الصلب المقاوم للصدأ 318 (دوبلكس): الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المقاوم للصدأ 318، المعروف أيضًا بالفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، هو سبيكة فريدة تجمع بين الخصائص المفيدة لكل من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفريتي. يتم تصنيفه كفولاذ مقاوم للصدأ مزدوج، وعادة ما يحتوي على بنية ميكروية متوازنة تتكون من حوالي 50% من الأوستنيت و50% من الفريتيت. تشمل عناصر السبيكة الأساسية الكروم (Cr) والنيكل (Ni) والموليبدينوم (Mo)، والتي تؤثر بشكل كبير على مقاومته للصدأ وقوته الميكانيكية وأدائه العام.

نظرة شاملة

يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 318 بشكل خاص بقوته العالية ومقاومته الممتازة للتآكل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصعبة. تحتوي السبيكة عادة على حوالي 24% من الكروم و6% من النيكل و3% من الموليبدينوم، والتي تساهم في أدائها القوي في البيئات القاسية. توفر البنية المزدوجة المرحلة زيادة في القوة والمرونة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي التقليدي.

المزايا:
- مقاومة الصدأ: مقاومة استثنائية للتآكل بالثقوب والتجاويف، خاصة في البيئات المحتوية على الكلور.
- القوة الميكانيكية: قوة تحمل أعلى مقارنةً بدرجات الأوستنيت، مما يسمح باستخدام أقسام أرق في التطبيقات الهيكلية.
- قابلية اللحام: قابلية لحام جيدة مع المواد المالئة المناسبة، مما يجعلها مناسبة للتصنيع.

القيود:
- التكلفة: بشكل عام أغلى من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي القياسي بسبب عناصر السبيكة.
- الهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة: إمكانية تقليل القوة في تطبيقات التبريد العميق.
- الحساسية لتشكيل مرحلة سيغما: عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يؤدي التعرض لفترات طويلة إلى تشكيل مرحلة سيغما، مما يمكن أن يجعل السبيكة هشة.

تاريخيًا، تم تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج مثل 318 للتغلب على قيود درجات الأوستنيت والفريتي، خاصة من حيث القوة ومقاومة الصدأ. اليوم، يحتل مكانة كبيرة في السوق، خاصة في صناعات مثل النفط والغاز، ومعالجة المواد الكيميائية، والتطبيقات البحرية.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

الهيئة المعيارية	التصنيف/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/ملاحظات
UNS	S31803	الولايات المتحدة الأمريكية	الأقرب إلى 318L
AISI/SAE	318	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات تركيبية طفيفة يجب أن تكون على علم بها
ASTM	A240/A240M	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لصفائح، وألواح، ونطاقات الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوية على الكروم والكروم النيكل للأوعية الضاغطة والتطبيقات العامة
EN	1.4462	أوروبا	معادل أوروبي له خصائص مشابهة
JIS	SUS318	اليابان	التصنيف القياسي الياباني

يمكن أن تكون الاختلافات بين الدرجات المعادلة دقيقة ولكنها مهمة. على سبيل المثال، بينما تحتوي S31803 و1.4462 على تركيبات مماثلة، يمكن أن تختلف خصائصها الميكانيكية ومقاومتها للصدأ قليلاً بسبب الاختلافات في عمليات التصنيع والمعالجة الحرارية.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
الكروم (Cr)	24.0 - 26.0
النيكل (Ni)	4.5 - 6.5
الموليبدينوم (Mo)	2.5 - 3.5
المنغنيز (Mn)	0.5 - 1.5
النيتروجين (N)	0.08 - 0.20
الكربون (C)	≤ 0.03
الفوسفور (P)	≤ 0.03
الكبريت (S)	≤ 0.02

الدور الأساسي للكروم هو تعزيز مقاومة الصدأ، بينما يساهم النيكل في القوة والمرونة. يعمل الموليبدينوم على تحسين المقاومة ضد التآكل بالثقوب والتجاويف، لا سيما في البيئات المحتوية على الكلور. يتم إضافة النيتروجين لزيادة القوة وتحسين المقاومة للتشقق الناتج عن الضغط.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة المتوسطة/النطاق (الوحدات المترية - SI)	القيمة المتوسطة/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المرجع القياسي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخفّف	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
قوة التحمل (0.2% تغيير)	مخفّف	450 - 650 MPa	65 - 94 ksi	ASTM E8
التمدد	مخفّف	25 - 40%	25 - 40%	ASTM E8
الصلابة (روكويل ب)	مخفّف	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
قوة التأثير (شاربي)	-20°C	40 J	29.5 ft-lbf	ASTM E23

تعتبر التركيبة العالية من الشد وقوة التحمل تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ 318 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تكاملاً هيكليًا تحت التحميل الميكانيكي. تشير قيم التمدد وقوة التأثير إلى مرونة جيدة وقوة تحمل، وهو أمر ضروري لظروف التحميل الديناميكي.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7.8 g/cm³	0.283 lb/in³
نقطة الانصهار	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
الموصلية الحرارية	20 °C	15 W/m·K	86 BTU·in/(hr·ft²·°F)
سعة الحرارة النوعية	20 °C	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
المقاومة الكهربائية	20 °C	0.72 µΩ·m	0.00000072 Ω·m
معامل التمدد الحراري	20 - 100 °C	16.5 x 10⁻⁶ /K	9.2 x 10⁻⁶ /°F

تشير كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ 318 إلى مادة قوية، بينما تشير موصلتها الحرارية وسعتها الحرارية النوعية إلى أنها تستطيع تحمل الإجهادات الحرارية بشكل فعال. يعتبر معامل التمدد الحراري أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب تقلبات في درجة الحرارة، مما يضمن استقرار الأبعاد.

مقاومة التآكل

العميل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3-10	20-60 °C / 68-140 °F	ممتاز	خطر حدوث تآكل بالثقوب في التركيزات العالية
حمض الكبريتيك	10-30	20-40 °C / 68-104 °F	جيد	مقاومة محدودة عند درجات الحرارة العالية
حمض الهيدروكلوريك	1-5	20-25 °C / 68-77 °F	مقبول	لا يُوصى به في التركيزات العالية
مياه البحر	-	درجة حرارة الغرفة	ممتاز	مقاومة عالية لتآكل مياه البحر

يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 318 مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من العوامل المسببة للتآكل، خاصة في البيئات البحرية وتطبيقات معالجة المواد الكيميائية. أداؤه ضد الكلوريدات جدير بالملاحظة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات البحرية والساحلية. ومع ذلك، يُوصى بالحذر في البيئات ذات التركيزات العالية من حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك، حيث قد تكون المواد البديلة أكثر ملاءمة.

عند المقارنة بفولاذ مقاوم للصدأ الآخر، مثل 316L و2205، يقدم الفولاذ 318 مقاومة تفوق للتآكل بالثقوب والتشققات الناتجة عن الضغط، خاصة في البيئات الغنية بالكلوريد. ومع ذلك، قد يقدم 316L أداءً أفضل في الظروف الحامضية العالية، بينما يوفر 2205 قوة معززة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 °C	572 °F	مناسب للاستخدام المستمر عند هذه درجة الحرارة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	350 °C	662 °F	يمكن تحمل التعرض لفترات قصيرة
درجة حرارة التآكل	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة عند درجات الحرارة أعلى من هذا
اعتبارات قوة الزحف	500 °C	932 °F	تبدأ مقاومة الزحف في التناقص عند هذه درجة الحرارة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 318 بخصائص ميكانيكية جيدة، على الرغم من أن التعرض لفترات طويلة يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة وتشكيل مرحلة سيغما، مما يمكن أن يجعل السبيكة هشة. من الضروري مراعاة بيئة الخدمة وتقلبات درجات الحرارة عند اختيار هذه المادة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المالئ الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلكس الواقي النموذجي	ملاحظات
TIG	ER318L	أرجون	نتائج جيدة مع التقنية المناسبة
MIG	ER318L	خلط أرجون/CO2	مناسب للأقسام السميكة
SMAW	E318-16	-	يتطلب تسخينًا مسبقًا للأقسام السميكة

يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 318 عادةً أنه يتمتع بقابلية لحام جيدة، خاصة مع المعادن المالئة المناسبة. قد يكون التسخين المسبق ضروريًا للأقسام السميكة لتجنب التصدع. يمكن أن يعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص الميكانيكية ويخفف من الضغوط المتبقية.

