347H الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

تعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 347H من الفئات عالية الأداء والمتمركزة على الأوستنيتيك، وهي معروفة بشكل أساسي بمقاومتها الممتازة للأكسدة والتآكل عند درجات الحرارة المرتفعة. يتم تصنيفها تحت السلسلة 300 من الفولاذ المقاوم للصدأ، والتي تتميز بمحتواها العالي من المحتوى الكرومي والنيكل. العناصر الرئيسية في سبيكة 347H تشمل الكروم (Cr)، النيكل (Ni)، والنيوبيوم (Nb)، مع محتوى منخفض من الكربون الذي يعزز قابليتها للحام ومقاومتها للتآكل بين الحبيبات.

نظرة شاملة

الفولاذ المقاوم للصدأ 347H هو فولاذ أوستنيتيك مناسب بشكل خاص للتطبيقات ذات درجة الحرارة العالية. يتكون تركيبه عادةً من حوالي 18٪ كروم، 11٪ نيكل، و5٪ نيوبيوم، مما يساهم في خصائصه الفريدة. إضافة النيوبيوم تثبت الهيكل وتساعد في منع ترسب الكربيد أثناء اللحام، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب اللحام في بيئات ذات درجات حرارة مرتفعة.

الخصائص الرئيسية:
- مقاومة درجات الحرارة العالية: يمكن أن تتحمل 347H درجات حرارة تصل إلى 900 درجة مئوية (1650 درجة فهرنهايت) دون فقدان كبير في الخصائص الميكانيكية.
- مقاومة التآكل: تظهر مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من البيئات المسببة للتآكل، بما في ذلك الأحماض الكبريتيه والفوسفورية.
- قابلية اللحام: يعزز محتوى الكربون المنخفض وإضافة النيوبيوم قابلية اللحام، مما يجعلها مناسبة لعمليات التصنيع.

المزايا:
- مقاومة ممتازة للأكسدة عند درجات الحرارة العالية.
- خصائص ميكانيكية جيدة عند درجات الحرارة المرتفعة.
- قابلية لحام معززة مقارنةً بفولاذ مقاوم للصدأ آخر.

القيود:
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.
- ليست مناسبة للتطبيقات التي تنطوي على بيئات مختزلة قوية.

الفولاذ المقاوم للصدأ 347H له وجود قوي في السوق، خاصة في الصناعات مثل البتروكيماويات وتوليد الطاقة والطيران، حيث يعد الأداء في درجات الحرارة العالية أمرًا حاسمًا. تكمن أهميته التاريخية في تطويره لمعالجة تحديات تآكل الحبيبات في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	S34709	الولايات المتحدة الأمريكية	معادل أقرب لـ AISI 347 بمحتوى كربون أعلى.
AISI/SAE	347H	الولايات المتحدة الأمريكية	نوع كربوني مرتفع من 347 لتحسين القوة عند درجات الحرارة العالية.
ASTM	A240	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة معيارية للصفائح والأوراق والشريط من الفولاذ المقاوم للصدأ الكرومي والكروم-نيكل.
EN	1.4961	أوروبا	التسمية المعادلة في المعايير الأوروبية.
JIS	SUS347H	اليابان	معيار صناعي ياباني معادل.

تكمن الاختلافات بين 347 و347H أساسًا في محتوى الكربون، حيث يحتوي 347H على نسبة كربون أعلى، مما يعزز من قوته في درجات الحرارة المرتفعة. تعتبر هذه التفرقة حاسمة عند اختيار المواد للتطبيقات التي تتطلب استقرارًا حراريًا.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
Cr (الكوروم)	17.0 - 19.0
Ni (النيكل)	9.0 - 12.0
Nb (النيوبيوم)	5.0 - 7.0
C (الكربون)	0.04 - 0.10
Mn (المنغنيز)	2.0 كحد أقصى
Si (السيليكون)	1.0 كحد أقصى
P (الفوسفور)	0.045 كحد أقصى
S (الكبريت)	0.030 كحد أقصى

الدور الرئيسي للكروم هو تعزيز مقاومة التآكل، بينما يساهم النيكل في صلابة الفولاذ ومرونته. يثبت النيوبيوم التركيب الأوستنيتي ويمنع ترسب الكربيد، وهو أمر حاسم خلال عمليات اللحام. يقلل محتوى الكربون المنخفض من خطر التآكل بين الحبيبات، مما يجعل 347H مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة/النطاق النموذجي (وحدات متري - SI)	القيمة/النطاق النموذجي (وحدات إيمبريالية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمّر	520 - 750 ميجا باسكال	75 - 109 ك.س.ا	ASTM E8
قوة الخضوع (0.2% إزاحة)	مخمّر	205 - 310 ميجا باسكال	30 - 45 ك.س.ا	ASTM E8
طول التمدد	مخمّر	40%	40%	ASTM E8
صلابة (روكويل B)	مخمّر	85 كحد أقصى	85 كحد أقصى	ASTM E18
قوة الصدمة	-20 درجة مئوية	40 J	30 قدم-رطل	ASTM E23

يتميز الجمع بين قوة الشد وقوة الخضوع العالية، بالإضافة إلى طول التمدد الجيد، بأن الفولاذ المقاوم للصدأ 347H مناسب للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت التحميل الميكانيكي. تضمن قوة الصدمة في درجات الحرارة المنخفضة الأداء في التطبيقات الكريوجينية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (وحدات متري - SI)	القيمة (وحدات إيمبريالية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.93 غرام/سم³	0.286 رطلاً/بوصة³
درجة انصهار	-	1400 - 1450 درجة مئوية	2552 - 2642 درجة فهرنهايت
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	16.2 واط/م·ك	112 وحدة BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف)
السعة الحرارية المحددة	درجة حرارة الغرفة	500 جول/كغم·ك	0.12 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.72 ميكروأوم·م	0.0000143 أوم·بوصة

تشير كثافة 347H ودرجة انصهارها إلى قوتها، بينما توحي موصلية الحرارة والسعة الحرارية المحددة بخواص إدارة حرارية جيدة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. هذه الخصائص الفيزيائية ضرورية للصناعات التي تتطلب استقرارًا حراريًا.

مقاومة التآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
حمض الكبريتيك	10%	25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت	جيد	خطر التشقق عند درجات الحرارة العالية.
حمض الفوسفوريك	20%	25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت	ممتاز	مقاومة جيدة للغاية.
كلوريدات	3%	60 درجة مئوية / 140 درجة فهرنهايت	مقبول	عرضة للتآكل بالتشقق.
مياه البحر	-	25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت	جيد	مقاوم عمومًا، لكن الحذر مطلوب.

يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ 347H مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من المواد المسببة للتآكل، خاصة في البيئات الحمضية. ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل بالتشقق في البيئات الغنية بالكلوريد، وهو اعتبار حاسم للتطبيقات البحرية. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 316L، الذي يقدم أيضًا مقاومة جيدة للتآكل، فإن 347H يوفر أداءً متفوقًا في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية لكنه قد يكون أقل فعالية في البيئات المختزلة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	900 درجة مئوية	1650 درجة فهرنهايت	-
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	1000 درجة مئوية	1832 درجة فهرنهايت	-
درجة حرارة التآكل	1150 درجة مئوية	2102 درجة فهرنهايت	-
اعتبارات قوة الزحف	600 درجة مئوية	1112 درجة فهرنهايت	تبدأ في فقدان القوة.

يحافظ الفولاذ المقاوم للصدأ 347H على خصائصه الميكانيكية عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في محطات الطاقة ومعالجة الكيميائيات. تسمح مقاومته للأكسدة بأداء جيد في البيئات التي يحدث فيها دوران حراري. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من 900 درجة مئوية، حيث قد تصبح زحف مصدر قلق.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلوكس الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER347H	أرجون	نتائج ممتازة مع التقنية المناسبة.
MIG	ER347H	أرجون + 2% O2	جيد للأقسام الرقيقة.
Stick	E347	-	مناسب للتطبيقات الميدانية.

