316 مقابل 317L - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

الدرجات 316 و 317L هي فولاذ مقاوم للصدأ من النوع الأوستنيتي، وغالبًا ما يتم تحديدها حيث تفوق مقاومة التآكل الحاجة إلى قوة عالية. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بوزن التبادلات بين أداء التآكل وقابلية اللحام والتكلفة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية أنابيب العمليات الكيميائية، والمكونات البحرية، والمعدات المعرضة لبيئات تحتوي على الكلوريد حيث يكون تجنب التآكل الناتج عن الحفر والشقوق أمرًا حاسمًا.

التمييز العملي الأساسي هو أن 317L مصمم لمقاومة محسّنة للتآكل المحلي من خلال زيادة محتوى الموليبدينوم والكروم مع حد منخفض من الكربون لتقليل الحساسية أثناء اللحام. وهذا يجعل 317L خيارًا مفضلًا حيث تكون مقاومة التآكل الناتج عن الحفر والشقوق دافعًا تصميميًا، بينما يتم اختيار 316 غالبًا حيث تكون مقاومة التآكل العامة الجيدة والتكلفة المنخفضة هي الأولوية.

1. المعايير والتسميات

• ASTM/ASME: تظهر كلا الدرجتين في مواصفات ASTM/ASME للصفائح، والأوراق، والأنابيب، والمسبوكات (أمثلة: ASTM A240 للصفائح/الأوراق).
• UNS: يتم الإشارة إلى 316 عادةً كـ UNS S31600؛ ويتم الإشارة إلى 317L عادةً كـ UNS S31703.
• EN (الأوروبية): يتم تمثيل 316 في قوائم EN (عادةً ما يتم تعيينها إلى X5CrNiMo17-12-2 / 1.4401 لـ 316 والنسخ منخفضة الكربون إلى 1.4404)؛ 317L يتوافق مع تسميات EN ذات السبائك الأعلى (تختلف النطاقات حسب البلد وإصدار المعيار).
• JIS/GB: تشمل المعايير الوطنية اليابانية والصينية تركيبات ومتطلبات ميكانيكية مكافئة لهذه الدرجات الأوستنيتية.
• التصنيف: كلا من 316 و 317L هما فولاذان مقاومان للصدأ (عائلة أوستنيتية)، وليس فولاذ كربوني أو سبائكي أو أدوات أو HSLA.

ملاحظة: تختلف أرقام المعايير الدقيقة والمعادلات حسب شكل المنتج (لوحة، أنبوب، قضيب) وسنة الإصدار؛ تحقق دائمًا من المعيار الحالي ورسم خرائط UNS عند التحديد.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

نطاقات التركيب الكيميائي النموذجية (wt%). القيم إرشادية؛ تأكد وفقًا للمعيار المعمول به أو شهادة اختبار المصنع.

عنصر	316 (نطاق نموذجي، wt%)	317L (نطاق نموذجي، wt%)
C	≤ 0.08	≤ 0.03
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	16–18	18–20
Ni	10–14	11–15
Mo	2–3	3–4
V	≤ 0.04 (لم يضاف عمدًا)	≤ 0.04
Nb (Cb)	عادةً لا يضاف	عادةً لا يضاف
Ti	عادةً لا يضاف	عادةً لا يضاف
B	أثر	أثر
N	≤ 0.10	≤ 0.11

كيف تعمل استراتيجية السبائك: - الكروم (Cr) يؤسس فيلم الأكسيد الساكن ومقاومة التآكل العامة. تحسين محتوى الكروم يزيد من المقاومة للبيئات المؤكسدة وبعض البيئات المختزلة. - الموليبدينوم (Mo) يزيد بشكل ملحوظ من المقاومة للتآكل الناتج عن الحفر والشقوق في الوسائط المحتوية على الكلوريد؛ الموليبدينوم المرتفع في 317L هو المفتاح لمقاومته الممتازة للتآكل المحلي. - النيكل (Ni) يثبت المرحلة الأوستنيتية، مما يحسن المتانة وقابلية التشكيل. - الكربون (C) يؤثر على الحساسية: زيادة محتوى الكربون تزيد من خطر ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبيبات أثناء اللحام أو التبريد البطيء؛ النسخة "L" (منخفضة الكربون) تقلل من ذلك من خلال الحفاظ على محتوى الكربون ≤ 0.03 wt%. - النيتروجين (N) هو مثبت قوي للأوستنيت ويزيد من القوة ومقاومة الحفر (المحتوى في PREN)، لكن مستويات النيتروجين عمومًا منخفضة ومراقبة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - كلا من 316 و 317L هما أوستنيتيان بالكامل (مكعب مركزي الوجه) في ظروف صناعية نموذجية، مع بنية مجهرية تتكون عمومًا من أوستنيت أحادي الطور بالإضافة إلى ترسبات كربيد أو نيتريد منخفضة الحجم حسب التركيب والتاريخ الحراري.

