كيف يؤثر عنصر السبائك على الفولاذ المقاوم للصدأ؟'>كيف يؤثر عنصر السبائك على الفولاذ المقاوم للصدأ؟

للمكونات الكيميائية تأثير كبير على التركيب الميكانيكي والخصائص الميكانيكية والخصائص الفيزيائية ومقاومة التآكل للصلب. يمكن أن تحل الكروم والملانيزيم والنيكل والعناصر المضافّة الأخرى محل زاوية الوجه في شبكة الأوستنيت، وتتمركز الكربون والنيتروجين في الفجوة الواقعة بين ذرات الشبكة (موضع الفجوة) بسبب حجمها الصغير، مما يؤدي إلى حدوث شدٍ هائل في الشبكة، وبالتالي تصبح هذه العناصر المضافّة عناصر تصلب فعالة. تختلف تأثيرات العناصر المضافّة على خصائص الفولاذ، وتكون مفيدة أحيانًا ضارة أحيانًا. العناصر المضافّة الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ أوتستينيت لها الآثار التالية:

 

Cr

الكربون هو عنصر تآزر يجعله الفولاذ المقاوم للصدأ "خالياً من الصدأ". ويحتاج إلى ما لا يقل عن 10.5% من الكروم لتشكيل طبقة المانع للتآكل على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ. وتمنع هذه الطبقة التآكل بشكل فعال، مما يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ قادرًا على مقاومة الماء القلوي ومجموعة متنوعة من المحاليل الحمضية وحتى التآكل الشديد الناجم عن تآكل الغاز عند درجات الحرارة العالية. وعندما يتجاوز محتوى الكروم 10.5%، تزداد مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل. ويتمثل محتوى الكروم في 304 يبلغ معدل الكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ 18%، كما أن بعض الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من الدرجة العالية يحتوي على نسبة من الكروم تصل إلى 20% إلى 28%.

 

ني

النيكل يمكن أن يشكل ويستقر في المرحلة الاستونيية. 8%Ni يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ 304، مما يمنحه الخصائص الميكانيكية والقوة والصمود المطلوبين من الأوستنيت. تحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي العالي الأداء على تركيزات عالية من الكروم والموليبدينوم، وتضاف النيكل للحفاظ على التركيبة الأوستنيتية عندما يتم إضافة المزيد من الكروم أو عناصر تشكيلية أخرى مثل الفيريت إلى الفولاذ. يمكن ضمان هيكل الأوستنيت بنسبة حوالي 20% من محتوى النيكل، ويمكن تحسين مقاومة كسر الكسر الحراري للصلب بشكل كبير.

يمكن للنيكل أيضًا أن يقلل من معدل تصلب العمل أثناء التشوه البارد، لذا فإن السبائك المستخدمة في عملية التشكيل العميقة والدوارة والتجهيز البارد عادةً ما تحتوي على نسبة عالية من النيكل.

 

مو

يُحسن الموليبدينوم مقاومة الصدأ في الفتحات والشقوق في الفولاذ المقاوم للصدأ في بيئة الكلور. ويُعد مزيج الموليبدينوم والكروم، وخاصة النيتروجين، ما يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من الفئة العالية الأداء يتمتع بمقاومة قوية ضد الصدأ في الفتحات والشقوق. كما يمكن للموليبدينوم أن يحسن مقاومة الصدأ في بيئات التخفيض مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك المذاب. ويبلغ الحد الأدنى لمحتوى الموليبدينوم في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي حوالي 2%، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ذو الأداء العالي الذي يحتوي على أعلى نسبة من السبائك يحتوي على ما يصل إلى 7.5% من الموليبدينوم. يساهم الموليبدينوم في تكوين مرحلة الفيريتة ويؤثر على توازن المرحلة. وهو مشارك في تكوين عدة مراحل ثانوية ضارة، وسيكون له تأثير سلبي على مقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية، يجب أخذ استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم في الاعتبار.

 

C

يُوازن الكربون ويُعزّز المرحلة الأوستنيتيّة. والكربون عنصر مفيد لصنعاء الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في بيئات ذات درجات حرارة عالية مثل أنابيب الغلايات، لكن في بعض الحالات قد يكون له تأثير ضار على مقاومة التآكل. عادةً ما يقتصر محتوى الكربون في معظم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على أدنى مستوى عملي ممكن. محتوى الكربون في درجات اللحام (304L(201L و 316L) مقيد بنسبة 0.030%. وحتى بعض الفئات عالية الأداء ذات السبائك العالية، فإن محتوى الكربون يقتصر على 0.020%.

