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 شائع في الشراء والتصميم للمهندسين ومخططي التصنيع والمشترين الذين يوازنون بين مقاومة التآكل والأداء الميكانيكي والتكلفة. تشمل سياقات القرار النموذجية الصفائح والشريط للأجهزة الاستهلاكية، والزخارف المعمارية، والمثبتات، والمكونات المسحوبة حيث قد تكون سبائك الأوستنيتيك من سلسلة 300 مكلفة للغاية.
التمييز التركيبى الحاسم بين الدرجتين يركز على كيفية استخدام النيكل والمنغنيز لتحقيق استقرار الأوستنيت: تستخدم السبيكتان توازنات مختلفة من النيكل إلى المنغنيز. يؤثر هذا التوازن على استقرار الأوستنيت، واستجابة العمل البارد، ومقاومة التآكل، والتكلفة؛ وبالتالي غالبًا ما تتم مقارنة 201 و202 حيث يجب وزن حساسية سعر النيكل وتنازلات الأداء.
1. المعايير والتسميات
- التسميات الدولية الشائعة:
- AISI/UNS: 201 = UNS S20100; 202 = UNS S20200.
- ASTM/ASME: تظهر كلاهما في عدة معايير منتجات ASTM للشرائط/الصفائح المدرفلة على البارد أو المدرفلة على الساخن؛ استشر المواصفات الخاصة بالمنتج.
- EN / EN ISO: هذه الدرجات ليست 1:1 مع أرقام EN من سلسلة 300 ولكن غالبًا ما يتم إدراج المعادلات في جداول مرجعية من الموردين.
-
JIS / GB: توجد معادلات إقليمية؛ تحقق من الحدود الكيميائية الدقيقة وفقًا للمعيار المحلي للشراء.
-
التصنيف: كل من 201 و202 هما فولاذان مقاومان للصدأ من نوع الأوستنيتيك (غير مغناطيسي في الحالة المعالجة حراريًا)؛ هما ليسا HSLA أو فولاذ كربوني أو فولاذ أدوات. هما جزء من "سلسلة 200" الأوستنيتيك، مصممان كبدائل منخفضة النيكل لسلسلة 300 من الفولاذ المقاوم للصدأ.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
تدرج الجدول التالي نطاقات التركيب الشائعة والمذكورة عادة. تختلف الحدود الفعلية حسب المواصفة والمطحنة؛ تحقق دائمًا من شهادات المطحنة للشراء.
| عنصر | النطاق النموذجي (201) | النطاق النموذجي (202) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.15 wt% | ≤ 0.15 wt% |
| Mn | 5.5 – 7.5 wt% | 7.5 – 10.0 wt% |
| Si | ≤ 1.0 wt% | ≤ 1.0 wt% |
| P | ≤ 0.06 wt% | ≤ 0.06 wt% |
| S | ≤ 0.03 wt% | ≤ 0.03 wt% |
| Cr | 16.0 – 18.0 wt% | 17.0 – 19.0 wt% |
| Ni | 3.5 – 5.5 wt% | 4.0 – 6.0 wt% |
| Mo | عادةً آثار / لا شيء | عادةً آثار / لا شيء |
| V, Nb, Ti, B | عادةً لا تضاف | عادةً لا تضاف |
| N | آثار محكومة (تختلف حسب ممارسة الصهر) | آثار محكومة (تختلف حسب ممارسة الصهر) |
ملاحظات: - الفرق البارز هو في كيفية توازن النيكل والمنغنيز. تحتوي الدرجة 202 عادةً على منغنيز أعلى وكروم أعلى قليلاً؛ النيكل أعلى قليلاً فقط من 201. التأثير الصافي هو نسبة النيكل إلى المنغنيز أقل في 202 مقارنةً بـ 201، مما يؤثر على استقرار الأوستنيت واستجابة العمل البارد. - كلتا الدرجتين تتجاهل كميات كبيرة من الموليبدينوم (Mo) وعناصر الميكروسبائك المستخدمة عادة في درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتية أو المارتينسيتية.
كيف تؤثر استراتيجية السبائك على الخصائص: - يوفر الكروم الفيلم السالب الذي يمنح الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة للتآكل؛ كلا الدرجتين تحتويان على الكروم في منتصف المراهقين وتوفران مقاومة عامة للتآكل الجوي والكيميائي الخفيف. - يثبت النيكل المرحلة الأوستنيتية ويحسن اللدونة والصلابة عند درجات حرارة منخفضة. - يستخدم المنغنيز والنيتروجين كمواد مثبتة للأوستنيت رخيصة لتقليل الطلب على النيكل. يزيد المنغنيز العالي من معدل العمل الصلب ويمكن أن يؤثر على القابلية للتشكيل والآلات. - غياب الموليبدينوم يحد من المقاومة للتآكل الناتج عن التآكل بالكلور مقارنةً بسلسلة 300 أو سبائك تحتوي على الموليبدينوم.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنية المجهرية (كما هو معالج حرارياً): كل من 201 و202 هما في الأساس أوستنيتيك بالكامل عند درجة حرارة الغرفة عند معالجتهما وفقًا للمواصفة. يمكن أن تظهر كميات صغيرة من الفيريت الدلتا أو مراحل ثانوية أخرى اعتمادًا على التركيب الدقيق والتاريخ الحراري، ولكن تم تصميم هذه الدرجات لتكون أوستنيتيك في الحالة المعالجة حراريًا.
- استجابة المعالجة الحرارية:
- الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتيك لا يتم تقويته بواسطة عمليات التبريد والتسخين التقليدية. لا يمكن تحويل 201 أو 202 إلى مارتينسيت بواسطة المعالجة الحرارية.
- التسخين الحلولي (تسخين نموذجي عند حوالي 1010–1120 درجة مئوية يتبعه تبريد سريع) يستعيد اللدونة ويذيب المراحل الناتجة عن الإجهاد التي تتشكل أثناء العمل البارد.
- العمل البارد (الدرفلة، السحب) هو الطريقة الرئيسية لزيادة القوة في هذه السبائك: يزيد العمل الصلب من قوة الخضوع وقوة الشد بينما يقلل من الاستطالة والصلابة.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية (تشويه بارد محكوم + تسخين إعادة بلورة) ستحدد حجم الحبيبات والنسيج وبالتالي تؤثر على القابلية النهائية للتشكيل والتشطيب السطحي.
- الآثار العملية: يجب أن يفترض التصميم والمعالجة أن الخصائص تهيمن عليها تاريخ العمل البارد والتسخين، وليس من خلال القدرة على التصلب بالتبريد.
4. الخصائص الميكانيكية
تعتمد الخصائص الميكانيكية المطلقة بشكل كبير على شكل المنتج (صفائح مدرفلة على البارد، شريط، لفائف، أو قضبان مسحوبة على البارد) والحالة (معالجة حرارية بالكامل مقابل مستويات مختلفة من العمل البارد). يلخص الجدول التالي السلوك المقارن بدلاً من قيم المطحنة المحددة.
| الخاصية | 201 | 202 | تعليق |
|---|---|---|---|
| قوة الشد | قابلة للمقارنة مع 202؛ قوية عند العمل البارد | قابلة للمقارنة مع 201؛ الاختلافات الطفيفة تعتمد على العمل البارد | كلاهما يقوى بشكل ملحوظ مع العمل البارد |
| قوة الخضوع | قابلة للمقارنة؛ يمكن أن تكون أعلى قليلاً بعد العمل البارد | قابلة للمقارنة | تعتمد القوة على درجة التخفيض البارد |
| الاستطالة (اللدونة) | جيدة في الحالة المعالجة حراريًا؛ تقل مع العمل البارد | جيدة في الحالة المعالجة حراريًا؛ قد تكون أعلى قليلاً من 201 في بعض الدفعات | اللدونة مشابهة بشكل عام |
| صلابة التأثير | عالية في الحالة المعالجة حراريًا؛ تحتفظ بالصلابة عند درجات حرارة منخفضة | عالية في الحالة المعالجة حراريًا | المصفوفة الأوستنيتية تعطي صلابة ممتازة |
| الصلابة | منخفضة في الحالة المعالجة حراريًا؛ تزداد مع العمل البارد | سلوك مشابه | تتحكم الصلابة في العمل البارد |
أيها أقوى/أكثر صلابة/لدونة ولماذا: - القوة: كلا الدرجتين متشابهتان في الحالة المعالجة حراريًا. الاختلافات مدفوعة بشكل أساسي بالعملية؛ لأن المنغنيز والنيتروجين يؤثران على العمل الصلب، يمكن أن يظهر 201 أحيانًا قوة عمل صلب أعلى اعتمادًا على التركيبات الدقيقة وتاريخ التخفيض البارد، لكن هذا ليس عالميًا. - الصلابة واللدونة: كلاهما يحتفظ بصلابة عالية وبلدونة جيدة في الحالة المعالجة حراريًا بسبب المصفوفة الأوستنيتية؛ الاختلافات طفيفة وتعتمد على التطبيق.
