الفولاذ المقاوم للصدأ 407: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 407 يصنف على أنه فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي، ويشتهر بقوته العالية ومقاومته المتوسطة للتآكل. يتم سبيكه بشكل أساسي بالكروم (12-14%) والنيكل (1-2%)، مما يساهم في خصائصه الفريدة. تعزز وجود الكروم مقاومته للتآكل، بينما يحسن النيكل المتانة والليونة.
نظرة شاملة
يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 407 بخصائصه الميكانيكية الممتازة، بما في ذلك قوة الشد العالية والصلابة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب المتانة ومقاومة التآكل. غالبًا ما يستخدم في البيئات التي تكون فيها مقاومة التآكل المتوسطة كافية، مثل صناعة معالجة الطعام والصناعة الكيميائية.
المزايا:
- قوة عالية: يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 407 قوة متفوقة مقارنة بالعديد من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الهيكلية.
- مقاومة جيدة للتآكل: تسمح صلابته له بتحمل الظروف الكاشطة، مما يمدد عمر المكونات المصنوعة من هذا المادة.
- مقاومة متوسطة للتآكل: على الرغم من أنه ليس بمقاومة التآكل مثل الدرجات الأوستنيتية، إلا أنه يعمل بشكل جيد في البيئات ذات التآكل الطفيف.
القيود:
- ليونة أقل: مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، فإن 407 لديه ليونة أقل، مما قد يحد من قابليته للتشكيل.
- القابلية للتشقق بفعل الإجهادات: في بعض البيئات، وخصوصًا تلك التي تحتوي على كلوريدات، قد يكون عرضة للتشقق بفعل الإجهادات.
تاريخيًا، تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 407 في تطبيقات متنوعة بسبب توازن قوته ومقاومته للتآكل، مما يجعله خيارًا موثوقًا في قطاع التصنيع.
أسماء بديلة، معايير، ونظائر
| الهيئة القياسية | التعيين/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S40700 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب نظير لـ AISI 410 مع اختلافات طفيفة في التركيب. |
| AISI/SAE | 407 | الولايات المتحدة الأمريكية | مشابه لـ 410 لكن مع خصائص مختلفة قليلاً. |
| ASTM | A240 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفات قياسية لصفائح وأوراق وشريط الفولاذ المقاوم للصدأ من الكروم والكروم-نيكل. |
| EN | 1.4006 | أوروبا | مماثل لـ AISI 410، مع خصائص مماثلة. |
| JIS | SUS 410 | اليابان | قابل للمقارنة مع AISI 410، يستخدم في تطبيقات مشابهة. |
توجد الاختلافات بين هذه الدرجات المعادلة غالبًا في عناصر السبيكة المحددة والخصائص الميكانيكية، مما يمكن أن يؤثر على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، بينما يكون كل من الفولاذ المقاوم للصدأ 407 و410 مارتنسيتي، فإن 410 يحتوي عادةً على نسبة كربون أعلى، مما يمكن أن يعزز الصلابة لكنه قد يقلل من الليونة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| Cr (الكروم) | 12.0 - 14.0 |
| Ni (النيكل) | 1.0 - 2.0 |
| C (الكربون) | 0.08 كحد أقصى |
| Mn (المنغنيز) | 1.0 كحد أقصى |
| Si (السيليكون) | 1.0 كحد أقصى |
| P (الفوسفور) | 0.04 كحد أقصى |
| S (الكبريت) | 0.03 كحد أقصى |
الكروم هو العنصر الرئيسي في السبيكة الذي يوفر مقاومة للتآكل، بينما يعزز النيكل المتانة والليونة. يساهم الكربون في الصلابة والقوة، مما يجعله عنصرًا حاسمًا في الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة النموذجية/النطاق (وحدات متريه - SI) | القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مهددة | 620 - 750 ميغاباسكال | 90 - 109 ksi | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (0.2% إزاحة) | مهددة | 450 - 550 ميغاباسكال | 65 - 80 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مهددة | 15 - 25% | 15 - 25% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل C) | مهددة | 25 - 35 HRC | 25 - 35 HRC | ASTM E18 |
| قوة التأثير (تشاري) | -20 درجة مئوية | 30 جول | 22 قدم-رطل | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين قوة الشد وقوة الخضوع العالية الفولاذ المقاوم للصدأ 407 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت الحمل. توفر صلابته مقاومة للتآكل، بينما تشير نسبة التمدد إلى ليونة معقولة لعمليات التشكيل.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (وحدات متريه - SI) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | - | 7.75 غرام/سم³ | 0.28 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار/النطاق | - | 1450 - 1510 درجة مئوية | 2642 - 2750 درجة فهرنهايت |
| موصلية حرارية | 20 درجة مئوية | 25 واط/م·ك | 14.5 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت |
| السعة الحرارية النوعية | 20 درجة مئوية | 500 جول/كغم·ك | 0.12 BTU/رطل·درجة فهرنهايت |
| المقاومة الكهربائية | 20 درجة مئوية | 0.73 ميكروأوم·م | 0.00000073 أوم·م |
| معامل التمدد الحراري | 20-100 درجة مئوية | 16.5 × 10⁻⁶ /ك | 9.2 × 10⁻⁶ /درجة فهرنهايت |
تشير كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ 407 إلى مادة ثقيلة نسبيًا، مما يسهم في قوته. تشير الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية إلى أنه يمكنه تحمل الضغوط الحرارية بشكل جيد، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتعرض للحرارة.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | الحرارة (درجة مئوية/درجة فهرنهايت) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 0 - 5 | 20 - 60 / 68 - 140 | متوسط | خطر تآكل بالتنقر. |
| الأحماض (HCl) | 0 - 10 | 20 - 40 / 68 - 104 | ضعيف | لا ينصح بالاستخدام. |
| القلويات | 0 - 5 | 20 - 60 / 68 - 140 | جيد | مقاومة متوسطة. |
