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

مقدمة

الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 316L و317L هما اختيارات شائعة حيث تكون مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام مطلوبة. يقوم المهندسون، ومديرو المشتريات، ومخططو التصنيع بوزن التبادلات بين أداء التآكل وتكلفة المواد، بالإضافة إلى اعتبارات التصنيع والخدمة طويلة الأمد في البيئات التي تحتوي على الكلوريد أو البيئات الحمضية. التمييز العملي الرئيسي بين 316L و317L هو محتوى الموليبدينوم الأعلى ومحتوى الكروم المختلف قليلاً في 317L، مما يزيد من مقاومة التآكل المحلي على حساب تكلفة المواد الأعلى؛ لهذا السبب غالبًا ما تتم مقارنة هذه الدرجات عند تحديد الأنابيب، والأوعية، والمبادلات الحرارية، أو المعدات الصحية للخدمة العدوانية.

1. المعايير والتسميات

المعايير والتسميات الشائعة حيث يظهر 316L و317L:

• ASTM / ASME: A240 (لوح)، A276 (قضبان)، A182 (طرق)، إلخ.
• EN: EN 10088-2 (الفولاذ المقاوم للصدأ) والمعايير المتعلقة بالمنتجات.
• JIS: SUS316L، SUS317L (معايير الصناعة اليابانية المكافئة).
• GB/T: المعايير الصينية تشمل تركيبات وأشكال منتجات مشابهة.

كلا من 316L و317L هما فولاذان مقاومان للصدأ الأوستنيتي (مقاوم للصدأ، وليس سبائك كربونية، أو أدوات، أو فولاذ HSLA). يشير اللاحقة "L" إلى الكربون المنخفض (مقاومة محسنة للحساسية أثناء اللحام).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

الجدول التالي يعطي نطاقات التركيب النموذجية (وزن%) التي يتم الاستشهاد بها عادةً للفولاذ 316L و317L التجاري. هذه هي النطاقات التمثيلية من مواصفات المنتجات الشائعة؛ الحدود الدقيقة تعتمد على المعيار المحدد وشكل المنتج.

عنصر	316L (وزن نموذجي %)	317L (وزن نموذجي %)
C	≤ 0.03	≤ 0.03
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	16.0–18.0	18.0–20.0
Ni	10.0–14.0	11.0–15.0
Mo	2.0–3.0	3.0–4.5
V	— (أثر)	— (أثر)
Nb (Cb)	— (درجات مستقرة اختيارياً)	—
Ti	— (درجات مستقرة اختيارياً)	—
B	أثر	أثر
N	≤ 0.10 (أثر إلى صغير)	≤ 0.10 (أثر إلى صغير)

استراتيجية السبائك وتأثيراتها: - يوفر الكروم الفيلم السالب ومقاومة التآكل الكلية. - يعمل النيكل على استقرار الهيكل الأوستنيتي ويحسن المتانة وقابلية التشكيل. - الموليبدينوم هو العنصر الرئيسي الذي يعزز المقاومة للتآكل الناتج عن النقاط والشقوق في البيئات التي تحتوي على الكلوريد؛ عادةً ما يحتوي 317L على المزيد من الموليبدينوم مقارنةً بـ 316L. - يقلل الكربون المنخفض (L) من خطر ترسيب كربيد الكروم (الحساسية) في منطقة التأثير الحراري أثناء اللحام.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - كلا من 316L و317L هما أوستنيتيان بالكامل (مكعب مركزي الوجه) في الحالة المعالجة حرارياً عبر درجات حرارة الخدمة النموذجية. - لا تتحول إلى مارتنسيت عند التبريد من درجات حرارة المعالجة الحرارية وبالتالي لا تستجيب لدورات التبريد والتقسية المستخدمة للفولاذ الفيريتك أو المارتنسيت.

استجابة المعالجة الحرارية: - تعيد المعالجة الحرارية (عادةً 1010–1150 درجة مئوية تليها تبريد سريع) المرونة، وتذيب الترسبات، وتعيد السبيكة إلى حالة أوستنيتية بالكامل ومقاومة للتآكل. - لا يوجد تقوية بواسطة المعالجة الحرارية التقليدية (إنها غير قابلة للتصلب بواسطة المعالجة الحرارية)؛ تزداد القوة فقط بواسطة العمل البارد (تصلب الإجهاد). - يمكن أن تحدث الحساسية (ترسيب كربيد الكروم) في نطاق حوالي 450–850 درجة مئوية إذا كان الكربون موجودًا؛ درجات الكربون المنخفض (L) تقلل من هذه المخاطر. - تستخدم الإضافات المستقرة (Nb أو Ti، ليست نموذجية لـ 316L/317L القياسية) فقط حيث يُتوقع التعرض المتكرر لدرجات حرارة حساسة؛ خلاف ذلك، فإن المعالجة الحرارية بالإضافة إلى الكربون المنخفض هي النهج المعتاد.