قابلية التشغيل الآلي

معامل التشغيل الآلي	الفولاذ المقاوم للصدأ 318	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	40%	100%	يتطلب سرعات قطع أبطأ
سرعة القطع النموذجية	20-30 m/min	60-80 m/min	استخدم أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج

يمكن أن يكون تشغيل الفولاذ المقاوم للصدأ 318 تحديًا بسبب قوته وصلابته. من المستحسن استخدام أدوات من الحديد السريع أو كربيد والحفاظ على سرعات قطع منخفضة لتحقيق أفضل النتائج.

قابلية التشكيل

يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 318 قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل البارد والساخن. ومع ذلك، نظرًا لقوته، قد يتطلب قوى أعلى مقارنة بدرجات الأوستنيت. يمكن ثني المادة وتشكيلها باستخدام أدوات مناسبة، لكن يجب الحرص على تجنب تصلب العمل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
تسخين الحل	1020 - 1100 °C / 1868 - 2012 °F	30 دقيقة	هواء أو ماء	ذوبان الكربيدات وتحسين المرونة
تخفيف الضغط	300 - 600 °C / 572 - 1112 °F	1 ساعة	هواء	تقليل الضغوط المتبقية

تعد عمليات المعالجة الحرارية مثل تسخين الحل ضرورية لتحسين البنية الميكروية وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 318. تساعد هذه المعالجة في إذابة الكربيدات وتعزز المرونة، مما يجعل المادة أكثر ملاءمة للتصنيع.

التطبيقات الشائعة والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
النفط والغاز	المنصات البحرية	قوة عالية، مقاومة للتآكل	أساسي للبيئات البحرية القاسية
معالجة المواد الكيميائية	خزانات التخزين	مقاومة ممتازة للمواد الكيميائية العدوانية	يضمن طول العمر والسلامة
البحرية	بناء السفن	مقاومة تآكل مياه البحر	حاسم لتكامل الهيكل
توليد الطاقة	المبادلات الحرارية	موصلية حرارية جيدة ومقاومة للتآكل	نقل حراري فعال في الظروف القاسية

تتضمن التطبيقات الأخرى:
- صناعة اللب والورق: تستخدم في عمليات التبييض واسترداد المواد الكيميائية.
- معالجة الطعام: المعدات التي تتطلب معايير صحية عالية ومقاومة للتآكل.
- الأدوية: المعدات وأنظمة الأنابيب حيث النظافة ومقاومة التآكل أمران أساسيان.

يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 318 لهذه التطبيقات بشكل أساسي بسبب خصائصه الميكانيكية الممتازة ومقاومته للتآكل، والتي تُعتبر ضرورية للحفاظ على الأداء والسلامة في البيئات الصعبة.

الاعتبارات المهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ المقاوم للصدأ 318	الفولاذ المقاوم للصدأ 316L	الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205	ملاحظات مختصرة حول المزايا/العيوب أو التوازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	مرونة جيدة	قوة أعلى	يقدم 318 توازنًا بين القوة والمرونة
المسألة الرئيسية لمقاومة التآكل	ممتاز في الكلوريدات	جيد في الأحماض	ممتاز في الكلوريدات	318 أفضل في بيئات الكلوريد
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	جيدة	من الأسهل اللحام باستخدام 316L
قابلية التشغيل الآلي	معتدلة	جيدة	معتدلة	من الأسهل تشغيل 316L
قابلية التشكيل	جيدة	ممتازة	معتدلة	تقدم 316L قابلية تشكيل أفضل
التكلفة النسبية التقريبية	أعلى	معتدلة	أعلى	تتغير التكلفة مع الطلب في السوق
التوفر النموذجي	معتدل	مرتفع	معتدل	316L متوفر بشكل أكثر شيوعًا

عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 318، تعتبر اعتبارات مثل التكلفة المعقولة، والتوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة أمرًا حاسمًا. على الرغم من أنه قد يكون أكثر تكلفة من درجات الأوستنيت القياسية، إلا أن أدائه الفائق في البيئات القاسية غالبًا ما يبرر الاستثمار. بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصه الفريدة تجعلها مناسبة للتطبيقات المتخصصة التي قد تفشل فيها المواد الأخرى.

باختصار، يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 318 مادة متعددة الاستخدامات ومتينه تتفوق في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصعبة، وخاصة في البيئات التي تكون فيها مقاومة الصدأ والقوة الميكانيكية أمران أساسيان. تجعل خصائصه الفريدة ومزاياه اختيارًا مفضلًا في العديد من الصناعات، مما يضمن السلامة وطول العمر في التطبيقات الحرجة.