| الجو | - | - | جيد | يعمل بشكل جيد في البيئات الخفيفة. |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 407 مقاومة متوسطة لمختلف العوامل المسببة للتآكل، خاصة في الأجواء الجوية. ومع ذلك، فهو أقل فعالية في البيئات الحمضية، مما قد يؤدي إلى تدهور كبير. بالمقارنة مع الدرجات الأوستنيتية مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل لـ 407 محدودة، خاصة في البيئات الغنية بالكلوريد التي يكون فيها خطر التشقق بالتنقر.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | الحرارة (درجة مئوية) | الحرارة (درجة فهرنهايت) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى | 400 درجة مئوية | 752 درجة فهرنهايت | مناسب للتطبيقات ذات الحرارة العالية. |
| درجة حرارة الخدمة المتقطعة القصوى | 425 درجة مئوية | 797 درجة فهرنهايت | يمكن أن يتحمل التعرض القصير لدرجات حرارة أعلى. |
| درجة حرارة التقشير | 600 درجة مئوية | 1112 درجة فهرنهايت | خطر الأكسدة فوق هذه الحرارة. |
في درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 407 بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة إذا تعرض للهواء. أداؤه في التطبيقات ذات الحرارة العالية عمومًا جيد، لكن يجب توخي الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز حد التقشير الخاص به.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS) | نوع الغاز/الفلكس المستخدم | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER 410 | الأرجون | يوصى بالتسخين المسبق لتجنب التشقق. |
| MIG | ER 410 | الأرجون + CO2 | مناسب للمقاطع الرقيقة. |
يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 407 باستخدام تقنيات قياسية، ولكن غالبًا ما يُوصى بالتسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. قد تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام ضرورية أيضًا لتخفيف الضغوط وتحسين الليونة.
قابلية التشغيل
| معلمة التشغيل | [الفولاذ المقاوم للصدأ 407] | الفولاذ القياسي (AISI 1212) | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60% | 100% | يتطلب سرعات قطع أبطأ. |
| سرعة القطع النموذجية | 30 م/دقيقة | 60 م/دقيقة | استخدم أدوات الكربيد لتحقيق أفضل النتائج. |
قابلية التشغيل متوسطة؛ بينما يمكن تشكيل 407 بشكل فعال، فإنه يتطلب أدوات محددة وسرعات أبطأ مقارنة بالفولاذات الأكثر قابلية للتشغيل مثل AISI 1212.
قابلية التشكيل
الفولاذ المقاوم للصدأ 407 أقل قابلية للتشكيل من الدرجات الأوستنيتية بسبب بنيته المارتنسيتي. يمكن أن يكون التشكيل البارد ممكنًا ولكنه قد يؤدي إلى تقسية العمل، مما يتطلب التحكم الدقيق في أنصاف أقطار الثني وعمليات التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق الحرارة (درجة مئوية/درجة فهرنهايت) | الوقت النموذجي للنقع | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التسخين | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 1 - 2 ساعة | هواء | تحسين الليونة وتقليل الصلابة. |
| التقسية | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 - 60 دقيقة | زيت أو هواء | زيادة الصلابة والقوة. |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية للفولاذ المقاوم للصدأ 407، مما يعزز صلابته وقوته، بالإضافة إلى السماح بتعديلات في الليونة من خلال التسخين.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| معالجة الطعام | أدوات المطبخ والسكاكين | قوة عالية، مقاومة متوسطة للتآكل | المتانة وسهولة التنظيف. |
| الصناعة الكيميائية | مكونات المضخات | مقاومة التآكل، القوة | طول العمر في البيئات القاسية. |
| صناعة السيارات | أنظمة العادم | قوة في درجات الحرارة العالية | الأداء تحت الضغوط الحرارية. |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- الأدوات الطبية: بسبب قوتها ومقاومتها للتآكل.
- النفط والغاز: مكونات تحتاج إلى المتانة في البيئات التآكلية.
يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 407 لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة ومقاومة التآكل، مما يجعله مناسبًا للبيئات القاسية.
اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 407 | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 410 | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304 | ملاحظة موجزة حول المزايا/العيوب أو التوازن |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة متوسطة | ليونة جيدة | 407 أقوى ولكن أقل ليونة. |
| الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل | مقاومة متوسطة | مقاومة متوسطة | مقاومة ممتازة | 304 متفوقة في البيئات التآكلية. |
| قابلية اللحام | متوسطة | جيدة | ممتازة | 407 تتطلب مزيدًا من العناية في اللحام. |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | ممتازة | 407 أصعب في التشغيل من 304. |
| قابلية التشكيل | محدودة | متوسطة | ممتازة | 304 أسهل في التشكيل بسبب ليونتها. |
| التكلفة النسبية التقريبية | متوسطة | متوسطة | أعلى | 304 عمومًا تكلف أكثر بسبب محتوى السبيكة. |
| التوافر الشائع | شائع | شائع | شائع جداً | 304 متاحة على نطاق واسع بسبب شعبيتها. |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 407، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، مقاومته للتآكل، وملاءمته للتطبيقات المحددة. بينما يقدم مزايا في القوة ومقاومة التآكل، يجب تقييم قيوده في الليونة ومقاومة التآكل مقارنةً بالدرجات الأوستنيتية مثل 304 بناءً على الاستخدام المقصود.
باختصار، الفولاذ المقاوم للصدأ 407 هو مادة متعددة الاستخدامات تجد مكانها في صناعات مختلفة بسبب توليفتها الفريدة من الخصائص. فهم خصائصه ومزاياه وقيوده ضروري لاتخاذ قرارات مستنيرة في اختيار المواد.