الفولاذ المقاوم للصدأ 314: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 314 يُصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي، ويشتهر بمحتواه العالي من الكروم والنيكل، مما يعزز مقاومته للتآكل وخصائصه الميكانيكية. تُخَلَّط هذه الدرجة بشكل أساسي بمعدل تقريبًا 24% كروم و19% نيكل، إلى جانب نسبة صغيرة من الموليبدينوم، مما يحسن بشكل أكبر من مقاومته للتآكل الناتج عن النقاط والشقوق. يُساهم محتوى النيكل العالي في طيعته الممتازة وقابلية تشكيله، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات حيث تكون هذه الخصائص ضرورية.
نظرة شاملة
يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 314 بقوته الاستثنائية عند درجات الحرارة العالية ومقاومته للأكسدة، مما يجعله خيارًا مفضلًا في البيئات التي تكثر فيها درجات الحرارة المرتفعة. تشمل خصائصه المهمة القابلية العالية لللحام، ومدى جيد للمعالجة، ومقاومة ممتازة للأكسدة والتقشر عند درجات الحرارة العالية.
المزايا (الإيجابيات):
- مقاومة درجات الحرارة المرتفعة: مناسب للتطبيقات في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، مما يحافظ على القوة والثبات.
- مقاومة للتآكل: مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، بما في ذلك الظروف الحمضية والقلوية.
- الطاعة وقابلية التشكيل: يسمح محتوى النيكل العالي بعمليات تشكيل وتشكيل سهلة.
القيود (السلبيات):
- التكلفة: يؤدي المحتوى العالي من السبائك إلى زيادة تكاليف المواد مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ ذي الدرجة الأدنى.
- تصلب العمل: بينما يتمتع بقابلية تشكيل جيدة، يمكن أن يتصلب بسرعة، مما يتطلب التعامل بحذر أثناء المعالجة.
تاريخياً، تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 314 في تطبيقات مثل مكونات الأفران، والمبادلات الحرارية، ومعدات معالجة الكيميائيات بسبب قدرته على تحمل الظروف القصوى. موقعه في السوق قوي، خاصة في الصناعات التي تتطلب مواد قادرة على تحمل البيئات القاسية.
أسماء بديلة، المعايير، والمعادلات
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S31400 | الولايات المتحدة الأمريكية | الأقرب للمكافئ AISI 314 |
| AISI/SAE | 314 | الولايات المتحدة الأمريكية | تسمية مستخدمة بشكل شائع |
| ASTM | A240 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية للألواح الفولاذية المقاومة للصدأ |
| EN | 1.4312 | أوروبا | اختلافات طفيفة في التركيب |
| JIS | SUS314 | اليابان | خصائص مشابهة، تُستخدم في التطبيقات اليابانية |
قد تحتوي الدرجات المعادلة المذكورة أعلاه على اختلافات طفيفة في التركيب، خصوصًا في مستويات النيكل والكروم، والتي يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، بينما يقدم كل من الفولاذين 314 و316 مقاومة جيدة للتآكل، يحتوي 316 على موليبدينوم إضافي، مما يعزز مقاومته للكلوريدات.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز) | نطاق النسبة (%) |
|---|---|
| الكروم (Cr) | 24.0 - 26.0 |
| النيكل (Ni) | 19.0 - 22.0 |
| الموليبدينوم (Mo) | 2.0 - 3.0 |
| الكربون (C) | ≤ 0.08 |
| المنغنيز (Mn) | 2.0 - 3.0 |
| السيليكون (Si) | ≤ 1.0 |
| الفوسفور (P) | ≤ 0.045 |
| الكبريت (S) | ≤ 0.03 |
الدور الرئيسي للكروم هو تعزيز مقاومة التآكل، بينما يُساهم النيكل في الطاعة والصلابة. يحسن الموليبدينوم مقاومة التحلل، خصوصًا في البيئات الغنية بالكلوريدات. يقلل محتوى الكربون المنخفض من ترسب الكربيدات، مما يعزز قابلية اللحام.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخمد | 520 - 750 ميجا باسكال | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انحراف) | مخمد | 205 - 310 ميجا باسكال | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مخمد | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| تقليل المساحة | مخمد | 60 - 70% | 60 - 70% | ASTM E8 |
