فولاذ مقاوم للصدأ 455: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 455، المعروف أيضًا باسم Custom 455، هو فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتّي حاز على الاعتراف لتوليفته الفريدة من القوة العالية ومقاومة التآكل وقدرة التصنيع الجيدة. يُصنّف بشكل أساسي كفولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتّي، ويتسم بمحتواه العالي من الكروم والنيكل، مما يُسهم في خصائصه العامة. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية الكروم (Cr) والنيكل (Ni) والموليبدينوم (Mo)، حيث يؤدّي كل منها دورًا حاسمًا في تحديد خصائص الفولاذ.
نظرة شاملة
تم تصميم الفولاذ المقاوم للصدأ 455 للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة متوسطة للتآكل. يتضمّن تركيبه عادة حوالي 15-17% من الكروم، و4-6% من النيكل، و0.5-1.5% من الموليبدينوم، والتي تعزّز من خصائصه الميكانيكية ومقاومته للأكسدة. الهيكل المارتنسيتّي يسمح بمعالجة حرارية، مما يمكّن المادة من تحقيق مستويات عالية من الصلابة والقوة.
الخصائص الرئيسية:
- قوة عالية: توفر قوة شد وعزم ممتازة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الأكثر تطلبًا.
- مقاومة للتآكل: توفر مقاومة جيدة لبيئات التآكل المختلفة، وإن لم تكن عالية كدرجات الأوستينيت.
- القدرة على التصنيع: يمكن أن تُعالج بسهولة وتلحم، على الرغم من ضرورة توخي الحذر لتجنب التشقق أثناء اللحام.
المزايا:
- نسبة قوية إلى الوزن عالية.
- مقاومة جيدة للتآكل.
- مناسبة للمعالجة الحرارية لتحسين الخصائص.
القيود:
- مقاومة متوسطة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستينيت.
- عرضة للتشقق الناتج عن الضغط في ظروف معينة.
تاريخيًا، تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 455 في صناعات الطيران والسيارات والطب نظرًا لخصائصه المواتية. إن موقعه في السوق قوي، خاصة في الصناعات التي تعد فيها المواد عالية الأداء ضرورية.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
| منظمة المعايير | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S45500 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب معادل لـ AISI 630 |
| AISI/SAE | 455 | الولايات المتحدة الأمريكية | فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتّي |
| ASTM | A313 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية للأسلاك |
| EN | 1.4542 | أوروبا | خصائص مشابهة لـ AISI 630 |
| JIS | SUS 630 | اليابان | اختلافات تركيبية طفيفة |
تُبرز الجدول أعلاه المعايير المختلفة والتسميات المرتبطة بالفولاذ المقاوم للصدأ 455. من الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن الدرجات مثل AISI 630 وEN 1.4542 تُعتبر غالبًا معادلة، إلا أنها قد تُظهر اختلافات دقيقة في التركيبة قد تؤثر على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، يحتوي AISI 630 على محتوى نيكل أقل قليلاً، مما قد يؤثر على متانته ومقاومته للتآكل.
الخصائص الرئيسية
التكوين الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نسبة النطاق (%) |
|---|---|
| Cr (كروم) | 15.0 - 17.0 |
| Ni (نيكل) | 4.0 - 6.0 |
| Mo (موليبدينوم) | 0.5 - 1.5 |
| C (كربون) | 0.05 - 0.15 |
| Mn (منغنيز) | 0.5 - 1.0 |
| Si (سيليكون) | 0.5 - 1.0 |
| P (فوسفور) | ≤ 0.04 |
| S (كبريت) | ≤ 0.03 |
تؤدي العناصر السبائكية الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 455 أدوارًا مميزة:
- الكروم: يعزّز من مقاومة التآكل ويساهم في تكوين طبقة أكسيد واقية.
- النيكل: يحسّن من المتانة والمرونة، مما يسمح بأداء أفضل تحت الضغط.
