317L مقابل 904L - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

317L و 904L هما نوعان من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، ويستخدمان على نطاق واسع في المعدات المقاومة للتآكل، لكنهما يحتلان أماكن مختلفة في طيف الأداء والتكلفة. غالبًا ما يوازن المهندسون وفرق الشراء بين مقاومة التآكل (خصوصًا تجاه الكلوريدات والأحماض المخفضة)، وقابلية اللحام، وقابلية التشكيل، والمتطلبات الميكانيكية، وتكلفة دورة الحياة عند الاختيار بينهما. يكمن التمييز المعدني الأساسي في استراتيجيات السبائك: 317L هو سبيكة تحتوي على الموليبدينوم مصممة لتحسين مقاومة التآكل الناتج عن النقاط والشقوق مقارنة بعائلات 304/316، بينما 904L هو سبيكة أوستنيتية عالية السبيكة تجمع بين النيكل والموليبدينوم والنحاس لتوفير مقاومة متفوقة في البيئات العدوانية المخفضة والتي تحتوي على الكلوريدات.

نظرًا لأن كلاهما يستخدم في التطبيقات الحرجة من حيث التآكل، يتم مقارنتهما بشكل متكرر أثناء اختيار المواد للمعالجة الكيميائية، والخدمات البحرية، والخدمات ذات الكلوريد العالي. يتناول الجزء المتبقي من هذه المقالة المقاييس، والكيمياء، والميكروهيكل، واستجابة المعالجة الحرارية، والسلوك الميكانيكي، وقابلية اللحام، ومؤشرات التآكل، وخصائص التصنيع، ومساحات التطبيق، والتكلفة والتوافر، وينتهي بالتوصيات.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الشائعة وعائلات المواصفات التي تغطي هذه الدرجات:
• ASTM / ASME: تشمل المعايير النموذجية للمنتجات ASTM A240 / ASME SA-240 للألواح والأوراق، ASTM A276 للبار والشكل المقاوم للصدأ، ASTM A312 للأنابيب.
• EN / ISO: مشمولة ضمن سلسلة EN 10088 (الفولاذ المقاوم للصدأ) والمعايير المتعلقة بالمنتجات.
• معايير JIS (المعايير الصناعية اليابانية) و GB (المعايير الوطنية الصينية) توفر مواصفات منتجات مكافئة للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي؛ استشر جداول التحويل للحصول على المطابقات الدقيقة.
• تسميات UNS: يُشار إلى 317L عادةً باسم UNS S31703؛ يُشار إلى 904L عادةً باسم UNS N08904.
• التصنيف:
• 317L: مقاوم للصدأ (سبيكة أوستنيتية، متغير منخفض الكربون "L" لتحسين قابلية اللحام ومقاومة التآكل بين الحبيبات).
• 904L: مقاوم للصدأ (أوستنيتي، عالي السبيكة، متغير منخفض الكربون مصمم لمقاومة تآكل مرتفعة في الوسائط المخفضة والتي تحتوي على الكلوريدات).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

جدول: التركيب الكيميائي النموذجي (وزن%) — نطاقات تمثيلية معادلة؛ الحديد هو المتبقي.

مناقشة استراتيجية السبائك: - يوفر الكروم السلبية الأساسية ومقاومة التآكل العامة لكلا الدرجتين. يميل الكروم الأعلى إلى تحسين مقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل الأساسية. - يعمل النيكل على استقرار الميكروهيكل الأوستنيتي، ويحسن المتانة والليونة، ويزيد من المقاومة لتآكل الإجهاد الناتج عن الكلوريد (SCC) عند وجوده بكميات أعلى؛ يعزز محتوى النيكل المرتفع في 904L الليونة والمقاومة لـ SCC في العديد من البيئات. - الموليبدينوم هو عنصر رئيسي لمقاومة النقاط والشقوق في الوسائط التي تحتوي على الكلوريد؛ تحتوي كلا السبيكتين على الموليبدينوم، لكن 904L يحتوي عادةً على موليبدينوم أعلى قليلاً من 317L ويكمله بمحتوى نيكل أعلى ونحاس مضاف. - يعزز النحاس في 904L المقاومة للأحماض المخفضة مثل حمض الكبريتيك ويساعد في الأداء في بعض البيئات المخفضة التي تحتوي على الكلوريد. - تقلل المتغيرات منخفضة الكربون ("L") من خطر الهجوم بين الحبيبات بعد اللحام وتسمح باللحام الواسع دون الحاجة إلى استقرار بعد اللحام في العديد من حالات الخدمة.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

