يُمكن إيجاد الفولاذ المقاوم للصدأ في كل مكان في حياتنا، وهناك أنواع عديدة يصعب التمييز بينها. اليوم، سنشارككم مقالاً لتوضيح النقاط المهمة في هذا الشأن.
الفولاذ المقاوم للصدأ هو اختصار للفولاذ المقاوم للأحماض، وهو مقاوم للهواء والبخار والماء وغيرها من الوسائط المسببة للتآكل الضعيفة؛ ويُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا باسم الفولاذ المقاوم للصدأ؛ وسيكون مقاومًا للتآكل الناتج عن الوسائط الكيميائية المسببة للتآكل (الأحماض والقلويات والأملاح وغيرها من المواد الكيميائية) ويُطلق على الفولاذ المقاوم للأحماض اسم الفولاذ المقاوم للأحماض.
يشير مصطلح الفولاذ المقاوم للصدأ إلى مقاومة الفولاذ للتآكل الناتج عن الهواء والبخار والماء وغيرها من المواد الكيميائية المسببة للتآكل، وكذلك الأحماض والقلويات والأملاح وغيرها من المواد الكيميائية المسببة للتآكل. ويُعرف أيضًا باسم الفولاذ المقاوم للأحماض. عمليًا، يُطلق على الفولاذ المقاوم للتآكل الناتج عن المواد الكيميائية اسم الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما يُطلق على الفولاذ المقاوم للتآكل الناتج عن المواد الكيميائية اسم الفولاذ المقاوم للأحماض. ونظرًا لاختلاف التركيب الكيميائي لكل منهما، فإن النوع الأول ليس بالضرورة مقاومًا للتآكل الناتج عن المواد الكيميائية، بينما يتميز النوع الثاني عمومًا بمقاومته للتآكل. وتعتمد مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل على العناصر المُضافة إليه.
التصنيف المشترك
وفقًا للمنظمة المعدنية
بشكل عام، تُصنّف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الشائعة، وفقًا للتصنيف المعدني، إلى ثلاث فئات: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، والفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي، والفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي. وبناءً على هذا التصنيف المعدني الأساسي، تُشتق أنواع أخرى من الفولاذ، مثل الفولاذ المزدوج، والفولاذ المقاوم للصدأ المُقسّى بالترسيب، والفولاذ عالي السبائك الذي يحتوي على أقل من 50% من الحديد، لتلبية احتياجات وأغراض محددة.
1. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي
تتميز البنية البلورية المكعبة ذات المراكز الوجهية للطور الأوستنيتي (طور CY) بخواص غير مغناطيسية، وتُعزز هذه الخواص بشكل رئيسي من خلال التشكيل على البارد (وقد يؤدي ذلك إلى درجة معينة من المغناطيسية) في الفولاذ المقاوم للصدأ. ويُصنف المعهد الأمريكي للحديد والصلب هذا النوع من الفولاذ ضمن سلسلتي 200 و300 من التصنيفات الرقمية، مثل 304.
2. الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي
يتميز هذا الفولاذ ببنية بلورية مكعبة مركزية الجسم من نوع الفريت (طور أ)، وهو فولاذ مغناطيسي، ولا يمكن تقويته بالمعالجة الحرارية، إلا أن تشكيله على البارد قد يجعله فولاذًا مقاومًا للصدأ مقوى قليلاً. يُصنف هذا الفولاذ وفقًا لمعايير المعهد الأمريكي للحديد والصلب 430 و446.
3. الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
تتميز المادة الأساسية ببنية مارتنسيتية (مكعب مركزي الجسم أو مكعب)، وهي مغناطيسية، ويمكن تعديل خواصها الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ من خلال المعالجة الحرارية. يوضح المعهد الأمريكي للحديد والصلب الأرقام 410 و420 و440. يتميز المارتنسيت ببنية أوستنيتية عند درجات الحرارة العالية، ويمكن تحويله إلى مارتنسيت (أي تصلبه) عند تبريده إلى درجة حرارة الغرفة بمعدل مناسب.
4. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفريت (المزدوج)
تتميز المادة الأساسية ببنية ثنائية الطور، تتكون من طورين: الأوستنيتي والفريتي، حيث تتجاوز نسبة الطور الأقل عادةً 15%. وهي مادة مغناطيسية، ويمكن تقويتها بالتشكيل على البارد. يُعدّ الفولاذ المقاوم للصدأ 329 مثالًا نموذجيًا على الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور. وبالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، يتميز الفولاذ ثنائي الطور بقوة عالية، ومقاومة محسّنة بشكل ملحوظ للتآكل بين الحبيبات، والتآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد، والتآكل النُقري.
5. الفولاذ المقاوم للصدأ المُقسّى بالترسيب
تتكون المادة الأساسية من بنية أوستنيتية أو مارتنسيتية، ويمكن تقويتها بمعالجة التصليد بالترسيب لإنتاج فولاذ مقاوم للصدأ مقوى. يُصنف المعهد الأمريكي للحديد والصلب (AI) ضمن سلسلة 600 من الملصقات الرقمية، مثل 630، أي 17-4PH.
بشكل عام، بالإضافة إلى السبائك، فإن مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أفضل، وفي بيئة أقل تآكلاً، يمكنك استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي، وفي بيئات ذات تآكل طفيف، إذا كانت المادة مطلوبة بقوة عالية أو صلابة عالية، يمكنك استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفولاذ المقاوم للصدأ المقوى بالترسيب.
الخصائص والاستخدامات
عملية السطح
تمييز السماكة
1. نظرًا لأن آلات مصانع الصلب تتعرض لتشوه طفيف أثناء عملية الدرفلة، فإن أسطوانات الدرفلة تُسخّن، مما يؤدي إلى اختلاف في سُمك الصفائح، حيث تكون الصفائح سميكة في المنتصف ورقيقة على الجانبين. عند قياس سُمك الصفيحة، يجب قياسها في منتصف رأس الصفيحة وفقًا للوائح الدولة.
2. يعتمد سبب التسامح على طلب السوق والعملاء، وينقسم عمومًا إلى تسامح كبير وتسامح صغير.
خامساً: متطلبات التصنيع والتفتيش
1. صفيحة الأنابيب
① وصلات طرفية لألواح الأنابيب الموصولة لفحص الأشعة بنسبة 100٪ أو UT، المستوى المؤهل: RT: Ⅱ UT: Ⅰ المستوى؛
② بالإضافة إلى الفولاذ المقاوم للصدأ، المعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد في ألواح الأنابيب الموصولة؛
3- انحراف عرض جسر ثقب لوحة الأنبوب: وفقًا لصيغة حساب عرض جسر الثقب: B = (S - d) - D1
الحد الأدنى لعرض جسر الثقب: B = 1/2 (S - d) + C؛
2. المعالجة الحرارية لصندوق الأنابيب:
الفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض السبائك الملحوم بقسم نطاق مقسم لصندوق الأنابيب، وكذلك صندوق الأنابيب ذو الفتحات الجانبية التي تزيد عن 1/3 من القطر الداخلي لصندوق الأنابيب الأسطواني، في تطبيق اللحام للمعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد، يجب معالجة سطح إحكام غلق الشفة والقسم بعد المعالجة الحرارية.
3. اختبار الضغط
عندما يكون ضغط تصميم عملية الغلاف أقل من ضغط عملية الأنبوب، وذلك للتحقق من جودة وصلات أنبوب المبادل الحراري ولوحة الأنبوب.
① زيادة ضغط برنامج الغلاف لزيادة ضغط الاختبار بما يتوافق مع برنامج الأنابيب في الاختبار الهيدروليكي، وذلك للتحقق من عدم وجود تسرب في وصلات الأنابيب. (مع ذلك، من الضروري التأكد من أن إجهاد الفيلم الأولي للغلاف أثناء الاختبار الهيدروليكي ≤ 0.9ReLΦ)
② عندما لا تكون الطريقة المذكورة أعلاه مناسبة، يمكن إجراء اختبار الضغط الهيدروستاتيكي للغلاف وفقًا للضغط الأصلي بعد المرور، ثم يتم إجراء اختبار تسرب الأمونيا أو اختبار تسرب الهالوجين للغلاف.
