صلب 2.25Cr-1Mo: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ 2.25Cr-1Mo (نوع F22/P22) هو فولاذ منخفض السبيكة مصنف أساسًا كفولاذ سبيكة متوسط الكربون. يحتوي على الكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo) كعناصر سبائكية رئيسية، مما يعزز كثيرًا من خصائصه الميكانيكية ومقاومته لبيئات درجات الحرارة العالية. يُعرف هذا الدرجة من الفولاذ بشكل خاص بقوته ومتانته الممتازتين، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في صناعة توليد الطاقة والبتروكيماويات.

تشمل الخصائص الرئيسية لفولاذ 2.25Cr-1Mo:

• قوة ومتانة عالية: تسهم العناصر السبائكية في تحسين الإجهاد الشد والإجهاد الناتج، مما يسمح له بتحمل ظروف الضغط العالي.
• قابلية جيدة للحام: يمكن لحام هذا الفولاذ باستخدام طرق مختلفة، على الرغم من أنه يوصى عادةً بالتسخين المسبق والعلاج الحراري بعد اللحام لتقليل خطر التشقق.
• مقاومة لدرجات الحرارة العالية: يحتفظ بخصائصه الميكانيكية عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في الأوعية الضاغطة وأنظمة الأنابيب.

المزايا والقيود

المزايا:
- خصائص ميكانيكية ممتازة عند درجات الحرارة المرتفعة.
- مقاومة جيدة للأكسدة والزحف.
- متعددة الاستخدامات في عمليات التصنيع واللحام.

القيود:
- عرضة للتعرض للهيدروجين إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح أثناء اللحام.
- يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتحقيق الخصائص المرغوبة.
- مقاومة محدودة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 2.25Cr-1Mo على نطاق واسع في بناء الأوعية الضاغطة، والأنابيب، ومكونات أخرى في صناعة النفط والغاز، مما يعكس أهميته في التطبيقات الحرجة.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

الهيئة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصل	الملاحظات/الملاحظات
UNS	K21590	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير إلى ASTM A335 P22
ASTM	A335 P22	الولايات المتحدة الأمريكية	مستخدم للخدمة عند درجات الحرارة العالية
ASTM	A387 Gr. 22	الولايات المتحدة الأمريكية	خصائص مشابهة، ولكن للأوعية الضاغطة
EN	1.7380	أوروبا	نظير في المعايير الأوروبية
JIS	G3461 STBA22	اليابان	اختلافات طفيفة في التركيب
DIN	13CrMo44	ألمانيا	مماثلة، ولكن مع عناصر سبائكية مختلفة

تسليط الضوء على الجدول أعلاه على مختلف المعايير والنظائر لفولاذ 2.25Cr-1Mo. من الجدير بالذكر أنه بينما تُعتبر ASTM A335 P22 نظيرًا مباشرًا، إلا أن الاختلافات في المعالجة الحرارية والخصائص الميكانيكية يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

تركيب كيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.10 - 0.20
Cr (الكروم)	1.90 - 2.50
Mo (الموليبدينوم)	0.87 - 1.13
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
Si (السيليكون)	0.10 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.025
S (الكبريت)	≤ 0.010

تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 2.25Cr-1Mo أدوارًا حاسمة:
- الكروم: يعزز مقاومة الأكسدة والقوة عند درجات الحرارة المرتفعة.
- الموليبدينوم: يحسن من القدرة على تصلد ومقاومة الزحف.
- الكربون: يزيد من القوة والصلابة، لكن يجب التحكم فيه لتجنب الهشاشة.

الخصائص الميكانيكية

خصائص عند درجة حرارة الغرفة

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة/النطاق المعتاد (ميترية)	القيمة/النطاق المعتاد (إنجليزية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخلوط	415 - 550 ميجا باسكال	60 - 80 كيلوجرام/بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% إزاحة)	مخلوط	250 - 350 ميجا باسكال	36 - 51 كيلوجرام/بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مخلوط	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (HB)	مخلوط	150 - 200	150 - 200	ASTM E10

خصائص عند درجات الحرارة المرتفعة

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار (°م)	القيمة/النطاق المعتاد (ميترية)	القيمة/النطاق المعتاد (إنجليزية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الزحف	مضاف ومصهور	600	150 - 200 ميجا باسكال	22 - 29 كيلوجرام/بوصة مربعة	ASTM E139
قوة التأثير (شاربي)	مضاف ومصهور	-40	27 جول	20 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 2.25Cr-1Mo تناسبه لتطبيقات الضغط العالي، خاصة في البيئات التي تشكل فيها درجات الحرارة المرتفعة مصدر قلق. تضمن قوته ومتانته سلامة هيكلية تحت الحمل الميكانيكي.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (ميترية)	القيمة (إنجليزية)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
الموصلية الحرارية	20 °م	45 واط/م·ك	31 BTU·in/h·ft²·°ف
الحرارة النوعية	-	460 جول/كجم·ك	0.11 BTU/رطل·°ف

تشير الكثافة ونقطة انصهار فولاذ 2.25Cr-1Mo إلى قوته، بينما تشير موصلية الحرارية إلى خصائص تشتيت الحرارة الجيدة، والتي تعد حاسمة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

