الفولاذ المقاوم للصدأ 310S: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
فولاذ 310S هو فولاذ غير قابل للصدأ أوستناني معروف بقوته العالية الممتازة عند درجات الحرارة المرتفعة ومقاومته للأكسدة. يتكون أساسًا من الحديد والكروم والنيكل، مع محتوى كربون منخفض يعزز من قابليته للحام ومقاومته للتآكل بين الحبيبات. تشمل العناصر الرئيسية للسبائك:
- الكروم (Cr): عادة ما يكون 24-26%، مما يوفر مقاومة للتآكل ويساهم في القوة العامة للفولاذ.
- النيكل (Ni): عادة ما يكون 19-22%، مما يعزز من المتانة والليونة، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة.
- الموليبدينوم (Mo): موجود بكميات صغيرة (حتى 0.75%)، مما يحسن من مقاومته للتآكل الناتج عن التجويف والانزلاق.
الخصائص الرئيسية
يتميز فولاذ 310S بـ:
- مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة: مناسب للتطبيقات التي تنطوي على درجات حرارة تصل إلى 1150 درجة مئوية (2100 درجة فهرنهايت).
- مقاومة للتآكل: مقاومة ممتازة للأكسدة والتسلخ.
- قابلية للحام جيدة: محتوى الكربون المنخفض يقلل من خطر ترسب الكربيد أثناء اللحام.
المزايا والقيود
المزايا:
- مقاومة استثنائية للأكسدة والتآكل عند درجات الحرارة العالية.
- خصائص ميكانيكية جيدة عند درجات الحرارة المرتفعة.
- قابلية لحام وتشكيل ممتازة.
القيود:
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ من درجات أقل.
- غير مناسب للتطبيقات التي تتضمن بيئات اختزالية قوية.
تاريخيًا، تم استخدام 310S على نطاق واسع في صناعات مثل البتروكيماويات وتوليد الطاقة ومعالجة الأغذية بسبب خصائصه الفريدة.
أسماء بديلة، معايير، ومكافئات
| منظمة المعايير | الاسم/الدرجة | دولة/منطقة المنشأ | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S31008 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب مكافئ للـ AISI 310 |
| AISI/SAE | 310S | الولايات المتحدة الأمريكية | نسخة منخفضة الكربون من 310 |
| ASTM | A240 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة معيارية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4845 | أوروبا | مكافئ في المعايير الأوروبية |
| JIS | SUS310S | اليابان | تسمية معيارية يابانية |
| GB | 00Cr25Ni20 | الصين | مكافئ صيني مع اختلافات تركيبية طفيفة |
يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه المكافئات على الأداء في التطبيقات المحددة. على سبيل المثال، على الرغم من أن S31008 و SUS310S متشابهتان، إلا أن التباينات في محتوى النيكل يمكن أن تؤثر على مقاومة التآكل في بيئات معينة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| Fe (حديد) | الرصيد |
| Cr (كروم) | 24.0 - 26.0 |
| Ni (نيكل) | 19.0 - 22.0 |
| Mo (موليبدينوم) | 0.0 - 0.75 |
| C (كربون) | ≤ 0.08 |
| Mn (منغنيز) | ≤ 2.0 |
| Si (سيليكون) | ≤ 1.0 |
| P (فسفور) | ≤ 0.045 |
| S (كبريت) | ≤ 0.03 |
تلعب مادة الكروم الدور الرئيسي في تعزيز مقاومة التآكل، بينما يحسن النيكل المتانة والليونة. يساهم الموليبدينوم في مقاومة التجويف، مما يجعل 310S مناسبًا للبيئات القاسية.
الخصائص الميكانيكية
| خاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبريالية) | المعيار المرجعي لأسلوب الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مستقيمة | 520 - 720 ميجا باسكال | 75 - 104 كسر | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انحراف) | مستقيمة | 205 - 310 ميجا باسكال | 30 - 45 كسر | ASTM E8 |
| التمدد | مستقيمة | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل ب) | مستقيمة | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| قوة التأثير | -20°م (-4°ف) | 40 جول | 30 قدم-القدرة | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين القوة العالية في الشد والعائد، إلى جانب الجودة الجيدة في التمدد، 310S مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت الأحمال الميكانيكية.
الخصائص الفيزيائية
| خاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبريالية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.93 جرام/سم³ | 0.286 رطل/إنش³ |
| نقطة الانصهار | - | 1400 - 1450 درجة مئوية | 2550 - 2642 درجة فهرنهايت |
| موصلية الحرارة | درجة حرارة الغرفة | 16.2 واط/م·ك | 112 وحدات حرارية بريطانية·إنش/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.12 وحدات حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.72 ميكروأوم·إنش |
تشير الكثافة ونقطة الانصهار إلى أن 310S يمكنه تحمل درجات الحرارة العالية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في البيئات القاسية. موصلية الحرارة متوسطة، وهو ما يفيد في التطبيقات التي تتطلب الاحتفاظ بالحرارة.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°م/°ف) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| كلوريدات | 0 - 10 | 20 - 60 | جيدة | خطر التجويف |
| حمض الكبريتيك | 0 - 10 | 20 - 50 | متوسطة | عرضة للتآكل بسبب الإجهاد |
| حمض الخليك | 0 - 10 | 20 - 60 | جيدة | مقاومة متوسطة |
| مياه البحر | - | 20 - 30 | ممتازة | مقاوم للتآكل |
تظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 310S مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل في بيئات متنوعة، بما في ذلك الظروف الجوية، والأحماض، والشديدة الملوحة. ومع ذلك، قد يكون عرضة لصدأ الإجهاد في بيئات الكلوريد.
