201 مقابل 202 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
اختيار بين درجات الفولاذ المقاوم للصدأ 201 و202 هو قرار متكرر في الشراء والتصميم للمهندسين ومخططي التصنيع ومديري الشراء. التوازنات النموذجية هي التكلفة مقابل مقاومة التآكل، القابلية للتشكيل مقابل القوة، وسهولة التصنيع مقابل أداء دورة الحياة. كلا السبيكتين ينتميان إلى الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من السلسلة 200 التي تم تطويرها لتقليل محتوى النيكل عن طريق استبدال المنغنيز والنيتروجين؛ يتم استخدامها على نطاق واسع في المنتجات المسطحة والملفات والمكونات المشكّلة في التطبيقات الاستهلاكية والصناعية الخفيفة.
الفرق الفني الرئيسي بين 201 و202 هو توازن السبائك: تستخدم الدرجتان تركيبات وكميات مختلفة من المنغنيز والنيكل والكروم لاستقرار الهيكل الأوستنيتي. ينتج عن هذا الاختلاف في السبائك اختلافات متواضعة في الخصائص الميكانيكية وسلوك العمل الصلب ومقاومة التآكل - حيث تقدم 202 عادة أداءً أفضل قليلاً في مقاومة التآكل وخصائص تشكيل وقوة مختلفة قليلاً مقارنةً بـ 201.
1. المعايير والتسميات
- AISI / UNS: يُشار إليها عادةً باسم UNS S20100 (201) وUNS S20200 (202) في الأدبيات الصناعية وقواعد بيانات المواد.
- ASTM / ASME: تُستخدم الدرجات بموجب مواصفات ورقة/لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوسع (على سبيل المثال، تغطي ASTM A240 العديد من سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ في شكل ورقة/لوحة)، لكن المعايير الخاصة بالمنتجات وممارسات التوريد تختلف حسب البلد والمطحنة. يجب على المشترين تأكيد المواصفات الشرائية المعمول بها لشكل المنتج (ورقة، ملف، شريط، سلك).
- EN / JIS / GB: لا تسرد المعايير الأوروبية (EN) واليابانية (JIS) والصينية (GB) دائمًا تسميات مباشرة واحدة لواحدة لـ 201/202؛ تتوفر المعادلات تجاريًا ولكن يجب التحقق منها من خلال المتطلبات الكيميائية والميكانيكية.
- التصنيف: كلا من 201 و202 هما فولاذان مقاومان للصدأ الأوستنيتي (غير مغناطيسي في الحالة الملدنة بالكامل)، وليس فولاذات كربونية أو فولاذات أدوات أو HSLA. ينتميان إلى مجموعة منخفضة النيكل، مستقرة بالمنغنيز والنيتروجين من الأوستنيتي.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
جدول: نطاقات التركيب النموذجية (وزن%) لـ 201 و202 التجاريين. هذه هي النطاقات التمثيلية التي تم مواجهتها في أوراق بيانات المطاحن التجارية لمنتجات الورق/الملف؛ يجب على المشترين استخدام حدود التركيب الدقيقة في تقرير اختبار المطحنة أو المواصفة الشرائية.
| عنصر | 201 (نطاق تجاري نموذجي، وزن%) | 202 (نطاق تجاري نموذجي، وزن%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.15 | ≤ 0.15 |
| Mn | 5.5 – 7.5 | 6.5 – 9.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.06 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 17.0 – 19.0 |
| Ni | 3.5 – 5.5 | 4.0 – 6.0 |
| N | trace – 0.25 (controlled) | trace – 0.25 (controlled) |
ملاحظات: - استراتيجية السلسلة 200 تقلل من النيكل بالنسبة لدرجات السلسلة 300 وتعوض بزيادة المنغنيز والنيتروجين للحفاظ على استقرار الأوستنيت. - يتم عادةً صياغة 202 بمحتوى أعلى قليلاً من الكروم والنيكل (وغالبًا ما يكون المنغنيز أعلى) مقارنةً بـ 201. هذه التركيبة تهدف إلى تحسين مقاومة التآكل العامة والليونة بالنسبة لبعض تركيبات 201 بينما تظل تنافسية من حيث التكلفة مع سبائك السلسلة 300. - ملخص تأثيرات السبائك: يزيد الكروم من الأكسدة العامة واستقرار الفيلم الساكن؛ يثبت النيكل الأوستنيت ويحسن مقاومة التآكل والصلابة؛ يستبدل المنغنيز والنيتروجين جزئيًا النيكل للحفاظ على المرحلة الأوستنيتية وزيادة القوة من خلال تأثيرات الحل الصلب والفراغات.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنية المجهرية (كما تم معالجتها): كلا الدرجتين هما أوستنيتيتان بالكامل (مكعب مركزي الوجه) في الحالة الملدنة. يمكن أن تحتوي على كميات صغيرة من الفيريت أو الكربيدات اعتمادًا على الكيمياء وطريق التصلب، لكن التركيبات التجارية مصممة للحفاظ على الأوستنيت المستقر في درجة حرارة الغرفة.