مقاومة التآكل

العامل التآكلي	تركيز (%)	درجة الحرارة (°م)	تصنيف المقاومة	الملاحظات
كلوريد	3-5	25	مقبول	خطر التآكل النقطي
حمض الكبريتيك	10	60	ضعيف	غير موصى به
حمض الهيدروكلوريك	5	25	ضعيف	غير موصى به

يظهر فولاذ 2.25Cr-1Mo مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات. ومع ذلك، فهو غير مناسب للظروف الحامضية الشديدة، لأنه يمكن أن يتعرض للتآكل النقطي وتصدع الزحف (SCC). بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن مقاومته للتآكل محدودة، مما يجعله أقل مناسبة للتطبيقات التي من المتوقع أن تتعرض لبيئات عدوانية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	الملاحظات
أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة	400	752	مناسبة للتعرض الطويل الأمد
أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة	500	932	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التمدد	600	1112	يبدأ بالأكسدة عند هذه الدرجة
اعتبارات قوة الزحف	600	1112	تبدأ مقاومة الزحف في الانخفاض

يحافظ فولاذ 2.25Cr-1Mo على خصائص ميكانيكية جيدة عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في محطات الطاقة والمصافي. ومع ذلك، يجب اتخاذ الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز حد الخدمة المستمرة القصوى، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى تدهور خصائص المواد.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غازات/مادة حماية متعارف عليها	الملاحظات
SMAW	E8018-C3	أرجون/CO2	يوصى بتسخين مسبق
GTAW	ER70S-6	أرجون	تنصح بالعلاج الحراري بعد اللحام

يمكن لحام فولاذ 2.25Cr-1Mo عمومًا باستخدام تقنيات قياسية، لكن التسخين المسبق ضروري في كثير من الأحيان لتجنب التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام خصائص اللحام بشكل أكبر.

القابلية للتشغيل الآلي

معلمة التشغيل الآلي	فولاذ 2.25Cr-1Mo	فولاذ AISI 1212	الملاحظات/النصائح
مؤشر القابلية النسبية للتشغيل الآلي	60	100	يتطلب سرعات قطع أبطأ
سرعة القطع المتعارف عليها	20 م/دقيقة	40 م/دقيقة	استخدام أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج

يمكن أن يكون تشغيپي فولاذ 2.25Cr-1Mo تحديًا بسبب متانته. الظروف والأدوات المثلى ضرورية لتحقيق تشطيبات سطحية مرغوبة.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 2.25Cr-1Mo قابلية تشكيل معتدلة. يمكن تشكيله بشكل بارد وساخن، لكن يجب اتخاذ الحذر لتجنب تصلب العمل. ينبغي الالتزام بنصف الأقطار المثنية الموصى بها لتجنب التشقق.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م)	الوقت المعتاد للنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
تخمير	700 - 800	1 - 2 ساعة	هواء	تليين، تحسين القابلية للتشغيل الآلي
تسقيط	900 - 950	30 دقيقة	زيت	تصلب، زيادة القوة
تلطيف	600 - 700	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على التركيب الدقيق والخصائص الميكانيكية لفولاذ 2.25Cr-1Mo. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية المناسبة المتانة والقوة، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات الضغط العالي.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
النفط والغاز	الأوعية الضاغطة	قوة عالية، متانة، ومقاومة للحرارة	ضروري للبيئات عالية الضغط
توليد الطاقة	أنابيب الغلايات	مقاومة الزحف ومقاومة الأكسدة	حرج لأنظمة توليد البخار
معالجة كيميائية	أنظمة الأنابيب	مقاومة التآكل والسلامة الميكانيكية	ضروري لنقل السوائل بأمان

• تشمل التطبيقات الأخرى:
• المبادلات الحرارية
• مكونات التوربينات
• أوعية المفاعلات

يتم اختيار فولاذ 2.25Cr-1Mo للتطبيقات التي تكون فيها القوة العالية ومقاومة درجات الحرارة العالية ذات أهمية كبيرة. إن خصائصه تجعله مثاليًا للبيئات التي تكون فيها السلامة الهيكلية أمرًا بالغ الأهمية.

ملاحظات مهمة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 2.25Cr-1Mo	فولاذ AISI 316 المقاوم للصدأ	فولاذ AISI 4140	ملاحظة موجزة حول المزايا/العيوب أو العمليات التجارية
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	مقاومة ممتازة للتآكل	متانة جيدة	مقايضة بين مقاومة التآكل والقوة
الجوانب الرئيسية للتآكل	مقاومة مقبولة	مقاومة ممتازة	مقاومة ضعيفة	فولاذ 2.25Cr-1Mo أقل مقاومة من الفولاذ المقاوم للصدأ
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	مقبولة	يتطلب فولاذ 2.25Cr-1Mo المعالجة الحرارية قبل وبعد اللحام
قابلية التشغيل الآلي	معتدلة	جيدة	مقبولة	من الصعب تشغيل فولاذ 2.25Cr-1Mo
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أقل	قد تؤثر اعتبارات التكلفة على الاختيار
التوفر النموذجي	شائع	شائع	شائع	التوفر عمومًا جيد لجميع الدرجات

عند اختيار فولاذ 2.25Cr-1Mo، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية وكفاءته من حيث التكلفة والتوفر. بينما يقدم أداءً ممتازًا في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، يجب الاعتراف بمحدوديته في مقاومة التآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ. سيوجه فهم المتطلبات المحددة للتطبيق عملية الاختيار، مما يضمن الأداء والسلامة المثلى.