- الموليبدينوم: يزيد من المقاومة للتآكل الناجم عن النقر والشق، خاصة في بيئات الكلوريد.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (متري) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | معيار المرجعية لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مقوّى | درجة حرارة الغرفة | 860 - 1030 ميغاباسكال | 125 - 150 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| قوة العزم (إزاحة 0.2%) | مقوّى | درجة حرارة الغرفة | 620 - 800 ميغاباسكال | 90 - 116 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| التمدد | مقوّى | درجة حرارة الغرفة | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل C) | مقوّى | درجة حرارة الغرفة | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| قوة التأثير | مقوّى | -40°C | 30 جول | 22 قدم-pound-force | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 455 مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تشمل أحمال ميكانيكية عالية. تمكّنه قوته العالية في الشد والعزم من تحمل ضغط كبير، بينما تضمن قيمته من التمدد وقوة التأثير أنه يمكنه امتصاص الطاقة دون أن ينكسر.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (متري) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.75 غرام/سم³ | 0.28 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار | - | 1450 - 1500 °C | 2642 - 2732 °F |
| الناقلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 14.5 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·°F |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كغ·ك | 0.12 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.72 ميكروأوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.5 x 10⁻⁶/ك | 9.2 x 10⁻⁶/°F |
تُعتبر الخصائص الفيزيائية للفولاذ المقاوم للصدأ 455، مثل كثافته ونقطة انصهاره، ضرورية للتطبيقات التي تتطلب أداءً عند درجات حرارة مرتفعة. إن الناقلية الحرارية معتدلة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تفريغ الحرارة ولكن ليست حرجة.
مقاومة التآكل
| العنصر المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| كلوريدات | 3-10 | 20-60 | جيد | خطر تآكل النقر |
| حمض الكبريتيك | 10-30 | 20-40 | ضعيف | غير موصى به |
| حمض الأسيتيك | 5-20 | 20-60 | جيد | مقاومة معتدلة |
| مياه البحر | - | 20-30 | جيد | خطر تآكل الشقوق |
يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ 455 مقاومة جيدة لمختلف بيئات التآكل، خاصة في الظروف المعتدلة. ومع ذلك، فهو عرضة لتآكل النقر في البيئات الغنية بالكلوريد، وهو اعتبار حاسم للتطبيقات في المناطق البحرية أو الساحلية. بالمقارنة مع الدرجات الأوستينيتية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316، الذي يقدم مقاومة تآكل أفضل، فإن 455 أقل ملاءمة في البيئات شديدة التآكل.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 600 °C | 1112 °F | مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية |
| أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 650 °C | 1202 °F | تعرض لفترة قصيرة فقط |
| درجة حرارة التقشر | 800 °C | 1472 °F | خطر الأكسدة عند درجات الحرارة العالية |
| اعتبارات قوة الزحف | 500 °C | 932 °F | مقاومة الزحف تقل فوق هذه الدرجة |
يحافظ الفولاذ المقاوم للصدأ 455 على قوته وصلابته عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتضمن التعرض للحرارة. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من 600 °C إلى الأكسدة والتقشر، مما قد ي compromise تكامله الهيكلي.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الحشو الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز/الفلكس الحامي النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER455 | أرجون | يوصى بالتسخين المسبق |
| MIG | ER308L | أرجون/ثاني أكسيد الكربون | يوصى بمعالجة حرارية بعد اللحام |
| SMAW | E308L | - | الحرص مطلوب لتجنب التشقق |
يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 455 باستخدام طرق مختلفة، بما في ذلك اللحام TIG وMIG. ومع ذلك، غالبًا ما يُوصى بالتسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. كما يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.
