310S مقابل 309S - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
تعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 310S و 309S غالبًا جنبًا إلى جنب عندما يتعين على المصممين تحقيق توازن بين أداء درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، وقابلية اللحام، وتكلفة المواد. تشمل سياقات القرار النموذجية مكونات الفرن وقطع المعالجة الحرارية (حيث تهيمن مقاومة الأكسدة والتقشر)، ومكونات العادم والمدخنة (الدورات الحرارية والتآكل)، والتجمعات الملحومة حيث يجب تقليل خطر التشوه والتصدع.
التمييز العملي الرئيسي بين هذين الصنفين هو استراتيجيات السبائك: يختلف توازن الكروم والنيكل، مما ينتج عنه اختلافات قابلة للقياس في مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية، والليونة عند درجات الحرارة المرتفعة، والتكلفة. نظرًا لأن كلاهما من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مع كيمياء أساسية مشابهة، غالبًا ما يتم مقارنتهما عند اختيار المواد للخدمة عند درجات الحرارة المرتفعة أو للتطبيقات التي تتطلب كل من مقاومة التآكل وقابلية التشكيل.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الشائعة:
- ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (لوح، ورقة)
- EN: سلسلة EN 10088 (حيث يتم غالبًا رسم المعادلات بواسطة الكيمياء)
- JIS/GB: توجد تسميات محلية في المعايير اليابانية والصينية (استشر جداول المعادلة)
- UNS: UNS S31008 (310S)، UNS S30908 (309S) — تختلف تسميات التسجيل حسب السجل
- التصنيف:
- كلا من 310S و 309S هما فولاذان مقاومان للصدأ (عائلة أوستنيتية).
- هما ليسا فولاذين كربونيين، أو HSLA، أو فولاذ أدوات، أو فولاذ سبائكي مقسى ومعتدل.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
تقدم الجدول التالي نطاقات تركيب نموذجية (نسبة الوزن) التي يتم الاستشهاد بها عادة في المواصفات الصناعية وبيانات المواد. هذه هي نطاقات نموذجية تمثل — استشر المعيار المعمول به أو شهادة المصنع للحدود المحددة للشراء.
| عنصر | 310S (نموذجي، wt%) | 309S (نموذجي، wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.08 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 24 – 26 | 22 – 24 |
| Ni | 19 – 22 | 12 – 15 |
| Mo | ≈ 0 | ≈ 0 |
| V | — | — |
| Nb | — | — |
| Ti | — | — |
| B | — | — |
| N | ≤ 0.10 | ≤ 0.10 |
ملاحظات: - تشير درجات "S" إلى نسخ منخفضة الكربون تهدف إلى تقليل التحسس والتآكل بين الحبيبات بعد اللحام؛ تعتمد الحدود الفعلية للكربون على المعيار وشكل المنتج. - كلا الصنفين خاليان أساسًا من الموليبدينوم ويعتمدان على الكروم والنيكل لاستقرار المصفوفة الأوستنيتية.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكروم (Cr): العنصر الرئيسي لمقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل العامة ومقاومة التقشر عند درجات الحرارة المرتفعة. يزيد الكروم الأعلى من استقرار الفيلم الساكن ومقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية. - النيكل (Ni): مثبت للأوستنيت يحسن الليونة، والصلابة، ومقاومة الدورات الحرارية؛ كما أن زيادة النيكل تقلل أيضًا من القابلية لتكوين مرحلة سيغما في بعض الظروف. - الكربون (C): يعزز القوة ولكنه يزيد من خطر التحسس وترسيب الكربيد في نطاق 450–850 درجة مئوية؛ درجات "S" منخفضة الكربون أقل عرضة للتآكل بين الحبيبات بعد اللحام. - العناصر الثانوية (Mn، Si) تساهم في القوة ومقاومة الأكسدة (Si) وسلوك إزالة الأكسدة/المعالجة (Mn).
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنية المجهرية: - كلا من 310S و 309S هما أوستنيتيان بالكامل في الحالة المعالجة حراريًا عبر نطاقات درجات الحرارة الصناعية العادية. توفر مصفوفة الأوستنيت المكعبة المركزية الواجهة (FCC) صلابة ممتازة، حتى عند درجات الحرارة الكريوجينية، وقابلية تشكيل جيدة. - لا يمكن تقوية أي من الصنفين عن طريق التبريد والتقسية التقليدية: لا يخضعان لتحول مارتنسيت عند التبريد. عادة ما تزداد القوة عن طريق العمل البارد.
استجابة المعالجة الحرارية: - يتم معالجة الحل (عادة في حدود 1010–1120 درجة مئوية) يتبعها تبريد سريع لاستعادة الليونة وإذابة الرواسب. تعتمد درجات الحرارة الدقيقة وأوقات الانتظار على شكل المنتج. - نظرًا لأن محتوى الفريت ضئيل، فإن علاجات التقسية/الشيخوخة المستخدمة للفولاذ أو السبائك المقواة بالترسيب غير قابلة للتطبيق لزيادة القوة. - عند درجات الحرارة المتوسطة (حوالي 450–850 درجة مئوية)، يمكن أن تترسب كربيدات الكروم عند حدود الحبيبات في المواد ذات الكربون العالي مما يسبب التحسس والقابلية للتآكل بين الحبيبات. تقلل درجات "S" منخفضة الكربون من هذا الخطر بشكل كبير. - يمكن أن تعزز الدورات الحرارية عند درجات الحرارة المرتفعة من مرحلة سيغما في بعض الفولاذ المقاوم للصدأ مع مستويات عالية من الكروم ونيكل متوسط؛ التحكم الدقيق في أوقات الانتظار وتجنب التعرض المطول في نطاقات درجات الحرارة المعرضة يقلل من هذا الخطر. يعتبر 310S (مع نيكل عالي) عمومًا أقل عرضة لمرحلة سيغما في العديد من ظروف الخدمة العملية مقارنة ببعض السبائك عالية الكروم الأخرى، ولكن يجب على المستخدمين تقييم التعرضات طويلة الأمد.
4. الخصائص الميكانيكية
تتأثر الخصائص الميكانيكية بشدة بشكل المنتج (ورقة، لوح، قضيب)، والعمل البارد، والتاريخ الحراري. تقدم العديد من المواصفات الصناعية قيمًا دنيا للحالة المعالجة حراريًا. تُظهر الأرقام النموذجية الأساسية (المعالجة حراريًا) المستخدمة في الشراء كحدود دنيا شائعة أو نطاقات تمثيلية:
| الخاصية (درجة حرارة الغرفة، معالجة حرارية) | 310S (نموذجي) | 309S (نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ≈ 515 كحد أدنى؛ النطاق النموذجي 515–690 | ≈ 515 كحد أدنى؛ النطاق النموذجي 515–690 |
| قوة العائد 0.2% (ميغاباسكال) | ≈ 205 كحد أدنى | ≈ 205 كحد أدنى |
| التمدد (%, 50 مم) | ~40% (يعتمد على شكل المنتج) | ~40% (يعتمد على شكل المنتج) |
| صلابة التأثير | عالية عمومًا؛ تحتفظ بالصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة | عالية عمومًا؛ صلابة كريوجينية مشابهة |
| الصلابة (HB) | صلابة معالجة حرارية نموذجية ≈ 70–95 HB (تختلف مع العمل البارد) | مماثلة لـ 310S |
التفسير: - في الحالة المعالجة حراريًا، كلا الصنفين قابلان للمقارنة ميكانيكيًا لأن كلاهما أوستنيتي وغالبًا ما يتم تحديدهما لنفس الحدود الدنيا. الاختلافات في الليونة والصلابة دقيقة وتكون أكثر وضوحًا عند درجات الحرارة المرتفعة حيث يؤثر توازن السبائك (Ni، Cr) على مقاومة الزحف والاستقرار. - سيزيد العمل البارد (صلابة الإجهاد) من القوة والصلابة لكلا الصنفين؛ سلوك العمل الصلب مشابه بشكل عام لأن كلاهما يبقى أوستنيتيًا.
5. قابلية اللحام
يعتبر كل من 310S و 309S قابلين للحام بسهولة باستخدام الطرق القياسية (SMAW، GMAW، GTAW). اعتبارات اللحام الرئيسية: - يقلل محتوى الكربون المنخفض في درجات "S" من خطر التآكل بين الحبيبات بعد اللحام عن طريق تقليل ترسيب كربيد الكروم. - الهيكل الأوستنيتي يتجنب المارتنسيت الصلب والهش في منطقة التأثير الحراري، لذا فإن التشقق البارد المرتبط بالفولاذ المارتنسيت ليس مشكلة. - ومع ذلك، فإن التمدد الحراري العالي والموصلية الحرارية المنخفضة في الأوستنيتيين تؤدي إلى تشوه أكبر وضغوط متبقية؛ من الممكن حدوث تشقق انكماش في اللحامات المقيدة بشدة.
مؤشرات قابلية اللحام المفيدة: - المعادل الكربوني (معادلة IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - المعادل للتآكل الناتج عن النقاط (لتقييم تركيبة اللحام والقابلية): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - نظرًا لأن كلا الصنفين يحتويان على كربون منخفض ومحتوى نيكل مرتفع (خاصة 310S)، فإنهما يسجلان جيدًا من حيث قابلية اللحام من حيث تجنب الصلابة وتشقق منطقة التأثير الحراري. - يمكن أن يحسن محتوى النيكل الأعلى في 310S مقاومة التشقق أثناء التصلب في بعض الظروف ويحافظ على مصفوفة أوستنيت مستقرة؛ ومع ذلك، فإن زيادة محتوى السبائك ترفع قليلاً من الضغوط الحرارية وخطر التشوه. - عادة لا يتطلب التسخين المسبق؛ نادرًا ما يتم إجراء معالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط في الخدمة العادية، ولكن حيث يمكن أن تسبب درجات حرارة الخدمة التحسس أو تشكيل سيغما، استشر الإرشادات المعدنية.
6. التآكل وحماية السطح
- يشكل كل من 310S و 309S فيلم أكسيد الكروم الساكن الذي يوفر مقاومة للتآكل في البيئات المؤكسدة. تعني كيمياءهما الخالية من الموليبدينوم أنهما ليسا محسّنين لمقاومة التآكل الناتج عن النقاط القوية؛ يعتمدون على الكروم والنيتروجين لمقاومة التآكل العام.
- استخدام PREN (رقم مقاومة التآكل الناتج عن النقاط) أقل إفادة بالنسبة للدرجات الخالية من الموليبدينوم ولكن المعادلة لا تزال مفيدة: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ نظرًا لأن الموليبدينوم ≈ 0 لكليهما، فإن اختلافات PREN مدفوعة بالكروم والنيتروجين. عادة ما يحتوي 310S على كميات كروم أعلى قليلاً، مما قد يمنح ميزة صغيرة في مقاومة التآكل المحلي عندما يكون النيتروجين متساويًا.
- مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية والتقشر: يظهر 310S، مع مستويات أعلى من الكروم والنيكل، عمومًا مقاومة أكسدة متفوقة وعمرًا أطول في الأجواء المؤكسدة ذات درجات الحرارة العالية المستمرة (الأفران، بطانات الأفران) مقارنة بـ 309S.
- عندما لا يكون الفولاذ المقاوم للصدأ مطلوبًا أو عندما تكون التكلفة هي السائدة، يتم استخدام حماية سطح الفولاذ التقليدي (التغليف الساخن، الطلاء، التكسية). هذه الطرق غير مناسبة للبيئات المؤكسدة ذات درجات الحرارة العالية حيث يتم اختيار الدرجات المقاومة للصدأ.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل: كلا الصنفين قابلان للتشكيل بشكل كبير في الحالة المعالجة حراريًا. يميل محتوى النيكل الأعلى في 310S إلى تعزيز الليونة، لذا يمكن أن تفضل عمليات التشكيل المعقدة والسحب العميق 310S، ولكن الاختلافات في الممارسة عادة ما تكون متواضعة.
- قابلية التشغيل: تعمل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بسرعة على صلابة الإجهاد؛ قابلية التشغيل عمومًا ضعيفة مقارنة بالدرجات الفريتية. يظهر 309S و 310S سلوك تشغيل مشابه؛ تعتبر هندسة الأدوات المناسبة، والإعدادات الصلبة، ومعدلات التغذية المتحكم فيها مهمة.
- أبخرة القطع واللحام: ينتج لحام الفولاذ المقاوم للصدأ عالي السبائك المزيد من أبخرة عناصر السبائك؛ تأكد من وجود استخراج مناسب ووسائل حماية شخصية.
- إنهاء السطح: تعتبر كل من عمليات التلميع والنقع/التمرير فعالة. يزيد العمل البارد من صلابة السطح وقد يعيق التلميع قليلاً أكثر من المخزون المعالج حراريًا.
8. التطبيقات النموذجية
| 310S (الاستخدامات الشائعة) | 309S (الاستخدامات الشائعة) |
|---|---|
| مكونات الفرن والمعالجة الحرارية (الأفران، الأغطية، الأنابيب المشعة) | بطانات الأفران، أجزاء الموقد، وقطع الانتقال للحام |
| معدات العمليات ذات درجات الحرارة العالية والمبادلات الحرارية في الأجواء المؤكسدة | المرفقات المعمارية أو الهيكلية المعرضة لدرجات حرارة عالية معتدلة والدورات الحرارية |
| المعالجة الكيميائية عند درجات حرارة مرتفعة حيث تكون مقاومة الأكسدة حرجة | أنظمة العادم، مكونات المدخنة، والتطبيقات التي تتطلب توازنًا بين قوة درجات الحرارة العالية وتكلفة أقل |
| أجهزة دعم العزل الحراري للتشغيل المستمر | تكسية أو تغطيات لمقاومة الصدمات الحرارية حيث يكون محتوى النيكل الأقل مقبولاً |
مبررات الاختيار: - اختر 310S حيث تكون مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية، والعمر الممتد في الخدمة المستمرة، والقوة/الليونة المتفوقة عند درجات الحرارة المرتفعة هي الأولويات — حتى عند تكلفة المواد الأعلى. - اختر 309S عندما يمكن تحقيق أداء مقبول بتكلفة شراء أقل، أو عندما يفضل التصميم تقلبات درجات الحرارة المعتدلة والدورات الحرارية المتكررة بدلاً من الحرارة الشديدة المستمرة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادة ما تكون 310S أكثر تكلفة من 309S بسبب محتواها الأعلى من النيكل. تساهم تقلبات أسعار النيكل في الفرق في التكلفة.
