TP304 مقابل TP304L - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
TP304 و TP304L هما درجات من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، وغالبًا ما يتم تحديدهما للأوعية الضاغطة، والأنابيب، والخزانات، والتصنيع العام المقاوم للتآكل. يقوم المهندسون وفرق الشراء غالبًا بوزن مقاومة التآكل، وقابلية اللحام، والأداء الميكانيكي، وتكلفة دورة الحياة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية التجميعات الملحومة التي تتطلب تجنب التلدين بعد اللحام، أو التصاميم التي تعطي الأولوية لقوة أعلى قليلاً حيث يتم التحكم في خطر التحسس.
التمييز المعدني الرئيسي بين الدرجتين هو الحد الأقصى لمحتوى الكربون: يسمح TP304 بالحد العلوي الطبيعي لنوع الفولاذ المقاوم للصدأ 304، بينما TP304L هو نوع منخفض الكربون يهدف إلى تقليل خطر ترسيب كربيد الكروم والتآكل بين الحبيبات في المكونات الملحومة. نظرًا لأن مستويات الكروم والنيكل متشابهة بخلاف ذلك، تتم مقارنة الدرجتين بشكل أساسي من حيث سلوك اللحام، وحساسية المعالجة الحرارية، والخصائص الميكانيكية الناتجة.
1. المعايير والتسميات
تشمل المعايير والمواصفات الدولية الشائعة التي تغطي هذه الدرجات: - ASTM / ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (الصفائح والألواح)، ASTM A276 (البار)، ASTM A312 (الأنابيب) — يظهر TP304 و TP304L تحت عائلة النوع 304. - EN: سلسلة EN 10088؛ تسميات EN 1.4301 (304) و EN 1.4306 (304L) تُستخدم غالبًا في أوروبا. - JIS: SUS304 و SUS304L (المعيار الصناعي الياباني). - GB: GB/T 3280 إلخ. (المعايير الوطنية الصينية) تستخدم أسماء مشابهة.
التصنيف: كلا من TP304 و TP304L هما فولاذان مقاومان للصدأ الأوستنيتي (مقاوم للصدأ، وليس كربوني، سبائكي، أدوات، أو فولاذ HSLA). يُستخدم البادئة "TP" عادةً في سياق أوعية الضغط ASME/ASTM للإشارة إلى مادة مسموح بها.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
جدول: التركيب الكيميائي النموذجي (نسبة الوزن %) — القيم مقدمة كحدود مواصفات شائعة من الممارسات المستخدمة على نطاق واسع في ASTM/ASME. قد تنشر المعايير الفردية والمصنعون حدودًا مختلفة قليلاً؛ تحقق دائمًا من المواصفات المحددة للشراء.
| عنصر | TP304 (حدود المواصفات النموذجية) | TP304L (حدود المواصفات النموذجية) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.03 |
| Mn | ≤ 2.00 | ≤ 2.00 |
| Si | ≤ 1.00 | ≤ 1.00 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 |
| Cr | 18.0 – 20.0 | 18.0 – 20.0 |
| Ni | 8.0 – 10.5 | 8.0 – 10.5 (يسمح أحيانًا بزيادة طفيفة من بعض المواصفات) |
| Mo | — (عادةً ≤ 0.60) | — (عادةً ≤ 0.60) |
| V | — | — |
| Nb (Cb) | — | — |
| Ti | — | — |
| B | — | — |
| N | ≤ 0.10 (أثر ضئيل) | ≤ 0.10 (أثر ضئيل) |
كيف تؤثر استراتيجية السبائك على الخصائص: - الكروم (Cr ~18–20%): يوفر الفيلم الأكسيدي الساكن المسؤول عن مقاومة التآكل العامة ومقاومة الأكسدة. - النيكل (Ni ~8–10.5%): يثبت الهيكل البلوري الأوستنيتي، ويعزز المتانة والليونة، ويحسن مقاومة التآكل في بيئات معينة. - الكربون (C): يزيد من القوة عبر الحل الصلب ويساهم في تكوين كربيدات الكروم عند حدود الحبيبات إذا تعرض لدرجات حرارة تحسسية (حوالي 425–850 درجة مئوية). الحد الأدنى من الكربون في TP304L هو استراتيجية متعمدة لقمع ترسيب الكربيد في المناطق الملحومة أو المتأثرة بالحرارة بعد اللحام. - المنغنيز والسيليكون موجودان كعوامل إزالة الأكسدة ومعدلات القوة؛ يتم التحكم في الكبريت والفوسفور كشوائب يمكن أن تضر بالمتانة ومقاومة التآكل. - العناصر السبائكية مثل Mo و Nb و Ti أو V ليست مميزة لـ 304/304L العادي (تلك مميزة لدرجات أخرى مثل 316 و 347 إلخ).