| الصلابة (Rockwell B) | مخمد | 85 - 95 HRB | 85 - 95 HRB | ASTM E18 |
| قوة التأثير (Charpy) | -40°C | 40 جول | 30 قدم-رطل | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين قوة الشد العالية والتمدد الممتاز الفولاذ المقاوم للصدأ 314 مناسبًا لتطبيقات تتطلب القوة والطاعة. كما أن مقاومته للتأثير عند درجات الحرارة المنخفضة جديرة بالملاحظة، مما يضمن سلامة الهيكل في البيئات الباردة.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | 20°C | 8.0 غ/سم³ | 0.289 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| الموصلية الحرارية | 20°C | 16.3 واط/م·ك | 112 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| الحرارة النوعية | 20°C | 500 جول/كجم·ك | 0.119 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | 20°C | 0.72 ميكروأوم·م | 0.72 ميكروأوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | 20-100°C | 16.0 x 10⁻⁶/ك | 8.9 x 10⁻⁶/°F |
تشير الكثافة ونقطة الانصهار إلى أن الفولاذ المقاوم للصدأ 314 يمكن أن يتحمل درجات الحرارة العالية دون تشوه كبير. موصلتيته الحرارية معتدلة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تبديد الحرارة، بينما تسمح السعة الحرارية النوعية له بامتصاص الحرارة والاحتفاظ بها بشكل فعال.
مقاومة التآكل
| العميل التآكلي | التركيز (%) | الحرارة (°C) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 0 - 10 | 20 - 60 | جيد | خطر تآكل النقاط |
| حمض الكبريتيك | 0 - 10 | 20 - 40 | عادى | عرضة للتآكل الناتج عن الشقوق (SCC) |
| حمض النيتريك | 0 - 20 | 20 - 60 | ممتاز | مقاومة عالية جداً |
| مياه البحر | - | 20 - 40 | جيد | خطر تآكل محلي |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 314 مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، خاصة في حمض النيتريك ووسائل الأكسدة الأخرى. ومع ذلك، فهو عرضة لتآكل النقاط في البيئات الغنية بالكلوريدات، مما يُعتبر اعتبارًا حرجًا في التطبيقات البحرية. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 316، الذي يتمتع بمقاومة أفضل للكلوريدات بفضل محتواه من الموليبدينوم، قد لا يكون 314 هو الخيار الأفضل للبيئات المالحة العالية.
مقاومة الحرارة
| الم_property/الحد | الحرارة (°C) | الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى حرارة خدمة مستمرة | 1150 | 2100 | مناسب للتعرض المطول |
| أقصى حرارة خدمة متقطعة | 1050 | 1922 | تعرض قصير الأجل فقط |
| حرارة التقشر | 900 | 1652 | خطر الأكسدة بعد هذه الحرارة |
| اعتبارات قوة الزحف | 800 | 1472 | يبدأ في التدهور عند هذه الحرارة |
عند الدرجات المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 314 بقوته ومقاومته للأكسدة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات ذات الحرارة العالية مثل مكونات الأفران والمبادلات الحرارية. ومع ذلك، يجب تجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تزيد عن 1150 °م، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى تدهور كبير في خصائص المواد.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن المليء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلكس الحماية النمطية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER314 | الأرجون | ممتاز للأقسام الرقيقة |
| MIG | ER314 | خليط أرجون + CO2 | جيد للأقسام السميكة |
| SMAW | E314 | - | يتطلب التسخين المسبق |
الفولاذ المقاوم للصدأ 314 قابل للحام بدرجة عالية، خاصة باستخدام عمليات TIG وMIG. قد يتطلب تسخينًا مسبقًا لتجنب التشقق، لا سيما في الأقسام السميكة. يمكن أن يعزز الحرارة المعالجة بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.
