كيف يؤثر عنصر السبائك على الفولاذ المقاوم للصدأ؟
التركيب الكيميائي له تأثير كبير على البنية المجهرية ، الخواص الميكانيكية ، الخواص الفيزيائية ومقاومة الفولاذ للتآكل. يمكن أن يحل الكروم والموليبدينوم والنيكل وعناصر السبائك الأخرى محل الزاوية الرأسية لشبكة الأوستينيت ومركز الجوانب الستة للحديد المكعب والكربون والنيتروجين في الفجوة بين ذرات الشبكة (موضع الفجوة) بسبب الحجم الصغير ، تنتج إجهادًا كبيرًا في الشبكة ، لذا تصبح عناصر تصلب فعالة. عناصر صناعة السبائك المختلفة لها تأثيرات مختلفة على خصائص الفولاذ ، وأحيانًا تكون مفيدة وأحيانًا ضارة. العناصر الرئيسية لسبائك الفولاذ الأوستنيتي لها التأثيرات التالية:
Cr
الكروم عنصر في صناعة السبائك يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ "خاليًا من الصدأ". مطلوب ما لا يقل عن 10.5٪ من الكروم لتشكيل خاصية فيلم التخميل السطحي للفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن لفيلم التخميل أن يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ يقاوم بشكل فعال المياه المسببة للتآكل ، ومجموعة متنوعة من المحاليل الحمضية وحتى الأكسدة القوية لتآكل الغاز بدرجة الحرارة العالية. عندما يتجاوز محتوى الكروم 10.5٪ ، يتم تحسين مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ. محتوى الكروم من 304 تبلغ نسبة الفولاذ المقاوم للصدأ 18٪ ، وبعض أنواع الفولاذ الأوستنيتي عالي الجودة يحتوي على نسبة عالية من الكروم تصل إلى 20٪ إلى 28٪.
Ni
يمكن للنيكل تكوين واستقرار المرحلة الأوستنية. 8٪ ني يجعل 304 الفولاذ المقاوم للصدأمما يمنحها الخصائص الميكانيكية والقوة والمتانة التي يتطلبها الأوستينيت. يحتوي الفولاذ الأوستنيتي عالي الأداء على تركيزات عالية من الكروم والموليبدينوم ، ويضاف النيكل للحفاظ على الهيكل الأوستنيتي عند إضافة المزيد من الكروم أو عناصر تشكيل الفريت الأخرى إلى الفولاذ. يمكن ضمان هيكل الأوستينيت بحوالي 20٪ من محتوى النيكل ، ويمكن تحسين مقاومة كسر التآكل الناتج عن الإجهاد للفولاذ المقاوم للصدأ بشكل كبير.
يمكن للنيكل أيضًا أن يقلل من معدل تصلب العمل أثناء التشوه البارد ، لذا فإن السبائك المستخدمة في الرسم العميق ، والغزل ، والعنصر البارد تحتوي عمومًا على نسبة عالية من النيكل.
Mo
يعمل الموليبدينوم على تحسين مقاومة التنقر والتآكل الشقوق للفولاذ المقاوم للصدأ في بيئة الكلوريد. إن الجمع بين الموليبدينوم والكروم ، وخاصة النيتروجين ، يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عالي الأداء يتمتع بمقاومة قوية للتنقر والتآكل الشقوق. يمكن لـ Mo أيضًا تحسين مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ في البيئات المختزلة مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك المخفف. يبلغ الحد الأدنى لمحتوى الموليبدينوم من الفولاذ الأوستنيتي حوالي 2٪ ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316. يحتوي الفولاذ الأوستنيتي عالي الأداء الذي يحتوي على أعلى محتوى من السبائك على ما يصل إلى 7.5٪ من الموليبدينوم. يساهم الموليبدينوم في تكوين طور الفريت ويؤثر على توازن الطور. تشارك في تكوين عدة مراحل ثانوية ضارة وستشكل أكاسيد غير مستقرة ذات درجة حرارة عالية ، ولها تأثير سلبي على مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية ، ويجب أن يؤخذ استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم في الاعتبار.
C
يستقر الكربون ويقوي الطور الأوستنيتي. يعتبر الكربون عنصرًا مفيدًا للفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في بيئات درجات الحرارة المرتفعة مثل أنابيب الغلايات ، ولكن في بعض الحالات يمكن أن يكون له تأثير ضار على مقاومة التآكل. عادةً ما يقتصر محتوى الكربون في معظم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على أدنى مستوى ممكن عمليًا. محتوى الكربون في درجات اللحام (304L، 201 لتر و 316 لتر) بنسبة 0.030٪. يقتصر محتوى الكربون لبعض درجات الأداء العالي للسبائك على 0.020٪.
