12Cr1MoV مقابل T12 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع خيارًا بين الفولاذ منخفض السبيكة والفولاذ عالي الكربون عند تصميم المكونات التي يجب أن توازن بين القوة والصلابة وقابلية التشغيل ومقاومة التآكل. عادةً ما تتركز معضلة الاختيار على التنازلات مثل قوة الحرارة العالية وقابلية اللحام مقابل مقاومة التآكل والصلابة القابلة للتحقيق - والطريقة المناسبة للمعالجة الحرارية والتصنيع لكل مادة.

على مستوى عالٍ، فإن 12Cr1MoV هو فولاذ هيكلي منخفض السبيكة مصمم للخدمة في درجات الحرارة المرتفعة (مثل أوعية الضغط ومكونات الغلايات)، بينما T12 (كما هو مستخدم في تسميات الأدوات) تشير إلى فولاذ أدوات عالي الكربون وعالي السبيكة تم تحسينه للتصلب ومقاومة التآكل. الفرق الأساسي هو مدفوع بالغرض: تم تصميم 12Cr1MoV لمقاومة الزحف والصلابة وقابلية التصنيع في بيئات الضغط/الحرارة؛ بينما تم تصميم T12 لصلابة عالية وعمر تآكل طويل في تطبيقات الأدوات. تفسر هذه الأهداف التصميمية المختلفة سبب مقارنتها: يمكن أحيانًا تحقيق نفس هندسة المكون إما في فولاذ أدوات (إذا كانت مقاومة التآكل الشديدة مطلوبة) أو في فولاذ هيكلي منخفض السبيكة (إذا كانت الصلابة وقابلية اللحام والاستقرار الحراري هي الأهم).

1. المعايير والتسميات

• 12Cr1MoV: يظهر عادةً في المعايير الوطنية لفولاذ الغلايات وأوعية الضغط (مثل GB/الصين، قد تكون المعادلات EN موجودة تحت أسماء مختلفة). يتم تصنيفه كفولاذ مقاوم للحرارة/أوعية الضغط منخفض السبيكة (غير مقاوم للصدأ).
• T12: يظهر كدرجة أدوات في معايير مختلفة (عائلات فولاذ الأدوات). اعتمادًا على الاختصاص، تتوافق تسميات سلسلة T مع DIN أو JIS أو أسماء منتجات فولاذ الأدوات الخاصة. يتم تصنيفه كفولاذ أدوات (عالي الكربون، مضاف له السبيكة للتصلب ومقاومة التآكل).

ملخص التصنيف: - 12Cr1MoV - فولاذ هيكلي/مقاوم للحرارة منخفض السبيكة. - T12 - فولاذ أدوات (عالي الكربون، يركز على التآكل/الصلابة).

تأكد دائمًا من المتطلبات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة من المعيار المحدد أو شهادة المورد للمشتريات.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

جدول: نطاقات التركيب التمثيلية (وزن%). هذه هي نطاقات مقارنة نموذجية للمناقشات الهندسية؛ استشر المواصفات الدقيقة أو شهادة المواد للمشتريات أو حسابات التصميم.

عنصر	12Cr1MoV (تمثيلي)	T12 (فولاذ أدوات تمثيلي)
C	0.08–0.18	0.7–1.4
Mn	0.3–0.7	0.2–1.0
Si	0.15–0.40	0.1–0.5
P	≤0.03	≤0.03
S	≤0.03	≤0.03
Cr	0.9–1.3	0.5–5.0 (غالبًا أعلى في بعض فولاذ الأدوات)
Ni	≤0.5	≤1.0 (يختلف)
Mo	0.2–0.6	0.1–3.0 (يعتمد على عائلة فولاذ الأدوات)
V	0.03–0.15	0.1–1.0 (غالبًا ما يستخدم فولاذ الأدوات V لتكوين الكربيد)
Nb (Cb)	أثر/≤0.05	أثر/≤0.1
Ti	أثر	أثر
B	أثر	أثر
N	أثر	أثر

