304 الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
304H الفولاذ المقاوم للصدأ هو نوع عالي الحرارة من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 الشائع الاستخدام، ويصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي. يتم سبكه بشكل أساسي مع الكروم (18-20٪) والنيكل (8-10.5٪)، بمحتوى كربون أعلى من 304 القياسي، وعادة ما يتراوح حوالي 0.04٪ إلى 0.10٪. يعزز محتوى الكربون المتزايد القوة عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعل 304H مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات في البيئات التي تكون فيها درجات الحرارة العالية مصدر قلق.
نظرة شاملة
يظهر 304H الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة ممتازة للتآكل، وقوة عالية، وقابليته جيدة لللحام. توفر هيكله الأوستنيتي متانة ومرونة متفوقة، مما يجعله مثالياً للتطبيقات التي تتطلب تحمل إجهاد ميكانيكي كبير. تشمل المزايا الرئيسية لـ 304H قدرته على تحمل درجات حرارة عالية (حتى 870°C أو 1600°F) ومقاومته للأكسدة وتكوين القشور. ومع ذلك، يمكن لمحتواه العالي من الكربون أن يؤدي إلى تقليل مقاومة التآكل في بعض البيئات مقارنة بالدرجات ذات الكربون الأدنى.
من حيث الموقف السوقي، يتم استخدام 304H بشكل شائع في صناعات البتروكيماويات، والنفط والغاز، وتوليد الطاقة، حيث تتواجد التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. تاريخيًا، كان له دورًا مهمًا في تطوير المبردات، والغلايات، وأوعية الضغط.
| المميزات | العيوب |
|---|---|
| قوة ممتازة عند درجات الحرارة العالية | مقاومة تآكل متقلص مقارنة بالدرجات ذات الكربون الأدنى |
| قابلية جيدة للحام | عرضة للتSensitization إذا لم يتم معالجتها حراريًا بشكل صحيح |
| مقاومة عالية للأكسدة | تكلفة أعلى بسبب عناصر السبيكة |
أسماء بديلة، معايير، وبدائل
| الهيئة القياسية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصل | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S30409 | الولايات المتحدة الأمريكية | الأقرب إلى AISI 304L مع محتوى كربوني أعلى |
| AISI/SAE | 304H | الولايات المتحدة الأمريكية | يستخدم في التطبيقات ذات درجة الحرارة العالية |
| ASTM | A240/A240M | الولايات المتحدة الأمريكية | المواصفة القياسية للصفائح، والألواح، والشريط من الفولاذ المقاوم للصدأ من الكروم والكروم-النيكل |
| EN | 1.4948 | أوروبا | درجة معادلة في المعايير الأوروبية |
| JIS | SUS304H | اليابان | معيار الصناعة اليابانية المعادل |
تتمثل الاختلافات بين 304H ونظائرها، مثل 304L، بشكل رئيسي في محتوى الكربون، والذي يؤثر على أدائها في البيئات عالية الحرارة. بينما يُفضل 304L لمحتواه المنخفض من الكربون ومقاومته الأفضل للتآكل، يتم اختيار 304H للتطبيقات التي تتطلب قوة أعلى عند درجات حرارة مرتفعة.
الخصائص الرئيسية
التكوين الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.04 - 0.10 |
| Cr (الكروم) | 18.0 - 20.0 |
| Ni (النيكل) | 8.0 - 10.5 |
| Mn (المنغنيز) | 2.0 كحد أقصى |
| Si (السيليكون) | 1.0 كحد أقصى |
| P (الفوسفور) | 0.045 كحد أقصى |
| S (الكبريت) | 0.030 كحد أقصى |
الدور الرئيسي للكروم في 304H هو تعزيز مقاومته للتآكل، بينما يسهم النيكل في متانة الفولاذ ومرونته. يحسن محتوى الكربون المتحكم فيه من قوة الفولاذ عند درجات الحرارة العالية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المت demanding.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحد | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | معالج حراري | درجة حرارة الغرفة | 520 - 750 ميغاباسكال | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (0.2% انحراف) | معالج حراري | درجة حرارة الغرفة | 205 - 310 ميغاباسكال | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| تمدد | معالج حراري | درجة حرارة الغرفة | 40% كحد أدنى | 40% كحد أدنى | ASTM E8 |
| صلابة (روكويل B) | معالج حراري | درجة حرارة الغرفة | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| قوة التأثير | تشيربي (20°C) | 20°C | 40 جول كحد أدنى | 29.5 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجعل مجموعة القوة العالية في الشد والخضوع، إلى جانب القدرة الجيدة على التمدد، 304H مناسبًا للتطبيقات التي تتعرض لحمل ميكانيكي وتتطلب سلامة هيكلية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.93 غرام/سم³ | 0.286 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار/النطاق | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.2 واط/م·ك | 112 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·°ف |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كغ·ك | 0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°ف |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.72 ميكروأوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.0 × 10⁻⁶/ك | 8.9 × 10⁻⁶/°ف |
تشير كثافة ونقطة انصهار 304H إلى قوته، بينما تكون موصلية الحرارة والسعة الحرارية النوعية حاسمة للتطبيقات التي تشمل نقل الحرارة، مثل المبادلات الحرارية.
