الفولاذ المقاوم للصدأ 302: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 302 يصنف كفولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتي، ويتميز بمحتواه العالي من الكروم والنيكل. يتم سبكه بشكل أساسي بحوالي 8% من النيكل و18% من الكروم، مما يساهم في مقاومته الممتازة للتآكل، وقابلية تشكيله الجيدة، وقوته العالية. وجود النيكل يعمل على استقرار الهيكل الأوستنيتي، مما يجعله غير مغناطيسي ويعزز من متانته في درجات الحرارة العادية والمرفوعة.
نظرة شاملة
يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 302 على نطاق واسع بتنوع استخداماته وغالبا ما يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب مزيجًا من الخصائص الميكانيكية الجيدة ومقاومة الأكسدة والتآكل. تشمل خصائصه الفطرية:
- مقاومة التآكل: مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، بما في ذلك الظروف الجوية، والعديد من المواد الكيميائية العضوية وغير العضوية.
- القوة الميكانيكية: قوة شد عالية وقوة تحمل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الهيكلية.
- قابلية التشكيل: قابلية عمل جيدة، مما يسمح بعمليات التصنيع المختلفة مثل اللحام والتشغيل الآلي.
المزايا:
- مقاومة عالية للأكسدة والتآكل.
- خصائص ميكانيكية جيدة في درجات الحرارة العادية والمرفوعة.
- غير مغناطيسي في الحالة المعالجة حرارياً.
القيود:
- مقاومة أقل للتآكل النقطي في بيئات الكلوريد مقارنةً بفولاذ مقاوم للصدأ آخر مثل 316.
- ليس بقوة بعض السبائك ذات القوة العالية الأخرى، مما يحد من استخدامه في التطبيقات الهيكلية عالية المتطلبات.
تاريخيًا، كان الفولاذ المقاوم للصدأ 302 عنصرًا أساسيًا في تصنيع معدات المطبخ، وأجزاء السيارات، ومجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية بسبب توازنه بين الخصائص وفعاليته من حيث التكلفة. لا يزال مركزه في السوق قويًا، مع استخدام واسع عبر صناعات متعددة.
أسماء بديلة، معايير، ونظائر
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S30200 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب نظير لـ AISI 302 |
| AISI/SAE | 302 | الولايات المتحدة الأمريكية | تسمية تُستخدم بشكل شائع |
| ASTM | A240 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة القياس لفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4300 | أوروبا | مكافئ لـ AISI 302 مع اختلافات طفيفة في التركيب |
| JIS | SUS302 | اليابان | خصائص مماثلة، تُستخدم في المعايير اليابانية |
| GB | 00Cr19Ni9 | الصين | مكافئ مع اختلافات طفيفة في التركيب |
| ISO | 1.4300 | دولي | تسمية عامة لهذه الدرجة |
ملاحظات/تعليقات: بينما توفر درجات مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316 مقاومة أفضل للكلوريدات، يبقى 302 خيارًا فعالاً من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات حيث لا تكون مقاومة التآكل الشديدة ضرورية. يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في التركيب بين الدرجات المعادلة على الأداء في بيئات محددة، مما يجعل الاختيار الدقيق مهمًا.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (الرمز والاسم) | نسبة النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.15 كحد أقصى |
| Cr (الكهرباء) | 17.0 - 19.0 |
| Ni (النيكل) | 8.0 - 10.0 |
| Mn (المنغنيز) | 2.0 كحد أقصى |
| Si (السيليكون) | 1.0 كحد أقصى |
| P (الفوسفور) | 0.045 كحد أقصى |
| S (الكبريت) | 0.03 كحد أقصى |
تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 302 الكروم والنيكل، وهما ضروريان لتعزيز مقاومة التآكل والخصائص الميكانيكية. يُشكل الكروم طبقة أكسيد فعالة على السطح، مما يوفر حماية ضد التآكل، بينما يعزز النيكل المتانة واللزوجة، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة.
الخصائص الميكانيكية
| الميزة | الحالة/الحرارة | القيمة النمطية/النطاق (وحدات المترية - SI) | القيمة النمطية/النطاق (وحدات الإمبراطورية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مذهب | 520 - 750 ميغا باسكال | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
| قوة التحمل (0.2% إزاحة) | مذهب | 205 - 310 ميغا باسكال | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| تمدد | مذهب | 40% | 40% | ASTM E8 |
| صلابة (روكويل ب) | مذهب | 70 - 90 | 70 - 90 | ASTM E18 |
| قوة الصدمة | - | 40 جول (عند -20 درجة مئوية) | 30 قدم-رطل (عند -4 درجات فهرنهايت) | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين القوة العالية للشد والتحمل، إلى جانب جيد من التمدد، الفولاذ المقاوم للصدأ 302 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب كلاً من القوة واللزوجة. تضمن قوة تأثيره في درجات الحرارة المنخفضة موثوقيته في الظروف الباردة.