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
كلا من TP304 و TP304L هما أوستنيتيان (مكعب مركزي الوجه) في درجة حرارة الغرفة عند التلدين. الميزات الميكروهيكلية النموذجية والاستجابة الحرارية:
- الميكروهيكل بعد التلدين: أوستنيتي بالكامل، مع كربيدات موزعة عادةً في الحل إذا تم تلدين المادة بشكل مناسب (على سبيل المثال، 1010–1150 درجة مئوية تليها تبريد سريع).
- التحسس: TP304، مع كربون مسموح به أعلى، أكثر عرضة لترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبيبات عندما يتم الاحتفاظ به ضمن نطاق التحسس (حوالي 425–850 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى استنفاد محلي للكروم وزيادة خطر التآكل بين الحبيبات. محتوى الكربون المنخفض في TP304L يقلل من القوة الدافعة لتكوين الكربيد، مما يحسن المقاومة للتحسس في الوصلات الملحومة أو التبريد البطيء.
- معالجات الحرارة:
- تلدين الحل / النقع: المسار القياسي لحل الكربيدات واستعادة مقاومة التآكل — يتم تنفيذها عادةً عند حوالي 1010–1150 درجة مئوية تليها تبريد سريع.
- التطبيع والتبريد ليست طرق تقوية فعالة للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (إنها أوستنيت مستقرة في درجة حرارة الغرفة)؛ هذه الدرجات لا تتصلب عن طريق التحول المارتنسيت مثل بعض الفولاذات.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية والتشكيل البارد يزيدان من القوة عبر تصلب الإجهاد ويمكن أن يؤديان إلى كميات صغيرة من المارتنسيت في 304 اعتمادًا على التشوه ودرجة الحرارة (أكثر في 304 من بعض الدرجات المستقرة).
- البدائل المستقرة (مثل 347 مع Nb أو 321 مع Ti) هي بدائل حيث يتطلب تجنب التلدين بعد اللحام ولكن القوة الأعلى أو مقاومة الزحف المحددة مطلوبة أيضًا.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: الخصائص الميكانيكية النموذجية لحالة التلدين (القيم تمثل وتعتمد على شكل المنتج والمواصفة الدقيقة؛ تحقق من شهادات اختبار المواد).
| خاصية | TP304 (تلدين، نموذجي) | TP304L (تلدين، نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الشد (UTS) | ~ 515–700 ميغاباسكال | ~ 485–690 ميغاباسكال |
| قوة الخضوع (0.2% انزلاق) | ~ 205–310 ميغاباسكال | ~ 170–270 ميغاباسكال |
| التمدد (في 50 مم) | ≥ 40% | ≥ 40% |
| صلابة التأثير (شاربي V، إذا تم تحديده) | عموماً عالية؛ لا يتم تحديدها عادةً | عموماً عالية؛ لا يتم تحديدها عادةً |
| الصلابة (نطاق HRB/HRC) | متوسطة؛ HRB الملدن ~70–90 | أقل قليلاً في بعض الدفعات بسبب انخفاض C |
تفسير: - يظهر TP304 عمومًا قوة خضوع وقوة شد أعلى قليلاً من TP304L لأن الكربون يساهم في تقوية الحل الصلب. الاختلافات متواضعة في الحالة الملدنة. - تظهر كلا الدرجتين ليونة ومتانة ممتازة عند درجات الحرارة المحيطة؛ تبقى المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة جيدة بسبب المصفوفة الأوستنيتية. - نظرًا لأن الكربون هو مساهم قوة نسبيًا ضئيل مقارنةً بالنيكل وتأثيرات العمل البارد، يمكن أن يؤدي التحكم الدقيق في العملية ومستوى العمل البارد إلى تغيير الخصائص أكثر من الفرق في الكربون بين 304 و 304L.
5. قابلية اللحام
تتركز اعتبارات قابلية اللحام على خطر التحسس، والتشقق الساخن، والحاجة إلى معالجة حرارية بعد اللحام.