قابلية المعالجة
| معلمة المعالجة | الفولاذ المقاوم للصدأ 314 | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية المعالجة النسبي | 30 | 100 | يتطلب سرعات أقل |
| سرعة القطع النمطية | 30 م/دقيقة | 60 م/دقيقة | استخدم أدوات الكربيد |
يمكن أن تكون معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ 314 تحديًا بسبب خصائص تصلب العمل. يُنصح باستخدام أدوات الكربيد والحفاظ على سرعات قطع أقل لتحقيق أفضل النتائج.
قابلية التشكيل
يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ 314 قابلية تشكيل ممتازة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل الباردة والسخونة. تسمح طيعته العالية بتشويه كبير دون كسر، على الرغم من ضرورة تجنب تصلب العمل المفرط.
معالجة الحرارة
| عملية المعالجة | نطاق الحرارة (°C/°F) | الوقت المعتاد للنقع | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخمير | 1050 - 1150 / 1922 - 2100 | 1 - 2 ساعات | هواء | تخفيف الضغوط، تحسين الطاعة |
| معالجة الحل | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 دقيقة | ماء | تعزيز مقاومة التآكل |
تعتبر عمليات معالجة الحرارة مثل التخمير ومعالجة الحل حيوية لتحسين البنية الدقيقة للفولاذ المقاوم للصدأ 314. تساعد هذه العمليات على تخفيف الضغوط الداخلية وتعزيز مقاومة المادة للتآكل.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| الطيران | مكونات المحرك | قوة عالية عند درجات الحرارة، مقاومة للأكسدة | موثوقية في الظروف القصوى |
| معالجة الكيميائيات | المفاعلات والمبادلات الحرارية | مقاومة للتآكل، قوة عالية | تحمل الظروف القاسية |
| معالجة الأغذية | الأفران والشوايات | سطح غير تفاعلي، سهل التنظيف | معايير الصحة والسلامة |
تشمل التطبيقات الأخرى:
* بطانات الأفران
* تجهيزات معالجة الحرارة
* أنظمة العادم في التطبيقات السيارات
يرجع اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 314 في هذه التطبيقات بشكل رئيسي إلى قدرته على تحمل درجات الحرارة العالية والبيئات التآكلية، مما يضمن طول العمر والموثوقية.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 314 | الفولاذ المقاوم للصدأ 316 | الفولاذ المقاوم للصدأ 304 | ملاحظة قصيرة للإيجابيات/السلبيات أو تبادل المنافع |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة شد عالية | مقاومة للتآكل ممتازة | خصائص عامة جيدة | 314 أفضل للحرارة العالية، 316 للكلوريدات |
| الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل | جيد في البيئات المؤكسدة | تفوق في البيئات الغنية بالكلوريدات | مقاومة معتدلة | 316 مفضل للتطبيقات البحرية |
| قابلية اللحام | ممتازة | جيدة | ممتازة | جميع الدرجات قابلة للحام، لكن 314 تحتاج إلى حذر |
| قابلية المعالجة | متوسطة | جيدة | ممتازة | 314 أصعب في المعالجة من 304 و316 |
| قابلية التشكيل | جيدة | جيدة | ممتازة | 304 هو الأسهل في التشكيل |
| التكلفة النسبية التقريبية | أعلى | أعلى | أقل | 304 هو الأكثر فعالية من حيث التكلفة |
| التوفر النموذجي | متوسط | مرتفع | مرتفع | 304 متوفر على نطاق واسع |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 314، يجب تقييم اعتبارات مثل التكلفة، والتوفر، ومتطلبات التطبيق المحددة. بينما يوفر أداءً متفوقًا في درجات الحرارة العالية، قد تحد تكلفته الأعلى وخصائص تصلب العمل من استخدامه في بعض التطبيقات مقارنةً بالدرجات الأكثر شيوعًا مثل 304 و316.
في الختام، الفولاذ المقاوم للصدأ 314 هو مادة متعددة الاستخدامات وقوية تناسب البيئات ذات درجات الحرارة العالية والتآكل. تجعل خصائصه الفريدة منه خيارًا ممتازًا للتطبيقات المتخصصة، على الرغم من أن مراعاة قيوده والبدائل ضرورية لتحقيق أفضل اختيار للمواد.