316H الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 316H هو نوع عالي الحرارة من الدرجة 316، مصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي. يتم دمجه أساسًا مع الكروم (16-18٪)، النيكل (10-14٪)، والموليبدنوم (2-3٪)، مما يعزز مقاومته للتآكل وخصائصه الميكانيكية. تشير التسمية "H" إلى محتوى كربون أعلى (0.04٪ إلى 0.10٪) مقارنة بالـ 316 القياسي، مما يحسن قوته في درجات الحرارة المرتفعة.
نظرة شاملة
يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 316H بمقاومته الممتازة للتآكل الناتج عن الحفريات والثغرات في البيئات الكلورية، مما يجعله الخيار المفضل للتطبيقات البحرية ومعالجة الكيميائيات. يساهم محتواه العالي من النيكل في صلابته ومرونته، بينما يعزز الموليبدنوم مقاومته للتآكل المحلي.
المزايا:
- مقاومة استثنائية للتآكل، خاصة في البيئات العدوانية.
- قوة وصلابة عالية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات الضغط العالي.
- قابلية جيدة للحام والتشكيل، مما يتيح خيارات تصنيع متعددة.
القيود:
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ المنخفض السبائك.
- تعرض الحساسية إذا لم يتم معالجته حرارياً بشكل صحيح، مما يمكن أن يؤدي إلى تآكل بين الحبيبات.
- غير مغناطيسي، مما قد يكون عيبًا في التطبيقات التي تتطلب خصائص مغناطيسية.
تاريخيًا، كان 316H ذا أهمية في صناعات مثل البتروكيماويات وتوليد الطاقة والهندسة البحرية بسبب قدرته على تحمل ظروف قاسية. موقعه في السوق قوي، خاصة في القطاعات التي تتطلب مواد عالية الأداء.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
| منظمة معيارية | التسمية/الدرجة | دولة/منطقة المصدر | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S31609 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب معادلة لـ AISI 316H |
| AISI/SAE | 316H | الولايات المتحدة الأمريكية | محتوى كربون أعلى من 316 |
| ASTM | A240/A240M | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4878 | أوروبا | درجة مكافئة في المعايير الأوروبية |
| JIS | SUS316H | اليابان | خصائص مشابهة مع اختلافات طفيفة في التركيب |
تكمن الاختلافات بين 316H ومعادلاته، مثل 316L (منخفض الكربون) و316، أساسًا في محتوى الكربون لديهم، مما يؤثر على قوتهم في درجات الحرارة العالية وقابلية الحساسية.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (رمز واسم) | نسبة المئوية (%) |
|---|---|
| Cr (الكروم) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (النيكل) | 10.0 - 14.0 |
| Mo (الموليبدنوم) | 2.0 - 3.0 |
| C (الكربون) | 0.04 - 0.10 |
| Mn (المنغنيز) | 2.0 بحد أقصى |
| Si (السليكون) | 1.0 بحد أقصى |
| P (الفوسفور) | 0.045 بحد أقصى |
| S (الكبريت) | 0.030 بحد أقصى |
الدور الرئيسي للكروم هو تعزيز مقاومة التآكل، بينما يساهم النيكل في الصلابة والمرونة. يزيد الموليبدنوم من المقاومة للتآكل الناتج عن الحفريات والثغرات، وخاصة في البيئات الكلورية. يعمل محتوى الكربون الأعلى في 316H على تحسين قوته في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات الضغط العالي.
الخصائص الميكانيكية
| خاصية | الحالة/المزاج | القيمة النموذجية/النطاق (متري) | القيمة النموذجية/النطاق (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | م Anneال | 515 - 690 ميغا باسكال | 75 - 100 ksi | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (0.2% انحراف) | م Anneال | 205 - 310 ميغا باسكال | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | م Anneال | 40% كحد أدنى | 40% كحد أدنى | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل B) | م Anneال | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| قوة التأثير (تشيربي) | -20°C | 40 جول | 30 قدم-جنيه | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين قوة الشد العالية وقوة الخضوع، إلى جانب خصائص التمدد الجيدة، 316H مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت تحميل ميكانيكي. كما تعزز قوة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة أدائه في التطبيقات الكريوجينية.