- العمل البارد وتأثيرات الإجهاد: كلا من 201 و202 يظهران صلابة عمل كبيرة عند التشكيل البارد؛ قد تؤدي درجات كبيرة من العمل البارد إلى إدخال المارتنسيت الناتج عن الإجهاد في بعض الدفعات اعتمادًا على التركيبة ودرجة حرارة التشوه.
- المعالجة الحرارية:
- التلدين (إعادة التبلور) عند درجات حرارة تلدين الفولاذ المقاوم للصدأ النموذجية (حوالي 1000–1100 درجة مئوية) يستعيد الليونة وينتج بنية مجهرية أوستنيتية خالية من الإجهاد.
- تستخدم معالجة الحل والتبريد السريع عمومًا لإذابة الرواسب وإنتاج مقاومة تآكل مثلى.
- طرق التبريد والتخمير أو طرق التصلب التقليدية المستخدمة للفولاذات الفيريتية/المعالجة ليست قابلة للتطبيق - درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لا تتصلب من خلال التحولات المارتنسيتية بنفس الطريقة التي تتصلب بها الفولاذات الكربونية المبرّدة.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة الباردة + التلدين) تتحكم في حجم الحبيبات والنسيج؛ تستجيب كلا السبيكتين جيدًا للدرفلة بالإضافة إلى التلدين لإنتاج أوراق/ملفات ذات قابلية تشكيل وجودة سطح جيدة.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: الخصائص الميكانيكية النموذجية - تحديد هذه كقيم ملدنة نموذجية لمنتجات الورق/الملف التجارية (تختلف القيم حسب شكل المنتج، العمل البارد، والمورد).
| الخاصية (ملدن) | 201 (نموذجي) | 202 (نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ~480 – 620 | ~500 – 640 |
| 0.2% إثبات / عائد (ميغاباسكال) | ~205 – 310 | ~215 – 330 |
| التمدد (A%) | ~35 – 50 | ~30 – 45 |
| أثر شارب (نوعي) | صلابة جيدة في الظروف العادية | صلابة جيدة في الظروف العادية |
| الصلابة (HRB / HV النطاقات) | متوسطة (تعمل على صلابة بسرعة) | متوسطة (أعلى قليلاً كما هو موفر في بعض الدفعات) |
التفسير: - تظهر كلا الدرجتين مظلات ميكانيكية مشابهة في الحالة الملدنة؛ غالبًا ما تظهر 202 قيم شد وعائد أعلى قليلاً بسبب توازن السبائك (أعلى Ni/Cr/Mn)، بينما قد يكون التمدد أقل قليلاً اعتمادًا على الكيمياء الدقيقة والمعالجة. - كلاهما يعمل على صلابة كبيرة أثناء التشكيل؛ يجب تقييم الخصائص النهائية للأجزاء المعالجة باردة مع وضع مستوى العمل البارد المتوقع في الاعتبار. - صلابة التأثير في درجة حرارة الغرفة عمومًا كافية للتطبيقات الهيكلية والاستهلاكية الشائعة؛ لا يتم اختيار أي من الدرجتين للتطبيقات الحرجة التي تتطلب صلابة في درجات الحرارة المنخفضة حيث تتطلب سبائك متخصصة.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام للفولاذات الأوستنيتية منخفضة النيكل عمومًا جيدة، لكن محتوى السبائك والنيتروجين يؤثر على قابلية التشقق الساخن وأداء الميكانيكا/التآكل بعد اللحام.