عند مقارنتها بدرجات مثل 316L، التي تحتوي على الموليبدينوم لتحسين مقاومة التجويف، قد تؤدي 310S عملاً أفضل في التطبيقات عالية الحرارة ولكن قد لا تكون فعالة في البيئات الغنية بالكلوريد.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°م) | درجة الحرارة (°ف) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 1150 درجة مئوية | 2100 درجة فهرنهايت | مناسب للتطبيقات عالية الحرارة |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة | 1050 درجة مئوية | 1922 درجة فهرنهايت | تعرض قصير فقط |
| درجة حرارة التقشير | 900 درجة مئوية | 1652 درجة فهرنهايت | خطر الأكسدة بعد هذه النقطة |
يحافظ 310S على قوته ومقاومته للأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مثاليًا لمكونات الأفران والمبادلات الحرارية. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المطول لما بعد درجة حرارة الخدمة القصوى إلى التقشير وانخفاض الخصائص الميكانيكية.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلتر الحماية النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER310S | الأرجون | ممتاز للأقسام الرقيقة |
| MIG | ER310 | الأرجون + CO2 | جيد للأقسام السميكة |
| SMAW | E310-16 | - | ملائم لجميع الوضعيات |
فولاذ 310S قابل للحام بشكل كبير، مع المعادن الملحقة الموصى بها التي تتطابق مع تركيبته. يمكن أن يعزز المعالجة الحرارية قبل وبعد اللحام جودة اللحامات ويقلل من خطر التشققات.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | 310S | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 30% | 100% | يتطلب سرعات قطع أبطأ |
| سرعة القطع النموذجية | 20 م/دقيقة | 60 م/دقيقة | استخدم أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج |
يمكن أن تكون عملية تشغيل فولاذ 310S صعبة بسبب متانته وخصائصه في العمل تحت الضغط. تشمل الشروط المثلى استخدام أدوات حادة وسرعات قطع أبطأ لمنع التآكل الزائد.
قابلية التشكيل
يظهر فولاذ 310S قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بالعمل البارد والساخن. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي معدل العمل الصلب إلى تحديات في تشكيل الأشكال المعقدة. يجب أن تكون نصف قطر الانثناء الموصى بها أكبر من تلك الخاصة بالدرجات الأدنى لتجنب التشققات.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°م/°ف) | مدة النقع النموذجية | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| تخليص | 1050 - 1150 درجة مئوية / 1922 - 2100 درجة فهرنهايت | 1 - 2 ساعات | هواء أو ماء | تخفيف الضغوط، تحسين الليونة |
| معالجة الحل | 1000 - 1100 درجة مئوية / 1832 - 2012 درجة فهرنهايت | 30 دقيقة | ماء | تعزيز مقاومة التآكل |
يمكن أن تحسن عمليات المعالجة الحرارية مثل التخليص بشكل كبير من الليونة والمتانة لفولاذ 310S، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات الصعبة.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| البتروكيماويات | المبادلات الحرارية | قوة عالية في درجات الحرارة، مقاومة للتآكل | أساسي للمتانة |
| توليد الطاقة | مكونات الغلايات | مقاومة للأكسدة، قوة ميكانيكية | حرج للكفاءة |
| معالجة الأغذية | الأفران والمواقد | النظافة، الاستقرار عند درجات الحرارة العالية | تلبية معايير النظافة |
| الفضاء الجوي | أنظمة العوادم | خفيفة الوزن، قوة عالية | تقلل الوزن مع الحفاظ على الأداء |
يتم اختيار 310S للتطبيقات التي تتطلب استقرارًا عند درجات الحرارة العالية ومقاومة للبيئات التآكلية، مما يجعله مثاليًا للصناعات التي تتطلب الاعتمادية.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | 310S | 316L | 321 | ملاحظة مختصرة عن الإيجابيات/السلبيات أو التوازن |
|---|---|---|---|---|
| خاصية ميكانيكية رئيسية | قوة الشد العالية | مقاومة تآكل جيدة | استقرار ممتاز عند درجات الحرارة العالية | فولاذ 310S أقوى عند درجات الحرارة العالية |
| جانب تآكل رئيسي | جيد في درجات الحرارة العالية | أفضل في البيئات الغنية بالكلوريد | جيد في درجات الحرارة العالية | فولاذ 316L يتفوق في الظروف المالحة |
| قابلية اللحام | ممتازة | جيدة | عادلة | فولاذ 310S أسهل للحام |
| قابلية التشغيل | متوسطة | عالية | منخفضة | فولاذ 316L أسهل في التشغيل |
| التكلفة النسبية التقريبية | متوسطة | أعلى | متوسطة | تختلف التكلفة حسب ظروف السوق |
| الوفرة النموذجية | شائعة | شائعة جدًا | أقل شيوعًا | فولاذ 310S متوفر على نطاق واسع |
عند اختيار فولاذ 310S، يجب اعتبار أدائه عند درجات الحرارة العالية ومقاومته للتآكل مقابل المتطلبات المحددة للتطبيق. في حين قد تكون تكلفته أعلى من الدرجات الأدنى، إلا أن متانته يمكن أن تؤدي إلى انخفاض تكاليف الصيانة على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، فإن توفره في أشكال متنوعة (ألواح، صفائح، أنابيب) يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للعديد من التطبيقات الهندسية.