قابلية التشغيل
| معلمة التشغيل | الفولاذ المقاوم للصدأ 455 | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60% | 100% | يتطلب أدوات ذات سرعة عالية |
| سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 30-50 م/دقيقة | 60-80 م/دقيقة | استخدم سائل تبريد لمنع السخونة الزائدة |
قابلية تشغيل الفولاذ المقاوم للصدأ 455 متوسطة، مما يتطلب اختيارًا دقيقًا للأدوات وسرعات القطع. يُوصى باستخدام أدوات فولاذية عالية السرعة أو أدوات كربيد لتحقيق أفضل النتائج.
قابلية التشكيل
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 455 قابلية تشكيل متوسطة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، نظرًا لقوته العالية، يُوصى بأشعة انحناء أكبر لتجنب التشقق أثناء عمليات التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق الحرارة (°C/°F) | الوقت النموذجي لنقع | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التلدين | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 1-2 ساعات | هواء أو ماء | تليين، تحسين قابلية الدك |
| التصلب | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30 دقيقة | زيت أو هواء | زيادة الصلابة والقوة |
| التهيئة | 500 - 600 °C / 932 - 1112 °F | ساعة واحدة | هواء | تقليل الهشاشة، زيادة المتانة |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ 455 بشكل كبير على بنيته الدقيقة وخصائصه. يعمل التلدين على تليين المادة، بينما يزيد التصلب من القوة. التهيئة ضرورية لتقليل الهشاشة بعد التصلب.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| الفضاء | مكونات الطائرات | قوة عالية، مقاومة للتآكل | خفيف الوزن وموثوق |
| السيارات | أجزاء المحرك | قوة عالية، قابلية تشغيل جيدة | أداء وموثوقية |
| الطب | أدوات جراحية | مقاومة للتآكل، التوافق الحيوي | السلامة والمتانة |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- مكونات صناعة النفط والغاز
- الأجهزة البحرية
- المشابك والتجهيزات
اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 455 لتطبيقات الفضاء والسيارات يرجع أساسًا إلى نسبة القوة إلى الوزن العالية، وهي ضرورية للأداء والكفاءة.
اعتبارات هامة، معايير اختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 455 | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 316 | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 420 | ملاحظة مختصرة حول المزايا/العيوب أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | مقاومة ممتازة للتآكل | قوة متوسطة | الفولاذ 455 أقوى ولكن أقل مقاومة للتآكل |
| الجانب الرئيسي للتآكل | جيد في الكلوريدات | ممتاز في الكلوريدات | ضعيف في الكلوريدات | الفولاذ 455 مناسب للبيئات المعتدلة |
| قابلية اللحام | متوسطة | جيدة | جيدة | الفولاذ 455 يتطلب حذرًا لتجنب التشقق |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | ضعيفة | الفولاذ 455 يحتاج إلى أدوات ذات سرعة عالية |
| قابلية التشكيل | متوسطة | جيدة | متوسطة | الفولاذ 455 لديه قوة أعلى، مما يحد من قابليته للتشكيل |
| التكلفة التقريبية النسبية | متوسطة | أعلى | أقل | التكلفة تختلف بناءً على الطلب في السوق |
| التوفر النموذجي | متوسطة | مرتفع | متوسطة | الفولاذ 455 أقل شيوعًا من 316 |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 455، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، مقاومته للتآكل، وتوفره. في حين أنه يوفر قوة عالية، قد لا يكون الخيار الأفضل في البيئات شديدة التآكل مقارنةً بالدرجات الأوستينيتية. إن تكلفته المعتدلة وتوفره يجعله خيارًا ممكنًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، خاصةً حيث تُعطى الأولوية للقوة على مقاومة التآكل.
باختصار، الفولاذ المقاوم للصدأ 455 هو مادة متعددة الاستخدامات توازن بين القوة ومقاومة التآكل، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات الهندسية. إن خصائصه الفريدة وخصائص التصنيع توفر مزايا كبيرة في البيئات الأكثر طلبًا، بينما يُعتبر الاعتبار الدقيق لقيوده ضروريًا لتحقيق الأداء الأمثل.