ما نوع الفولاذ المقاوم للصدأ الذي لا يصدأ بسهولة؟
هناك ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر على صدأ الفولاذ المقاوم للصدأ:
١. محتوى العناصر المضافة. بشكل عام، لا يصدأ الفولاذ الذي يحتوي على نسبة كروم تبلغ 10.5% بسهولة. كلما زادت نسبة الكروم والنيكل، تحسنت مقاومة التآكل، فمثلاً، يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ 304 على نسبة نيكل تتراوح بين 85% و10%، ونسبة كروم تتراوح بين 18% و20%، وهذا النوع من الفولاذ لا يصدأ عادةً.
٢. تؤثر عملية الصهر التي يتبعها المصنّع أيضًا على مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل. ففي مصانع الفولاذ المقاوم للصدأ الكبيرة، التي تتميز بتقنية صهر متطورة ومعدات حديثة، يتم التحكم بدقة في عناصر السبائك وإزالة الشوائب، بالإضافة إلى التحكم في درجة حرارة تبريد القوالب، مما يضمن جودة منتج مستقرة وموثوقة، وجودة جوهرية عالية، ومقاومة للصدأ. في المقابل، تعاني بعض مصانع الصلب الصغيرة من تخلف في المعدات والتقنية، حيث لا يمكن إزالة الشوائب من عملية الصهر، مما يؤدي حتمًا إلى صدأ المنتجات.
3. البيئة الخارجية: البيئة الجافة جيدة التهوية لا تصدأ بسهولة، بينما تصدأ بسهولة في البيئات الرطبة، أو الممطرة باستمرار، أو التي تحتوي على نسبة عالية من الحموضة والقلوية. الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع 304، إذا كانت البيئة المحيطة به سيئة للغاية، فإنه يصدأ أيضًا.
كيفية التعامل مع بقع الصدأ على الفولاذ المقاوم للصدأ؟
1. الطريقة الكيميائية
باستخدام معجون أو بخاخ التخليل، يُساعد هذا المعجون أو البخاخ على إعادة تكوين طبقة أكسيد الكروم على الأجزاء الصدئة، مما يُعيد مقاومتها للتآكل. بعد التخليل، ولإزالة جميع الملوثات وبقايا الأحماض، من المهم جدًا شطفها جيدًا بالماء. بعد الانتهاء من المعالجة وإعادة التلميع باستخدام معدات التلميع، يُمكن وضع طبقة من شمع التلميع. بالنسبة لبقع الصدأ الطفيفة، يُمكن استخدام خليط من البنزين والزيت بنسبة 1:1 مع قطعة قماش نظيفة لمسح بقع الصدأ.
2. الطرق الميكانيكية
التنظيف بالرمل، والتنظيف باستخدام جزيئات الزجاج أو السيراميك، والتنظيف بالفرشاة والتلميع. تتميز الطرق الميكانيكية بقدرتها على إزالة التلوث الناتج عن المواد التي أُزيلت سابقًا، أو مواد التلميع، أو المواد التي تم تنظيفها بالفرشاة والتلميع. يمكن أن تكون جميع أنواع التلوث، وخاصة جزيئات الحديد الغريبة، مصدرًا للتآكل، لا سيما في البيئات الرطبة. لذلك، يُفضل تنظيف الأسطح التي تم تنظيفها ميكانيكيًا في ظروف جافة. إن استخدام الطرق الميكانيكية يُنظف السطح فقط ولا يُغير من مقاومة المادة نفسها للتآكل. لذلك، يُنصح بإعادة تلميع السطح باستخدام معدات التلميع وتغطية السطح بشمع التلميع بعد التنظيف الميكانيكي.