المؤشرات ذات الصلة:
- المعادل الكربوني IIW:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- مؤشر Pcm الأكثر تفصيلاً لميول التشقق البارد:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - يقلل الكربون المنخفض (≤ 0.15 وزن%) من خطر ترسيب الكربيد والهجوم بين الحبيبات بعد اللحام. وهذا مفيد لكلا الدرجتين. - يمكن أن يزيد المنغنيز والنيتروجين المرتفعان من قابلية التصلب وميول التصلب المحلي بجوار اللحامات؛ ومع ذلك، فإن الفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية عمومًا لا تتطلب تسخينًا مسبقًا وتكون أقل عرضة للتشقق البارد الناتج عن الهيدروجين مقارنة بالفولاذات الكربونية. - استخدام المعادن المالئة: يتم اختيار مواد اللحام لتتناسب مع مقاومة التآكل (مثل، المواد المالئة الأوستنيتية التقليدية) للحفاظ على أداء الوصلة. بالنسبة للبيئات التآكلية الحرجة، اختر مادة مالئة ذات توازن نيكل/كروم مكافئ على الأقل. - قد تكون هناك حاجة إلى إزالة الصدأ والتخميل بعد اللحام لاستعادة مقاومة التآكل السطحية في التجميعات الملحومة.
6. التآكل وحماية السطح
- التآكل العام: توفر 202 عمومًا مقاومة تآكل عامة أفضل قليلاً من 201 بسبب محتواها الأعلى قليلاً من الكروم والنيكل. كلاهما أقل مقاومة للتآكل من درجات السلسلة 300 (مثل 304) في البيئات المحتوية على الكلور أو العدوانية.
- التآكل المحلي: لا يُوصى باستخدام 201 أو 202 للتعرض المطول للظروف البحرية أو الغنية بالكلور دون تدابير وقائية؛ مقاومة التآكل الناتج عن التآكل والتآكل في الشقوق محدودة مقارنةً بالدرجات الحاوية على الموليبدينوم.
- متى تستخدم مؤشرات التآكل: PREN (عدد مقاومة التآكل الناتج عن التآكل) مفيد عندما يكون محتوى Mo وN كبيرًا:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
بالنسبة لـ 201/202، يكون Mo عادةً غائبًا أو ضئيلًا، وN يتم التحكم فيه؛ PREN له فائدة محدودة لأن هذه السبائك ليست مصممة لمقاومة التآكل الناتج عن التآكل. - حماية السطح للتطبيقات غير المقاومة للصدأ (غير ذات صلة هنا): بالنسبة للمكونات التي تتطلب مقاومة تآكل أعلى ولكن لم يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن الجلفنة أو الطلاء أو الطلاءات الواقية هي البدائل.
- إرشادات عملية: اختر 202 بدلاً من 201 عندما تتضمن الخدمة أجواءً تآكلية خفيفة أو رطوبة عرضية؛ اختر 304 أو أعلى عندما يكون التعرض المستمر للكلور أو الخدمة الخارجية طويلة الأمد متوقعًا.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- القابلية للتشكيل: كلا الدرجتين لهما قابلية تشكيل جيدة في الحالة الملدنة. غالبًا ما يتم تحديد السلسلة 200 للتشكيل العميق والسلع الاستهلاكية المشكّلة. يتمتع 201 و202 بمعدلات صلابة عمل عالية؛ يجب على المصممين أن يأخذوا في الاعتبار الارتداد وأن يفكروا في التلدين الوسيط للتشكيل الشديد.
- قابلية التشغيل: الفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية عمومًا أكثر صعوبة في التشغيل من الفولاذات الفيريتية أو الكربونية بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة والصلابة العالية. يتمتع 201 و202 بقابلية تشغيل مشابهة لبعضهما البعض؛ قد تكون بعض الدفعات المعالجة في المطحنة أسهل في التشغيل من المتغيرات ذات السبائك الثقيلة. استخدم أدوات حادة، إعدادات صلبة، وتغذيات/سرعات مضبوطة.
- التشطيب: كلاهما يتألق ويتفاعل بشكل جيد؛ يؤثر اختيار تشطيب السطح (تشطيب المطحنة، 2B، رقم 4) على سلوك التآكل والجمالية. يحسن التلميع الكهربائي والتخميل مقاومة التآكل بعد التصنيع.