N
يعمل النيتروجين على استقرار وتقوية مرحلة الأوستينيت ، ويبطئ حساسية الكربيد وتكوين الطور الثانوي. يحتوي كل من الفولاذ الأوستنيتي القياسي والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عالي الأداء على النيتروجين. في درجة الكربون المنخفضة (L) ، يمكن أن تعوض كمية صغيرة من النيتروجين (تصل إلى 0.1٪) فقدان القوة بسبب محتوى الكربون المنخفض. يساعد النيتروجين أيضًا في تحسين مقاومة تنقر الكلوريد وتآكل الشقوق ، لذا فإن بعض أفضل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عالي الأداء والمقاوم للتآكل يحتوي على نسبة عالية من النيتروجين تصل إلى 0.5٪.
Mn
تستخدم مصانع الصلب المنجنيز لإزالة الأكسدة من الفولاذ المصهور ، لذلك تبقى كمية صغيرة من المنجنيز في جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن للمنغنيز أيضًا تثبيت المرحلة الأوستنيتيّة وتحسين قابلية ذوبان النيتروجين في الفولاذ المقاوم للصدأ. لذلك ، في 200 سلسلة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، يمكن استخدام المنغنيز لاستبدال جزء من النيكل لزيادة محتوى النيتروجين ، وتحسين القوة ومقاومة التآكل. يضاف المنغنيز إلى بعض أنواع الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ لتحقيق نفس التأثير.
Cu
يمكن للنحاس أن يحسن مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ في تقليل الأحماض ، مثل بعض المحاليل المختلطة من حامض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك.
Si
بشكل عام ، يعتبر السيليكون عنصرًا مفيدًا في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لأنه يمكن أن يحسن مقاومة التآكل للفولاذ في الأحماض المركزة وبيئات الأكسدة العالية. يُذكر أن UNS S30600 وأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الخاصة عالية السيليكون الأخرى تتمتع بمقاومة عالية للتآكل. يمكن أيضًا استخدام السيليكون ، مثل المنغنيز ، لإزالة أكسدة الفولاذ المصهور ، لذلك تظل شوائب الأكسيد الصغيرة التي تحتوي على السيليكون والمنغنيز وعناصر إزالة الأكسدة الأخرى دائمًا في الفولاذ. لكن الكثير من الادراج ستؤثر على جودة سطح المنتج.
ملحوظة و Ti
هذان العنصران عبارة عن عناصر قوية لتشكيل الكربيد ويمكن استخدامهما بدلاً من الدرجات منخفضة الكربون لتخفيف الحساسية. يمكن لكربيد النيوبيوم وكربيد التيتانيوم تحسين قوة درجات الحرارة العالية. 347 و 321 من الفولاذ المقاوم للصدأ التي تحتوي على Nb و Ti يشيع استخدامها في الغلايات ومعدات التكرير لتلبية متطلبات مقاومة درجات الحرارة العالية وقابلية اللحام. كما أنها تستخدم في بعض عمليات إزالة الأكسدة كعناصر متبقية في فولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ عالي الأداء.
S و P
الكبريت جيد وسيئ للفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن أن يحسن أداء الآلات ، والضرر هو تقليل قابلية التشغيل الحراري ، وزيادة عدد إدراج كبريتيد المنغنيز ، مما يؤدي إلى تقليل مقاومة التآكل في تأليب الفولاذ المقاوم للصدأ. ليس من السهل تسخين الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ عالي الجودة ، لذلك يجب التحكم في محتوى الكبريت عند أدنى مستوى ممكن ، حوالي 0.001٪. لا يضاف الكبريت عادة كعنصر خلائط إلى فولاذ أوستنيتي عالي الأداء غير قابل للصدأ. ومع ذلك ، غالبًا ما يكون محتوى الكبريت في الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة القياسية مرتفعًا (0.005٪ ~ 0.017٪) ، من أجل تحسين عمق اختراق اللحام للحام الانصهار الذاتي ، وتحسين أداء القطع.
يعد الفوسفور عنصرًا ضارًا ويمكن أن يؤثر سلبًا على خصائص العمل الساخن للتزوير والدرفلة على الساخن. في عملية التبريد بعد اللحام ، ستعمل أيضًا على تعزيز حدوث التكسير الحراري. لذلك ، يجب التحكم في محتوى الفوسفور عند الحد الأدنى.
