الفولاذ المقاوم للصدأ 405: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 405 يصنف على أنه فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيت، معروف بقوته العالية ومقاومته المعتدلة للتآكل. يحتوي هذا الدرجة على كميات كبيرة من الكروم (12-14%) والنيكل (1-2%)، مع محتوى الكربون الذي يكون عادة حول 0.05-0.15%. يوفر وجود الكروم مقاومة للأكسدة، بينما يعزز النيكل المتانة والمرونة. يساعد محتوى الكربون المنخفض في الحفاظ على مقاومة التآكل بينما يسمح بالتصلب من خلال المعالجة الحرارية.
نظرة شاملة
يستخدم فولاذ 405 المقاوم للصدأ بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة معتدلة للتآكل. يسمح هيكله المارتنسيت بتصلبه من خلال المعالجة الحرارية، مما يجعله Suitable for components that endure mechanical stress. يظهر الفولاذ قابلية جيدة للحام ويمكن تشكيله بسهولة، مما يزيد من تنوعه في مختلف التطبيقات الهندسية.
المزايا:
- قوة عالية: القدرة على التصلب من خلال المعالجة الحرارية تعزز الخصائص الميكانيكية.
- مقاومة معتدلة للتآكل: مناسب للبيئات التي يحدث فيها تعرض للرطوبة والعوامل التآكلية الخفيفة.
- قابلية تصنيع جيدة: يمكن لحامه وتشكيله بفعالية، مما يجعله قابلاً للتكيف مع مختلف عمليات التصنيع.
القيود:
- مقاومة تآكل أقل مقارنة بالدرجات الأوستنيتية: بينما يعمل بشكل جيد في ظروف معينة، فإنه ليس مقاومًا للعوامل التآكلية العدوانية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.
- عرضة لتشقق التآكل بسبب الضغط: في ظروف معينة، خصوصاً في البيئات الغنية بالكلور، قد يكون عرضة لتشقق التآكل بسبب الضغط.
تاريخيًا، تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 405 في تطبيقات مثل أنظمة عوادم السيارات، ومبادلات الحرارة، ومكونات صناعية مختلفة، مما يعكس توازنه بين القوة ومقاومة التآكل.
أسماء بديلة، معايير، ونظائر
| منظمة المعايير | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | الملاحظات/الملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S40500 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب نظير لـ AISI 405 |
| AISI/SAE | 405 | الولايات المتحدة الأمريكية | تسمية شائعة الاستخدام |
| ASTM | A240/A240M | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4002 | أوروبا | اختلافات تركيبية طفيفة يجب الانتباه لها |
| JIS | SUS405 | اليابان | خصائص مماثلة، ولكن قد تختلف في التطبيقات المحددة |
تختلف الدرجات المعادلة غالبًا في عناصر السبيكة المحددة وخصائصها الميكانيكية، مما يمكن أن يؤثر على الأداء في التطبيقات المحددة. على سبيل المثال، بينما قد يجمع كل من 405 و1.4002 مقاومة مماثلة للتآكل، قد تكون الخصائص الميكانيكية مختلفة قليلاً بسبب تغيرات في محتوى النيكل.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (رمز واسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (كربون) | 0.05 - 0.15 |
| Cr (كروم) | 12.0 - 14.0 |
| Ni (نيكل) | 1.0 - 2.0 |
| Mn (منغنيز) | 0.5 - 1.0 |
| Si (سيليكون) | 0.5 كحد أقصى |
| P (فوسفور) | 0.04 كحد أقصى |
| S (كبريت) | 0.03 كحد أقصى |
الدور الرئيسي للكروم في فولاذ 405 المقاوم للصدأ هو تعزيز مقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة. يساهم النيكل في تحسين المتانة والمرونة، بينما يساعد المنغنيز في إزالة الأكسدة ويحسن من إمكانية التصلب. يعد محتوى الكربون المنخفض أمرًا حيويًا للحفاظ على مقاومة التآكل ويسمح بتصلب فعال من خلال المعالجة الحرارية.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخمد | درجة حرارة الغرفة | 550 - 750 ميجا باسكال | 80 - 110 ksi | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انحراف) | مخمد | درجة حرارة الغرفة | 300 - 450 ميجا باسكال | 44 - 65 ksi | ASTM E8 |
| تطويل | مخمد | درجة حرارة الغرفة | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل ب) | مخمد | درجة حرارة الغرفة | 80 - 90 | 80 - 90 | ASTM E18 |
| قوة الصدمة | مخمد | -20 °C | 30 - 50 جول | 22 - 37 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجمع قوة الشد العالية وقوة العائد الفولاذ المقاوم للصدأ 405 لجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت التحميل الميكانيكي. تشير قيم التطويل إلى مرونة جيدة، مما يسمح بالتشوه دون انكسار، وهو أمر أساسي في التطبيقات الديناميكية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.75 جرام/سم³ | 0.28 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار/النطاق | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| الموصلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 14.5 BTU·إنش/(ساعة·قدم²·°F) |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.12 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.73 ميكروأوم·م | 0.00000073 أوم·م |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.0 x 10⁻⁶/ك | 8.9 x 10⁻⁶/°F |
تساهم كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ 405 في وزنها وخصائص قوتها، بينما تشير نقطة انصهارها إلى ملاءمتها للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. تعتبر الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية مهمة للتطبيقات التي تت涉及 نقل الحرارة، مثل المبادلات الحرارية.
مقاومة التآكل
| العامل التآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تقييم المقاومة | الملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 3-5 | 25 °C / 77 °F | عادلة | خطر الحفر |
| حمض الكبريتيك | 10 | 25 °C / 77 °F | ضعيف | ليس موصى به |
| حمض الأسيتيك | 5 | 25 °C / 77 °F | جيد | مقاومة معتدلة |
| مياه البحر | - | 25 °C / 77 °F | عادلة | عرضة للتآكل المحلي |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 405 مقاومة معتدلة للتآكل في بيئات مختلفة. يعمل بشكل معقول في ظروف التآكل الخفيف، مثل حمض الأسيتيك ومياه البحر، لكنه عرضة للحفر وتشقق التآكل بسبب الضغط في البيئات الغنية بالكلور. مقارنة بالدرجات الأوستنيتية مثل 304 أو 316، فإن 405 لديه مقاومة تآكل أقل بشكل عام، خصوصًا في البيئات العدوانية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | الملاحظات |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى | 650 °C | 1202 °F | مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية |
| درجة حرارة الخدمة المتقطعة القصوى | 700 °C | 1292 °F | تعرض مؤقت فقط |
| درجة حرارة التفاعل | 800 °C | 1472 °F | خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة |
| يبدأ اعتبار مقاومة الزحف حوالي | 500 °C | 932 °F | تنخفض مقاومة الزحف بشكل كبير |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 405 بقوته لكنه قد يتعرض للأكسدة. تشير درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى إلى ملاءمته للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، بينما تبرز درجة حرارة التفاعل خطر الأكسدة في الظروف القاسية.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملائم الموصى به (تصنيف AWS) | غاز الحماية/الفلكس النموذجي | الملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER 405 | أرجون | نتائج جيدة مع التقنية الصحيحة |
| MIG | ER 308L | أرجون/CO2 | مناسب للأقسام الأكثر سمكًا |
| Stick | E 308L | - | يوصى بالتسخين المسبق |
يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 405 عمومًا قابلًا للحام، لكن يوصى بالتسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام خصائص اللحام، مما يضمن السلامة والأداء.
قابلية التشغيل
| معلمة التشغيل | فولاذ 405 المقاوم للصدأ | AISI 1212 | الملاحظات/النصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60 | 100 | قابلية تشغيل معتدلة |
| سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 30 م/دقيقة | 50 م/دقيقة | استخدام أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج |
يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ 405 بقابلية تشغيل معتدلة، ويتطلب أدوات وسرعات قطع مناسبة لتحقيق النتائج المثلى. يوصى باستخدام أدوات كربيد لعمليات التشغيل الفعالة.