أنواع وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدمة بشكل شائع في الأجهزة
الفولاذ المقاوم للصدأ 1.304. وهو أحد أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ذي التطبيقات الواسعة والاستخدامات المتعددة، وهو مناسب لتصنيع أجزاء القوالب المسحوبة بعمق وأنابيب الأحماض والحاويات والأجزاء الهيكلية وأنواع مختلفة من هياكل الأجهزة، وما إلى ذلك. كما يمكن استخدامه في تصنيع المعدات والأجزاء غير المغناطيسية والمنخفضة الحرارة.
الفولاذ المقاوم للصدأ 304L. لحل مشكلة ترسب Cr23C6 التي يُسببها الفولاذ المقاوم للصدأ 304 في بعض الظروف، حيث يميل بشدة إلى التآكل بين الحبيبات، تم تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي منخفض الكربون للغاية. يتميز هذا الفولاذ بمقاومة أفضل بكثير للتآكل بين الحبيبات مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 304. بالإضافة إلى انخفاض طفيف في القوة، يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ 321 بخصائص أخرى مشابهة، ويُستخدم بشكل أساسي في المعدات والمكونات المقاومة للتآكل، ولا يمكن لحامه أو معالجته حراريًا، ويمكن استخدامه في تصنيع أنواع مختلفة من هياكل الأجهزة.
الفولاذ المقاوم للصدأ 3.304H. الفرع الداخلي مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ 304، بنسبة كربون تتراوح بين 0.04% و0.10%، ويتميز بأداء أفضل في درجات الحرارة العالية مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 304.
الفولاذ المقاوم للصدأ 4.316. يُصنع هذا الفولاذ من فولاذ 10Cr18Ni12 بإضافة الموليبدينوم، مما يمنحه مقاومة جيدة للعوامل المختزلة والتآكل النُقري. في مياه البحر وغيرها من البيئات، تكون مقاومته للتآكل أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ 304، ويُستخدم بشكل أساسي في المواد المقاومة للتآكل النُقري.
الفولاذ المقاوم للصدأ 5.316L. فولاذ منخفض الكربون للغاية، يتميز بمقاومة جيدة للتآكل بين الحبيبات الحساس، وهو مناسب لتصنيع الأجزاء والمعدات الملحومة ذات المقطع العرضي السميك، مثل معدات البتروكيماويات في المواد المقاومة للتآكل.
الفولاذ المقاوم للصدأ 6.316H. الفرع الداخلي للفولاذ المقاوم للصدأ 316، نسبة كتلة الكربون من 0.04% إلى 0.10%، أداء درجات الحرارة العالية أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ 316.
الفولاذ المقاوم للصدأ 7.317. يتميز بمقاومة أفضل للتآكل النقطي والزحف مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 316L، المستخدم في تصنيع معدات مقاومة للتآكل في البتروكيماويات والأحماض العضوية.
الفولاذ المقاوم للصدأ 8.321. فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي مُثبَّت بالتيتانيوم، يُضاف إليه التيتانيوم لتحسين مقاومة التآكل بين الحبيبات، ويتمتع بخصائص ميكانيكية جيدة عند درجات الحرارة العالية، ويمكن استخدامه كبديل للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي منخفض الكربون للغاية. باستثناء حالات خاصة تتطلب مقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية أو التآكل الهيدروجيني، لا يُنصح باستخدامه في الظروف العامة.
الفولاذ المقاوم للصدأ 9.347. فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي مُثبَّت بالنيوبيوم، أُضيف إليه النيوبيوم لتحسين مقاومته للتآكل بين الحبيبات، ومقاومته للتآكل في الأحماض والقلويات والأملاح وغيرها من الوسائط المسببة للتآكل، مع الفولاذ المقاوم للصدأ 321، وأداء لحام جيد، ويمكن استخدامه كمواد مقاومة للتآكل وفولاذ مقاوم للحرارة، ويُستخدم بشكل أساسي في مجال الطاقة الحرارية والبتروكيماويات، مثل إنتاج الحاويات وخطوط الأنابيب والمبادلات الحرارية والأعمدة والأفران الصناعية في أنابيب الأفران ومقاييس حرارة أنابيب الأفران وما إلى ذلك.
