سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ بالتفصيل: العناصر الرئيسية والميزات الأساسية وتصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ يُدرّس عادةً كخمس فئات: الأوستنيتي، والفريتي، والمارتنسيتي، والدوبلكس، والمقسّى بالترسيب. هذه الفئات حقيقية، وهي ليست السبب في سلوك الدرجة كما هي. تقع الدرجة في مكانها بسبب رقمين يمكن حسابهما من تركيبها، ويمكن ترتيب مقاومتها للتآكل برقم ثالث. بمجرد وجود هذه الأرقام الثلاثة على الصفحة، تصبح الفئات الخمس مناطق على خريطة وليست تسميات للحفظ.

الرقم الأول هو محتوى الكروم، وهو عتبة وليس مقياسًا. الزوج الثاني هو مكافئات الكروم والنيكل، والتي تحدد ما إذا كان الهيكل الذي يتكون عند التبريد هو فريت، أو أوستنيت، أو خليط. الثالث هو رقم مكافئ مقاومة التنقر، والذي يحول الكروم والموليبدينوم والنيتروجين إلى رقم واحد يمكن مقارنته بين الدرجات.

توضح هذه الصفحة الثلاثة، وتُظهر أين تقع الدرجات الشائعة على كل منها، وتشرح الآلية الوحيدة التي تزيل الحماية التي يوفرها الرقم الأول: يمكن للكربون عند حدود الحبيبات أن يأخذ الكروم الذي يشكل الفيلم السلبي.

الكروم هو ما يجعل السبيكة مقاومة للصدأ. فوق حوالي 10.5٪ في محلول صلب، يشكل المعدن طبقة رقيقة ومستمرة من أكسيد الكروم على سطحه، وهذه الطبقة هي ما يفصل الفولاذ المقاوم للصدأ عن الفولاذ منخفض السبائك الذي يحتوي ببساطة على الكروم. تحت هذا المستوى، لا تكون الطبقة مستمرة، وتصدأ السبيكة مثل الفولاذ العادي.

العتبة هي بيان حول الكروم في المحلول وليس حول الكروم في التحليل. إذا كان الكروم مرتبطًا في راسب، فهو غير متاح لتشكيل الفيلم، وتتصرف السبيكة كما لو كانت تحتوي على كمية أقل. هذا التمييز هو الموضوع الكامل للقسم الأخير، وهو يفسر لماذا يمكن لدرجة تلبي شهادتها أن تتآكل عند اللحام.

النيكل يفعل شيئًا مختلفًا. لا ينشئ الفيلم، ولا يلزم لمقاومة التآكل في كل عائلة. دوره هو تثبيت الأوستنيت، وهذا هو السبب في أن الدرجات الأوستنيتية تحتوي على 6 إلى 22٪ نيكل في نطاقات التركيب التي تُباع عادةً، ولماذا تحتوي الدرجات الفريتية على القليل أو لا شيء منها.

يفضل كل من الكروم والموليبدينوم الفريت. يفضل النيكل والكربون والمنغنيز الأوستنيت. يقلل مخطط شيفلر التركيب الكامل إلى رقمين يلتقطان هذه الميول، ويتم وضع الدرجة على المخطط عن طريق حساب كليهما.

يشرح مصطلح الكربون نتيجة تفاجئ المشترين. يمكن لدرجتين بنفس محتوى النيكل أن تقعا في مناطق مختلفة إذا اختلفت مستويات الكربون لديهما، لأن الكربون أكثر فعالية بثلاثين مرة من النيكل في تثبيت الأوستنيت في هذا التعبير. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل النسخة منخفضة الكربون من درجة ما ليست مجرد نسخة أنظف من نفس الدرجة، ولماذا يظهر اللاحقة L على الرسومات التي تتضمن اللحام.