مقاومة التآكل
| المادة المسببة للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الهاليدات | 3-5% | 20-60°C / 68-140°F | مقبول | خطر الصدأ |
| حمض الكبريتيك | 10% | 20-40°C / 68-104°F | غير مقبول | غير مستحسن |
| حمض الأسيتيك | 10% | 20-60°C / 68-140°F | جيد | مقاومة معتدلة |
| مياه البحر | - | بيئة | جيدة | مناسبة للتطبيقات البحرية |
يظهر 304H مقاومة جيدة لمجموعة متنوعة من البيئات المسببة للتآكل، وخاصة في الظروف الجوية والأحماض المخففة. ومع ذلك، فإنه عرضة لتآكل البقع في البيئات الغنية بالهاليدات وينبغي تجنبه في تطبيقات حمض الكبريتيك المركز. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ 316، الذي يحتوي على الموليبدينوم لتعزيز مقاومته للتآكل، قد لا يعمل 304H بنفس الكفاءة في البيئات شديدة التآكل.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | الملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 870°C | 1600°F | - |
| أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 925°C | 1700°F | - |
| درجة حرارة تكوين القشور | 800°C | 1472°F | - |
| اعتبارات قوة الزحف | 600°C | 1112°F | تبدأ في الانخفاض |
يحافظ 304H على قوته ومقاومته للأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في المبادلات الحرارية وأوعية الضغط. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من 870°C إلى الأكسدة وتكوين القشور، مما يتطلب اعتبارات تصميم دقيقة.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن filler الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز المخفف/الفلز النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER308L | الأرجون | نتائج جيدة مع التقنية الصحيحة |
| MIG | ER308L | خليط أرجون/CO2 | يتطلب تسخين سابق للأقسام الأكثر سمكًا |
| SMAW | E308L | - | مناسب للأقسام الأكثر سمكًا |
يعتبر 304H عمومًا ذو قابلية جيدة للحام، لكن يوصى بتسخين مسبق ومعالجة حرارية بعد اللحام لتقليل خطر التصدع والحساسية. يعتبر اختيار المعدن filler المناسب أمرًا حاسمًا للحفاظ على مقاومة التآكل.
قابلية التشغيل الآلي
| معامل التشغيل الآلي | 304H | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل الآلي النسبي | 60% | 100% | 304H أقل قابلية للتشغيل الآلي مقارنة بـ 1212 |
| سرعة القطع النموذجية (الدوران) | 30-50 م/دقيقة | 60-80 م/دقيقة | استخدم أدوات حادة ومواد تبريد مناسبة |
يمتاز 304H بقابلية تشغيل آلي معتدلة، وعلى الرغم من أنه يمكن تشغيله بفاعلية، إلا أنه يتطلب انتباهًا دقيقًا للأدوات وسرعات القطع لتجنب تصلب العمل.
قابلية التشكيل
يظهر 304H قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل البارد والساخن. ومع ذلك، بسبب خصائص تصلب العمل، من الضروري التحكم بعناية في نصف قطر الانحناء وسرعات التشكيل لتجنب التصدع.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | الوقت النموذجي للتشبع | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| تسوية المحلول | 1010 - 1120 °C / 1850 - 2050 °F | 30 دقيقة | هواء أو ماء | اذابة الكربيدات، تحسين المرونة |
| تخفيف الضغط | 600 - 800 °C / 1112 - 1472 °F | 1-2 ساعة | هواء | تقليل الضغوط المتبقية |
تعتبر عمليات المعالجة الحرارية مثل تسوية المحلول حرجة لتحسين البنية الدقيقة لـ 304H، مما يعزز خصائصه الميكانيكية ومقاومته للتآكل.
التطبيقات والنهايات النموذجية
| الصناعة/القطاع | مثال تطبيقي محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| النفط والغاز | المبادلات الحرارية | قوة عالية عند درجات الحرارة العالية، مقاومة للتآكل | مطلوبة للبيئات القاسية |
| توليد الطاقة | أنابيب الغلايات | قوة عالية، مقاومة للأكسدة | أساسية للكفاءة |
| معالجة المواد الكيميائية | أوعية الضغط | مقاومة للتآكل، قابلة للحام | السلامة والموثوقية |
| معالجة المواد الغذائية | المعدات والأنابيب | مقاومة للتآكل، سهولة التنظيف | معايير الصحة العامة |
- يتم اختيار 304H غالبًا للمبادلات الحرارية بسبب قدرته على تحمل درجات الحرارة العالية ومقاومته للأكسدة.
- في صناعة النفط والغاز، يتم استخدامه في أوعية الضغط حيث تكون قوة ومقاومة التآكل حاسمة.
- يستخدم قطاع معالجة المواد الغذائية 304H لخصائصه الصحية وسهولة التنظيف.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | 304H | 316 | 321 | ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو التبادل |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | مقاومة أفضل للتآكل | استقرار جيد عند درجات الحرارة العالية | 304H أقوى ولكن أقل مقاومة |
| الجوانب الرئيسية للتآكل | مقبول في الهاليدات | ممتاز في الهاليدات | جيد في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية | 316 مفضل للبيئات البحرية |
| قابلية اللحام | جيدة | ممتازة | جيدة | قد يتطلب 316 حشوة خاصة لدرجات الحرارة العالية |
| قابلية التشغيل الآلي | معتدلة | معتدلة | معتدلة | تتطلب جميعها عناية لتجنب تصلب العمل |
| التكاليف النسبية التقريبية | معتدلة | أعلى | معتدلة | 304H اقتصادي للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية |
| توفرها النموذجي | شائعة | شائعة | أقل شيوعًا | 304H متوفر على نطاق واسع بأشكال متنوعة |
عند اختيار 304H، تتضمن الاعتبارات فعاليته من حيث التكلفة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، وتوفره، والخصائص الميكانيكية والتآكل المطلوبة للاستخدام المقصود. بينما توفر مزايا كبيرة من حيث القوة ومقاومة الحرارة، قد تستلزم قابليته للتآكل في البيئات الغنية بالهاليدات تقييمًا دقيقًا مقابل بدائل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316 للتطبيقات المحددة.