ملاحظات: - هذه النطاقات توضيحية وليست بديلاً عن شهادة المواد. يمكن أن يختلف تركيب نوع T12 المعين بشكل كبير اعتمادًا على ما إذا كان مشتقًا من فولاذ أدوات التنجستن أو الموليبدينوم أو الكروم. - يستخدم 12Cr1MoV كميات مضبوطة من Cr وMo وV صغيرة لزيادة قوة الحرارة العالية واستقرار التصلب دون إنشاء محتوى كربيد مرتفع نموذجي لفولاذ الأدوات. - تؤكد تركيبات T12 على الكربون العالي وعناصر تكوين الكربيد (V وW وMo وCr) لإنتاج تشتت دقيق من الكربيدات الصلبة وتوفير صلابة عالية بعد التبريد والتصلب.

كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - يزيد الكربون من قابلية التصلب والصلابة القابلة للتحقيق ولكنه يقلل من قابلية اللحام والليونة مع زيادة الكربون. - يساهم Cr وMo في قابلية التصلب وقوة الحرارة العالية ومقاومة التصلب؛ كما يحسن Cr مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية. - ينقي V حجم الحبيبات ويشكل كربيدات صلبة لمقاومة التآكل؛ يساعد V الصغير في 12Cr1MoV على قوة الزحف عند درجات الحرارة العالية، بينما يساهم V الأكبر في فولاذ الأدوات في مقاومة التآكل.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• 12Cr1MoV:
• البنية المجهرية النموذجية في الحالة المعالجة + المصلدة: باينيت مصلد/مارتنسيت مصلد مع ترسبات دقيقة (كربيدات Mo وV، وربما كربيدات الكروم) التي تثبت خصائص الزحف.
• استجابة المعالجة الحرارية: المعالجة الطبيعية تليها التصلب أو تخفيف الضغط بالإضافة إلى المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) هي المعايير. تتحكم السبيكة الصغيرة ومحتوى Cr وMo في مقاومة التصلب وقوة الزحف.

• يمكن أن تعمل المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المضبوطة) على تنقية حجم الحبيبات وتحسين الصلابة بشكل أكبر.

• T12:

• البنية المجهرية النموذجية في الحالة المعالجة: مصفوفة مارتنسيت مع كثافة عالية من الكربيدات الصلبة (كربيدات VC وMo/W وكربيدات Cr اعتمادًا على السبيكة الدقيقة).
• استجابة المعالجة الحرارية: حالة مقلية (ناعمة) للتشغيل، ثم تبريد بالزيت أو الهواء من درجة حرارة الأوستنيتي وعمليات تصلب متعددة لتحقيق توازن الصلابة/الصلابة المطلوبة. غالبًا ما تتطلب فولاذ الأدوات التحكم الدقيق في درجة حرارة الأوستنيتي لتذويب كمية كافية من الكربيد دون نمو حبيبات مفرط.
• تتحكم عملية التصلب في الصلابة النهائية وقد يتم استخدام التصلب الثانوي للوصول إلى صلابة عالية مستقرة عند درجات حرارة تصلب مرتفعة.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: الخصائص الميكانيكية النموذجية (النطاقات تعتمد بشكل كبير على المعالجة الحرارية).

خاصية	12Cr1MoV (معالج/مصلد)	T12 (مقلية مقابل معالجة)
قوة الشد (ميغاباسكال)	~500–750	مقلية: ~700–900؛ معالجة: >1000–2000+
قوة العائد (ميغاباسكال)	~300–500	مقلية: ~400–700؛ معالجة: تختلف، غالبًا عالية
التمدد (%)	12–20	مقلية: 8–18؛ معالجة: عادةً منخفضة (1–8)
صلابة التأثير (شاربي)	متوسطة إلى عالية (تعتمد على المعالجة الحرارية)	مقلية: متوسطة؛ معالجة: منخفضة ما لم يتم تقويتها بشكل خاص
الصلابة (HRC)	~200–260 HB (~20–25 HRC)	مقلية: ~180–250 HB؛ معالجة: 55–65 HRC (خدمة الأدوات)

التفسير: - سيكون T12 في حالة معالجة أكثر صلابة ومقاومة للتآكل بكثير من 12Cr1MoV، ولكن على حساب الليونة وصلابة التأثير. - يوفر 12Cr1MoV مجموعة متوازنة من الخصائص المثلى للزحف والصلابة عند درجات الحرارة المرتفعة وهو أكثر تسامحًا في التصنيع واللحام. - تعتمد أرقام الخصائص بشكل كبير على الكيمياء الدقيقة والمعالجة الحرارية - استخدم دائمًا شهادات المورد للتصميم.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على المعادل الكربوني ومحتوى السبيكة. تشمل الصيغ التجريبية المفيدة:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

و

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - 12Cr1MoV: الكربون المعتدل والسبيكة المضبوطة تعطي معادل كربوني متوسط. قابلية اللحام مقبولة مع التسخين المسبق المناسب، والتحكم في إدخال الحرارة، وPWHT الإلزامي للخدمة في درجات الحرارة العالية وأوعية الضغط لتجنب تشقق الهيدروجين واستعادة الصلابة. - T12: الكربون العالي وعناصر تكوين الكربيد الكبيرة تخلق معادل كربوني عالي وقابلية لحام ضعيفة. عادةً ما يتم تثبيط اللحام إلا من قبل المتخصصين؛ إذا كان اللحام ضروريًا، فإنه يتطلب تسخينًا مسبقًا صارمًا، والتحكم في درجة حرارة التداخل، والمعالجة الحرارية بعد اللحام، وغالبًا ما تتطلب معادن تعبئة متخصصة. لحام إصلاح فولاذ الأدوات المعالج يمثل تحديًا.

6. التآكل وحماية السطح

• لا 12Cr1MoV ولا فولاذ T12 النموذجي مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل محدودة.
• 12Cr1MoV: تعطي ~1% من Cr وMo مقاومة أكسدة متواضعة عند درجات الحرارة العالية ويمكن أن تساعد في مقاومة التآكل عند درجات الحرارة المرتفعة. بالنسبة للتآكل الجوي أو الرطب، يتطلب عادةً حماية سطحية (طلاءات، دهانات، تغليفات، أو حماية كاثودية).
• T12: فولاذ الأدوات عالي الكربون مع كربيدات وفيرة لا يوفر مقاومة للتآكل؛ فهو عرضة للصدأ في البيئات الرطبة وعادةً ما يتطلب حماية من التآكل (زيوت، طلاءات، طلاء).
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. بالنسبة للمواد المقاومة للصدأ، فإن المؤشر هو:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

لكن هذا لا ينطبق على 12Cr1MoV أو T12.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• 12Cr1MoV:
• قابلية تشكيل جيدة وقابلية لحام في الحالات المعالجة/المصلدة. يمكن دحرجته وتشكيله وفقًا للممارسات القياسية.
• قابلية التشغيل نموذجية للفولاذات منخفضة السبيكة؛ أسهل من فولاذ الأدوات.

• المعالجة الحرارية للخصائص النهائية متوافقة مع ممارسات تصنيع أوعية الضغط القياسية (التطبيع، التصلب، PWHT).

• T12:

• قابلية التشغيل في الحالة المقلية معقولة ولكن أبطأ من الفولاذات منخفضة السبيكة بسبب الكربون العالي والسبيكة.
• التشكيل محدود: تجعل القابلية العالية للتصلب والكربون العالي التشكيل البارد والانحناء صعبًا في الحالة المعالجة؛ يجب أن يحدث التشكيل في الحالة المقلية أو بطرق خاصة.
• الطحن والتشطيب شائعان للحصول على هندسة الأدوات؛ يتطلب محتوى الكربيد تقنيات كاشطة.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية لكل درجة.

12Cr1MoV	T12
مكونات الغلايات وأوعية الضغط، أنابيب البخار، رؤوس الأنابيب	قوالب، مثاقب، شفرات قص، أدوات عمل باردة
أجزاء هيكلية عالية الحرارة تتطلب مقاومة للزحف	أدوات قطع، أجزاء تآكل (حيث تكون الصلابة العالية مطلوبة)
أغلفة التوربينات، أنابيب البخار، أنابيب السخانات (حيثما كان ذلك مسموحًا)	إدخالات الأدوات، قوالب البثق أو السحب (في أحجام أصغر)
مكونات تتطلب تصنيع ملحوم وPWHT	أدوات صغيرة ودقيقة، حيث تكون الصلابة والاحتفاظ بالحواف هي الأهم

مبررات الاختيار: - اختر 12Cr1MoV عندما تكون القوة العالية في درجات الحرارة، والصلابة، وقابلية اللحام، والتصنيع الفعال من حيث التكلفة هي الأهم. - اختر T12 عندما تكون مقاومة التآكل والصلابة القصوى هي المتطلبات الأساسية ويمكن إدارة قيود اللحام/التشكيل.

9. التكلفة والتوافر

• 12Cr1MoV: متاح عمومًا في الألواح والأنابيب والمسبوكات لصناعات الطاقة والبتروكيماويات. التكلفة معتدلة؛ توفر وفورات الحجم للمواد الهيكلية وأوعية الضغط ذات الحجم الكبير يجعلها فعالة من حيث التكلفة.
• T12: عادةً ما يتم بيع فولاذ الأدوات كأشرطة أو كتل أو قطع مسبقة التصلب؛ التوافر في أحجام الألواح الكبيرة محدود وتكون التكلفة لكل كجم أعلى بسبب السبيكة والمعالجة. تزيد المعالجة الحرارية الخاصة من التكلفة الإجمالية لمكونات الأدوات النهائية.
• ملاحظة الشراء: يمكن أن تكون أوقات التسليم لدفعات فولاذ الأدوات مع المعالجات الحرارية المخصصة أطول؛ 12Cr1MoV عمومًا أسهل في الحصول عليه في أشكال المنتجات القياسية.

10. الملخص والتوصية

جدول: ملخص مقارن سريع.

المعيار	12Cr1MoV	T12
قابلية اللحام	جيدة (مع التسخين المسبق/PWHT)	ضعيفة (إجراءات خاصة مطلوبة)
توازن القوة–الصلابة	مثالي للزحف/الصلابة	مثالي للصلابة/التآكل؛ صلابة منخفضة عند المعالجة
التكلفة (المادة + المعالجة)	معتدلة	أعلى (المادة + المعالجة الحرارية/التشطيب)

الخلاصة - إرشادات الاختيار: - اختر 12Cr1MoV إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي أو وعاء ضغط مع قوة جيدة في درجات الحرارة المرتفعة، وقابلية لحام موثوقة (مع PWHT)، وتوازن بين الصلابة وقابلية التصنيع. تشمل حالات الاستخدام النموذجية الغلايات وأنابيب البخار والمكونات الضغط التي تتطلب الانضمام والاستقرار الحراري. - اختر T12 إذا كانت المتطلبات الأساسية هي أقصى صلابة ومقاومة للتآكل للأدوات أو أجزاء القطع/التآكل، وإذا كنت تستطيع قبول قابلية لحام محدودة، وتكلفة أعلى لكل وحدة من المواد، والحاجة إلى معالجة حرارية متخصصة وتشطيب.

التوصية النهائية: استند إلى الأولويات الوظيفية النهائية للمكون (الحرارة والضغط مقابل التآكل والاحتفاظ بالحواف)، وطرق الانضمام والتصنيع المطلوبة، وتكلفة دورة الحياة الإجمالية (بما في ذلك الصيانة والاستبدال). لأي تطبيق حرج، حدد المعيار الدقيق، واطلب شهادات المصنع/الاختبار، وتحقق من إجراءات اللحام والمعالجات الحرارية مع التجارب والإجراءات المؤهلة.