- أثر الكربون: الحد الأقصى المنخفض للكربون في TP304L يقلل من الميل لتكوين كربيدات الكروم في منطقة التأثير الحراري للحام؛ وبالتالي يُفضل TP304L للتلحيم المتعدد أو اللحامات الكبيرة حيث لن يتم إجراء تلدين بعد اللحام.
- الصلابة/قابلية التصلب: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ليس عرضة للتصلب بالتبريد؛ التشقق الساخن هو القلق الرئيسي في اللحام وعادة ما يتم التحكم فيه من خلال التحكم في التلوث، واختيار المادة المالئة، وتصميم الوصلات.
- يمكن استخدام معادلات التكافؤ الكربوني ومؤشرات قابلية اللحام بشكل نوعي. أمثلة:
- $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
- $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
- التفسير: انخفاض $C$ يقلل من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$، مما يشير إلى انخفاض الميل لمشاكل متعلقة باللحام مثل التآكل بين الحبيبات وبعض أنواع التشقق. في الممارسة العملية، غالبًا ما يسمح TP304L باللحام دون تلدين لاحق، بينما قد يتطلب TP304 مزيدًا من الاهتمام (التحكم في إدخال الحرارة، التبريد السريع، أو التلدين بعد اللحام) لتجنب التحسس في الخدمة الحرجة.
المعادن المالئة: تُستخدم تركيبات المالئة المطابقة أو المتفوقة؛ للهياكل الملحومة حيث تكون مقاومة التآكل ذات أهمية قصوى، غالبًا ما يتم اختيار المالئات من عائلات منخفضة الكربون أو مستقرة.
6. التآكل وحماية السطح
- يعتمد كل من TP304 و TP304L على محتوى Cr/Ni لتكوين الفيلم الساكن ويظهران مقاومة جيدة للتآكل الجوي، والعديد من الأحماض العضوية، والبيئات غير العضوية الخفيفة.
- خطر التآكل بين الحبيبات أعلى بالنسبة لـ TP304 إذا تعرضت المادة لدرجات حرارة تحسسية بعد التصنيع. يقلل TP304L من هذا الخطر بسبب انخفاض الكربون.
- يتم تطبيق PREN (رقم مقاومة التآكل) عادةً على الدرجات التي تحتوي على Mo؛ للسياق: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ بالنسبة لـ 304/304L، يكون Mo غائبًا بشكل أساسي وN منخفضًا، لذا فإن PREN متواضع — مما يعني أن أيًا من الدرجتين غير مناسب للبيئات التي تحتوي على كلوريد عالي حيث تكون التآكل الناتج عن التآكل والتآكل في الشقوق من القضايا الحرجة (تُختار الدرجات التي تحتوي على Mo، مثل 316، أو الفولاذات الفائقة عالية الكروم/النيكل، لمثل هذه الخدمة).
- حماية السطح: بالنسبة للفولاذات غير المقاومة للصدأ، فإن المجلفن/الطلاء هي المعايير؛ بالنسبة لـ TP304/TP304L، فإنها عادةً غير ضرورية ما لم يكن مطلوبًا حماية جمالية أو كاشطة. يعتبر التمرير بحمض النيتريك بعد التصنيع شائعًا لاستعادة مقاومة التآكل المثلى.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل: كلا الدرجتين قابلتان للتشكيل بدرجة عالية في حالة التلدين وغالبًا ما تُستخدم في عمليات السحب العميق، والانحناء، والدوران. لا يغير انخفاض الكربون في TP304L خصائص التشكيل بشكل مادي.
- قابلية التشغيل: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عمومًا أكثر صعوبة في التشغيل من الفولاذ الكربوني بسبب المتانة العالية وتصلب العمل. يمكن أن يظهر TP304 صلابة أعلى قليلاً وتصلب أسرع من TP304L، مما يمكن أن يقلل بشكل طفيف من عمر الأداة؛ ومع ذلك، فإن الاختلافات صغيرة واستراتيجية الأدوات (الصلابة، معدل التغذية، المبرد) تهيمن.
- تشطيب السطح والتلميع: كلاهما يأخذ تشطيبات سطحية جيدة؛ يتطلب اللحام وتلوين الحرارة تنظيفًا كيميائيًا/ميكانيكيًا لاستعادة الفيلم الساكن السطحي.
- استجابة العمل البارد: يزيد التشكيل البارد من القوة عبر تصلب الإجهاد؛ يتم استخدام التلدين بعناية لاستعادة الليونة إذا لزم الأمر.
