثل النيكل والموليبدينوم والمنغنيز والنيتروجين لضبط تركيبه الداخلي وخصائصه. على سبيل المثال، يؤدي دمج النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ إلى تحسين مقاومته للتآكل وتحمل درجات الحرارة العالية-. ونتيجة لذلك، تجد هذه المادة المعدنية تطبيقات واسعة النطاق في مختلف الصناعات بعد المعالجة.
تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ
على أساس البنية المجهرية بعد المعالجة الحرارية، يتم تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ في المقام الأول إلى الأنواع الخمسة الرئيسية التالية.
الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ
تشتمل الدرجات النموذجية على 304 و316. ويحتوي هذا النوع على مستويات عالية من الأوستنيت-العناصر المكونة مثل النيكل والمنجنيز والنيتروجين. ويتميز بخصائص غير مغناطيسية-، وليونة وصلابة ممتازة، وقابلية لحام فائقة، ومقاومة جيدة للتآكل بشكل عام. ومع ذلك، لا يمكن تقويتها من خلال المعالجة الحرارية.
الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديد في المقام الأول الكروم كعنصر صناعة السبائك ويظهر هيكلًا -مكعبًا مركزيًا (BCC). الدرجة النموذجية هي 430. وتتميز بخصائص مغناطيسية وقوة عالية، ولكنها تظهر صلابة ضعيفة عند درجات الحرارة المنخفضة-، وعرضة لتخشن الحبوب في المنطقة المتضررة بالحرارة- أثناء اللحام، ومقاومة أقل للتآكل مقارنة بالفولاذ الأوستنيتي.
الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
تشمل الدرجات النموذجية 410 و420. وهي تظهر قوة وصلابة عالية، مع خواص ميكانيكية قابلة للتعديل من خلال التقسية، ولكنها تقدم مقاومة ضعيفة للتآكل نسبيًا.
هطول الأمطار-تصلب الفولاذ المقاوم للصدأ
من خلال إضافة عناصر مثل Cu وNb وAl، تليها معالجة المحلول والتصلب بالترسيب لتشكيل مراحل تقوية، تجمع هذه الفولاذ بين القوة العالية والمقاومة الجيدة للتآكل. الدرجة النموذجية هي 17-4PH.
دوبلكس ستانلس ستيل
يتكون من مرحلتين من الحديد والأوستنيت، مثل 2205. ويجمع بين صلابة الفولاذ الأوستنيتي وقوة الفولاذ الحديدي، مما يوفر مقاومة ممتازة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.
خصائص معدن الفولاذ المقاوم للصدأ
| فئة العقار | المعلمة الرئيسية | الوصف والقيم النموذجية |
|---|---|---|
| الخواص الميكانيكية | قوة الشد | عادةً ما تكون في نطاق 500-1000 ميجا باسكال، اعتمادًا على الدرجة والحالة. |
| قوة العائد | عادةً من 200 ميجا باسكال إلى أكثر من 550 ميجا باسكال (أقل بالنسبة للفولاذ الأوستنيتي، وأعلى بالنسبة للفولاذ المارتنسيتي والترسيب-المصلب). | |
| استطالة | Austenitic steels usually >40%; الفولاذ الحديدي والمارتنسيتي أقل نسبيًا. | |
| صلابة | تم قياسه بواسطة Brinell (HB)، وRockwell (HRB/HRC)، وما إلى ذلك، ويغطي نطاقًا واسعًا. | |
| الخصائص الفيزيائية | كثافة | حوالي 7.7 - 8.0 جم/سم³. |
| نقطة الانصهار | حوالي 1370 - 1450 درجة، اعتمادًا على التركيب. | |
| الموصلية الحرارية | منخفضة نسبيًا، حوالي 15-30 واط/(م·ك)، وهي 1/3 إلى 1/2 من الصلب الكربوني. | |
| معامل التمدد الحراري | أعلى بالنسبة للفولاذ الأوستنيتي (على سبيل المثال، ~17×10⁻⁶/K لـ 304)، مما يتطلب الانتباه إلى الإجهاد الحراري. | |
| المغناطيسية | عادةً ما يكون الفولاذ الأوستنيتي غير-مغنطيسيًا (قد يصبح ممغنطًا قليلاً بعد العمل)؛ الفولاذ الحديدي/المارتنسيتي مغناطيسي. | |
| الخواص الكيميائية | مقاومة التآكل | يشمل مقاومة التآكل الموحد، والنقر، وتآكل الشقوق، والتآكل بين الحبيبات، وما إلى ذلك. |
| الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN) | برين=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. تشير القيمة الأعلى عمومًا إلى مقاومة أفضل للتنقر. | |
| خصائص التصنيع | القدرة على التصنيع | يختلف بشكل كبير، ويتأثر بالصلادة والصلابة وميل العمل إلى التصلب والمواد المضافة (مثل الكبريت). |
| قابلية اللحام | جيدة بشكل عام للفولاذ الأوستنيتي؛ انخفاض المتانة في المناطق الخطرة من الفولاذ الحديدي؛ يتطلب الفولاذ المارتنسيتي التسخين المسبق وPWHT. | |
| القابلية للتشكيل | يُظهر الفولاذ الأوستنيتي خصائص عمل باردة ممتازة (الختم والسحب العميق)؛ الأنواع الأخرى أفقر نسبيًا. |
ما هي درجات الانتهاء من السطح للفولاذ المقاوم للصدأ؟
بعد الخضوع لتصنيع CNC مخصص، يتم تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأأجزاء مخصصة من الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن لسطحه تحقيق مظاهر ووظائف متنوعة من خلال الدرفلة والتلميع والمعالجات الكيميائية.