• الميكروهيكل النموذجي: كلا من 317L و 904L هما أوستنيتيان بالكامل في الحالة المعالجة حراريًا (هيكل بلوري مكعب مركزي الوجه). لا يوجد تحول مارتنسيت قابل للتصلب عن طريق التبريد؛ يتم التحكم في القوة بشكل أساسي من خلال تقوية الحل الصلب والعمل البارد.
• استجابة المعالجة الحرارية:
• التسخين: إعادة تسخين كاملة عند درجات حرارة نموذجية (حوالي 1000–1150 درجة مئوية للسبائك الأوستنيتية) تستعيد الليونة وتذوب الكربيدات والمعادن البينية.
• التثبيت: نظرًا لأن كلاهما درجات منخفضة الكربون، فإن التثبيت باستخدام التيتانيوم أو النيوبيوم عادةً ما يكون غير ضروري لتجنب الحساسية، على الرغم من أن بعض المنتجات قد تشمل مثبتات.
• التصلب بالعمل: كلا السبيكتين يتصلبان تحت التشكيل البارد؛ يمكن أن يؤدي محتوى النيكل والسبيكة الأعلى في 904L إلى سلوك تصلب بالعمل أقوى من 317L، مما يؤثر على قابلية التشكيل والقوة المطلوبة.
• لا تنطبق المعالجات الحرارية التي تهدف إلى تصلب الترسيب؛ يمكن أن يؤدي التعرض الممتد بين حوالي 400–900 درجة مئوية إلى تعزيز ترسيب الكربيدات أو المعادن البينية (مما قد يؤثر على مقاومة التآكل). عمليات التطبيع/التبريد المستخدمة للفولاذ الفيريتية/السبائك المنخفضة ليست ذات صلة بالدرجات الأوستنيتية بالكامل.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: الخصائص الميكانيكية النموذجية (الحالة المعالجة حراريًا، نطاقات دالة)

التفسير: - كلا السبيكتين يظهران ليونة جيدة ومتانة في الحالة المعالجة حراريًا. غالبًا ما يظهر 904L قوة خضوع أعلى قليلاً بسبب تعزيز الحل الأعلى من النيكل والموليبدينوم؛ ومع ذلك، فإن الفروق في UTS عادةً ما تكون صغيرة في الحالة المعالجة حراريًا. - قد يظهر 317L تمددًا أكبر قليلاً في بعض ظروف المورد، مما يمكن أن يساعد في عمليات التشكيل. - صلابة التأثير لكلاهما عمومًا ممتازة عند درجات حرارة محيطية؛ لا يظهر أي منهما انتقالًا من اللدونة إلى الهشاشة النموذجية للفولاذ الفيريتية.

5. قابلية اللحام

• عام: يعتبر كل من 317L و 904L فولاذًا مقاومًا للصدأ الأوستنيتي قابلًا للحام. يقلل محتوى الكربون المنخفض من القابلية لترسيب الكربيدات بين الحبيبات أثناء اللحام ويقلل من الحاجة إلى معالجة حرارية بعد اللحام.
• عوامل يجب مراعاتها:
• الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عرضة للتشقق الساخن (تشقق التصلب) في اللحامات؛ اختيار الملء المناسب ومعلمات اللحام مهمة.
• يؤثر محتوى السبيكة العالي (النيكل، الموليبدينوم، النحاس) على سلوك التصلب وقد يتطلب مواد ملء متطابقة أو متفوقة.
• مؤشرات قابلية اللحام المفيدة (لا حاجة لحساب رقمي هنا):
• معادلة الكربون للأوستنيتيين (شكل IIW) يمكن استخدامها نوعيًا: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ يشير $CE_{IIW}$ الأعلى إلى ميل أكبر لمشاكل قابلية اللحام في بعض السياقات.
• مؤشر مقاومة النقاط/الشقوق/مؤشر أكثر تحفظًا لقابلية اللحام ذات الصلة بعناصر الكربون والمنغنيز وغيرها من عناصر التعزيز: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ يُستخدم أحيانًا $P_{cm}$ كمؤشر نوعي لمخاطر تشقق اللحام.
• التفسير العملي:
• 317L: عمومًا سهل اللحام باستخدام مواد ملء أوستنيتية شائعة (مثل، مواد استهلاكية من نوع 316L). عادةً لا يتطلب التسخين المسبق. نادرًا ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام ضرورية.
• 904L: قابل للحام ولكن يتطلب الانتباه لاختيار الملء (غالبًا سلك لحام مطابق لـ 904L أو مواد ملء قائمة على النيكل مختارة خصيصًا) لتجنب اختلافات الأداء الجلفاني أو التآكل. يمكن أن يزيد محتوى السبيكة الأعلى من القابلية للتشقق الساخن إذا لم يتم تحسين إجراءات اللحام. يجب على المصنّعين استشارة إرشادات اللحام من المورد.
• بالنسبة لكلا الدرجتين، فإن التحكم في إدخال الحرارة، ودرجة حرارة التداخل، والتنظيف الكافي بعد اللحام مهم للحفاظ على أداء التآكل.