يحمل الصف الأوستنيتي مؤهلاً غالبًا ما تتجاهله الكتب المدرسية. الدرجة الأوستنيتية الملدنة غير مغناطيسية، والدرجة المشغلة على البارد ليست كذلك تمامًا. يمكن أن يؤدي العمل على البارد إلى تكوين مارتنسيت في درجة أوستنيتية غير مستقرة، لذلك يمكن أن يُظهر جزء مُشكّل بعمق أو مدرفل بشدة استجابة مغناطيسية لا تتنبأ بها الشهادة الملدنة. يجب أن تنص المواصفات التي تتطلب سلوكًا غير مغناطيسي على ذلك في الحالة النهائية وليس في الحالة الملدنة.

التنقر هو وضع الفشل الذي يحدد مادة في خدمة الكلوريد، ويعتمد على ثلاثة عناصر وليس واحدًا. يجمع رقم مكافئ مقاومة التنقر بينها في رقم واحد، والشكل القياسي هو الكروم بالإضافة إلى 3.3 أضعاف الموليبدينوم بالإضافة إلى 16 ضعف النيتروجين.

يضع الرقم الدرجات الشائعة على مقياس يتراوح من حوالي 16 إلى ما فوق 70، والمقياس هو سبب تحديد 316 لموقع ساحلي وعدم تحديد 304.

هناك عتبتان جديران بالتذكر لأنهما تظهران في مواصفات الشراء. PREN لا يقل عن 32 هو الرقم المستخدم عادة لمقاومة التنقر في مياه البحر، و PREN 40 أو أعلى هو الرقم المستخدم عادة لخدمة كبريتيد الهيدروجين وخدمة مياه البحر حيث يكون الخطر أعلى. هذه قيم فحص وليست ضمانات، والفقرة التالية تشرح السبب.

يتم تحديد الحد من قبل الجمعية التي تنشر الحساب. PREN مفيد لترتيب الدرجات داخل عائلة واحدة، ولا يمكنه التنبؤ بما إذا كانت درجة معينة ستناسب تطبيقًا معينًا. 2205 و 904L بنفس PREN لا يتصرفان بشكل متطابق، لأن أحدهما دوبلكس والآخر أوستنيتي، والمقارنة ذات مغزى فقط بين الدرجات ذات الهيكل نفسه. درجة الحرارة، تشطيب السطح، التدفق، ووجود الرواسب كلها تحرك الإجابة، ولا يظهر أي منها في الصيغة.

يشكل الكروم الفيلم فقط طالما بقي في المحلول. يزيله الكربون، ويفعل ذلك عند حدود الحبيبات. عندما تُحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي في نطاق درجة حرارة يتراوح تقريبًا بين 500 و 850 درجة مئوية، يتحد الكربون في السبيكة مع الكروم عند الحدود لتشكيل كربيدات الكروم، ويُترك المعدن المجاور مباشرة لكل كربيد مستنفدًا في الكروم.

المنطقة المستنفدة ضيقة ومستمرة على طول الحدود، لذلك أصبح لدى السبيكة مسار عبرها لم يعد مقاومًا للصدأ بينما لا يزال الجزء الأكبر من الحبيبة كذلك. يهاجم الوسط المسبب للتآكل هذا المسار، والنتيجة هي التآكل بين الحبيبات، والذي يبدو وكأنه مفصل فقد حوافه وليس سطحًا صدئًا.

تعمل الإجابتان القياسيتان بآليات مختلفة. درجة L تقلل الكربون المتاح، لذلك يمكن تكوين كمية أقل من الكربيدات. درجة مثبتة تضيف التيتانيوم أو النيوبيوم، والتي تتحد مع الكربون بسهولة أكبر من الكروم، لذلك يبقى الكروم في المحلول. كلاهما صحيح، وهما ليسا قابلين للتبديل: يمكن استخدام درجة مثبتة في درجة حرارة أعلى من درجة L، ودرجة L أرخص عادةً.

يجب اختيار الدرجة حسب الآلية المتوقع أن تنهي الجزء. تربط الطاولة الآلية بالعائلة والرقم الذي يتنبأ بها.

