فولاذ مقاوم للصدأ 308: الخصائص والاستخدامات الرئيسية

الفولاذ المقاوم للصدأ 308 مصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أستنيتي، معروف بمقاومته الممتازة للتآكل وقوة التحمل عند درجات الحرارة العالية. يتم سبكه بشكل أساسي بالكروم (20-22٪) والنيكل (10-12٪)، مع إضافة الموليبدينوم (حتى 2٪) لتعزيز مقاومته للتآكل الناتج عن الثقوب والشقوق. تساعد هذه العناصر في خصائصه غير المغناطيسية وجيدة القابلية للتلحيم، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات في البيئات القاسية.

نظرة شاملة

يحتل الفولاذ المقاوم للصدأ 308 قيمة خاصة في صناعة التلحيم نظرًا لقدرته على الحفاظ على القوة ومقاومة التآكل عند درجات حرارة مرتفعة. غالبًا ما يستخدم كمعادن تعبئة لتلحيم الفولاذ المقاوم للصدأ الآخر، خاصة في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للأكسدة. يوفر محتوى الفولاذ العالي من الكروم والنيكل طبقة واقية قوية ضد التآكل، بينما يضمن هيكله الأستنيتي قوة ممتازة ومرونة.

المزايا:
- مقاومة التآكل: مقاومة استثنائية لمجموعة واسعة من البيئات التآكلية، بما في ذلك الظروف الحمضية والقلوية.
- قابلية التلحيم: ممتاز لتطبيقات التلحيم، خصوصًا كمعادن تعبئة للفولاذ المقاوم للصدأ الآخر.
- قوة تحمل درجة الحرارة العالية: يحتفظ بالقوة والاستقرار عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات الحرارة العالية.

القيود:
- التكلفة: عمومًا أغلى من الفولاذات ذات الدرجة المنخفضة بسبب عناصر السبك.
- صلابة العمل: يمكن أن يصبح صلبًا وهشًا إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح أثناء عمليات التشغيل أو التشكيل.
- القابلية للتصدع الناتج عن إجهاد التآكل: في بعض البيئات، وخاصة الظروف الغنية بالكلوريد، يمكن أن يكون عرضة للتصدع الناتج عن إجهاد التآكل.

تاريخيًا، لعب الفولاذ المقاوم للصدأ 308 دورًا هامًا في تطوير تقنيات التلحيم، خصوصًا في تصنيع الهياكل التي تتطلب قوة عالية ومتانة. لا تزال مكانته في السوق قوية، خاصة في صناعات مثل البناء والسيارات والطيران.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات
UNS	S30800	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير لـ AISI 308
AISI/SAE	308	الولايات المتحدة الأمريكية	معادن تعبئة مستخدمة شائعًا
ASTM	A240	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية للألواح الفولاذية المقاومة للصدأ
EN	1.4301	أوروبا	معادل لـ AISI 304، بمحتوى نيكل أعلى
JIS	SUS308	اليابان	خصائص مشابهة لـ AISI 308
ISO	308	دولي	تسمية قياسية للفولاذ المقاوم للصدأ الأستنيتي

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين الدرجات المعادلة بشكل كبير على الأداء في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، بينما يحتوي 1.4301 (AISI 304) على محتوى نيكل أقل، قد لا يؤدي بشكل جيد في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مقارنة بـ 308.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
Cr (الكروم)	20.0 - 22.0
Ni (النيكل)	10.0 - 12.0
Mo (الموليبدينوم)	0.0 - 2.0
C (الكربون)	≤ 0.08
Mn (المنغنيز)	≤ 2.0
Si (السيليكون)	≤ 1.0
P (الفوسفور)	≤ 0.045
S (الكبريت)	≤ 0.03