الفولاذ المقاوم للصدأ 10.904L. فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي فائق الاكتمال، وهو نوع ابتكره الفنلندي أوتو كيمب. تتراوح نسبة النيكل فيه بين 24% و26%، بينما تقل نسبة الكربون عن 0.02%. يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل، خاصةً في الأحماض غير المؤكسدة مثل حمض الكبريتيك، وحمض الخليك، وحمض الفورميك، وحمض الفوسفوريك. كما يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل الشقوقي والتآكل الناتج عن الإجهاد. وهو مناسب لتركيزات مختلفة من حمض الكبريتيك عند درجات حرارة أقل من 70 درجة مئوية، ويتمتع بمقاومة جيدة للتآكل في حمض الخليك ومزيج حمض الفورميك وحمض الخليك بأي تركيز ودرجة حرارة تحت الضغط العادي. كان المعيار الأصلي ASMESB-625 يصنفه ضمن سبائك النيكل، بينما يصنفه المعيار الجديد ضمن الفولاذ المقاوم للصدأ. تستخدم الصين فقط الفولاذ من الدرجة التقريبية 015Cr19Ni26Mo5Cu2، بينما تستخدم بعض الشركات المصنعة للأجهزة الأوروبية الفولاذ المقاوم للصدأ 904L كمواد أساسية، مثل أنبوب قياس التدفق الكتلي من E + H، كما تستخدم علبة ساعة رولكس الفولاذ المقاوم للصدأ 904L.
الفولاذ المقاوم للصدأ 11.440C. فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي، فولاذ مقاوم للصدأ قابل للتصليد، فولاذ مقاوم للصدأ ذو صلابة عالية، تصل صلابته إلى 57 HRC. يُستخدم بشكل أساسي في إنتاج الفوهات، والمحامل، والصمامات، وبكرات الصمامات، ومقاعد الصمامات، والأكمام، وسيقان الصمامات، وما إلى ذلك.
الفولاذ المقاوم للصدأ 12.17-4PH. فولاذ مقاوم للصدأ مُقسّى بالترسيب المارتنسيتي، صلابته 44 HRC، يتميز بقوة وصلابة ومقاومة عالية للتآكل، ولا يُستخدم في درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية. يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل في كل من الهواء والأحماض أو الأملاح المخففة، ومقاومته للتآكل مماثلة لمقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و430، ويُستخدم في صناعة المنصات البحرية، وشفرات التوربينات، والبكرات، والمقاعد، والأكمام، وسيقان الصمامات.
في مجال الأجهزة، وبالنظر إلى مسائل العمومية والتكلفة، فإن ترتيب اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي التقليدي هو 304-304L-316-316L-317-321-347-904L، حيث أن 317 أقل استخدامًا، و321 غير موصى به، و347 يستخدم للتآكل في درجات الحرارة العالية، و904L هو المادة الافتراضية لبعض مكونات الشركات المصنعة الفردية، ولن يتم اختيار 904L بشكل عام في التصميم.
في اختيار تصميم أجهزة القياس، عادةً ما تختلف مواد أجهزة القياس عن مواد الأنابيب، وخاصة في ظروف درجات الحرارة العالية، يجب إيلاء اهتمام خاص لاختيار مواد أجهزة القياس لتلبية درجة حرارة وضغط تصميم معدات المعالجة أو خط الأنابيب، على سبيل المثال، خط أنابيب من فولاذ الكروم والموليبدينوم عالي الحرارة، بينما اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ لأجهزة القياس من شأنه أن يسبب مشكلة كبيرة، لذا يجب عليك استشارة المختصين بشأن درجة حرارة وضغط المواد ذات الصلة.
في عملية اختيار تصميم الأجهزة، غالباً ما يتم مواجهة مجموعة متنوعة من الأنظمة والسلاسل ودرجات الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة، ويجب أن يستند الاختيار إلى وسائط العملية المحددة ودرجة الحرارة والضغط والأجزاء المعرضة للإجهاد والتآكل والتكلفة وغيرها من الجوانب.
تاريخ النشر: 11 أكتوبر 2023