347 الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 347 هو نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي معروف بمقاومته الممتازة للتآكل وقوة التحمل في درجات الحرارة العالية. يتم سبكه بشكل أساسي مع الكروم (Cr) والنيكل (Ni)، مع إضافة النيوبيوم (Nb) لاستقرار الهيكل ضد ترسب الكربيد أثناء اللحام والخدمة في درجات الحرارة العالية. هذا الاستقرار ضروري للحفاظ على سلامة الفولاذ في البيئات التي قد يتعرض فيها لدرجات حرارية مرتفعة.
نظرة شاملة
يتم تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ 347 كفولاذ أوستنيتي، والذي يتميز بهيكله البلوري ثلاثي الأبعاد (FCC). يوفر هذا الهيكل قابلية ممتازة للتشكيل ومتانة، مما يجعله مناسباً لمجموعة متنوعة من التطبيقات. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 347 ما يلي:
- الكروم (Cr): عادة 17-19%، مما يعزز مقاومة التآكل ويساهم في قوة الفولاذ العامة.
- النيكل (Ni): عادة 9-12%، مما يحسن القابلية للتشكيل والمتانة، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة.
- النيوبيوم (Nb): يُضاف لاستقرار الفولاذ ضد ترسب الكربيد، خصوصاً أثناء اللحام.
الخصائص الرئيسية
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 347 عدة خصائص بارزة:
- مقاومة التآكل: مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل في مجموعة متنوعة من البيئات، بما في ذلك الظروف الحمضية ودرجات الحرارة العالية.
- قوة التحمل في درجات الحرارة العالية: يحتفظ بالقوة والمتانة في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسباً للاستخدام في المبادلات الحرارية ومكونات الأفران.
- قابلية اللحام: قابلية لحام جيدة بفضل وجود النيوبيوم، مما يقلل من خطر ترسب الكربيد أثناء اللحام.
المزايا والقيود
| المزايا (الإيجابيات) | القيود (السلبيات) |
|---|---|
| مقاومة ممتازة للتآكل | تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ الكربوني |
| قوة جيدة في درجات الحرارة العالية | قوة أقل مقارنة ببعض الفولاذات السبائكية |
| قابلية لحام جيدة | عرضة للتشقق بسبب تآكل الإجهاد في بعض البيئات |
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 347 بشكل شائع في الصناعات مثل معالجة المواد الكيميائية، والطيران، وتوليد الطاقة بسبب تركيبة خصائصه الفريدة. تكمن أهميته التاريخية في تطويره كحل للتطبيقات التي تتطلب مقاومة التآكل وأداء عالي في درجات الحرارة.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصل | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S34700 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب معادل لـ AISI 347 |
| AISI/SAE | 347 | الولايات المتحدة الأمريكية | تسمية مستخدمة بشكل شائع |
| ASTM | A240 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4550 | أوروبا | تسمية معادلة في المعايير الأوروبية |
| DIN | X6CrNiNb18-10 | ألمانيا | اختلافات طفيفة في التركيب يجب الانتباه إليها |
| JIS | SUS347 | اليابان | معيار الصناعة اليابانية المعادل |
يمكن أن تؤثر الاختلافات بين الدرجات المعادلة على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، بينما كل من الفولاذين المقاومين للصدأ 347 و321 هما درجات مستقرة، فإن 321 يحتوي على التيتانيوم، والذي قد يفضل في بعض البيئات حيث تكون خصائص التيتانيوم مفيدة.
الخصائص الرئيسية
تركيب كيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| Cr (الكروم) | 17.0 - 19.0 |
| Ni (النيكل) | 9.0 - 12.0 |
| Nb (النيوبيوم) | 0.5 - 1.0 |
| C (الكربون) | ≤ 0.08 |
| Mn (المنغنيز) | ≤ 2.0 |
| Si (السيليكون) | ≤ 1.0 |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.045 |
| S (الكبريت) | ≤ 0.03 |
الدور الأساسي للعناصر السبائكية الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 347 يشمل:
- الكروم: يعزز مقاومة التآكل ويشكل طبقة أكسيد واقية.
- النيكل: يحسن المتانة والقابلية للتشكيل، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة.
- النيوبيوم: يثبت الفولاذ ضد ترسب الكربيد، خصوصاً أثناء اللحام وتطبيقات درجات الحرارة العالية.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الشرط/الحرارة | القيمة المعتادة/النطاق (المترية - وحدات SI) | القيمة المعتادة/النطاق (الوحدات الإمبراطورية) | القياسية المرجعية لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخمرة | 520 - 750 ميغاباكسل | 75 - 109 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (0.2% تحوير) | مخمرة | 205 - 310 ميغاباكسل | 30 - 45 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| الانكماش | مخمرة | 40% | 40% | ASTM E8 |
| تقليل المساحة | مخمرة | 60% | 60% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل B) | مخمرة | 85 - 95 HRB | 85 - 95 HRB | ASTM E18 |
| قوة الصدمة (شاربي V-notch) | -20°C | 40 جول | 29.5 قدم-باوند | ASTM E23 |
يجعل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية الفولاذ المقاوم للصدأ 347 مناسباً للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وقابلية للتشكيل، خاصة تحت ظروف التحميل الميكانيكي. كما أن قدرته على الحفاظ على القوة في درجات الحرارة المرتفعة تجعل منه مثاليًا لسلامة الهيكل في البيئات عالية الحرارة.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الشرط/درجة الحرارة | القيمة (المترية - وحدات SI) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 8.0 غرام/سم³ | 0.289 رطل/إنش³ |
| درجة/نطاق انصهار | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.2 واط/(م·ك) | 112 وحدة حرارية بريطانية/(ساعة·قدم²·°F) |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/(كغ·ك) | 0.119 وحدة حرارية بريطانية/(رطل·°F) |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.0000013 أوم·إنش |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶ /ك | 8.9 x 10⁻⁶ /°F |
| النفاذية المغناطيسية | درجة حرارة الغرفة | غير مغناطيسي | غير مغناطيسي |
تتضمن الأهمية العملية للخصائص الفيزيائية الرئيسية:
- الكثافة: تؤثر على اعتبارات الوزن في التطبيقات الهيكلية.
- التوصيل الحراري: مهم لتطبيقات المبادلات الحرارية حيث يتطلب نقل حراري فعال.
- معامل التمدد الحراري: حاسم للتطبيقات التي تتضمن تغييرات في درجة الحرارة، حيث يؤثر على الاستقرار البعدي.
مقاومة التآكل
| عامل التآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الهاليدات | 3-10 | 20-60 / 68-140 | جيد | خطر التآكل |
| حمض الكبريتيك | 10-30 | 20-50 / 68-122 | عادى | عرضة لـ SCC |
| حمض النيتريك | 10-30 | 20-60 / 68-140 | ممتاز | مقاوم للهجوم الموضعي |
| مياه البحر | - | محطة | جيد | ملائم للتطبيقات البحرية |
| حمض الأسيتيك | 5-20 | 20-60 / 68-140 | عادى | خطر التآكل الموضعي |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 347 مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، خصوصًا في الظروف الحمضية ودرجات الحرارة العالية. إن مقاومته للتآكل الموضعي وتآكل الإجهاد (SCC) تجعله مناسبًا للتطبيقات في معالجة المواد الكيميائية والأجواء البحرية. بالمقارنة مع درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى، مثل 316 و321، يوفر 347 أداءً متفوقًا في التطبيقات عالية الحرارة بفضل استقراره للنيوبيوم.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى حرارة خدمة مستمرة | 925 | 1700 | مناسب للخدمة المستمرة |
| أقصى حرارة خدمة متقطعة | 870 | 1600 | يمكن أن يتحمل التعرض القصير |
| درجة حرارة التقشر | 1000 | 1832 | يبدأ في فقدان القوة فوق هذه الدرجة |
| تبدأ اعتبارات قوة الزحف | 600 | 1112 | مهم للتطبيقات طويلة الأمد |
يؤدي الفولاذ المقاوم للصدأ 347 أداءً جيدًا في درجات الحرارة المرتفعة، حيث يحافظ على قوته ومقاومته للأكسدة. ومع ذلك، يجب اتخاذ الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز 925 درجة مئوية (1700 درجة فهرنهايت)، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى التقشر وفقدان الخصائص الميكانيكية. إن مقاومته للأكسدة مفيدة بشكل خاص في التطبيقات مثل مكونات الأفران ومبادلات الحرارة.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الإضافي الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلوكس الحماية الشائعة | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER347 | الأرجون | جيد للأقسام الرقيقة |
| MIG | ER347 | الأرجون + 2% O₂ | مناسب للأقسام السميكة |
| SMAW | E347 | - | يتطلب التسخين المسبق |
الفولاذ المقاوم للصدأ 347 سهل اللحام، بفضل محتواه من النيوبيوم، مما يقلل من خطر ترسب الكربيد أثناء اللحام. قد يتطلب التسخين المسبق للأقسام السميكة لتفادي التشقق. يمكن أن يعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص الميكانيكية ويخفف من الضغوط المتبقية.