الخصائص الفيزيائية
| الميزة | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (وحدات المترية - SI) | القيمة (وحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | - | 8.0 غرام/سم³ | 0.289 رطل/إنش³ |
| نقطة الانصهار/النطاق | - | 1400 - 1450 درجة مئوية | 2550 - 2642 درجة فهرنهايت |
| القدرة الحرارية | 20 درجة مئوية | 16.2 واط/م·ك | 112 وحدة حرارية بريطانية·إنش/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت) |
| السعة الحرارية النوعية | 20 درجة مئوية | 500 جول/كغ·ك | 0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت |
| مقاومة الكهرباء | 20 درجة مئوية | 0.72 ميكرو أوم·م | 0.72 ميكرو أوم·إنش |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 درجة مئوية | 16.0 × 10⁻⁶ /ك | 8.9 × 10⁻⁶ /درجة فهرنهايت |
| نفاذية مغناطيسية | - | غير مغناطيسي | غير مغناطيسي |
تشير كثافة ونقطة انصهار الفولاذ المقاوم للصدأ 302 إلى ملاءمته للتطبيقات عالية الحرارة. تجعل موصلية الحرارة والقدرة الحرارية النوعية منه فعّالًا في تطبيقات نقل الحرارة، بينما تُعتبر طبيعته غير المغناطيسية ميزة في التطبيقات الإلكترونية والمغناطيسية.
مقاومة التآكل
| عامل التآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°م/°ف) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 0 - 10 | 20 - 60 / 68 - 140 | عادل | عرضة للتآكل النقطي |
| حمض الكبريتيك | 0 - 50 | 20 - 60 / 68 - 140 | جيد | يتطلب تمرير |
| حمض الأسيتيك | 0 - 50 | 20 - 60 / 68 - 140 | ممتاز | مقاوم في التركيزات المنخفضة |
| مياه البحر | - | 20 - 60 / 68 - 140 | جيد | خطر التآكل الموضعي |
| جوي | - | - | ممتاز | مقاومة جيدة للأكسدة |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 302 مقاومة ممتازة لتآكل الجو والعديد من المواد الكيميائية العضوية وغير العضوية. ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل النقطي في بيئات الكلوريد، وخاصة في التطبيقات البحرية. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 316، الذي يحتوي على الموليبدينوم لتعزيز مقاومة الكلوريد، قد لا يؤدي 302 بنفس الفعالية في الظروف المليئة بالملح.
مقاومة الحرارة
| الميزة/الحد | درجة الحرارة (°م) | درجة الحرارة (°ف) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 870 °م | 1600 °ف | مناسب للتطبيقات عالية الحرارة |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة | 925 °م | 1700 °ف | يمكنه تحمل التعرض لفترات قصيرة |
| درجة حرارة الانتهاء | 600 °م | 1112 °ف | خطر الأكسدة عند درجات الحرارة فوق هذا |
| اعتبارات قوة الزحف | 600 °م | 1112 °ف | تقل مقاومة الزحف عند درجات حرارة عالية |
يحافظ الفولاذ المقاوم للصدأ 302 على خصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في المبادلات الحرارية ومكونات الأفران. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض لفترات طويلة لدرجات حرارة تزيد عن 600 °م إلى الأكسدة والتقشير، مما يتطلب اعتبارًا دقيقًا في التصميم.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن المساعد الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز/الفلوس العازل النمطي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER308L | أرجون | نتائج جيدة بتقنية مناسبة |
| MIG | ER308L | أرجون + CO2 | يتطلب تحكمًا دقيقًا في إدخال الحرارة |
| Stick | E308L | - | مناسب للأجزاء الأثقل |
يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 302 بسهولة باستخدام عمليات مختلفة، بما في ذلك اللحام TIG وMIG. غالبًا ما يُوصى بمعالجات حرارية قبل وبعد اللحام لتقليل خطر التشقق والتأكد من الحصول على أفضل الخصائص الميكانيكية. يجب أخذ الحذر لتجنب ارتفاع درجة الحرارة أثناء اللحام، مما قد يؤدي إلى فقدان مقاومة التآكل.