4. الخصائص الميكانيكية

الخصائص الميكانيكية النموذجية، المعالجة حرارياً، لـ 316L و317L التجاريين متشابهة بشكل عام؛ قد يظهر 317L قوة شد أعلى قليلاً في بعض أشكال المنتجات بسبب التركيب. القيم أدناه تشير إلى المواد المعالجة حرارياً (تعتمد القيم الفعلية على شكل المنتج والمعيار).

الخاصية (المعالجة حرارياً)	316L (نموذجي)	317L (نموذجي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	480–620	490–640
0.2% إثبات / عائد (ميغاباسكال)	170–310	170–320
التمدد (A%)	≥ 40% (يعتمد على السماكة)	≥ 40% (يعتمد على السماكة)
صلابة التأثير (شاربي)	جيدة، تحتفظ بالمتانة عند درجات حرارة منخفضة	جيدة، مشابهة لـ 316L
الصلابة (HB أو HRB)	متوسطة (معالجة حرارياً)	متوسطة (معالجة حرارياً)

التفسير: - كلا الدرجتين مرنتان وقويتان في الحالة المعالجة حرارياً. الاختلافات في الخصائص الميكانيكية صغيرة لأشكال المنتجات الشائعة؛ أي زيادة معتدلة في القوة لـ 317L تأتي بشكل رئيسي من محتوى السبيكة الأعلى (Mo وأحيانًا Cr/Ni)، وليس من آليات المعالجة الحرارية. - للتطبيقات التي تتطلب قوة عائد أعلى، يجب النظر في العمل البارد أو سبائك بديلة بدلاً من توقع اختلافات كبيرة بين 316L و317L.

5. قابلية اللحام

اعتبارات قابلية اللحام لكلا الدرجتين مواتية ولكنها تتطلب ممارسة جيدة: - يقلل الكربون المنخفض من الحساسية في الوصلات الملحومة، مما يجعل كلا الدرجتين مناسبين للحام الانصهاري دون معالجة حرارية بعد اللحام في العديد من الحالات. - يساعد محتوى النيتروجين والنيكل في الحفاظ على الأوستنيت والمرونة في معدن اللحام. - يزيد الموليبدينوم من مقاومة التآكل ولكنه لن يمنع التصلب أو التشقق الساخن؛ اختيار الملء والتحكم في إدخال الحرارة مهمان.

مؤشرات قابلية اللحام المفيدة: - معادلة الكربون المكافئ (صيغة IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - عامل التشقق الوقائي ($P_{cm}$):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - كلا من 316L و317L تحسب إلى مكافئات كربون منخفضة مقارنة بالفولاذات ذات الكربون العالي، مما يشير إلى صلابة منخفضة وخطر منخفض من التشقق البارد. - تأثير الموليبدينوم الأعلى في 317L له تأثير ضئيل على قابلية اللحام الانصهاري عند استخدام ملء مناسب (يتوافق مع 317L أو مواد استهلاكية متوافقة مع 316L/317L) ومعلمات اللحام. ومع ذلك، فإن تحديد معدن ملء متوافق للحفاظ على مقاومة التآكل في منطقة اللحام أمر ضروري (أي، مطابقة محتوى الموليبدينوم عندما تكون مقاومة النقاط حرجة). - لا تتطلب المعالجة الحرارية بعد اللحام عادةً لهذه الدرجات منخفضة الكربون، ولكن في الخدمة عالية التآكل أو للأقسام السميكة، يمكن أن تعيد المعالجة الحرارية المقاومة الكاملة للتآكل.

6. التآكل وحماية السطح

بالنسبة للسبائك المقاومة للصدأ، فإن رقم مقاومة النقاط (PREN) هو مؤشر مفيد لمقاومة التآكل الناتج عن الكلوريد: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• نظرًا لأن 317L يحتوي عادةً على المزيد من الموليبدينوم مقارنةً بـ 316L، فإن PREN الخاص به أعلى وبالتالي فإن مقاومته للتآكل الناتج عن النقاط والشقوق في البيئات التي تحتوي على الكلوريد أفضل.
• PREN هو مؤشر تجريبي ومفيد بشكل أكبر لمقارنة الفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية والثنائية مع هياكل مجهرية مشابهة؛ يجب عدم استخدامه بمفرده للتنبؤ بالتآكل العام في جميع البيئات.
• بالنسبة للفولاذات غير المقاومة للصدأ، تشمل استراتيجيات الحماية الجلفنة، والطلاء، أو بطانات البوليمر؛ هذه الطرق ليست ذات صلة لـ 316L/317L حيث تعتمد السبائك على حماية الفيلم السالب.