الخصائص الفيزيائية
| خاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (متري) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 8.0 جرام/سم³ | 0.289 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار | - | 1375 - 1400 °C | 2500 - 2550 °F |
| ال conductivity الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 16.2 واط/م·ك | 112 وحدة BTU·بوصة/قدم²·ساعة·°F |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.12 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكرو أوم·م | 0.72 ميكرو أوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶/K | 8.9 x 10⁻⁶/°F |
تشير الكثافة ونقطة الانصهار إلى أن 316H يمكن أن يتحمل درجات حرارة عالية دون تشوه كبير. تمتاز conductivity الحرارية بأنها معتدلة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى تبديد الحرارة. كما أن السعة الحرارية النوعية مواتية للتطبيقات الحرارية، بينما تشير المقاومة الكهربائية إلى أنها ليست موصلة جيدة للكهرباء.
مقاومة التآكل
| عامل تآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 3.5% | 20°C / 68°F | ممتاز | خطر الحفر |
| حمض الكبريتيك | 10% | 25°C / 77°F | جيد | مقاومة محدودة |
| حمض الهيدروكلوريك | 5% | 25°C / 77°F | متوسط | خطر التآكل المحلي |
| مياه البحر | - | بيئة | ممتاز | مقاومة عالية |
| حمض الأسيتيك | 10% | 25°C / 77°F | جيد | عرضة لتآكل صدع الإجهاد |
يظهر 316H مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من عوامل التآكل، خاصة في البيئات البحرية. أداؤه في الظروف الغنية بالكلوريد يتفوق على جودة 304 و316L، التي هي أكثر عرضة للتآكل الناتج عن الحفر. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه بينما يتمتع 316H بأداء جيد في العديد من البيئات الحامضية، إلا أنه يمكن أن يكون عرضة للتآكل المحلي في ظروف محددة، خاصة مع الأحماض القوية مثل حمض الهيدروكلوريك.
مقاومة الحرارة
| خاصية/حد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 800°C | 1472°F | مناسب للتطبيقات عالية الحرارة |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة | 870°C | 1598°F | تعرض قصير الأجل فقط |
| درجة حرارة التآكل | 925°C | 1697°F | فوق هذه الدرجة، يحدث الأكسدة |
| تبدأ اعتبارات قوة الزحف | 600°C | 1112°F | تنخفض مقاومة الزحف فوق هذه الدرجة |
يحتفظ 316H بخواصه الميكانيكية في درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات مثل مكونات الفرن والمبادلات الحرارية. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من 800°C إلى الأكسدة وتآكل القشرة، مما قد ي compromise سلامته.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الإضافي الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز/الفلور الحامي النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER316L | أرجون | جيد للأقسام الرقيقة |
| MIG | ER316L | مزج أرجون + CO2 | مناسب للأقسام السميكة |
| SMAW | E316L | - | يتطلب تسخين مسبق للأقسام السميكة |
316H قابل للحام بشكل كبير، لكن يجب توخي الحذر لتجنب الحساسية أثناء اللحام. يُوصى بالتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام لتقليل خطر التآكل بين الحبيبات. يضمن استخدام معادن إضافية مثل ER316L التوافق ويحافظ على مقاومة التآكل.
قابلية التشغيل
| معلمة التشغيل | 316H | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر القابلية النسبية للتشغيل | 30% | 100% | 316H أكثر تحديًا في التشغيل |
| سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 20 م/دقيقة | 40 م/دقيقة | استخدم أدوات الكربيد للحصول على أفضل النتائج |
316H لديه قابلية تشغيل أقل مقارنة بالفولاذ الكربوني، مما يتطلب سرعات قطع أبطأ وأدوات متخصصة. تشمل الظروف المثالية استخدام أدوات حادة وترطيب كافٍ لتقليل العمل المتصلب.