الدور الرئيسي للكروم هو تعزيز مقاومة التآكل، بينما يساهم النيكل في صلابة الفولاذ ومرونته. يعزز الموليبدينوم مقاومة أثر الثقوب والتآكل الناتج عن الشقوق، وخاصةً في البيئات الغنية بالكلوريد. يمكن أن يؤثر الكربون، رغم وجوده بكميات قليلة، على صلابة الفولاذ وقوته.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات المترية - SI)	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المرجع القياسي لطريقة الاختبار
قوة الشد	ملين	515 - 690 ميجا باسكال	75 - 100 كيلو باوند/بوصة مربعة	ASTM E8
قوة الخضوع (0.2% انزلاق)	ملين	205 - 310 ميجا باسكال	30 - 45 كيلو باوند/بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	ملين	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
انخفاض المساحة	ملين	60 - 70%	60 - 70%	ASTM E8
الصلابة (روكويل B)	ملين	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
قوة التأثير (تشاربي)	-40°C	40 جول	30 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية الفولاذ المقاوم للصدأ 308 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومرونة، خاصة في التطبيقات الهيكلية والتلحيم. تعد قوته تحمل تشوهات كبيرة دون كسر أمرًا حاسمًا في ظروف التحميل الديناميكي.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	8.0 غرام/سم³	0.289 رطل/بوصة³
نقطة/مدى الانصهار	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	16 واط/م·ك	92 وحدات حرارية بريطانية·بوصة/(ساعة·قدم²·°F)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	500 جول/كغ·ك	0.119 وحدات حرارية بريطانية/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.72 ميكروأوم·م	0.0000143 أوم·بوصة
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	16.0 × 10⁻⁶ /ك	8.9 × 10⁻⁶ /°F

تجعل كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ 308 منه مناسبًا للتطبيقات التي تُعتبر فيها الوزن عاملًا، بينما تعتبر موصلية الحرارة والسعة الحرارية النوعية حاسمة في التطبيقات ذات الحرارة العالية، مثل المبادلات الحرارية ومكونات الأفران.

مقاومة التآكل

الوكيل التآكلي	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3-10	20-60 / 68-140	جيد	خطر الثقوب
حمض الكبريتيك	10-30	20-60 / 68-140	عادل	عرضة للإجهاد الناتج عن التآكل
حمض الأسيتيك	5-20	20-60 / 68-140	استثنائي	مقاومة جيدة
مياه البحر	-	20-60 / 68-140	جيد	خطر التآكل الناتج عن الشقوق
الأمونيا	-	20-60 / 68-140	استثنائي	مقاوم للإجهاد الناتج عن التآكل

يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 308 مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، خاصة في الظروف الحمضية والقلوية. ومع ذلك، فهو معرض للإجهاد الناتج عن التآكل في البيئات الغنية بالكلوريد، وهو ما يمكن أن يكون اعتبارًا حاسمًا في التطبيقات البحرية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ 304، يقدم 308 مقاومة محسنة للتآكل الناتج عن الثقوب والشقوق، مما يجعله خيارًا أفضل للتطبيقات في البيئات القاسية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
حد أقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	870	1600	مناسب للتطبيقات ذات الحرارة العالية
حد أقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	925	1700	يمكن أن يتحمل التعرض القصير الأمد
درجة حرارة التقشر	900	1650	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة
اعتبارات قوة الزحف	600	1112	يبدأ بفقدان القوة عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 308 بخصائصه الميكانيكية ويظهر مقاومة جيدة للأكسدة. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة فوق 900 °C (1650 °F) إلى التقشر وتدهور الطبقة الواقية من الأكسيد، مما يتطلب اعتبارًا دقيقًا في التطبيقات ذات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية التلحيم

عملية التلحيم	معادن التعبئة الموصى بها (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER308L	الأرجون	محتوى كربون منخفض لتقليل ترسيب الكاربيد
MIG	ER308L	الأرجون/CO2	جيد للأقسام الأكثر سمكًا
SMAW	E308L	-	مناسب لجميع الوضعيات

الفولاذ المقاوم للصدأ 308 ذو قابلية عالية للتلحيم، مما يجعله خيارًا مفضلًا لتطبيقات التلحيم. بشكل عام، لا تتطلب عملية التسخين السابق، لكن المعالجة الحرارية بعد التلحيم قد تكون مفيدة لتخفيف الضغوط وتحسين مقاومة التآكل. تشمل العيوب الشائعة المسامية والتصدع، والتي يمكن تقليلها من خلال تقنيات التلحيم المناسبة.