قابلية التشغيل الآلي
| معامل التشغيل الآلي | [الفولاذ المقاوم للصدأ 347] | الفولاذ المرجعي (AISI 1212) | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل الآلي النسبي | 40% | 100% | يتطلب سرعات قطع أبطأ |
| سرعة القطع المعتادة (التحويل) | 30 م/min | 60 م/min | استخدم أدوات كربيد |
يمتلك الفولاذ المقاوم للصدأ 347 قابلية تشغيل آلي معتدلة. يُوصى باستخدام سرعات قطع أبطأ وأدوات مناسبة لتحقيق نتائج مثلى. يمكن أن يؤدي وجود النيوبيوم إلى تصلب العمل، مما يتطلب الانتباه الشديد لظروف القطع.
قابلية التشكيل
يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ 347 باستخدام كل من عمليات العمل البارد والحار. يمكن أن يكون تشكيل البارد قابلاً للتنفيذ ولكن قد يتطلب ضغطاً إضافياً بسبب تصلب العمل. يفضل التشكيل الحار للأشكال المعقدة، حيث يقلل من خطر التشقق ويحسن من القابلية للتشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | مدة النقع المعتادة | طريقة التبريد | الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخليل | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 1-2 ساعة | هواء أو ماء | تخفيف الضغوط، تحسين القابلية للتشكيل |
| معالجة المحلول | 1050 - 1100 / 1920 - 2010 | 1 ساعة | ماء | ذوبان الكربيدات، تعزيز مقاومة التآكل |
أثناء المعالجة الحرارية، يخضع الفولاذ المقاوم للصدأ 347 لتحولات معدنية تعزز من تركيبته الدقيقة وخصائصه. يعمل التخليل على تخفيف الضغوط الداخلية وتحسين القابلية للتشكيل، بينما تعمل معالجة المحلول على ذوبان الكربيدات، مما يعزز من مقاومة التآكل.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال عن تطبيق محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| معالجة المواد الكيميائية | المبادلات الحرارية | قوة عالية الحرارة، مقاومة التآكل | مناسب للبيئات العدوانية |
| الطيران | أنظمة العادم | قوة عالية الحرارة، قابلية اللحام | مطلوبة للتطبيقات عالية الأداء |
| توليد الطاقة | مكونات الغلايات | مقاومة التآكل، قوة عالية الحرارة | ضرورية للمتانة والسلامة |
| البحرية | بناء السفن | مقاومة التآكل، قابلية اللحام | مثالية للبيئات البحرية |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- معدات معالجة الأغذية
- تصنيع الأدوية
- خطوط أنابيب النفط والغاز
يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 347 لهذه التطبيقات بفضل تركيبة خصائصه الفريدة من قوة الحرارة العالية ومقاومة التآكل الممتازة، مما يضمن الاعتمادية وطول العمر في البيئات الصعبة.
اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 347 | الفولاذ المقاوم للصدأ 316 | الفولاذ المقاوم للصدأ 321 | ملاحظة موجزة عن الإيجابيات/السلبيات أو المقايضات |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة معتدلة | قوة عالية | قوة عالية | يقدم 316 مقاومة أفضل للتآكل في البيئات الهاليدية |
| الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل | جيدة في البيئات الحمضية | ممتازة في الهاليدات | جيدة في التطبيقات عالية الحرارة | 321 أفضل للتطبيقات عالية الحرارة |
| قابلية اللحام | جيدة | ممتازة | جيدة | يفضل 316 في اللحامات الحرجة |
| قابلية التشغيل الآلي | معتدلة | جيدة | معتدلة | يعتبر 316 أسهل في التشغيل بسبب انخفاض تصلب العمل |
| قابلية التشكيل | جيدة | جيدة | جيدة | جميع الدرجات مناسبة للتشكيل |
| التكلفة التقريبية النسبية | معتدلة | أعلى | معتدلة | يعتبر 316 عموماً أغلى سعرًا |
| التوافر النموذجي | شائع | شائع جدًا | شائع | يعتبر 316 متوفرًا على نطاق واسع بسبب شعبيته |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 347، تشمل الاعتبارات الجدوى من ناحية التكلفة، والتوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة. تجعل خصائصه الفريدة منه مناسبًا لمجموعة من التطبيقات، خصوصًا حيث يكون أداء درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل حاسمين. علاوة على ذلك، يجب أن توجه اعتبارات السلامة في البيئات عالية الضغط اختيار المواد، مما يضمن أن الدرجة المختارة تلبي جميع المتطلبات التشغيلية.
باختصار، يُعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 347 مادة متعددة الاستخدامات وموثوقة، وتُقدَر بشكل خاص في الصناعات التي تتطلب أداءً في ظل ظروف قاسية.