قابلية التشكيل
يظهر 316H قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات تشكيل باردة وساخنة. ومع ذلك، نظرًا لخصائصه في العمل المتصلب، فإن التحكم الدقيق في أبعاد الانحناء ضروري لتجنب التشقق. إنه مناسب للتطبيقات التي تتطلب أشكالًا وتكوينات معقدة.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | الزمن النموذجي للنقع | طريقة التبريد | الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التلدين الحلولي | 1010 - 1120 °C / 1850 - 2050 °F | 30 دقيقة | هواء أو ماء | ذوبان الكربيدات، تخفيف الإجهاد |
| تخفيف الإجهاد | 400 - 600 °C / 750 - 1112 °F | ساعة واحدة | هواء | تقليل الإجهادات المتبقية |
تعزز عمليات المعالجة الحرارية مثل التلدين الحلولي مقاومة التآكل لـ 316H عن طريق ذوبان الكربيدات ومنع الحساسية. تحدث التحولات المعدنية خلال هذه المعالجات تأثيرًا كبيرًا على الهيكل الدقيق، مما يؤدي إلى تحسين المتانة والمرونة.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| الهندسة البحرية | بناء السفن | مقاومة التآكل، القوة | التعرض لمياه البحر |
| معالجة كيميائية | أوعية المفاعل | قوة عالية في درجات الحرارة، مقاومة التآكل | بيئات كيميائية قاسية |
| النفط والغاز | أنظمة خطوط الأنابيب | متانة، قابلية للحام | تطبيقات ذات ضغط عالي |
| توليد الطاقة | المبادلات الحرارية | أداء في درجات حرارة مرتفعة | الكفاءة الحرارية |
تشمل التطبيقات الأخرى:
* المعدات الدوائية
* آلات معالجة الطعام
* الهياكل المعمارية المعرضة لبيئات قاسية
يتم اختيار 316H لهذه التطبيقات بسبب مقاومته الممتازة للتآكل وقدرته على الحفاظ على القوة في درجات الحرارة المرتفعة، مما يضمن الاعتمادية وطول العمر في البيئات الصعبة.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | 316H | 304 | 321 | ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو المساومة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة معتدلة | قوة عالية | يوفر 316H أداءً أفضل في درجات الحرارة العالية |
| الأسلوب الرئيسي للتآكل | ممتاز | جيد | ممتاز | 321 أفضل للتطبيقات في درجات الحرارة العالية |
| قابلية اللحام | جيدة | ممتازة | جيدة | يتطلب 316H التعامل بحذر لتجنب الحساسية |
| قابلية التشغيل | معتدلة | جيدة | معتدلة | 316H أكثر تحديًا في التشغيل |
| التكلفة النسبية التقريبية | أعلى | أقل | أعلى | قد تؤثر اعتبارات التكلفة على الاختيار |
| توفر عادي | معتدل | مرتفع | معتدل | 304 أكثر توفرًا بشكل عادي |
عند اختيار 316H، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة والتوفر ومتطلبات التطبيق المحددة. إن أدائه العالي في البيئات التآكلية وفي درجات الحرارة المرتفعة يجعله خيارًا مفضلًا في التطبيقات الحيوية. ومع ذلك، قد تؤثر تكلفته الأعلى وقابلية تشغيليه الأقل مقارنةً بالبدائل مثل 304 على القرارات، خاصة في البيئات الأقل تطلبًا.
في الختام، يعد الفولاذ المقاوم للصدأ 316H مادة متعددة الاستخدامات وعالية الأداء تتميز في الظروف الصعبة، مما يجعلها ضرورية في مجموعة متنوعة من الصناعات. إن خصائصه الفريدة وقدراته تتطلب اعتبارًا دقيقًا خلال اختيار المواد لضمان الأداء المثالي وطول العمر في التطبيقات.