توفر DLX منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل من تشانغتشو، جيانغسو، في سلك من 0.025 مم، وقضيب دائري إلى 50 مم، وشريط من 0.50 مم إلى 2.5 مم في السماكة، وأنبوب ولوح بأحجام المطاحن القياسية. يغطي النطاق عائلات الأوستنيتي، والفريتي، والدوبلكس، والمقسّى بالترسيب، بالإضافة إلى سبائك النيكل المستخدمة عندما تصل درجة الفولاذ المقاوم للصدأ إلى حدها في الكلوريد أو في الأحماض المختزلة.

يتم توريد المواد مقابل المعيار المسمى في الطلب، مع شهادة EN 10204 3.1 عند الطلب ورقم الحرارة قابل للتتبع إلى نتائج الاختبار. السؤال المفيد ليس أي عائلة تنتمي إليها درجة ما، بل أي آلية يُتوقع أن تنهي الجزء وأي رقم يتنبأ بهذه الآلية.

لأن هذا هو المستوى الذي تصبح فيه طبقة أكسيد الكروم مستمرة بما يكفي لحماية السطح. تحته، تكون الطبقة غير مكتملة وتصدأ السبيكة مثل الفولاذ منخفض السبائك. تنطبق العتبة على الكروم في المحلول، لذلك يمكن لسبيكة تم استهلاك كرومها بواسطة الكربيدات أن تتصرف كما لو كانت تحت الخط حتى عندما تقول الشهادة خلاف ذلك.

الموليبدينوم. تضيف درجة 316 ذلك، ويحمل الموليبدينوم وزن 3.3 في رقم مقاومة التنقر، مما يحرك القيمة من حوالي 19 لـ 304 إلى حوالي 27 لـ 316. هذا يكفي ليحدث فرقًا في خدمة الكلوريد وليس كافيًا للوصول إلى عتبة مياه البحر البالغة 32، وهذا هو سبب انتقال التطبيق الساحلي غالبًا إلى 904L، أو إلى درجة دوبلكس، أو إلى سبيكة نيكل.

في الحالة الملدنة هو كذلك، وفي الحالة المشغلة على البارد قد لا يكون كذلك. يمكن أن يؤدي العمل على البارد إلى تكوين مارتنسيت في درجة أوستنيتية غير مستقرة، لذلك يمكن أن يُظهر جزء مُشكّل بعمق أو مدرفل بشدة استجابة مغناطيسية لا تتنبأ بها الشهادة الملدنة. يجب أن تحدد المواصفات التي تتطلب سلوكًا غير مغناطيسي الحالة التي يتم قياسها فيها.

إنه فقدان الكروم من حدود الحبيبات عند تكوين كربيدات الكروم في نطاق يتراوح تقريبًا بين 500 و 850 درجة مئوية. يمر اللحام ومنطقة التأثر بالحرارة عبر هذا النطاق أثناء تبريدهما، لذلك يصبح الحد مسارًا لم يعد مقاومًا للصدأ بينما لا تزال أجزاء الحبيبات كذلك. النتيجة هي التآكل بين الحبيبات، والإجابات القياسية هي درجة منخفضة الكربون أو درجة مثبتة.

إنها أداة فحص وليست طريقة اختيار. إنها ترتب الدرجات داخل عائلة واحدة، ولا يمكنها التنبؤ بما إذا كانت درجة معينة ستناسب تطبيقًا معينًا. درجة دوبلكس ودرجة أوستنيتية بقيم متشابهة لا تتصرفان بشكل متطابق، ودرجة الحرارة، وتشطيب السطح، والتدفق، والرواسب كلها تحرك الإجابة دون الظهور في الصيغة.

كربون منخفض. ينخفض حد الكربون إلى حوالي 0.03٪، مما يقلل كمية كربيد الكروم التي يمكن أن تتكون عند حدود الحبيبات أثناء اللحام. إنها الإجابة القياسية لجزء مُصنّع لا يمكن إعادة تلدينه بعد اللحام، وهي تكلف أقل من درجة مثبتة.