استجابة المعالجة: - التلدين (معالجة المحلول عند حوالي 1,040–1,120 °م تليها تبريد سريع) يستعيد مصفوفة أوستنيت ويذيب الكربيدات، مما يزيد من مقاومة التآكل والليونة. - التطبيع ليس معالجة قياسية للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لأن نطاق الأوستنيت عند درجات الحرارة العالية واستقراره يجعل التحولات الفريتية/اللؤلؤية التقليدية غير قابلة للتطبيق. - التبريد والتقسية ليست ذات صلة بالدرجات الأوستنيتية لأنها لا تتحول إلى مارتنسيت عند التبريد؛ يمكن أن تؤثر الأعمال الباردة والشيخوخة على سلوك الترسيب. - اللحام والتبريد البطيء: 316 مع محتوى كربون أعلى أكثر عرضة للحساسية - ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبيبات - إذا تم لحامه دون ضوابط. 317L، مع محتواه المنخفض من الكربون، يقلل من ترسيب الكربيد وبالتالي يكون أقل عرضة للتآكل بين الحبيبات بعد اللحام. - المعالجة الحرارية الميكانيكية (الأعمال الباردة، دورات التلدين) تؤثر على كثافة الانزلاق، والعائد/القوة، ويمكن أن تؤثر على القابلية لتشكيل مارتنسيت الناتج عن الإجهاد في بعض التركيبات الأوستنيتية (أقل قلقًا مع النسخ المستقرة أو المضاف إليها النيتروجين).

4. الخصائص الميكانيكية

قيم الحالة الميكانيكية النموذجية المعالجة حراريًا؛ القيم الدقيقة تعتمد على شكل المنتج، والسماكة، والمعيار المحدد.

الخاصية (المعالجة حراريًا)	316 (نطاق نموذجي)	317L (نطاق نموذجي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	~480–620	~480–620
قوة العائد 0.2% (ميغاباسكال)	~170–310	~170–300
التمدد (%)	~40–60	~40–60
صلابة التأثير (شاربي، جول)	عالية، تحتفظ بالمتانة عند درجات الحرارة المنخفضة	عالية، تحتفظ بالمتانة عند درجات الحرارة المنخفضة
الصلابة (HB أو HRC)	منخفضة إلى معتدلة (معالجة حراريًا)	منخفضة إلى معتدلة (معالجة حراريًا)

التفسير: - في الممارسة العملية، تتمتع 316 و 317L بخصائص ميكانيكية مشابهة بشكل عام في الحالة المعالجة حراريًا لأن كلاهما فولاذان مقاومان للصدأ أوستنيتيان. الاختلافات الناتجة عن حد الكربون المنخفض في 317L طفيفة بالنسبة لخصائص الشد؛ يمكن أن تظهر 316 قوة أعلى قليلاً إذا كان محتوى الكربون عند الحد الأعلى، لكن هذا يأتي بتكلفة زيادة خطر الحساسية. - كلا الدرجتين مرنة وقوية عند درجات الحرارة المحيطة وتحت الصفر (الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي معروف بمتانته الممتازة).

5. قابلية اللحام

الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عمومًا ممتاز في قابلية اللحام بسبب هيكله الأوستنيتي المستقر وغياب المراحل الهشة عند استخدام الإجراء الصحيح. النقاط الرئيسية: - محتوى الكربون: الحد المنخفض من الكربون في 317L يقلل من خطر ترسيب كربيد الكروم والتآكل بين الحبيبات بعد اللحام. 316 قابل للحام ولكن قد يتطلب نسخ منخفضة الكربون (316L) أو معالجة حرارية بعد اللحام في التطبيقات الحرجة. - قابلية التصلب: الدرجات الأوستنيتية لديها قابلية تصلب منخفضة بمعنى تشكيل المارتنسيت؛ التشقق الناتج عن الهيدروجين ليس نمط الفشل اللحامي النموذجي، لكن الحذر مع إدخال الحرارة ودرجات حرارة التداخل يمكن أن يتحكم في نمو الحبيبات. - السبائك الدقيقة: العناصر مثل Nb أو Ti، عند وجودها (درجات مستقرة)، تقلل أيضًا من الحساسية من خلال ربط الكربون ككربيدات مستقرة؛ هذه ليست نموذجية في 316/317L.