- التوافر: كلا الصنفين متاحان على نطاق واسع في أشكال المنتجات الشائعة (ورقة، لوح، أنبوب، قضيب). قد تكون الأحجام الخاصة أو الأقسام الثقيلة لها أوقات تسليم أطول؛ 310/310S شائعة جدًا للمنتجات ذات درجات الحرارة العالية، لذا فإن مشكلات التسليم الطويلة عمومًا قابلة للإدارة ولكنها تخضع لظروف السوق.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص (نوعي):
| السمة | 310S | 309S |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة (الكربون المنخفض يساعد) | جيدة (الكربون المنخفض يساعد) |
| القوة–الصلابة (درجات الحرارة المرتفعة) | أفضل (محتوى نيكل وكروم أعلى للاستقرار) | جيدة (قابلة للمقارنة عند درجة حرارة الغرفة؛ أقل قليلاً عند درجات الحرارة العالية) |
| التكلفة | أعلى (مزيد من النيكل) | أقل (أقل من النيكل) |
الخاتمة — إرشادات عملية: - اختر 310S إذا: - كانت التطبيق يتطلب مقاومة أكسدة وتقشر متفوقة على المدى الطويل عند درجات حرارة عالية مستمرة. - كانت الليونة والاستقرار عند درجات الحرارة المرتفعة لفترات طويلة مهمة. - كانت تكلفة دورة الحياة تبرر تكلفة المواد الأولية الأعلى. - اختر 309S إذا: - كان التطبيق يتضمن تعرضًا معتدلاً لدرجات الحرارة العالية، أو دورات حرارية، أو حيث يكون الأداء العالي عند درجات الحرارة العالية أقل أهمية. - كانت تكلفة المواد الأولية والتوافر هما القلقان الرئيسيان. - كنت بحاجة إلى حل جيد بين قابلية اللحام، وقابلية التشكيل، وقوة معقولة عند درجات الحرارة العالية.
ملاحظة نهائية: كلا من 310S و 309S هما خيارات أوستنيتية قوية. لأي تطبيق حرج من حيث السلامة أو طويل الأمد عند درجات الحرارة العالية، تأكد من تأكيد الاختيار النهائي مع بيانات بيئية تصميمية كاملة، وشهادات مواد ASTM/EN ذات الصلة، وبيانات المورد، وإذا لزم الأمر، اختبارات مختبرية (اختبارات الأكسدة، اختبارات الزحف، أو تأهيل إجراءات اللحام) للتحقق من الأداء تحت ظروف الخدمة المحددة.
1 تعليق
Em 2025, o Stake Casino se consolidou como uma das principais opcoes para fas de cassino no BR. Para comecar a jogar com seguranca, basta entrar pela pagina verificada disponivel aqui — [url=https://stakeaussiegames.net/br/]Stake Casino 2025: Bonus de boas-vindas, giros gratis e slots tematicos exclusivos[/url]
. Com uma enorme variedade de opcoes, navegacao intuitiva e atendimento em portugues, o Stake conquista um publico fiel.
“Explore milhares de caca-niqueis de forma facil!”
Registro no Stake Brasil | Cadastro Simplificado em Poucos Minutos
O cadastro no Stake e rapido. Voce podem acessar os jogos em instantes. Basta visitar o portal usando o link acima, selecionar “Criar Conta”, preencher seus dados e ativar a conta. Depois disso, realize um deposito e comece a jogar.
“Registro rapido e ganhe um bonus de boas-vindas!”
Bonus no Stake BR | Vantagens Incriveis
Os bonus de boas-vindas sao um dos motivos para jogar. Quem se cadastra podem aumentar o saldo antes de fazer a primeira aposta. Entre as vantagens estao beneficios iniciais, rodadas gratis e o clube de recompensas.
“Receba 100% de bonus para explorar os jogos!”