فولاذ N690: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

صلب N690، المعروف أيضًا باسم بولر N690، هو فولاذ مقاوم للصدأ عالي الأداء يندرج تحت فئة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي. هذا النوع من الصلب يحد عادة من الكروم والموليبدينوم والفاناديوم، مما يعزز بشكل كبير من صلابته، ومقاومته للصدأ، وخصائصه الميكانيكية العامة. يعرف N690 بشكل خاص باحتفاظه الممتاز بالحافة ومقاومته للتآكل، مما يجعله خيارًا شائعًا في صناعة السكاكين عالية الجودة وأدوات القطع.

نظرة شاملة

يُصنف صلب N690 كفولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي، والذي يتميز بمحتواه العالي من الكربون وقدرته على الصلابة من خلال المعالجة الحرارية. تشمل العناصر السبيكية الرئيسية في N690:

• الكروم (Cr): عادة ما يكون حوالي 17%، مما يوفر مقاومة للصدأ ويسهم في صلابة الصلب.
• الموليبدينوم (Mo): حوالي 1.1%، يعزز المقاومة للتآكل الناتج عن الحفر والشقوق.
• الفاناديوم (V): حوالي 0.2%، الذي يحسن المقاومة للتآكل ويساهم في نسيج الحبوب الدقيقة.

تؤدي مجموعة هذه العناصر إلى فولاذ يظهر صلابة ملحوظة، حيث يحقق عادة صلابة روكويل تتراوح بين 58-60 HRC بعد المعالجة الحرارية المناسبة.

المزايا والقيود

المزايا (الإيجابيات)	القيود (السلبيات)
احتفاظ ممتاز بالحافة ومقاومة للتآكل	أكثر تحديًا في التصنيع مقارنة بالفولاذات السبيكية الأقل
مقاومة جيدة للصدأ، مناسبة لمختلف البيئات	قد تكون عرضة للهشاشة إذا لم تتم معالجتها حراريًا بشكل صحيح
صلابة عالية وقوة، مما يجعلها مثالية لأدوات القطع	تتطلب التعامل بحذر لتجنب التآكل أو التشقق
تحافظ على حدتها بشكل جيد، مما يجعلها شائعة في تطبيقات السكاكين	قابلية محدودة للتشكل مقارنة بالفولاذات الأوستنيتية

حقق صلب N690 مكانة خاصة في السوق، خاصة في صناعة صنع السكاكين، حيث تُقدر خصائصة بشكل كبير. دلالته التاريخية مرتبطة بتطويره بواسطة شركة بولر المعروفة بإنتاج فولاذ الأدوات عالية الجودة، مما جعل N690 معيارًا للأداء في تطبيقات متنوعة.

أسماء بديلة، معايير، وما يعادلها

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	S69030	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب ما يعادل لـ N690
AISI/SAE	440C	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات بسيطة في التركيب؛ يحتوي 440C على محتوى كربون أعلى
ASTM	A276	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة عامة لقضبان الفولاذ المقاوم للصدأ
EN	1.4528	أوروبا	درجة معادلة في المعايير الأوروبية
JIS	SUS440C	اليابان	خصائص مشابهة ولكن استجابة مختلفة للمعالجة الحرارية

بينما غالبًا ما يتم مقارنة N690 بـ 440C، من الضروري ملاحظة أن محتوى الكروم الأعلى في N690 يوفر مقاومة أفضل للصدأ، بينما قد يقدم 440C صلابة أعلى قليلًا بسبب محتوى الكربون فيه. يمكن أن يؤثر هذا التمييز على اختيار الصلب لتطبيقات محددة، خاصة في البيئات التي تكون فيها مقاومة الصدأ حاسمة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نسبة المئوية (%)
الكربون (C)	0.90 - 1.00
الكروم (Cr)	16.0 - 17.0
الموليبدينوم (Mo)	1.0 - 1.2
الفاناديوم (V)	0.1 - 0.3
المنغنيز (Mn)	0.5 - 1.0
السيليكون (Si)	0.5 حد أقصى
الفوسفور (P)	0.03 حد أقصى
الكبريت (S)	0.03 حد أقصى

الدور الرئيسي للعناصر السبائكية في فولاذ N690 هو كما يلي:

• الكروم: يعزز مقاومة الصدأ والصلابة.
• الموليبدينوم: يحسن المقاومة للتآكل ويعزز القوة العامة.
• الفاناديوم: يساهم في مقاومة التآكل ويساعد في تحسين نسيج الحبوب، مما يؤدي إلى تحسين الخصائص الميكانيكية.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (متري - وحدات SI)	القيمة/النطاق النموذجي (وحدات إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	1000 - 1100 ميجا باسكال	145 - 160 كيلو واط	ASTM E8
قوة الخضوع (انحراف 0.2%)	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	800 - 900 ميجا باسكال	116 - 130 كيلو واط	ASTM E8
التطويل	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	12 - 15%	12 - 15%	ASTM E8
الصلابة	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	58 - 60 HRC	58 - 60 HRC	ASTM E18
قوة التأثير	مبرد ومعتدل	-20 °C	30 - 40 جول	22 - 30 قدم-رطل	ASTM E23

تجمع قوة الشد والخضوع العالية، جنبًا إلى جنب مع الصلابة الجيدة، تجعل فولاذ N690 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تحميل ميكانيكي عالي وسلامة هيكلية. قدرتها على الحفاظ على هذه الخصائص تحت ظروف متنوعة أمر حاسم للأدوات والمكونات المعرضة للتآكل والتأثير.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (متري - وحدات SI)	القيمة (وحدات إمبراطورية)
الكثافة	-	7.8 جرام/سم³	0.282 رطل/إنش³
نقطة الانصهار/النطاق	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
التوصيل الحراري	20 °C	25 واط/م·ك	14.5 BTU·إنش/(ساعة·قدم²·°F)
السعة الحرارية النوعية	20 °C	500 جول/كجم·ك	0.119 BTU/رطل·°F
مقاومة الكهرباء	20 °C	0.75 ميكرو أوم·م	0.0013 أوم·إنش

تتضح الأهمية العملية لخصائص N690 الفيزيائية في تطبيقاته. على سبيل المثال، تسهم كثافته العالية في وزن وتوازن السكاكين، بينما يسمح توصيله الحراري بتبديد الحرارة بشكل فعال أثناء عمليات القطع. تشير نقطة الانصهار إلى ملاءمته للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، على الرغم من ضرورة اتخاذ الحذر لتجنب overheating أثناء المعالجة.

مقاومة التآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-10	20-60 °C / 68-140 °F	جيد	خطر التآكل الناتج عن الحفر
الأحماض (حمض الكبريتيك)	10-30	20-40 °C / 68-104 °F	عادى	عرضة لـ SCC
المحاليل القلوية	5-20	20-60 °C / 68-140 °F	جيد	مقاومة محدودة
الظروف الجوية	-	-	ممتاز	جيد للتطبيقات الخارجية

يظهر فولاذ N690 مقاومة جيدة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، خاصة في الظروف الجوية و الكلوريدات الخفيفة. ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل الناتج عن الحفر في البيئات العالية الكلور، والتي يمكن أن تكون مصدر قلق للتطبيقات البحرية. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى مثل AISI 440C و 154CM، يوفر N690 مقاومة تآكل متفوقة بسبب محتوى الكروم الأعلى، مما يجعله خيارًا مفضلًا للتطبيقات التي تتطلب المتانة وطول العمر.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 °C	572 °F	مناسب للتطبيقات ذات الحرارة العالية
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	350 °C	662 °F	يمكن أن يتحمل التعرض القصير لدرجات حرارة أعلى
درجة حرارة التآكل	600 °C	1112 °F	يبدأ في فقد الخصائص الميكانيكية بعد هذه الدرجة الحرارة

في درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ N690 بخصائصه الميكانيكية حتى حد معين. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المطول لدرجات الحرارة العالية إلى الأكسدة وانخفاض الصلابة. من المهم مراعاة هذه العوامل عند اختيار N690 للتطبيقات المعنية بالسخونة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملؤ للمتماثل (تصنيف AWS)	غاز/حمض الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER 316L	أرغون	يُنصح بالتسخين المسبق
MIG	ER 308L	أرغون + CO2	ينصح بمعالجة حرارية بعد اللحام
عصا	E308-16	-	سيطرة حذرة على إدخال الحرارة

يمكن لحام فولاذ N690 باستخدام عمليات مختلفة، لكنه يتطلب السيطرة الدقيقة على إدخال الحرارة لتجنب التشقق. يُنصح بالتسخين المسبق، ويمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين الصلابة. إن اختيار المعدن الملء أمر حاسم لضمان التوافق والحفاظ على مقاومة الصدأ.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ N690	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر التشغيل النسبي	50%	100%	أكثر صعوبة في التشغيل بسبب الصلابة
سرعة القطع النموذجية (تدوير)	30-40 م/دقيقة	80-100 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج

يقدم فولاذ N690 تحديات في التشغيل بسبب صلابته. تشمل الظروف المثلى استخدام أدوات كربيد والحفاظ على سرعات قطع أقل لتجنب انزلاق الأدوات. يعتبر التبريد والتشحيم المناسبين ضروريين لتحقيق التشطيبات السطحية المطلوبة.

قابلية التشكيل

لا يُعرف فولاذ N690 بشكل خاص بقابلية تشكيله، حيث إنه فولاذ صلب قد يكون من الصعب تشكيله. يمكن تشكيله باردًا ولكنه قد يؤدي إلى زيادة الصلابة، مما يتطلب السيطرة الحذرة على خصائص الانحناء وعمليات التشكيل. يعتبر التشكيل الساخن أكثر قابلية، ولكن يجب مراقبة درجات الحرارة لتجنب التأثير على خصائص الصلب.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	المدة النموذجية لحمام السائل	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التلدين	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1-2 ساعة	هواء أو زيت	تقليل الصلابة، تحسين الليونة
التبريد السريع	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة
التمثيل	200 - 600 °C / 392 - 1112 °F	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تعزيز الصلابة

تشمل عملية المعالجة الحرارية لفولاذ N690 التبريد السريع وتمثيل لتحقيق الصلابة المطلوبة والصلابة. خلال التبريد السريع، يتم تبريد الفولاذ بسرعة لقفل الهيكل المارتنسيتي، بينما يساعد التمثيل في تخفيف الضغوط الداخلية وتحسين المرونة. يعتبر فهم هذه التحولات حاسمًا لتحسين أداء الفولاذ في تطبيقات متنوعة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
صناعة السكاكين	سكاكين مطبخ عالية الجودة	احتفاظ ممتاز بالحافة، مقاومة للتآكل	مثالية لتطبيقات الطهي
صناعة الأدوات	أدوات القطع	صلابة عالية، مقاومة للتآكل	ضرورية للمتانة
أدوات طبية	أدوات جراحية	مقاومة للصدأ، قوة	متطلبات السلامة والنظافة
الفضاء الجوي	مكونات في محركات الطائرات	نسبة قوة إلى وزن عالية، مقاومة للحرارة	حاسم للأداء

يستخدم فولاذ N690 على نطاق واسع في الصناعات التي تتطلب مواد عالية الأداء. إن احتفاظه الممتاز بالحافة يجعله مفضلًا بين صانعي السكاكين، بينما تعتبر قوته ومقاومته للتآكل حيوية للأدوات الجراحية ومكونات الطائرات.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ N690	440C	154CM	ملاحظات إيجابيات/سلبيات أو اعتبارات المقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	صلابة عالية	صلابة متوسطة	يوفر N690 مقاومة أفضل للصدأ من 440C
الجانب الرئيسي المتعلق بالصدأ	جيد	عادى	جيد	N690 متفوق في بيئات الكلوريد
قابلية اللحام	متوسطة	ضعيفة	متوسطة	يتطلب N690 تقنيات لحام دقيقة
قابلية التشغيل	تحديات	متوسطة	جيدة	N690 أصعب في التشغيل من 154CM
قابلية التشكيل	محدودة	متوسطة	جيدة	N690 أقل قابلية للتشكيل من 154CM
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	منخفضة	متوسطة	N690 أغلى عمومًا بسبب العناصر السبائكية
التوفر النموذجي	متوسطة	عالية	متوسطة	N690 قد يكون أقل توفرًا من 440C

عند اختيار فولاذ N690، تشمل الاعتبارات التكلفة الفعالة، التوفر، ومتطلبات التطبيق المحددة. بينما قد يكون أغلى من بعض البدائل، فإن خصائصه المتفوقة غالبًا ما تبرر الاستثمار، خاصة في التطبيقات عالية الأداء. بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصه المغناطيسية تعد قليلة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها interferen الجال المغناطيسي مصدر قلق.

باختصار، يعد فولاذ N690 مادة متعددة الاستخدامات وعالية الأداء تتفوق في التطبيقات المتنوعة، وخاصة حيث تكون الصلابة، مقاومة الصدأ، واحتفاظ الحافة أمرًا حاسمًا. فهم خصائصه ومزاياه وقيوده أمر ضروري لاتخاذ قرارات مستنيرة في اختيار المواد.