الفولاذ المقاوم للصدأ 347H قابل للحام بشكل جيد، واستخدام المعادن الملء المناسبة يضمن لحامات قوية مع الحد الأدنى من خطر العيوب. قد تتطلب الأقسام الأكثر سمكًا التسخين المسبق لتجنب الشقوق. يمكن أن تعزز معالجة ما بعد اللحام خصائص اللحام بشكل أكبر.

قابلية التشغيل الميكانيكي

معلمة التشغيل	الفولاذ المقاوم للصدأ 347H	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	50	100	قابلية تشغيل معتدلة؛ تتطلب أدوات كربيد.
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	60 م/دقيقة	تعديل السرعات حسب الأدوات والعمليات.

للفولاذ المقاوم للصدأ 347H قابلية تشغيل معتدلة، يمكن تحسينها باستخدام أدوات من الفولاذ عالي السرعة أو كربيد. السرعات والتغذيات المناسبة أساسية لتجنب قساوة العمل.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ 347H باستخدام تقنيات قياسية، سواء كانت حارة أو باردة. ومع ذلك، يظهر عليها قساوة العمل، مما قد يتطلب مزيدًا من القوة أثناء عمليات التشكيل. يجب أخذ الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء في الاعتبار لتجنب الشقوق.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين الحلولي	1050 - 1100 °م / 1922 - 2012 °ف	30 دقيقة	هواء أو ماء	ذوبان الكربيدات، وتعزيز مرونة الفولاذ.
تخفيف التوتر	400 - 600 °م / 752 - 1112 °ف	1 - 2 ساعة	هواء	تقليل التوترات المتبقية.

عمليات معالجة الحرارة مثل التسخين الحلولي تعزز المرونة والصلابة للفولاذ المقاوم للصدأ 347H. التحولات المعدنية خلال هذه المعالجات تؤثر بشكل كبير على الهيكل الدقيق، مما يحسن أدائه في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الفولاذية الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
البتر وكيماويات	أوعية المفاعل	مقاومة الحرارة والتآكل العالية	أساسي لسلامة العملية.
توليد الطاقة	أنابيب الغلايات	مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية	تضمن عمر خدمة طويل.
الفضاء	أنظمة العادم	قوة عالية واستقرار حراري	حرجة للأداء.

يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 347H عادةً في التطبيقات التي تتطلب قوة عند درجات الحرارة العالية ومقاومة للتآكل. غالبًا ما يتم اختيارها بناءً على الحاجة إلى الموثوقية والمتانة في البيئات القاسية.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ المقاوم للصدأ 347H	الفولاذ المقاوم للصدأ 316L	إنكونيل 625	ملاحظات مختصرة حول المزايا/العيوب أو المقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	مرونة جيدة	قوة ممتازة	تقدم 347H أداءً أفضل في درجات الحرارة العالية.
جانب مقاومة التآكل الرئيسي	جيدة في الأحماض	ممتازة في الكلوريدات	ممتازة عند درجات الحرارة العالية	316L أفضل في البيئات الغنية بالكلوريد.
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة	متوسطة	347H أسهل في اللحام.
قابلية التشغيل الميكانيكي	متوسطة	جيدة	رديئة	تتطلب 347H تشغيل دقيق.
التكلفة التقديرية النسبية	متوسطة	أقل	أعلى	تختلف اعتبارات التكلفة حسب التطبيق.
التوافر النموذجي	متوسطة	عالية	منخفضة	قد تكون 347H أقل توافراً من 316L.

عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 347H، تشمل الاعتبارات جدواه من حيث التكلفة، وتوافره، ومتطلبات التطبيق المحددة. إن أداؤه عند درجات الحرارة العالية يجعله خيارًا مفضلًا في الصناعات التي تكون فيها الموثوقية حاسمة. ومع ذلك، قد تتطلب إمكانية حدوث التآكل بالتشقق في البيئات الغنية بالكلوريد تقييم دقيق مقابل البدائل مثل 316L أو إنكونيل 625، اعتمادًا على التطبيق المحدد والظروف البيئية.

باختصار، يعد الفولاذ المقاوم للصدأ 347H مادة متعددة الاستخدامات وقوية تبرز في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والتآكل، مما يجعلها خيارًا قيمًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية.