الفولاذ المقاوم للصدأ 307: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 307 مصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أستنيتي، ويشتهر بمحتواه العالي من الكروم والنيكل، مما يعزز مقاومته للتآكل وخصائصه الميكانيكية. هذا الدرجة مصنوعة بشكل أساسي من حوالي 18% كروم و8% نيكل، إلى جانب كميات صغيرة من المنغنيز والسيليكون والكربون. تسهم وجود هذه العناصر في قابليته الممتازة للسحب والتشكيل ومقاومته للأكسدة والتآكل.
نظرة شاملة
يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 307 بتنوعه وغالبا ما يستخدم في البيئات التي تكون فيها مقاومة التآكل حاسمة. يوفر هيكله الأستنيتي صلابة وقوة فائقتين في كل من درجات الحرارة المرتفعة والمجمد. يوفر محتوى الفولاذ العالي من الكروم مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك معالجة الطعام، والتعامل مع المواد الكيميائية، والبيئات البحرية.
المزايا:
- مقاومة التآكل: مقاومة استثنائية لمجموعة واسعة من البيئات التآكلية، بما في ذلك المحاليل الحمضية والقلوية.
- قابلية السحب والتشكيل: توفر قابليته العالية للسحب سهولة في التصنيع والتشكيل في أشكال معقدة.
- قابلية اللحام: تجعل قابلية اللحام الجيدة مناسبة لمجموعة متنوعة من عمليات التصنيع.
القيود:
- التكلفة: يمكن أن يؤدي محتوى السبيكة الأعلى إلى زيادة تكاليف المواد مقارنة بالفولاذ الأقل جودة.
- العمل على الصلابة: يمكن أن يصبح المادة صلبة بسرعة، مما قد يعقد عمليات التشغيل.
- الخصائص المغناطيسية: غير مغناطيسي عمومًا، ولكنه قد يصبح مغناطيسي قليلاً عند العمل البارد.
تاريخيًا، كان الفولاذ المقاوم للصدأ 307 خيارًا موثوقًا للتطبيقات التي تتطلب القوة ومقاومة التآكل، محتفظًا بموقع قوي في السوق بسبب خصائصه المواتية.
الأسماء البديلة، المعايير، والنظائر
| المنظمة القياسية | التعيين/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S30700 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب نظير إلى AISI 304، مع اختلافات تركيبة طفيفة. |
| AISI/SAE | 307 | الولايات المتحدة الأمريكية | تشبه 304 ولكن بمحتوى أعلى من الكبريت لتحسين قابلية التشغيل. |
| ASTM | A240 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفات قياسية لالصفائح والأوراق والشريط المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الكرومي والكروم-نيكل. |
| EN | 1.4305 | أوروبا | درجة معادلة مع خصائص ميكانيكية مختلفة قليلاً. |
| JIS | SUS 307 | اليابان | معيار ياباني بخصائص مقاومة للتآكل مماثلة. |
تتمثل الفروق بين 307 ونظائرها، مثل AISI 304، في محتوى الكبريت، الذي يعزز قابلية التشغيل ولكنه قد يؤثر قليلاً على مقاومة التآكل. يُعتبر فهم هذه التفاصيل أمرًا حيويًا لاختيار الدرجة المناسبة للتطبيقات المحددة.
الخصائص الرئيسية
التكوين الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نسبة المئوية (بالمئة) |
|---|---|
| Cr (كروم) | 18.0 - 20.0 |
| Ni (نيكل) | 8.0 - 10.0 |
| Mn (منغنيز) | 2.0 كحد أقصى |
| Si (سيليكون) | 1.0 كحد أقصى |
| C (كربون) | 0.08 كحد أقصى |
| P (فوسفور) | 0.045 كحد أقصى |
| S (كبريت) | 0.03 - 0.10 |
تتضمن العناصر الرئيسية في سبيكة الفولاذ المقاوم للصدأ 307 الكروم، الذي يوفر مقاومة للتآكل؛ النيكل، الذي يعزز الصلابة وقابلية السحب؛ والكبريت، الذي يحسن قابلية التشغيل. تسهم توازن هذه العناصر في الأداء الكلي للفولاذ في تطبيقات مختلفة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق المعتاد (مترية) | القيمة/النطاق المعتاد (إمبريالية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 520 - 750 ميجا باسكال | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انحراف) | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 210 - 310 ميجا باسكال | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل B) | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| قوة التأثير | شق تشاربي V | -20 درجة مئوية | 40 J | 29.5 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 307 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وقابلية للسحب. تشير قوة الشد وقوة العائد إلى قدرته على تحمل الأحمال الكبيرة، بينما تعكس نسبة التمدد قدرته على التشوه دون كسر، مما يجعله مثاليًا للاستخدامات الهيكلية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبريالية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.93 جرام/سم³ | 0.286 رطل/إنش³ |
| نقطة/نطاق الانصهار | - | 1400 - 1450 درجة مئوية | 2552 - 2642 درجة فهرنهايت |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.2 واط/م·ك | 112 وحدة حرارية بريطانية·إنش/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت) |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت |
| مقاومة الكهرباء | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.00000072 أوم·م |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 درجة مئوية | 16.0 × 10⁻⁶/ك | 8.89 × 10⁻⁶/درجة فهرنهايت |
تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ونقطة الانصهار حاسمة للتطبيقات التي تتضمن درجات حرارة عالية أو تكامل هيكلي. يشير التوصيل الحراري إلى قدرته على تبديد الحرارة، وهو أمر مهم في التطبيقات التي تكون فيها إدارة الحرارة أمرًا حاسمًا.