8. التطبيقات النموذجية
| TP304 (الاستخدامات النموذجية) | TP304L (الاستخدامات النموذجية) |
|---|---|
| معدات معالجة الطعام، الزخارف المعمارية العامة، المبادلات الحرارية حيث يمكن إجراء التلدين بعد اللحام | خزانات كيميائية ملحومة كبيرة، أنظمة أنابيب حيث يكون التلدين بعد اللحام غير عملي |
| أصداف وأجزاء الأوعية الضاغطة في بيئات معتدلة (مع ممارسات لحام مضبوطة) | أوعية معالجة الألبان والأدوية حيث يتطلب اللحام دون تحسس |
| المثبتات، القضبان، والتجهيزات حيث تكون القوة الأعلى قليلاً مقبولة | المبادلات الحرارية الملحومة، أنابيب الوسائط التآكلية (كلوريدات معتدلة) حيث تكون مقاومة التآكل في منطقة التأثير الحراري ضرورية |
| معدات المطبخ، الأحواض، الأجهزة | خزانات تخزين المواد الكيميائية، زوايا أنابيب المصافي، التجميعات الملحومة مع تمريرات متعددة |
منطق الاختيار: - اختر TP304 حيث تكون قوة الشد/الانضغاط الأعلى قليلاً مفيدة وحيث ستدير ضوابط التصنيع (أو التلدين بعد التصنيع) خطر التحسس. - اختر TP304L حيث يتطلب الأمر لحامًا مكثفًا ويكون تجنب المعالجة الحرارية بعد اللحام مهمًا للحفاظ على مقاومة التآكل في منطقة التأثير الحراري.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: عادةً ما يكون TP304 أقل تكلفة قليلاً من TP304L على أساس لكل كيلوغرام لأن مواصفات 304L يمكن أن تتطلب تحكمًا أكثر صرامة في الصهر والكربون، وأحيانًا تعديلات نيكل أعلى قليلاً. تختلف أسعار السوق مع أسعار السلع من Ni و Cr؛ وعادةً ما تكون الزيادة في درجات L متواضعة.
- التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع في أشكال الألواح، والصفائح، واللفائف، والأنابيب، والأنابيب، والقضبان، والأسلاك من الموردين العالميين. قد يتم تحديد بعض أشكال المنتجات المخصصة للتصنيع الملحوم الثقيل (مثل الأنابيب ذات القطر الكبير) بشكل أكثر شيوعًا وتخزينها كـ 304L.
10. الملخص والتوصية
جدول: مقارنة موجزة
| السمة | TP304 | TP304L |
|---|---|---|
| قابلية اللحام (خطر التحسس) | جيدة مع ضوابط اللحام؛ خطر تحسس أعلى | أفضل للحام دون تلدين بعد اللحام |
| القوة–المتانة | قوة أعلى قليلاً (مساهمة C)؛ متانة ممتازة | قوة أقل قليلاً؛ مقاومة تآكل متساوية أو أفضل في منطقة التأثير الحراري |
| التكلفة | أقل قليلاً (عادةً) | أعلى قليلاً (عادةً) |
الخاتمة والإرشادات العملية: - اختر TP304 إذا: كنت بحاجة إلى قوة خضوع/شد أعلى قليلاً في الحالة الملدنة، تسمح عملية التصنيع بمعايير لحام مضبوطة أو تلدين بعد اللحام، أو كنت تعمل مع مكونات أصغر أو سهلة التلدين حيث يمكن التخفيف من التحسس. - اختر TP304L إذا: كانت المكون ستخضع للحام المكثف متعدد التمريرات، تم تحديد التجميعات الملحومة الكبيرة في الموقع حيث يكون التلدين بعد اللحام غير عملي، التطبيق حساس للتآكل بين الحبيبات في منطقة اللحام، أو تفضل متطلبات الكود للأنابيب/الخزانات الضاغطة النوع المنخفض الكربون للخدمة الملحومة.
ملاحظة عملية: للتطبيقات الملحومة الحرجة التي تتطلب أيضًا قوة عند درجات حرارة مرتفعة أو مقاومة للزحف، ضع في اعتبارك الدرجات المستقرة (مثل TP321، TP347) أو الدرجات المقاومة للصدأ التي تحتوي على Mo (مثل TP316) اعتمادًا على الكيمياء البيئية والمتطلبات الميكانيكية. تحقق دائمًا من التركيب الدقيق والبيانات الميكانيكية مقابل شهادة اختبار المصنع والمواصفة الحاكمة للمشروع.