قابلية التشغيل الآلي
| بارامتر التشغيلي | الفولاذ المقاوم للصدأ 302 | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبية | 50% | 100% | قابلية تشغيل متوسطة |
| سرعة القطع النمطية (التدوير) | 30 م/دقيقة | 60 م/دقيقة | استخدم أدوات الكربيد للحصول على أفضل النتائج |
يمتلك الفولاذ المقاوم للصدأ 302 قابلية تشغيل متوسطة، وغالبًا ما يتطلب سرعات قطع أبطأ وأدوات متخصصة لتحقيق تشطيبات سطح مطلوبة. يُوصى باستخدام أدوات من الصلب سريع السرعة أو أدوات الكربيد لتعزيز الأداء.
قابلية التشكيل
يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ 302 قابلية تشكيل جيدة، مما يسمح بعمليات متنوعة مثل الانحناء، والتخريم، والسحب العميق. ومع ذلك، من الضروري مراعاة العمل على صلابة، والتي يمكن أن تؤثر على لزوجة المادة أثناء عمليات التشكيل. يجب الالتزام بأشعة الانحناء الموصى بها لتفادي التشقق.
المعالجات الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق الحرارة (°م/°ف) | زمن النقع النمطي | طريقة التبريد | الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| مذهب | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 1 - 2 ساعة | هواء | تخفيف الضغوط، تحسين اللزوجة |
| معالجة الحل | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 1 ساعة | ماء | استقرار الهيكل الأوستنيتي |
| شيخوخة | 650 - 800 / 1200 - 1470 | 1 - 2 ساعة | هواء | تعزيز القوة والصلابة |
تعتبر عمليات المعالجة الحرارية مثل التمديد ومعالجة الحل ضرورية لتحسين التركيب المجهري للفولاذ المقاوم للصدأ 302. تعزز هذه العمليات من اللزوجة والقوة أثناء تخفيف الضغوط الداخلية، مما يجعل المادة أكثر ملاءمة للتطبيقات الم demanding.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| معالجة الطعام | معدات المطبخ | مقاومة التآكل، قابلية التشكيل | النظافة والمتانة |
| السيارات | أنظمة العادم | قوة عالية الحرارة، مقاومة الأكسدة | الأداء تحت الحرارة |
| الصناعة الكيميائية | خزانات التخزين | مقاومة التآكل، القوة الميكانيكية | السلامة وطول العمر |
| الطيران | مكونات الطائرات | خفيفة الوزن، قوة عالية | الأداء والسلامة |
تتضمن التطبيقات الأخرى:
-
- الأجهزة الطبية
-
- العناصر المعمارية
-
- الأدوات والتركيبات
تم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 302 لهذه التطبيقات بسبب توازنه الممتاز بين الخصائص، وخاصة مقاومته للتآكل وقوته الميكانيكية، وهي أمور حاسمة في البيئات المعرضة للرطوبة والمواد الكيميائية.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 302 | الفولاذ المقاوم للصدأ 316 | الفولاذ المقاوم للصدأ 304 | ملاحظة إيجابية / سلبية مختصرة أو ملاحظة تنازل |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة متوسطة | قوة عالية | قوة متوسطة | 316 يقدم مقاومة أفضل للتآكل |
| جانب التآكل الرئيسي | عادل في الكلوريدات | ممتاز | جيد | 316 مفضل للاستخدامات البحرية |
| قابلية اللحام | جيدة | جيدة | ممتازة | 304 أسهل في اللحام |
| قابلية التشغيل الآلي | متوسطة | متوسطة | جيدة | 304 غالبًا ما تكون أسهل للتشغيل الآلي |
| قابلية التشكيل | جيدة | جيدة | ممتازة | 304 لديها قابلية تشكيل متفوقة |
| تكلفة نسبية تقريبية | متوسطة | أعلى | متوسطة | 302 فعال من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات |
| التوافر النموذجي | متوفر على نطاق واسع | متوفر على نطاق واسع | متوفر على نطاق واسع | جميع الدرجات يمكن العثور عليها بشكل شائع |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 302، تكون الاعتبارات مثل فعالية التكلفة، والتوافر، والمتطلبات الخاصة بالمقاومة الميكانيكية والتآكل هي الأهم. في حين يوفر 302 توازنًا جيدًا بين الخصائص، قد تكون البدائل مثل 316 أكثر ملائمة للبيئات التي تعرضت لمستويات عالية من الكلوريد. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 304 بسبب قابلية تشكيله وملحمته الممتازة، مما يجعله خيارًا شائعًا في العديد من التطبيقات.
في الختام، لا يزال الفولاذ المقاوم للصدأ 302 مادة مرنة تُستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات، مما يوفر خيارًا موثوقًا للتطبيقات التي تتطلب مزيجًا من القوة، مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل.