316LN الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
316LN الفولاذ المقاوم للصدأ هو نسخة معززة بالنيتروجين ومنخفضة الكربون من درجة الفولاذ المقاوم للصدأ 316، تصنف على أنها فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي. يتكون بشكل أساسي من الحديد والكروم والنيكل والموليبدينوم، مع إضافة النيتروجين لتعزيز خصائصه الميكانيكية. التركيب النموذجي لـ 316LN يشمل حوالي 16-18٪ كروم، 10-14٪ نيكل، و2-3٪ موليبدينوم، مع مستويات النيتروجين حوالي 0.1-0.2 ٪. يسهم هذا المزيج الفريد من عناصر السبائك في مقاومة ممتازة للتآكل، قوة عالية، وقابلية جيدة للتلحيم.
الخصائص والخصائص
يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN بمقاومته المتفوقة للتآكل الناتج عن الثقوب والفواصل، خاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات. المحتوى المنخفض من الكربون يقلل من خطر ترسيب الكربيد أثناء التلحيم، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل. تحسين مستوى النيتروجين يعزز من القوة الشد وقوة الخضوع، مما يجعله خيارا مفضلا في التطبيقات الصعبة.
المزايا:
- مقاومة ممتازة للتآكل، وخاصة في البيئات البحرية والكيماوية.
- قوة عالية ومرونة عند درجات حرارة مرتفعة.
- قابلية جيدة للتلحيم والتشكيل.
- خطر منخفض للتنشيط بسبب انخفاض محتوى الكربون.
العيوب:
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.
- غير متاح بسهولة مثل الدرجات الأكثر شيوعًا مثل 304 أو 316.
- مقاومة محدودة لبعض الأحماض المختزلة.
عبر التاريخ، كان 316LN مهمًا في صناعات مثل البتروكيماويات والبحرية والأدوية، حيث تعتبر مقاومته للتآكل وخصائصه الميكانيكية حيوية.
الأسماء البديلة والمعايير والنظائر
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S31653 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب نظير لـ 316L مع محتوى نيتروجين معزز. |
| AISI/SAE | 316LN | الولايات المتحدة الأمريكية | نسخة منخفضة الكربون من 316 مع قوة محسنة. |
| ASTM | A240/A240M | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية لصفائح الفولاذ المقاوم للصدأ من الكروم وكروم النيكل. |
| EN | 1.4406 | أوروبا | معادلة لـ 316LN مع خصائص مماثلة. |
| JIS | SUS316LN | اليابان | معيار ياباني مكافئ مع اختلافات طفيفة في التركيب. |
غالبًا ما تكمن الفروق بين 316LN ونظائره في محتوى النيتروجين والخصائص الميكانيكية المحددة، والتي يمكن أن تؤثر على الأداء في بعض التطبيقات. على سبيل المثال، بينما يُعرف 316L بقابليته الممتازة للتلحيم، يقدم 316LN قوة معززة، مما يجعله أكثر ملاءمة في البيئات ذات الضغط العالي.
الخصائص الرئيسية
التكوين الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نسبة المئوية (%) |
|---|---|
| Fe (حديد) | توازن |
| Cr (كروم) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (نيكل) | 10.0 - 14.0 |
| Mo (موليبدينوم) | 2.0 - 3.0 |
| N (نيتروجين) | 0.1 - 0.2 |
| C (كربون) | ≤ 0.03 |
الدور الرئيسي للكروم هو تعزيز مقاومة التآكل، بينما يحسن النيكل المرونة والليونة. يوفر الموليبدينوم مقاومة إضافية للتآكل الناتج عن الثقوب والعزلة، خاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات. يعزز النيتروجين القوة ويحسن المقاومة لتشقق التآكل الناتج عن الضغط.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| مقاومة الشد | مُعالج حرارياً | 520 - 720 ميغاباسكال | 75 - 104 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| مقاومة الخضوع (0.2٪ تجاوز) | مُعالج حرارياً | 205 - 310 ميغاباسكال | 30 - 45 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| التمدد | مُعالج حرارياً | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل B) | مُعالج حرارياً | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| قوة الصدمة | -20 درجة مئوية | 40 جول | 29.5 قدم-رطل | ASTM E23 |
يميز الجمع بين مقاومة الشد العالية ومقاومة الخضوع، إضافة إلى قابلية جيدة للتوسع، 316LN ليكون مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت الأحمال الميكانيكية. تضمن قوته عند درجات حرارة منخفضة الأداء في البيئات الكريوجينية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 8.0 غرام/سم³ | 0.289 رطل/بوصة³ |
| نقطة/نطاق الانصهار | - | 1375 - 1400 درجة مئوية | 2500 - 2550 درجة فهرنهايت |
| الموصلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 16 واط/م·ك | 92 BTU·إنش/قدم²·ساعة·°ف |
| الحرارة النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.12 BTU/رطل·°ف |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.00000072 أوم·م |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 درجة مئوية | 16.0 x 10⁻⁶ /ك | 8.9 x 10⁻⁶ /°ف |
تشير الكثافة ونقطة الانصهار إلى أن 316LN يمكن أن يتحمل التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، بينما تجعل موصلية الحرارة والحرارة النوعية منه مناسبًا للمبادلات الحرارية. تُعتبر المقاومة الكهربائية المنخفضة مفيدة في التطبيقات التي تستلزم الموصلية الكهربائية.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | الدرجة الحرارة (°م/°ف) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 3-10% | 20-60 درجة مئوية/68-140 درجة فهرنهايت | ممتاز | خطر تآكل الثقوب. |
| حمض الكبريتيك | 10-20% | 20-50 درجة مئوية/68-122 درجة فهرنهايت | جيد | مقاومة محدودة، خاصة عند درجات حرارة أعلى. |
| حمض الهيدروكلوريك | 5-10% | 20-40 درجة مئوية/68-104 درجة فهرنهايت | مقبول | غير موصى به للتعرض المطول. |
| مياه البحر | - | بيئة | ممتاز | مقاومة عالية للبيئات البحرية. |
يظهر 316LN مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من العوامل المسببة للتآكل، خاصة في البيئات البحرية التي تسود فيها الكلوريدات. ومع ذلك، فإنه أقل مقاومة للأحماض القوية مثل حمض الهيدروكلوريك، حيث قد تكون المواد البديلة أكثر ملاءمة. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و316، يقدم 316LN مقاومة متفوقة للتآكل الناتج عن الثقوب والتشققات نتيجة الضغط، مما يجعله خيارًا مفضلًا في البيئات العدائية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°م) | درجة الحرارة (°ف) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أفضل درجة حرارة خدمة مستمرة | 925 درجة مئوية | 1700 درجة فهرنهايت | مناسب للتطبيقات عالية الحرارة. |
| أفضل درجة حرارة خدمة متقطعة | 870 درجة مئوية | 1600 درجة فهرنهايت | يمكن أن يتحمل التعرض القصير لدرجات حرارة أعلى. |
| درجة حرارة التقشير | 800 درجة مئوية | 1470 درجة فهرنهايت | خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة الحرارة. |
| اعتبارات قوة الزحف | 600 درجة مئوية | 1112 درجة فهرنهايت | تبدأ مقاومة الزحف في الانخفاض فوق هذه الدرجة الحرارة. |
يحافظ 316LN على قوته ومقاومته للتآكل عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات مثل المبادلات الحرارية ووعاء الضغط. ومع ذلك، يجب اتخاذ الحيطة لتجنب الأكسدة وتقشر عند درجات الحرارة العالية.
خصائص التصنيع
قابلية التلحيم
| عملية التلحيم | المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز/المادة الواقية النموذجية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER316L | الأرجون | ممتازة للقطع الرقيقة. |
| MIG | ER316L | الأرجون + 2% CO2 | جيدة للأجزاء السميكة. |
| SMAW | E316L | - | ملائمة للتطبيقات الميدانية. |
316LN قابلة للتلحيم بدرجة عالية، مع المعادن المملوءة الموصى بها التي تضمن التوافق والحفاظ على مقاومة التآكل. غالبًا ما لا تكون علاجات الحرارة قبل وبعد التلحيم ضرورية بسبب محتواه المنخفض من الكربون، مما يقلل من خطر التنشيط.
قابلية التشغيل الآلي
| معامل التشغيل الآلي | 316LN | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 45% | 100% | 316LN أصعب في التشغيل. |
| سرعة القطع النموذجية (الدوران) | 25-30 م/دقيقة | 50-60 م/دقيقة | استخدم أدوات الكاربيد لتحقيق أفضل النتائج. |
يتطلب تشغيل 316LN اعتبارًا دقيقًا لسرعات القطع والأدوات نظرًا لخصائصه في العمل الصلب. يوصى باستخدام أدوات الكاربيد لتحقيق نتائج مثالية.
قابلية التشكيل
يظهر 316LN قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل البارد والساخن. ومع ذلك، من المهم مراعاة أن العمل البارد المفرط يمكن أن يؤدي إلى زيادة الصلابة وتقليل الليونة. يجب الالتزام بنصف حافات الانحناء الموصى بها لتجنب التشقق خلال عمليات التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°م/°ف) | مدة النقع النموذجية | طريقة التبريد | الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| تخليل الحل | 1000 - 1100 درجة مئوية / 1832 - 2012 درجة فهرنهايت | 30 دقيقة | هواء أو ماء | ذوبان الكربيدات، تحسين مقاومة التآكل. |
| إزالة الإجهاد | 400 - 600 درجة مئوية / 752 - 1112 درجة فهرنهايت | ساعة واحدة | هواء | تقليل الإجهادات المتبقية. |
أثناء المعالجة الحرارية، يخضع 316LN لعمليات تحويل معدنية تعزز بنيته المجهرية، مما يحسن خصائصه الميكانيكية ومقاومته للتآكل. يُعد تخليل الحل فعالاً بشكل خاص في استعادة الليونة بعد العمل البارد.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال محدد على التطبيق | الخصائص الرئيسية للصلب المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| البحرية | بناء السفن | مقاومة التآكل، القوة | التعرض لمياه البحر. |
| الكيميائية | أنابيب العمليات | مقاومة التآكل، قابلية التلحيم | التعامل مع المواد الكيميائية العدوانية. |
| الأدوية | تصنيع المعدات | النظافة، مقاومة التآكل | التوافق مع المعايير الصحية. |
| النفط والغاز | المنصات البحرية | القوة، المرونة، مقاومة التآكل | الظروف البيئية القاسية. |
تتضمن التطبيقات الأخرى:
* معدات معالجة الطعام
* مبادلات حرارية
* أوعية ضغط
* صمامات وتركيبات
يتم اختيار 316LN لهذه التطبيقات بسبب مقاومته الممتازة للتآكل وخصائصه الميكانيكية، التي تعتبر حيوية في البيئات التي يكون فيها النظافة والسلامة الهيكلية ذات أهمية قصوى.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | 316LN | 304 | 321 | ملاحظة مختصرة حول الإيجابيات/السلبيات أو التوازن |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة متوسطة | قوة عالية | يقدم 316LN مقاومة أفضل للتآكل مقارنة بـ 304. |
| الجانب الرئيسي للتآكل | ممتاز | جيد | جيد | 316LN متفوق في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات. |
| قابلية التلحيم | جيدة | ممتازة | جيدة | 316LN يتطلب ممارسات تلحيم دقيقة. |
| قابلية التشغيل الآلي | متوسطة | جيدة | متوسطة | 316LN أصعب في التشغيل مقارنة بـ 304. |
| قابلية التشكيل | جيدة | ممتازة | جيدة | 316LN لديه قابلية تشكيل أقل قليلاً. |
| التكلفة النسبية التقريبية | أعلى | أقل | أعلى | قد تؤثر اعتبارات التكلفة على الاختيار. |
| التوافر النموذجي | متوسط | مرتفع | متوسط | 304 متاحة أكثر شيوعًا. |
عند اختيار 316LN، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة، التوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة. تجعل خصائصه الفريدة منه مناسبًا للتطبيقات المتخصصة حيث تكون الأداء حاسمًا، على الرغم من تكلفته العالية مقارنة بالدراجات الأكثر شيوعًا مثل 304. بالإضافة إلى ذلك، فإن نفاذيته المغناطيسية المنخفضة تجعلها مناسبة للتطبيقات في البيئات الحساسة.
في الختام، يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN مادة متعددة الاستخدامات وعالية الأداء تبرز في البيئات الصعبة، حيث تقدم توازنًا بين القوة، مقاومة التآكل، وقابلية التشغيل. تجعل خصائصه الفريدة منه خيارًا مفضلًا في مختلف الصناعات، مما يضمن الاعتمادية وطول العمر في التطبيقات حيث لا يكون الفشل خيارًا.