6. التآكل وحماية السطح

• الفولاذ غير المقاوم للصدأ: غير قابل للتطبيق هنا؛ كلا السبيكتين مقاومان للصدأ.
• رقم مقاومة النقاط (PREN) هو وسيلة شائعة للإشارة إلى المقاومة النسبية للهجوم الموضعي في البيئات التي تحتوي على الكلوريد: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• باستخدام هذه المعادلة نوعيًا، ستظهر سبيكة تحتوي على موليبدينوم ونيتروجين أعلى رقم PREN أعلى وبالتالي مقاومة أفضل للنقاط.
• مقارنة نوعية:
• 317L: يحسن محتوى الموليبدينوم بشكل كبير مقاومة النقاط مقارنة بعائلات 304/316؛ يستخدم على نطاق واسع حيث تكون مقاومة الكلوريدات والهجوم الموضعي المحسن مطلوبة.
• 904L: عادةً ما يحقق مقاومة تآكل موضعية أعلى بشكل عام من 317L لأنه يجمع بين موليبدينوم أعلى مع نيكل أعلى بشكل ملحوظ ونحاس مضاف؛ التأثير الصافي يرفع رقم PREN ويحسن المقاومة لكل من الوسائط المؤكسدة والمخفضة التي تحتوي على الكلوريد وبعض تركيزات حمض الكبريتيك.
• عندما لا تكون المؤشرات كافية: يجب تقييم ظروف الخدمة الفعلية (درجة الحرارة، تركيز الكلوريد، التدفق، الشقوق، الكيمياء المؤكسدة أو المخفضة) تجريبيًا أو عبر قواعد بيانات التآكل والاختبار؛ رقم PREN هو مجرد مؤشر ولا يضمن الأداء في جميع البيئات.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل:
• 317L: قابلية تشكيل جيدة في الحالة المعالجة حراريًا؛ تسمح الليونة الأوستنيتية النموذجية بعمليات تشكيل معتدلة إلى شديدة.
• 904L: قابل للتشكيل أيضًا، لكن محتوى السبيكة الأعلى وسلوك التصلب الأقوى يجعل التشكيل العميق أو التشكيل ذو نصف القطر الضيق أكثر تطلبًا؛ قد تكون سرعات التشكيل الأبطأ أو المعالجات الحرارية المتوسطة مطلوبة.
• قابلية التشغيل:
• كلاهما أكثر صعوبة في التشغيل من الفولاذ الفيريتية أو السبيكة المنخفضة بسبب المتانة والتصلب. عادةً ما يكون 904L أكثر تحديًا من 317L بسبب محتوى النيكل والموليبدينوم الأعلى وزيادة المتانة؛ توقع عمر أداة أقل واحتياج لأدوات قوية، وقوة أعلى، ومعلمات قطع مضبوطة.
• تشطيب السطح:
• كلاهما سهل التلميع والتشطيب الكهربائي، لكن 904L قد يتطلب إجراءات تلميع معدلة لإزالة الطبقات المتصلبة وتحقيق المعادن السطحية المرغوبة.
• التوصيات:
• استخدم أدوات حادة، وإعدادات صلبة، وأدوات ثقيلة، وسرعات قطع أقل لـ 904L. بالنسبة لـ 317L، عادةً ما تكفي إجراءات التشغيل القياسية للأوستنيتي.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية حسب الدرجة

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: 904L أغلى بكثير من 317L بسبب محتوياته الأعلى من النيكل والموليبدينوم والنحاس. توقع تكلفة كبيرة للمواد الخام، وتكاليف تشغيل وتصنيع أعلى.
• التوافر: 317L متوفر على نطاق واسع عالميًا في الألواح، والأوراق، والبار، والأنابيب، والمسبوكات. 904L متوفر في العديد من أشكال المنتجات ولكنه أقل شيوعًا وغالبًا ما يتطلب أوقات تسليم أطول أو عمليات إنتاج خاصة؛ قد يكون التوافر في الأشكال الكبيرة أو المخصصة محدودًا مقارنةً بـ 317L.
• تداعيات الشراء: يجب أن تأخذ مواصفات 904L في الاعتبار فوائد تكلفة دورة الحياة مقابل تكاليف المواد والمعالجة الأولية؛ استراتيجيات الشراء المخطط لها وتأهيل الموردين مهمة.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة (نوعية)

التوصيات الختامية: - اختر 317L إذا كنت بحاجة إلى فولاذ أوستنيتي فعال من حيث التكلفة ومتوافر على نطاق واسع مع مقاومة محسنة للنقاط مقارنةً بالدرجات الشائعة من السلسلة 300، ولحام وتشكيل سهل، وخدمة في بيئات كلويدية معتدلة العدوانية. - اختر 904L إذا كانت التطبيق يواجه تعرضًا قويًا للكلوريد، أو أحماض مخفضة (مثل بعض تركيزات حمض الكبريتيك)، أو ظروف خدمة حيث تبرر أعلى مقاومة للتآكل العملية (والموثوقية طويلة الأمد المرتبطة بها) تكلفة المواد والتصنيع الأعلى. 904L هو الخيار المفضل عندما يكون الوصول للصيانة صعبًا وتكون الحياة الممتدة في الكيميائيات العدوانية أمرًا حاسمًا.

ملاحظة أخيرة: تعتبر مؤشرات PREN والسبائك أدوات فحص مفيدة، لكن يجب أن يستند الاختيار النهائي للمواد إلى اختبارات التآكل المحددة للخدمة، وتحليل تكلفة دورة الحياة، وتأهيل إجراءات اللحام، واستشارة الموردين المتخصصين في المواد والتآكل.