الفولاذ المقاوم للصدأ هو خمس عائلات توضع بواسطة مكافئين محسوبين، محمية بعتبة واحدة، وترتب في خدمة الكلوريد برقم واحد. الكروم فوق حوالي 10.5٪ في المحلول يشكل الفيلم. تحدد مكافئات الكروم والنيكل ما إذا كان الهيكل هو فريت، أو أوستنيت، أو خليط. رقم مقاومة التنقر، الكروم بالإضافة إلى 3.3 أضعاف الموليبدينوم بالإضافة إلى 16 ضعف النيتروجين، يرتب الدرجات داخل عائلة ويحدد عتبات الفحص البالغة 32 و 40.

يمكن إزالة الحماية دون تغيير الشهادة. يأخذ الكربون الكروم من حدود الحبيبات بين حوالي 500 و 850 درجة مئوية، واللحام هو المكان المعتاد الذي يحدث فيه ذلك. درجة منخفضة الكربون أو درجة مثبتة تمنع ذلك، ويعتمد الاختيار بينهما على درجة حرارة الخدمة وعلى التكلفة.

مخطط شيفلر وتعبيرات المكافئ، كما نُشرت في مراجع علم المعادن للحام: مكافئ الكروم = Cr + Mo + 1.5 Si + 0.5 Nb، ومكافئ النيكل = Ni + 30 C + 0.5 Mn.

الجمعية البريطانية للفولاذ المقاوم للصدأ، حساب أرقام مكافئ مقاومة التنقر. مصدر التعبير PREN = Cr + 3.3 Mo + 16 N، والنطاقات المنشورة لـ 304، 316، 316L، 904L، 2205، و 2507، والبيان بأن PREN مفيد للترتيب والمقارنة ولكنه لا يمكنه التنبؤ بما إذا كانت درجة ما ستناسب تطبيقًا معينًا.

بيانات مقارنة PREN المنشورة للفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل، مع إعطاء قيم فردية تبلغ 19 لـ 304، و 27 لـ 316، و 35 لـ 904L، و 36 لـ 2205، و 43 لـ 2507 و 254 SMO، و 46 لـ AL-6XN، و 51 لسبائك 625، و 68 لـ Hastelloy C-276.

إرشادات فنية منشورة حول عتبات PREN، تفيد بأن قيمة لا تقل عن 32 تُستخدم للحماية من تنقر مياه البحر وأن 40 أو أعلى تُستخدم لكبريتيد الهيدروجين ولخدمة مياه البحر الأكثر شدة.

أبحاث منشورة حول تحسيس الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، تصف ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبيبات والمنطقة المستنفدة للكروم الناتجة في نطاق درجة الحرارة من حوالي 500 إلى 850 درجة مئوية.

مراجع علم المعادن للحام المنشورة التي تصف التحسيس في منطقة التأثر بالحرارة واستخدام الدرجات منخفضة الكربون والمثبتة لمنعها.

EN 10088 و ASTM A240، كمعايير منتجات تحدد درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المسماة ونطاقات التركيب المقتبسة.

EN 10204، وثائق الفحص، لتعريف شهادة 3.1 كوثيقة تحمل نتائج اختبار فعلية وتصدق عليها ممثل فحص مستقل من الشركة المصنعة.

نطاقات التركيب والقيم المحسوبة أعلاه هي أرقام قياسية للدرجات المسماة، وهي ليست حدود قبول لدفعة مسلّمة. PREN هو مؤشر ترتيب وليس معدل تآكل، ودرجتان بنفس القيمة في عائلات مختلفة لا تتصرفان بشكل متطابق. يعتمد التحسيس على محتوى الكربون، وعلى الوقت في النطاق، وعلى معدل التبريد، لذلك يمكن مهاجمة درجة مقاومة في تصنيع واحد في تصنيع آخر بنفس التحليل. تعتمد قيم الخصائص لجزء مسلّم على حالته وعلى اتجاه الاختبار، وتصف الشهادة حرارة وليس مكونًا. يتم مراجعة مواصفات المنتج، ويحكم الإصدار المسمى في أمر الشراء. لا شيء في هذه الصفحة يحل محل إصدار هندسي أو اختبار التأهيل المتفق عليه بين المشتري والمورد.