إرشادات عملية: - استخدم 316L للتطبيقات الكيميائية والصحية العامة حيث تكون مستويات الكلوريد معتدلة. - استخدم 317L حيث يتطلب احتمال تآكل النقاط، أو تآكل الشقوق، أو بعض البيئات الحمضية (مثل حمض الكبريتيك أو الفوسفوريك في تركيزات معينة) مقاومة محلية محسنة للتآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل: كلا الدرجتين تتشكل وتُسحب جيدًا في الحالة المعالجة حرارياً بسبب الهيكل الأوستنيتي المستقر والمرونة الجيدة.
• قابلية التشغيل: الفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية تتصلب أثناء العمل؛ قابلية التشغيل متوسطة إلى ضعيفة مقارنة بالفولاذات الكربونية. 317L قد يكون أصعب قليلاً في التشغيل في بعض الحالات بسبب محتوى السبيكة الأعلى؛ استخدم أدوات حادة، وإعدادات صلبة، وسرعات قطع مناسبة.
• تشطيب السطح والتلميع: كلاهما يُلمع إلى تشطيب جيد؛ قد يتطلب محتوى السبيكة الأعلى في 317L خطوات تلميع مختلفة قليلاً لتحقيق تشطيب مرآة.
• العمل البارد: كلاهما يستجيب جيدًا للعمل البارد للتقوية ولكن العمل البارد يزيد من القابلية لتشكيل المارتنسيت الناتج عن الإجهاد في الأوستنيتات ذات النيكل المنخفض—وهو أقل قلقًا مع هذه الدرجات عالية النيكل.

8. التطبيقات النموذجية

316L — الاستخدامات النموذجية	317L — الاستخدامات النموذجية
معدات معالجة الطعام والمشروبات (خزانات، أنابيب)	معدات العمليات الكيميائية التي تتعامل مع تيارات كلوريد أو حمض أكثر عدوانية
الأجهزة الصيدلانية والطبية (أدوات جراحية، زراعة—حيثما تم تحديدها)	منظفات التحكم في التلوث، إزالة الكبريت من غازات العادم حيث تكون مقاومة النقاط الأعلى مطلوبة
تركيبات بحرية، مكثفات مياه البحر (تعرض معتدل للكلوريد)	مبادلات حرارية وأنابيب في تيارات العمليات التي تحتوي على الكلوريد
مبادلات حرارية، مكثفات، وزخارف معمارية	مكونات حيث تكون مقاومة الشقوق/النقاط أولوية (مثل أنظمة الملح)

مبررات الاختيار: - اختر 316L لمقاومة تآكل واسعة بتكلفة أقل وسهولة في الشراء للخدمة العامة. - اختر 317L عندما تتضمن بيئة الخدمة تركيزًا أعلى من الكلوريد، أو شقوق، أو خطر تآكل محلي يبرر التكلفة الإضافية.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: 317L عادةً ما تكون أكثر تكلفة من 316L بسبب محتوى الموليبدينوم الأعلى ومحتوى النيكل/الكروم الأعلى قليلاً؛ تختلف الأسعار مع أسواق المعادن السلع وشكل المنتج (ورقة، لوح، قضيب، أنبوب).
• التوافر: 316L هو واحد من أكثر الدرجات الأوستنيتية المتاحة على نطاق واسع في مجموعة كاملة من أشكال المنتجات والتشطيبات. 317L متاحة بشكل شائع ولكنها أقل انتشارًا في الأشكال الخاصة وقد يكون لديها أوقات تسليم أطول لبعض أشكال أو تشطيبات المنتجات.
• نصائح الشراء: بالنسبة للعناصر القياسية ذات الحجم الكبير، سيكون 316L عادةً الخيار الاقتصادي؛ بالنسبة لمعدات العمليات الهندسية حيث يكون التآكل المحلي وضع فشل، حدد 317L وخطط لوقت شراء أطول وميزانية مواد أعلى.

10. الملخص والتوصية

المعيار	316L	317L
قابلية اللحام	ممتازة (كربون منخفض)	ممتازة (كربون منخفض)، يُوصى باختيار معدن الملء
القوة – المتانة	مشابهة، كلاهما مرن وقوي	مشابهة، قوة أعلى قليلاً ممكنة
مقاومة التآكل المحلية (النقاط/الشقوق)	جيدة	أفضل (موليبدينوم أعلى → PREN أعلى)
التكلفة	أقل	أعلى
التوافر	مرتفع جداً	مرتفع، ولكن أقل انتشارًا قليلاً

التوصية: - اختر 316L إذا كنت بحاجة إلى فولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتي قوي، اقتصادي، وقابل للحام بشكل كبير لمقاومة التآكل العامة، التطبيقات الصحية، أو المكونات البحرية حيث يكون التعرض للكلوريد معتدلاً. - اختر 317L إذا كان التصميم يجب أن يقاوم تآكل النقاط أو الشقوق في خدمات أكثر عدوانية تحتوي على الكلوريد أو الحمض، أو حيث تكون الزيادة الهامشية في تكلفة المواد مبررة من خلال تقليل الصيانة وزيادة عمر الخدمة.

ملاحظة نهائية: حدد حدود التركيب الفعلية والمتطلبات الميكانيكية بالإشارة إلى المعيار المعمول به (ASTM، EN، JIS، GB) وشكل المنتج (لوح، أنبوب، قضيب). حيث يكون التآكل المحلي وضع فشل حرج، قم بإجراء اختبارات تآكل محددة للتطبيق أو استشر مهندسي التآكل للتحقق من اختيار الدرجة، وتشطيب السطح، وإجراءات اللحام.