قابلية التشغيل

بارامتر التشغيل	[الفولاذ المقاوم للصدأ 308]	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	30%	100%	يتطلب أدوات حادة وسرعات أبطأ
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	60 م/دقيقة	يوصى باستخدام سائل تبريد

الفولاذ المقاوم للصدأ 308 لديه قابلية تشغيل أقل مقارنة بالفولاذ الكربوني، مما يتطلب اختيار دقيق للأدوات ومعلمات القطع. ينصح باستخدام أدوات الصلب عالي السرعة أو الكاربيد، ويمكن أن يزيد استخدام سوائل القطع من عمر الأدوات وجودة السطح.

قابلية التشكيل

يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 308 قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن الصلابة الزائدة يمكن أن تحدث، مما يتطلب التحكم الدقيق في أنصاف أقطار التثني وتقنيات التشكيل لتجنب التصدع.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	وقت النقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التسخين الحراري	1010 - 1120 / 1850 - 2050	30 دقيقة	هواء	تخفيف الضغوط، تحسين المرونة
معالجة المحلول	1000 - 1100 / 1830 - 2010	30 دقيقة	ماء	تحسين مقاومة التآكل

تعد عمليات المعالجة الحرارية مثل التسخين الحراري ومعالجة المحلول حاسمة لتحسين البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 308. تساعد هذه العلاجات على تخفيف الضغوط الداخلية وتعزيز مقاومة المادة للتآكل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المتطلبة.

التطبيقات والاستخدامات النموذجية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
البناء	مكونات هيكلية	قوة عالية، مقاومة للتآكل	الدوام في البيئات القاسية
السيارات	أنظمة العادم	قوة تحمل درجة الحرارة العالية، قابلية التلحيم	الأداء تحت الضغط الحراري
الفضاء	مكونات المحرك	قوة عالية، مقاومة للأكسدة	السلامة والموثوقية على الارتفاعات العالية
معالجة الطعام	المعدات والأنابيب	مقاومة للتآكل، سهولة التنظيف	النظافة والدوام

يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 308 على نطاق واسع في مختلف الصناعات نظرًا لخصائصه الميكانيكية الممتازة ومقاومته للتآكل. في قطاع البناء، يُفضل لمكوناته الهيكلية المعرضة لظروف قاسية. في صناعات السيارات والطيران، تجعل قوته عند درجات الحرارة العالية وقابلية التلحيم منه مثاليًا للتطبيقات الحيوية.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ المقاوم للصدأ 308	الفولاذ المقاوم للصدأ 304	الفولاذ المقاوم للصدأ 316	ملاحظة موجزة لمزايا/عيوب أو التجارة
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة عالية	قوة معتدلة	قوة عالية	يوفر 308 أداء أفضل عند درجات الحرارة العالية مقارنة بـ 304
خاصية مقاومة التآكل الرئيسية	جيد في البيئات الحمضية	جيد في البيئات العامة	ممتاز في البيئات الغنية بالكلوريد	316 متفوق للتطبيقات البحرية
قابلية التلحيم	ممتازة	ممتازة	جيدة	يفضل 308 لتطبيقات التلحيم
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	تكون 304 أسهل في التشغيل من 308
قابلية التشكيل	جيدة	ممتازة	جيدة	تمتلك 304 قابلية تشكيل أفضل من 308
التكلفة التقريبية النسبية	متوسطة	منخفضة	مرتفعة	308 أكثر فعالية من الناحية التكلفة من 316
التوفر النموذجي	شائع	شائع جداً	شائع	304 الأكثر توفرًا

عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 308، تشمل الاعتبارات فعاليته من حيث التكلفة، توفره، ومتطلبات التطبيق المحددة. بينما يقدم أداءً ممتازًا في البيئات ذات الحرارة العالية والتآكل، قد لا يكون الخيار الأفضل لكل تطبيق، خاصة حيث يعتبر التعرض للكلوريد مصدر قلق. ستعتمد الاختيار بين درجات 308 و304 و316 على الظروف البيئية المحددة والمتطلبات الميكانيكية للتطبيق.

باختصار، يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ 308 مادة متعددة الاستخدامات تتمتع بتوازن قوي من الخصائص التي تجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، خصوصًا في التلحيم وبيئات الحرارة العالية. تضمن تركيبة الفريدة من مقاومة التآكل، القوة، وقابلية التلحيم استمرار أهميتها في الهندسة والتصنيع الحديث.