نيترونيك 30 الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المقاوم للصدأ 340، المعروف أيضًا باسم نيتونيك 30، مصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أستنيتي. يتميز هذا الدرجة بمزيجه الفريد من القوة العالية ومقاومة التآكل الممتازة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات. تشمل العناصر الأساسية المضافة في نيتونيك 30 الكروم والنيكل والمنغنيز، التي تساهم في خصائصه الأساسية.

نظرة شاملة

يتميز نيتونيك 30 بمقاومته الاستثنائية للتآكل، خاصة في البيئات التي عادة ما تتحدى الصلب المقاوم للصدأ العادي. يعزز محتواه العالي من الكروم مقاومته للأكسدة والتآكل، بينما يساهم إضافة النيكل في تحسين المتانة والليونة. يلعب المنغنيز دورًا حيويًا في استقرار الهيكل الأستنيتي، والذي يعد ضروريًا للحفاظ على خصائصه الميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة.

تشمل مزايا نيتونيك 30 مقاومة التآكل الفائقة، وهو ما يعد مفيدًا بشكل خاص في التطبيقات التي تشمل الاحتكاك والتآكل. بالإضافة إلى ذلك، يظهر مقاومة ممتازة للتشققات الناتجة عن الإجهاد ويمكن أن يتحمل درجات حرارة عالية دون فقدان سلامته الميكانيكية. ومع ذلك، تشمل قيوده تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ القياسي والتحديات المحتملة في التشغيل بسبب قوته.

تاريخيًا، وجد نيتونيك 30 مكانه في الصناعات التي تتطلب مواد قادرة على تحمل البيئات القاسية، مثل البحرية، ومعالجة المواد الكيميائية، وتطبيقات الفضاء. جعلته خصائصه الفريدة اختيارًا مفضلًا للمكونات التي تتطلب كل من القوة ومقاومة التآكل.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

منظمة المعايير	التعيين/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	S34000	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 316L
AISI/SAE	340	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات صغيرة في التركيب يجب أن تكون على دراية بها
ASTM	A240	الولايات المتحدة الأمريكية	تستخدم عادة لتطبيقات اللوحات والألواح
EN	1.3964	أوروبا	معادل لنيتونيك 30 مع اختلافات طفيفة
JIS	SUS 304	اليابان	خصائص مماثلة ولكن مقاومة أقل للتآكل
ISO	1.3964	دولي	تعيين موحد للاستخدام العالمي

تقدم المعادلات الأقرب لنيتونيك 30، مثل AISI 316L، مقاومة مشابهة للتآكل ولكن تفتقر إلى خصائص المقاومة المتزايدة للتآكل والقوة التي يوفرها نيتونيك 30. هذا التمييز ضروري عند اختيار المواد لتطبيقات محددة، لا سيما في البيئات المعرضة للتآكل أو الضغط العالي.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
Cr (الكروم)	18.0 - 20.0
Ni (النيكل)	8.0 - 10.0
Mn (المنغنيز)	5.0 - 7.0
Si (السيليكون)	1.0 كحد أقصى
C (الكربون)	0.08 كحد أقصى
P (الفوسفور)	0.045 كحد أقصى
S (الكبريت)	0.03 كحد أقصى

تلعب العناصر الأساسية المضافة في نيتونيك 30 أدوارًا هامة في خصائصه. يعزز الكروم مقاومة التآكل وثبات الأكسدة، بينما يساهم النيكل في المتانة والليونة. لا يعمل المنغنيز على استقرار الهيكل الأستنيتي فحسب، بل أيضًا يحسن قدرة الفولاذ على صلابة العمل، مما يجعله أكثر مقاومة للتآكل.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة الاختبارية	القيمة النمطية/النطاق (ميترية)	القيمة النمطية/النطاق (نظام الإمبراطوري)	معيار المرجع لطريقة الاختبار
قوة الشد	مقسى	درجة حرارة الغرفة	620 - 800 MPa	90 - 116 ksi	ASTM E8
قوة العائد (إزاحة 0.2%)	مقسى	درجة حرارة الغرفة	310 - 450 MPa	45 - 65 ksi	ASTM E8
الاستطالة	مقسى	درجة حرارة الغرفة	40% كحد أدنى	40% كحد أدنى	ASTM E8
الصلابة (روكويل B)	مقسى	درجة حرارة الغرفة	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
قوة الأثر (تشاري)	مقسى	-20°C	40 J	30 قدم-لير	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لنيتونيك 30 مناسبة لتطبيقات تتطلب قوة عالية وليونة. تسمح له قوة الشد بتحمل أحمال كبيرة، بينما تشير استطالاته إلى قابلية تشكيل جيدة. تضمن قوة الأثر في درجات الحرارة المنخفضة أن بإمكانه الأداء بشكل جيد في البيئات الباردة، مما يجعله متعدد الاستخدامات لمختلف التطبيقات الهندسية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (ميترية)	القيمة (نظام الإمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.93 g/cm³	0.286 lb/in³
نقطة الانصهار/النطاق	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	25 W/m·K	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.73 μΩ·m	0.0000013 Ω·in
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	16.0 x 10⁻⁶ /K	8.9 x 10⁻⁶ /°F
النفاذية المغناطيسية	درجة حرارة الغرفة	غير مغناطيسي	غير مغناطيسي

تشير كثافة نيتونيك 30 إلى مادة قوية، بينما تشير نقطة الانصهار إلى استقرار حراري جيد. تعتبر الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية حاسمة للتطبيقات المتعلقة بنقل الحرارة، بينما تجعل المقاومة الكهربائية المنخفضة مناسبة لبعض التطبيقات الكهربائية. طبيعتها غير المغناطيسية مفيدة في البيئات التي يجب فيها تقليل التداخل المغناطيسي.

مقاومة التآكل

الوكيل التآكلي	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكوريدات	3-10	20-60 °C / 68-140 °F	ممتازة	خطر التآكل عند التركيزات العالية
حمض الكبريتيك	10-30	20-60 °C / 68-140 °F	جيدة	مقاومة محدودة عند درجات الحرارة المرتفعة
حمض الهيدروكلوريك	1-5	20-60 °C / 68-140 °F	عادلة	غير موصى به للتركيزات العالية
مياه البحر	-	بيئة	ممتازة	مقاومة عالية للبيئات البحرية
الأمونيا	-	بيئة	جيدة	عرضة للتشقق الناتج عن الإجهاد

يعرض نيتونيك 30 مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من الوكلاء التآكلي، خاصة في البيئات البحرية حيث تكون الكوريدات شائعة. أداؤه في حمض الكبريتيك والهيدروكلوريك جدير بالملاحظة، رغم أنه يُنصح بالحذر عند التركيزات العالية. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الآخر، مثل AISI 316L، يقدم نيتونيك 30 مقاومة فائقة للتآكل والصدع، مما يجعله خيارًا مفضلًا للتطبيقات في البيئات العدائية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمية مستمرة	800 °C	1472 °F	مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية
أقصى درجة حرارة خدمية متقطعة	900 °C	1652 °F	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التآكل	1000 °C	1832 °F	خطر الأكسدة بعد هذا الحد
اعتبارات قوة الزحف	600 °C	1112 °F	يبدأ في التدهور عند درجات الحرارة المرتفعة

يحافظ نيتونيك 30 على خصائصه الميكانيكية عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تنطوي على الحرارة. ومع ذلك، من الضروري مراقبة أوقات ودرجات الحرارة المعرضة لتجنب الأكسدة والتآكل، التي قد تقوض سلامته. تعتبر قوة الزحف اعتبارًا حيويًا للمكونات التي تتعرض لدرجات حرارة عالية لفترة طويلة، حيث يمكن أن تؤدي إلى التشوه مع مرور الوقت.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	معدن التعبئة الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER308L	أرجون	جيد للقطاعات الرقيقة
MIG	ER308L	أرجون + CO2	مناسب للقطاعات السميكة
SMAW	E308L	-	يتطلب تسخينًا مسبقًا للمواد السميكة

يعتبر نيتونيك 30 عمومًا له قابلية جيدة للحام، خاصة عند استخدام المعادن المناسبة للتعبئة. قد يتطلب التسخين المسبق للقطاعات السميكة لمنع التشقق. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحامات وتقلل من الضغوط المتبقية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	نيتونيك 30	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	50	100	أكثر صعوبة في التشغيل بسبب القوة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 m/min	60 m/min	استخدم أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج

يمكن أن يكون تشغيل نيتونيك 30 تحديًا بسبب قوته وخصائص تصلب العمل. يمكن أن تحسن استخدام أدوات كربيد وتحسين سرعات القطع من قابلية التشغيل. يُنصح باستخدام سائل تبريد مناسب لإدارة الحرارة خلال عمليات التشغيل.

قابلية التشكيل

يعرض نيتونيك 30 قابلية تشكيل جيدة، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، نظرًا لميوله لتصلب العمل، يلزم التحكم الدقيق في عملية التشكيل لتجنب التشقق. يجب الالتزام بنصف الدوائر الموصى بها للحفاظ على سلامة المادة خلال عمليات التشكيل.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين المحلول	1050 - 1150 °C / 1922 - 2102 °F	30 دقيقة	هواء أو ماء	يذيب الكاربيدات، يعزز مقاومة التآكل
تخفيف الإجهاد	300 - 400 °C / 572 - 752 °F	1-2 ساعة	هواء	يقلل من الضغوط المتبقية

تعتبر عمليات المعالجة الحرارية مثل التسخين المحلول حاسمة لتحسين البنية المجهرية لنيتونيك 30. تذوب هذه المعالجة الكاربيدات وتعزز مقاومة التآكل، بينما تساعد عمليات تخفيف الإجهاد في تقليل الضغوط المتبقية التي يمكن أن تؤدي إلى التشقق أو التشوه.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
البحرية	أعمدة المروحة	مقاومة عالية للتآكل، قوة	تحمل الظروف البحرية القاسية
معالجة المواد الكيميائية	مكونات المضخات	مقاومة للتآكل، مقاومة للتآكل	عمر خدمة طويل في البيئات العدائية
الفضاء والطيران	المثبتات	قوة عالية، وزن خفيف	حرجة لسلامة الهيكل
معالجة الأغذية	أجزاء المعدات	مقاومة التآكل، النظافة	تفي بالمعايير الصحية

تشمل التطبيقات الأخرى لنيتونيك 30:

• • مكونات صناعة النفط والغاز
• • الأجهزة الطبية والأدوات الجراحية
• • أجزاء السيارات المعرضة للبيئات العدائية

يعود اختيار نيتونيك 30 لهذه التطبيقات أساسًا إلى مزيجه الفريد من القوة ومقاومة التآكل والقدرة على التحمل، وهي ضرورية للحفاظ على الأداء والسلامة في البيئات القاسية.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	نيتونيك 30	AISI 316L	الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج	ملاحظة مختصرة/إيجابيات وسلبيات أو ملاحظات توازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة معتدلة	قوة عالية	نيتونيك 30 يوفر مقاومة أعلى للتآكل
البعد الأساسي لمقاومة التآكل	ممتاز	جيد	ممتاز	نيتونيك 30 متفوق في مقاومة التآكل
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	معتدلة	يتطلب نيتونيك 30 ممارسات لحام دقيقة
قابلية التشغيل	معتدلة	جيدة	معتدلة	نيتونيك 30 أصعب في التشغيل من 316L
قابلية التشكيل	جيدة	ممتازة	معتدلة	نيتونيك 30 لديه قابلية تشكيل جيدة لكنه يتصلب
التكلفة النسبيّة التقريبية	أعلى	معتدلة	أعلى	قد تؤثر الاعتبارات التكلفة على الاختيار
التوفر النمطي	معتدلة	عالية	معتدلة	يمكن أن يؤثر التوفر على الجداول الزمنية للمشاريع

عند اختيار نيتونيك 30، تعتبر اعتبارات مثل التكلفة، والتوفر، والمتطلبات المحددة للتطبيقات حاسمة. على الرغم من أنه قد يكون أكثر تكلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي، فإن أدائه في البيئات القاسية غالبًا ما يبرر الاستثمار. بالإضافة إلى ذلك، تجعل خصائصه الفريدة منه مناسبًا لتطبيقات متخصصة حيث قد تفشل المواد الأخرى.

في الختام، يبرز نيتونيك 30 (فولاذ 340 المقاوم للصدأ) كمادة متعددة الاستخدامات وعالية الأداء، لا سيما في التطبيقات التي تتطلب مقاومة استثنائية للتآكل وقوة ميكانيكية. تجعل خصائصه الفريدة وقدراته اختيارًا ثمينًا عبر مختلف الصناعات، مما يضمن موثوقية وطول عمر في البيئات الصعبة.