قابلية التشكيل
يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ 405 من خلال عمليات باردة وساخنة. يمكن أن تكون عملية التشكيل البارد ممكنة ولكن قد تتطلب قوى أعلى بسبب قوته. يظهر المادة صلابة عمل، مما قد يؤثر في انحناءات الانحناء وحدود التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | زمن النقع النموذجي | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخمير | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 1 - 2 ساعة | هواء أو ماء | تخفيف الضغوط، تحسين المرونة |
| التصلب | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30 دقيقة | زيت أو هواء | زيادة الصلابة والقوة |
أثناء المعالجة الحرارية، يخضع الفولاذ المقاوم للصدأ 405 لتحولات معدنية تعزز خصائصه الميكانيكية. يخفف التخمير الضغوط الداخلية ويحسن المرونة، بينما يزيد التصلب القوة بشكل ملحوظ.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| السيارات | أنظمة العوادم | قوة عالية، مقاومة معتدلة للتآكل | الدوام تحت الضغط الحراري |
| النفط والغاز | مكونات الصمامات | قوة عالية، قابلية للحام | موثوقية في البيئات القاسية |
| الفضاء الجوي | مكونات المحركات | قوة عالية، مقاومة للحرارة | الأداء في درجات الحرارة المرتفعة |
تشمل التطبيقات الأخرى:
* - المبادلات الحرارية
* - مكونات الآلات الصناعية
* - المسامير والتجهيزات
يعود اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 405 لهذه التطبيقات في المقام الأول إلى توازنه بين القوة، ومقاومة التآكل، وقابلية التصنيع، مما يجعله مناسبًا للمكونات التي تتعرض إلى الضغط الميكانيكي والتعرض لمجموعة متنوعة من البيئات.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | فولاذ 405 المقاوم للصدأ | فولاذ 304 المقاوم للصدأ AISI | فولاذ 316 المقاوم للصدأ AISI | ملاحظة مختصرة حول الإيجابيات/السلبيات أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة معتدلة | قوة معتدلة | يقدم 405 قوة تفوق |
| الجانب المقاوم للتآكل الرئيسي | مقاومة معتدلة | مقاومة جيدة | مقاومة ممتازة | 405 أقل مقاومة من 304/316 |
| قابلية اللحام | جيدة | ممتازة | ممتازة | يتطلب 405 المزيد من العناية في اللحام |
| قابلية التشغيل | معتدلة | جيدة | معتدلة | 405 أقل قابلية للتشغيل من 304 |
| قابلية التشكيل | معتدلة | جيدة | جيدة | 405 أقل قابلية للتشكيل من 304 |
| التكلفة النسبية التقريبية | معتدلة | معتدلة | أعلى | غالبًا ما يكون 405 أكثر فعالية من حيث التكلفة |
| توفر النموذج | شائع | شائع جدًا | شائع | 405 متوفر على نطاق واسع |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 405، تشمل الاعتبارات فعاليته من حيث التكلفة، وتوفره، ومدى ملاءمته للتطبيقات المحددة. بينما قد لا يقدم نفس مستوى مقاومة التآكل مثل الدرجات الأوستنيتية، فإن قوته العالية ومقاومته المعتدلة تجعله خيارًا قابلاً للتطبيق للكثير من التطبيقات الهندسية. بالإضافة إلى ذلك، تعزز قابليته للحام والتشغيل تنوعه في عمليات التصنيع.
في الختام، يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 405 مادة قيمة في مختلف الصناعات، حيث يوازن بين القوة، ومقاومة التآكل، وقابلية التصنيع. يمكن أن تساعد فهم خصائصه وتطبيقاته المهندسين والمصممين في اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن المواد لمشاريعهم.