مؤشرات قابلية اللحام التجريبية المفيدة (للتفسير النوعي): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير: - كلا الصيغتين تظهران أن الكربون والسبائك يزيدان من قابلية التصلب وخطر اللحام. نظرًا لأن 317L منخفض الكربون، فإن مؤشرات حسابها ستتنبأ عمومًا بلحام أسهل مع خطر أقل من التآكل بين الحبيبات مقارنةً بـ 316 عالي الكربون. - عمليًا، استخدم إدخال حرارة منخفض، والمعادن المالئة الموصى بها (مطابقة أو متفوقة من حيث سبائك Ni-Cr-Mo)، واعتبر معالجة المحلول بعد اللحام للخدمة الحرجة عند استخدام نسخ عالية الكربون.

6. التآكل وحماية السطح

سلوك الفولاذ المقاوم للصدأ: - بالنسبة للدرجات المقاومة للصدأ، يتم قياس مقاومة التآكل المحلي باستخدام مؤشرات مثل PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - باستخدام نطاقات التركيب النموذجية، عادةً ما يكون لدى 317L PREN أعلى من 316 بسبب محتوى الموليبدينوم الأعلى (وغالبًا ما يكون النيتروجين قابلًا للمقارنة)، مما يشير إلى مقاومة متفوقة للتآكل الناتج عن الحفر والشقوق في البيئات المحتوية على الكلوريد. - توفر 316 مقاومة جيدة للتآكل العامة (البيئات المؤكسدة والعديد من البيئات المختزلة) وتقاوم التشقق الناتج عن الإجهاد والتآكل الناتج عن الشقوق بشكل معقول ولكنها عمومًا أقل مقاومة للتآكل الناتج عن الحفر في البيئات العدوانية المحتوية على الكلوريد مقارنةً بـ 317L.

الفولاذ غير المقاوم للصدأ: - غير قابل للتطبيق هنا؛ الطلاء المجلفن والدهان هما الحمايات القياسية للفولاذ الكربوني والسبائكي ولكن لا تستخدم للفولاذ المقاوم للصدأ حيث يكون الفيلم الساكن هو آلية الحماية.

عندما لا يكون PREN قابلاً للتطبيق: - ينطبق PREN على الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والثنائي حيث يؤثر الموليبدينوم والنيتروجين بشكل كبير على التآكل المحلي. ليس له معنى بالنسبة للفولاذ الكربوني العادي أو للبيئات التي تهيمن عليها آليات التآكل المتجانسة دون هجوم محلي.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل: كلا الدرجتين قابلتان للتشكيل بشكل كبير في الحالة المعالجة حراريًا (السحب العميق، الانحناء) بسبب مرونة الأوستنيت. الارتداد أعلى من الفولاذ الفريتي ويجب أخذه في الاعتبار في تصميم الأدوات.
• قابلية التشغيل: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي يتصلب أثناء العمل ولديه قابلية تشغيل أقل من الفولاذ الكربوني. يمكن أن يقلل محتوى الموليبدينوم الأعلى (كما في 317L) من قابلية التشغيل بشكل طفيف ويزيد من تآكل الأدوات. استخدم أدوات ذات زوايا إيجابية، وإعدادات صلبة، وسرعات وتغذيات قطع مناسبة.
• تشطيب السطح: كلاهما يتلقى معالجة تلميع قياسية، وتمرير، ومعالجة كهربائية. قد يتطلب 317L تحكمًا أكثر دقة في التمرير حيث تكون مقاومة الحفر الأعلى مطلوبة.
• الانضمام والتشكيل: يحسن الكربون المنخفض في 317L نتائج تصنيع اللحام؛ بالنسبة لعمليات العمل الباردة الثقيلة، قم بالتلدين حسب الحاجة لاستعادة الليونة.