 

N

يُوازن النيتروجين وتُعزز مرحلة أوستنيت، ويُبطئ تكوين الكاربيت والظاهرة الثانوية. كل من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي القياسي والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ذي الأداء العالي يحتوي على النيتروجين. في درجة الكربون المنخفضة (L)، يمكن أن يعوض كمية صغيرة من النيتروجين (تصل إلى 0.1%) عن فقدان القوة بسبب انخفاض محتوى الكربون. كما يساعد النيتروجين على تحسين مقاومة التآكل الناتج عن الصدأ الناتج عن التآكل في الفتحات والشقوق، لذلك تحتوي بعض من أفضل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ذات الأداء العالي ذات مقاومة للتآكل على نسبة من النيتروجين تصل إلى 0.5%.

 

Mn

تستخدم مصانع الصلب المنغنيز لتبييض الصلب المنصهر، لذا يبقى مقدار صغير من المنغنيز في جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. كما يمكن للمغنيز أن يوازن المرحلة الاستونيية ويحسن قابلية الذوبان للنيتروجين في الفولاذ المقاوم للصدأ. لذلك، في الفولاذ المقاوم للصدأ من السلسلة 200، يمكن استخدام المنغنيز لتحل محل جزء من النيكل لزيادة محتوى النيتروجين، وتحسين القوة ومقاومة التآكل. يتم إضافة المنغنيز إلى بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الاستونيية عالية الأداء لتحقيق نفس التأثير.

 

كوي

الحديد يمكنه تحسين مقاومة الصدأ في الفولاذ المقاوم للصدأ عند تخفيض الأحماض، مثل بعض الحلول المختلطة من حمض الكبريتيك والأحماض الفوسفورية.

 

سي

بشكل عام، يعد السيليكون عنصرًا مفيدًا في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لأنّه يمكنه تحسين مقاومة الصدأ في الحمضات الكثيفة والبيئات الملوثة بدرجة عالية. ويُقال إن الفولاذ المقاوم للصدأ UNS S30600 والصلب المقاوم للصدأ الخاص الآخران ذوّقتهما العالية. كما أن السيليكون، مثل المنغنيز، يمكن استخدامه أيضًا لتبييض الصلب المذاب، لذا تظل تكوّنات الأكسيد الصغيرة التي تحتوي على السيليكون والمنغنيز والعناصر المبيضة الأخرى دائمًا في الفولاذ. ولكنّ العدد الكبير من هذه التكوّنات سيؤثر على جودة السطح للمنتج.

 

نيب وتي

هذان العنصران عنصران قويان يساهمان في تكوين الكربيد ويمكن استخدامهما بدلاً من الفئات ذات الكربون المنخفض للتخفيف من احتمالية الإصابة بالتشحيم. يمكن لكرّب النيوبيم والكرّب التيتاني أن يحسنوا قوة مقاومة درجات الحرارة العالية. 347 وتُستخدم الفولاذات المقاومة للصدأ 321 التي تحتوي على النيوبليوم والتيتانيوم بشكل شائع في المجاري الحرارية ومعدات التكرير لتلبية متطلبات القوة والصلابة العالية في درجات الحرارة العالية. كما تُستخدم في بعض عمليات إزالة الرواسب كعناصر متبقية في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عالي الأداء.

 

S و P

الكلور يمكن أن يكون جيداً أو سيئاً بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ. فإنه يمكن أن يحسن أداء التصنيع، لكن العيب هو تقليل القدرة الحرارية على التصنيع، وزيادة عدد إحداثيات الكبريتيد، مما يؤدي إلى ضعف مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل. لا يسهل معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة العالية، لذلك يجب التحكم في محتوى الكبريت عند أدنى مستوى ممكن، حوالي 0.001%. الكبريت لا يتم إضافته عادةً كعنصر معدني في الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة العالية. ومع ذلك، غالبًا ما يكون محتوى الكبريت في الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة القياسية مرتفعًا (0.005% ~ 0.017%)، وذلك لتحسين عمق اختراق اللحام الذاتي.

الفوسفور عنصر ضار ويمكن أن يؤثر سلباً على خواص العمل الساخن للتشكيل واللف الساخن. في عملية التبريد بعد اللحام، سيؤدي أيضًا إلى تحفيز حدوث كسر حراري. لذلك، يجب التحكم في محتوى الفوسفور إلى الحد الأدنى.