5. قابلية اللحام
- نظرة عامة عامة: يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتيك من سلسلة 200 بسهولة بواسطة عمليات اللحام الشائعة. لا تتصلب بواسطة المعالجة الحرارية، وتظل اللحامات لدنة وصلبة.
- العوامل المؤثرة: يؤثر محتوى الكربون، والمنغنيز، والنيتروجين، والعناصر المتبقية على قابلية التعرض للتشقق الساخن، ومحتوى الفيريت في منطقة الانصهار، والخصائص الميكانيكية بعد اللحام.
- مؤشرات قابلية اللحام المفيدة (للتفسير النوعي):
- معادل الكربون (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (مؤشر قابلية التعرض للتآكل/التشقق): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- التفسير (نوعي):
- كل من 201 و202 هما منخفضا الكربون ومتوسطا السبيكة؛ $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ لهما عمومًا منخفضة مقارنة بالفولاذ عالي الكربون، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة.
- يمكن أن يؤدي محتوى المنغنيز والنيتروجين الأعلى (المستخدم كمواد مثبتة للأوستنيت) إلى تعزيز التشقق الساخن في بعض حالات اللحام أو تغيير محتوى الفيريت في المعدن الملحوم؛ استخدام معدن تعبئة مناسب (غالبًا ما يكون معدن تعبئة متوافق من سلسلة 300) والتحكم في إدخال الحرارة يقلل من العيوب.
- عادةً ما تكون التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام غير ضرورية للتحكم في التآكل أو الهيدروجين، ولكن يجب أن تتبع لحام الأقسام السميكة أو المعادن المختلفة إجراءات مؤهلة.
6. التآكل وحماية السطح
- كسب alloys الفولاذ المقاوم للصدأ مع الكروم ≈16–19 wt%، كلا الدرجتين تقدمان مقاومة عامة للتآكل الجوي، والمواد الغذائية، والعديد من المواد الكيميائية الخفيفة. هما أقل مقاومة للتآكل من سلسلة 300 (304/316) في البيئات المحتوية على الكلور.
- PREN (رقم مقاومة التآكل) يستخدم لتقييم مقاومة التآكل الناتج عن الكلور عندما تكون Mo/N وغيرها من مثبطات التآكل موجودة: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- بالنسبة لـ 201 و202، Mo ≈ 0 وN منخفض؛ لذلك فإن قيم PREN منخفضة مقارنةً بالسبائك التي تحتوي على الموليبدينوم. استخدم PREN فقط عندما تكون Mo وN مهمة — خلاف ذلك، يظهر المؤشر أن هذه الدرجات ليست مخصصة للبيئات العدوانية المحتوية على الكلور.
- حماية السطح:
- في معظم التطبيقات، يتم استخدامها كفولاذ مقاوم للصدأ (بدون طلاء إضافي)؛ بالنسبة للبيئات العدوانية للغاية، قد تكون حماية السطح مثل التمرير، أو التلميع الكهربائي، أو الطلاءات الواقية مطلوبة.
- لخدمة خارجية أو ساحلية تتطلب، ضع في اعتبارك درجات سبيكة أعلى أو طلاءات واقية (التغليف بالغمس الساخن عادةً لا يستخدم على الفولاذ المقاوم للصدأ حيث يتطلب سلوك الفولاذ المقاوم للصدأ الفطري).
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- التشكيل: كلا الدرجتين قابلتان للتشكيل في الحالة المعالجة حراريًا. يمكن أن يكون السحب العميق والتشكيل المعقد ممكنًا ولكن يتطلب أدوات معدلة لمعدلات العمل الصلب الأعلى مقارنةً بسبيكة سلسلة 300.
- قابلية التشغيل: سبائك سلسلة 200 عمومًا أقل قابلية للتشغيل من الفولاذ الكربوني القابل للقطع؛ إن العمل الصلب الأعلى والميول للعمل الصلب عند واجهة الأداة يعني قوى قطع أعلى وسرعة تآكل الأداة ما لم يتم تحسين الأدوات والتغذية. غالبًا ما تعتبر 202 مشابهة لـ 201 في قابلية التشغيل؛ تعتمد قابلية التشغيل المحددة على شكل المنتج ودرجة الحرارة.