8. التطبيقات النموذجية

316 – الاستخدامات النموذجية	317L – الاستخدامات النموذجية
معدات العمليات الكيميائية (كيميائيات أقل عدوانية)	معدات العمليات الكيميائية في بيئات غنية بالكلوريد أو أكثر عدوانية
تركيبات بحرية ومكونات متعلقة بالمياه المالحة (العديد من الاستخدامات العامة)	مبادلات حرارية، أنابيب، ومعدات تتعامل مع المحاليل المالحة المحتوية على الكلوريد والأحماض حيث تكون مقاومة الحفر المحسنة مطلوبة
معدات معالجة الطعام وحاويات التخزين	بيئات صيدلانية وعالية النقاء مع حساسية للحام تجاه ترسيب الكربيد
عناصر معمارية، مسامير	أنظمة تحلية المياه والعمليات البحرية حيث يكون التآكل المحلي مصدر قلق رئيسي

مبررات الاختيار: - اختر 316 عندما تكون مقاومة التآكل العامة الجيدة، والتوافر، وتكلفة المواد المنخفضة هي الأولوية؛ يناسب العديد من البيئات البحرية والكيميائية التي ليست عدوانية بشدة. - اختر 317L عندما تتضمن الخدمة بيئات كلوريد عدوانية، أو تركيزات أعلى من الأنيونات المؤكسدة، أو حيث يجب أن تحتفظ التجميعات الملحومة بمقاومة للتآكل الناتج عن الحفر/الشقوق دون معالجة حرارية بعد اللحام.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: 317L عادةً ما تكون أكثر تكلفة من 316 بسبب محتوى الموليبدينوم الأعلى ومحتوى النيكل الأعلى قليلاً. تزيد التكلفة الإضافية مع تقلبات سوق الموليبدينوم.
• التوافر: 316 متوفر بشكل أوسع في مجموعة واسعة من أشكال المنتجات (ورقة، لوحة، أنبوب، قضيب، تركيبات، مسامير). 317L متاح على نطاق واسع ولكن أقل انتشارًا؛ من المرجح أن تكون أوقات التسليم الطويلة أو كميات الطلب الدنيا أكثر احتمالًا لأشكال المنتجات أو التشطيبات الخاصة.
• المشتريات: بالنسبة للمشاريع الكبيرة، يمكن أن تكون الفروق في التكلفة كبيرة؛ قم بموازنة التكلفة الإضافية للمواد مقابل تكاليف دورة الحياة وإمكانية الاستبدال أو الصيانة في الخدمة التآكلية.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

السمة	316	317L
قابلية اللحام	جيدة (تتطلب الحذر لتجنب الحساسية في الأقسام السميكة)	ممتازة (الكربون المنخفض يقلل من خطر الحساسية)
القوة–المتانة	مرونة جيدة ومتانة؛ مشابهة في الحالة المعالجة حراريًا	مرونة ومتانة مشابهة؛ الخصائص الميكانيكية قابلة للمقارنة
مقاومة التآكل (الحفر/الشقوق)	مقاومة عامة جيدة؛ مقاومة محلية معتدلة إلى جيدة	مقاومة محلية أفضل (الحفر/الشقوق) بسبب محتوى الموليبدينوم والكروم الأعلى
التكلفة	أقل (أكثر شيوعًا)	أعلى (سبائك مميزة)

التوصيات: - اختر 316 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ أوستنيتي مقاوم للصدأ فعال من حيث التكلفة ومتوافر على نطاق واسع للخدمة العامة ضد التآكل، حيث يكون التعرض للكلوريد معتدلاً، ويمكن التحكم في التصنيع/اللحام أو تكون المعالجة بعد اللحام ممكنة. - اختر 317L إذا كانت التطبيق يتطلب مقاومة متفوقة للتآكل الناتج عن الحفر والشقوق في البيئات العدوانية المحتوية على الكلوريد، أو حيث يجب أن تتجنب الهياكل الملحومة الحساسية دون معالجة حرارية بعد اللحام - مع قبول تكلفة مواد أعلى لتحسين عمر الخدمة.

ملاحظة ختامية: حدد دائمًا الدرجة الدقيقة، وشكل المنتج، وتشطيب السطح، والمعيار المعمول به في وثائق المشتريات؛ اطلب شهادات اختبار المصنع واعتبر اختبار التآكل أو التقييم الهندسي للتطبيقات الحرجة، حيث تؤثر بيئة الخدمة وممارسات التصنيع بشكل كبير على الأداء على المدى الطويل.