مقاومة التآكل
| العامل التآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلاوريدات | 3-10 | 20-60 | جيد | خطر تآكل التعبئة. |
| حمض الكبريتيك | 10-30 | 20-40 | عادلة | عرضة لـ SCC. |
| حمض الهيدروكلوريك | 5-20 | 20-60 | رديء | غير موصى به. |
| مياه البحر | - | بيئة | ممتاز | مقاومة ممتازة. |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 307 مقاومة جيدة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، خاصة في ظروف غنية بالكلاوريدات. ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل التآكلي (SCC) في وجود الكلورايد ويجب استخدامه بحذر في مثل هذه البيئات. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ 304، يوفر 307 قابلية تشغيل محسّنة ولكنه قد يكون له مقاومة تآكل منخفضة قليلاً في بعض البيئات الحمضية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 870 | 1600 | مناسب للتطبيقات عالية الحرارة. |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة | 925 | 1700 | يمكنه تحمل التعرض القصير لدرجات حرارة أعلى. |
| درجة حرارة التدرج | 600 | 1112 | خطر التدرج فوق هذه الدرجة الحرارة. |
يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 307 بخاصياته الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتضمن التعرض للحرارة. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة فوق 600 درجة مئوية إلى تدرج وتدهور المادة.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن المساعد الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلوكس درع نموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER308L | الأرجون | جيد للأقسام الرقيقة. |
| MIG | ER308L | الأرجون/CO2 | مناسب للأقسام السميكة. |
| Stick | E308L | - | يتطلب السيطرة الدقيقة. |
يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 307 بقابلية اللحام الجيدة، خاصة مع عمليات TIG وMIG. قد تكون المعالجة الحرارية قبل وبعد اللحام ضرورية لتجنب التشقق وضمان الخصائص الميكانيكية المثلى. يعد اختيار المعادن المساعدة بعناية أمرًا حيويًا للحفاظ على مقاومة التآكل.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | [فولاذ مقاوم للصدأ 307] | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60% | 100% | يتطلب أدوات حادة ومواد تبريد. |
| سرعة القطع النموذجية (التحويل) | 30-50 م/دقيقة | 80-100 م/دقيقة | توصى بسرعات أقل. |
يمتلك الفولاذ المقاوم للصدأ 307 قابلية تشغيل معتدلة، والتي يمكن تحسينها باستخدام أدوات وأساليب القطع المناسبة. يمكن أن يشكل الميل إلى العمل على الصلابة تحديات، مما يتطلب السيطرة الدقيقة على معايير التشغيل.
قابلية التشكيل
يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ 307 قابلية تشكيل ممتازة، مما يسمح بعمليات التشكيل البارد والساخن. يمكن ثنيه وشكله بسهولة إلى أشكال معقدة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات التصنيعية. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب العمل على الصلابة المفرطة أثناء التشكيل البارد.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C) | الوقت القياسي للنقع | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخليل | 1010 - 1120 | 1-2 ساعات | هواء أو مياه | تخفيف الضغوط، تحسين قابلية السحب. |
| علاج المحلول | 1000 - 1100 | 30 دقيقة | التبريد السريع | تعزيز مقاومة التآكل. |
تعتبر عمليات المعالجة الحرارية مثل التخليل وعلاج المحلول ضرورية لتحسين البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 307. تعزز هذه العلاجات القابلية للسحب ومقاومة التآكل، مما يجعل المادة أكثر ملاءمة للتطبيقات الصعبة.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| معالجة الطعام | المعدات والحاويات | مقاومة التآكل، سهولة التنظيف | النظافة والمتانة |
| الصناعة الكيميائية | الخزانات التخزينية | قوة عالية، مقاومة للتآكل | السلامة وطول العمر |
| البحرية | ملحقات القوارب | مقاومة ممتازة لمياه البحر | المتانة في البيئات القاسية |
| الصيدلة | معدات المعالجة | غير تفاعلي، سهل التعقيم | الامتثال للمعايير |
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 307 على نطاق واسع في الصناعات حيث تكون مقاومة التآكل والنظافة أمرًا حاسمًا. تجعل خصائصه منه خيارًا مثاليًا لمعدات معالجة الطعام، وخزانات التخزين الكيميائية، والتطبيقات البحرية.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | فولاذ مقاوم للصدأ 307 | AISI 304 | AISI 316 | ملاحظة مختصرة عن المزايا/العيوب أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة معتدلة | قوة عالية | قوة عالية | يوفر 316 مقاومة أفضل للتآكل. |
| الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل | جيد في العديد من البيئات | جيد في العديد من البيئات | ممتاز في الكلورايد | يفضل 316 للتطبيقات البحرية. |
| قابلية اللحام | جيدة | ممتازة | جيدة | غالبًا ما يكون من الأسهل لحام 304. |
| قابلية التشغيل | معتدلة | جيدة | معتدلة | 304 أسهل في التشغيل. |
| قابلية التشكيل | ممتازة | ممتازة | جيدة | جميع الدرجات قابلة للتشكيل ولكنها تختلف في السهولة. |
| التكلفة التقريبية النسبية | معتدلة | معتدلة | أعلى | 316 أكثر تكلفة بسبب الموليبدينوم. |
| التوافر النموذجي | شائع | شائع جدًا | شائع | 304 هو الأكثر توفرًا. |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 307، تعتبر اعتبارات مثل التكلفة، والتوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة أمرًا حيويًا. بينما يوفر توازنًا جيدًا من الخصائص، قد تكون البدائل مثل AISI 304 وAISI 316 أكثر ملاءمة حسب الظروف البيئية الخاصة والمتطلبات الميكانيكية. يُمكن أن تُوجه فهم هذه المقايضات المهندسين والمصممين في اتخاذ خيارات المواد المدروسة لمشاريعهم.