8. التطبيقات النموذجية
جدول: الاستخدامات الشائعة لكل درجة ولماذا تم اختيارها.
| 201 — الاستخدامات النموذجية | 202 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أجهزة داخلية حساسة للتكلفة (خلفيات، زينة) | أجهزة استهلاكية تحتاج إلى مقاومة تآكل أعلى قليلاً (أحواض المطبخ، لوحات الطهي) |
| زينة زخرفية وعناصر معمارية (داخلية) | زينة السيارات والأجهزة الداخلية |
| أواني الطهي والأدوات في خطوط المنتجات ذات الميزانية المحدودة | المثبتات والأجهزة المشكّلة حيث تكون القوة أو مقاومة التآكل أعلى قليلاً مطلوبة |
| قنوات HVAC وأعمال القنوات الداخلية | مكونات هيكلية خفيفة وتجميعات للتعرض الخارجي الخفيف (مع الحذر في التصميم) |
مبررات الاختيار: - اختر 201 للاستخدامات الداخلية غير الحرجة التي تتطلب أقصى قابلية للتشكيل ولا تتطلب مقاومة تآكل طويلة الأمد. - اختر 202 عندما تتطلب مقاومة تآكل أفضل قليلاً، أو قوة أعلى قليلاً، أو عندما تتطلب مواصفة مورد معينة ذلك، ولكن حيث تكون التكلفة الأعلى مقارنةً بـ 201 مقبولة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: يتم وضع كل من 201 و202 كبدائل منخفضة التكلفة لسبائك الأوستنيت من السلسلة 300 بسبب محتوى النيكل المنخفض؛ غالبًا ما تكون 201 هي الخيار الأقل تكلفة. عادةً ما تكون 202 أعلى قليلاً من 201 بسبب محتواها الأعلى من النيكل/الكروم.
- التوافر: الأشكال الشائعة للمنتجات (ورقة مدرفلة على البارد، ملف، شريط، وبعض منتجات السلك/المثبتات) متاحة بسهولة في جميع أنحاء العالم. توافر الأقسام الثقيلة، اللوحات، أو درجات الحرارة الخاصة أكثر محدودية من الدرجات الرئيسية مثل 304.
- ملاحظة الشراء: تؤثر أسعار النيكل في السوق وإنتاج المطاحن المحلية على الفارق السعري بين 201 و202؛ يجب النظر في التكلفة الإجمالية للملكية (التصنيع، العمر المتوقع، الصيانة) بدلاً من تكلفة المادة الأولية فقط.
10. الملخص والتوصية
جدول: مقارنة موجزة (تقييمات نوعية)
| الخاصية | 201 | 202 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة (ممارسات أوستنيتية قياسية) | جيدة (ممارسات أوستنيتية قياسية) |
| القوة–الصلابة (ملدن) | قوة متوسطة، ليونة عالية | قوة أعلى قليلاً، صلابة قابلة للمقارنة |
| مقاومة التآكل | جيدة للاستخدامات الداخلية/الخدمة الخفيفة | أفضل قليلاً للبيئات التآكلية الخفيفة |
| القابلية للتشكيل | جيدة جدًا (صلابة عمل عالية) | جيدة جدًا (سلوك ارتداد مختلف قليلاً) |
| التكلفة | أقل | أعلى قليلاً |
التوصيات: - اختر 201 إذا كنت بحاجة إلى الخيار الأوستنيتي الأقل تكلفة للاستخدامات الداخلية أو المكونات المعرضة قليلاً حيث تكون قابلية التشكيل/التشكيل العميق والتكلفة هي المحركات الرئيسية. 201 مناسب تمامًا للزينة الزخرفية، العناصر المعمارية الداخلية، والعديد من السلع الاستهلاكية. - اختر 202 إذا كانت تطبيقاتك تتطلب خطوة متواضعة في مقاومة التآكل العامة و/أو القوة مع البقاء تحت أسعار السلسلة 300 النموذجية. استخدم 202 عندما يكون التعرض متقطعًا، الخدمة خفيفة التآكل، أو عندما تتطلب مواصفة معينة تركيبة 202.
ملاحظات تشغيلية نهائية: - بالنسبة لأي مكون حرج، تأكد من تقرير اختبار المطحنة للمورد للحصول على النتائج الكيميائية والميكانيكية واطلب التشطيب السطحي المناسب وعلاجات التخميل للتجميعات الحرجة من حيث التآكل. - بالنسبة للحام والتصنيع، اتبع أفضل الممارسات للفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية: تحكم في إدخال الحرارة، استخدم المعادن المالئة المتطابقة، وقم بإجراء تنظيف وتخميل بعد التصنيع حيث تكون الجمالية أو أداء التآكل مهمة.