- التشطيب: التلميع، والفرك، والتشطيب السطحي هي أمور نموذجية؛ يُوصى بالتحكم في صبغة الحرارة الناتجة عن اللحام والتسخين المناسب لاستعادة مقاومة التآكل بعد التصنيع.
8. التطبيقات النموذجية
| الاستخدامات النموذجية — 201 | الاستخدامات النموذجية — 202 |
|---|---|
| زخارف زخرفية، لوحات معمارية، أثاث، لوحات أمامية للأجهزة حيث تكون التكلفة حرجة | مكونات الأجهزة، مثبتات، براغي، أدوات مطبخ خفيفة، زخارف سيارات حيث تكون القابلية للتحكم المحسنة أو التوفر الإقليمي مرغوبة |
| أدوات المائدة والأدوات، أحواض (في المنتجات الحساسة للميزانية) | تطبيقات الأنابيب والأسلاك في بيئات منخفضة التآكل |
| أجزاء مشكّلة على البارد حيث يمكن تحمل العمل الصلب الأعلى | مكونات تتطلب مقاومة أعلى قليلاً للتآكل الخفيف وحيث يتوفر 202 بشكل أكبر |
مبررات الاختيار: - اختر بناءً على بيئة التآكل (خفيفة مقابل معتدلة)، القابلية المطلوبة للتشكيل (السحب العميق مقابل الانحناء البسيط)، توقعات التشطيب السطحي، وتكلفة المواد. للخدمة المعرضة بشدة للكلور، اختر درجات سبيكة أعلى.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: تم تطوير كل من 201 و202 لتقليل محتوى النيكل وبالتالي خفض التكلفة مقارنةً بسبيكة سلسلة 300 عندما تكون أسعار النيكل مرتفعة. تتقلب التكلفة النسبية بين 201 و202 مع أسواق عناصر السبيكة (Ni، Mn، Cr). تاريخيًا، غالبًا ما تكون 201 أرخص قليلاً من 202، ولكن العرض والطلب المحلي، وفارق سعر النيكل/المنغنيز، يحدد التكلفة الفعلية للشراء.
- التوافر: يتم إنتاج 201 على نطاق واسع ومتاحة عادةً في شكل صفائح، وشريط، ولفائف، وبعض المنتجات المسحوبة. يختلف توافر 202 حسب المنطقة وشكل المنتج؛ في بعض الأسواق، يتم تقديمها كبديل لـ 201 عندما تشير الأداء أو تفضيل المورد إلى ذلك.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص (نوعي)
| السمة | 201 | 202 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة | جيدة |
| توازن القوة–الصلابة | قابلة للمقارنة؛ صلابة عالية؛ تزداد القوة مع العمل البارد | قابلة للمقارنة؛ صلابة عالية؛ تقوية مشابهة للعمل البارد |
| التكلفة | غالبًا أقل | غالبًا أعلى قليلاً (تعتمد على السوق) |
التوصيات: - اختر 201 إذا: - كانت التكلفة هي المحرك الرئيسي وظروف الخدمة عامة (داخلية، أجهزة منزلية، زخارف زخرفية). - تحتاج إلى فولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتيك بتكلفة فعالة مع صلابة جيدة ومقاومة مقبولة للتآكل في البيئات الخفيفة. - اختر 202 إذا: - كنت بحاجة إلى مقاومة عامة محسنة قليلاً للتآكل أو خصائص تشكيل مختلفة قليلاً تقدمها توازن النيكل/المنغنيز المعدل. - يظهر سوق الشراء تسعيرًا ملائمًا أو توفرًا أفضل لـ 202 في شكل المنتج المطلوب.
ملاحظات نهائية: - كلا الدرجتين تؤديان كفولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتيك ويتم اختيارهما للتطبيقات الحساسة للتكلفة والخدمة العامة. التمييز الفني المحدد هو استراتيجية النيكل مقابل المنغنيز لاستقرار الأوستنيت؛ هذا الضبط التركيب يؤثر على العمل الصلب، وأداء التآكل، وحساسية السعر. بالنسبة للمكونات الحرجة، حدد دائمًا شهادات المطحنة المطلوبة، وشكل المنتج ودرجة الحرارة، وتحقق من التجميعات الملحومة بإجراءات مؤهلة.