الأسطح المدرفلة: مثل رقم 1 (المدلفن على الساخن-المدرفل + الملدن)، 2B (المدلفن على البارد-المدرفل + الملدن اللامع)، BA (المُلدن اللامع)؛
التلميع الميكانيكي: يشمل الصقل (HL)، والحبيبات القصيرة (SB)، والمرآة (8K).
الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل سبائك التيتانيوم
| ملكية | الفولاذ المقاوم للصدأ | سبائك التيتانيوم |
|---|---|---|
| الكثافة (جم/سم³) | 7.9 | حوالي 4.5 |
| قوة محددة | واسطة | عالية للغاية |
| مقاومة التآكل | ممتاز (في الوسائط المؤكسدة) | ممتاز (خاصة في بيئات أيونات الكلوريد) |
| يكلف | منخفضة إلى متوسطة | عالية جدًا |
| صعوبة التصنيع | متوسطة (تختلف صعوبة المعالجة حسب الدرجة.) | عالية (تآكل شديد للأداة) |
| التطبيقات النموذجية | الأجزاء الهيكلية، ومنتجات الاستخدام اليومي-، والحاويات الكيميائية | الفضاء الجوي، والغرسات الطبية، ومعدات مياه البحر |
التعليمات
س: تحت أي ظروف يمكن أن يظل الفولاذ المقاوم للصدأ يصدأ؟
ج: سوف يتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ في البيئات التي يتضرر فيها فيلم التخميل الخاص به بشكل مستمر أو لا يمكن إصلاحه ذاتيًا-، مثل: الوسائط التي تحتوي على تركيزات عالية من أيونات الكلوريد (مياه البحر)، أو البيئات الحمضية المخفضة، أو هياكل الشقوق، أو التآكل الجلفاني الناتج عن التلامس مع معادن غير-.
س: كيف تختار بين الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و316؟
ج: 304 مناسب لمعظم البيئات الجوية والمياه العذبة والبيئات الكيميائية العامة. 316، التي تحتوي على الموليبدينوم، ومناسب للبيئات التي تحتوي على أيونات الكلوريد (مثل مياه البحر والمصانع الكيماوية) أو حيث تتطلب مقاومة أعلى للتآكل.
س: ما هو "علاج التخميل"؟ ما هو الغرض منه؟
ج: معالجة التخميل هي تقنية ما بعد المعالجة الكيميائية-التي تستخدم عادةً محاليل حمض النيتريك أو حمض الستريك لإزالة جزيئات الحديد الحرة من سطح الفولاذ المقاوم للصدأ (الناتجة في المقام الأول عن ملامسة أدوات الفولاذ أثناء التصنيع) وتعزيز تكوين طبقة كاملة وموحدة من أكسيد الكروم. والغرض منه هو زيادة مقاومة التآكل المتأصلة في الفولاذ المقاوم للصدأ ومنع صدأ السطح (البقع الناتجة عن تلوث الحديد).
س: كيف يعمل الفولاذ المقاوم للصدأ عند درجات حرارة مختلفة؟
ج: يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (على سبيل المثال، 304، 316) صلابة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة-، مما يجعلها مناسبة للبيئات المبردة مثل النيتروجين السائل أو الأكسجين. 304/ ويمكن استخدام درجات 316 بشكل متقطع تحت 925 درجة (1632 درجة فهرنهايت) وبشكل مستمر أقل من 870 درجة (1572 درجة فهرنهايت)، مما يدل على مقاومة جيدة للأكسدة. ومع ذلك، فإن التعرض لفترات طويلة بين 450-850 درجة يزيد من خطر ترسيب الكربيد، مما يستلزم استخدام الدرجة L أو الدرجات المستقرة (على سبيل المثال، 321).