316Ti الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
316Ti الفولاذ المقاوم للصدأ هو درجة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الذي يتم سبكه بشكل أساسي مع الكروم والنيكل والتيتانيوم. إنه تعديل للمعيار 316 من الفولاذ المقاوم للصدأ، مع إضافة التيتانيوم لتعزيز قوته عند درجات الحرارة العالية ومقاومته للتحسس أثناء اللحام. وجود التيتانيوم يستقر البنية، مما يجعلها أقل عرضة للتآكل بين الحبيبات، والذي يمكن أن يحدث في البيئات التي تتشكل فيها كربيدات الكروم عند حدود الحبيبات.
نظرة شاملة
316Ti الفولاذ المقاوم للصدأ مصنف كفولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتي، المعروف بمقاومته الممتازة للصدأ، قوته العالية، وجودة تشكيله. العناصر السبائكية الرئيسية تشمل:
- الكروم (Cr): عادةً 16-18%، مما يوفر مقاومة للصدأ ويعزز الصلابة.
- النيكل (Ni): عادةً 10-14%، مما يساهم في قوة الفولاذ ومرونته.
- التيتانيوم (Ti): مضاف بكميات صغيرة (حوالي 0.5-1.0%)، يستقر الفولاذ ضد التحسس ويحسن الأداء عند درجات الحرارة العالية.
تشمل الخصائص المهمة لـ 316Ti مقاومته الممتازة للتآكل الناتج عن النقر والشقوق، وخاصة في البيئات الغنية بالكلوريد، وجيدة في اللحام. كما يحتفظ بخصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا لاستخدامات متعددة في بيئات عدائية.
المزايا:
- مقاومة للصدأ عالية مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ 304.
- قوة عالية عند درجات الحرارة العالية بفضل استقرار التيتانيوم.
- قابلية جيدة للحام والتشكيل.
القيود:
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأقل درجة.
- ليس قويًا مثل بعض السبائك عالية القوة عند درجات الحرارة المرتفعة.
تاريخيًا، وجد 316Ti مكانه في صناعات مثل معالجة المواد الكيميائية، التطبيقات البحرية، ومعالجة الطعام، حيث تكون خصائصه الفريدة ضرورية للأداء وطول العمر.
أسماء بديلة، معايير، ومكافئات
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S31635 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب مكافئ لـ 316L مع إضافة التيتانيوم |
| AISI/SAE | 316Ti | الولايات المتحدة الأمريكية | مماثل لـ 316 ولكن مع أداء محسن عند درجات الحرارة العالية |
| ASTM | A240/A240M | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوعة من الكروم والكروم-النيكل، والشرائط |
| EN | 1.4571 | أوروبا | درجة مكافئة مع خصائص مماثلة ولكن حدود تركيبة مختلفة |
| JIS | SUS316Ti | اليابان | معيار ياباني مكافئ مع تغييرات طفيفة في التركيب |
تكمن الفروقات بين 316Ti ومكافئاتها، مثل 316L، بشكل أساسي في محتوى التيتانيوم، الذي يعزز مقاومة التحسس ويحسن القوة عند درجات الحرارة العالية. وهذا يجعل 316Ti اختيارًا مفضلًا في التطبيقات حيث تكون هذه الخصائص حرجة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نسبة المئوية (%) |
|---|---|
| Cr (الكروم) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (النيكل) | 10.0 - 14.0 |
| Mo (الموليبدينوم) | 2.0 - 3.0 |
| Ti (التيتانيوم) | 0.5 - 1.0 |
| C (الكربون) | ≤ 0.08 |
| Mn (المنغنيز) | ≤ 2.0 |
| Si (السيليكون) | ≤ 1.0 |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.045 |
| S (الكبريت) | ≤ 0.03 |
الدور الرئيسي للتيتانيوم في 316Ti هو منع التحسس أثناء اللحام، والذي يمكن أن يؤدي إلى التآكل بين الحبيبات. وجود الموليبدينوم يعزز مقاومة النقر، خاصة في البيئات الغنية بالكلوريد، بينما يساهم الكروم والنيكل في مقاومة الصدأ العامة والصلابة.
خصائص ميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (متري) | القيمة/النطاق النموذجي (إنجليزي) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخمرة | درجة حرارة الغرفة | 520 - 720 ميغاباسكال | 75 - 104 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% إزاحة) | مخمرة | درجة حرارة الغرفة | 205 - 310 ميغاباسكال | 30 - 45 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| التمدد | مخمرة | درجة حرارة الغرفة | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل B) | مخمرة | درجة حرارة الغرفة | 70 - 90 HB | 70 - 90 HB | ASTM E18 |
| قوة الصدمة (تشاري) | مخمرة | -196°C | 40 جول | 29.5 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجمع 316Ti بين قوة الشد العالية وقوة العائد، إلى جانب تمدد جيد، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت تحميل ميكانيكي. إن قوتها عند درجات الحرارة المنخفضة جديرة بالملاحظة، مما يسمح باستخدامها في بيئات قاسية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (متري) | القيمة (إنجليزي) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 8.0 غرام/سم³ | 0.289 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار/النطاق | - | 1375 - 1400 °س | 2507 - 2552 °ف |
| التوصيلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 16.2 واط/م·ك | 112 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف) |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كغم·ك | 0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°ف |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.0000143 أوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 °س | 16.0 x 10⁻⁶/ك | 8.89 x 10⁻⁶/°ف |
تشير كثافة ونقطة انصهار 316Ti إلى قوتها لاستخدامات درجات الحرارة العالية. إن توصيلها الحراري متوسط، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى نقل الحرارة ولكن ليست حرجة. معامل التمدد الحراري نموذجي للفولاذ المقاوم للصدأ، مما يسمح بسلوك متوقع تحت تقلبات درجات الحرارة.
مقاومة الصدأ
| المؤثر التآكلي | التركيز (%) | درجة الحرارة (°س) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 3-10 | 20-60 | ممتاز | خطر النقر |
| حمض الكبريتيك | 10-30 | 20-50 | جيدة | مقاومة محدودة |
| حمض الهيدروكلوريك | 5-20 | 20-40 | عادلة | عرضة للتآكل المحلي |
| ماء البحر | - | بيئة | ممتاز | مقاوم للبيئات البحرية |
| حمض الأسيتيك | 5-20 | 20-50 | جيدة | عرضة لتمزق الإجهاد |
تظهر 316Ti مقاومة ممتازة لمجموعة واسعة من البيئات التآكلية، خاصة في الظروف الغنية بالكلوريد، مما يجعلها مثالية للتطبيقات البحرية. ومع ذلك، من المهم الإشارة إلى أنه رغم أدائها الجيد في العديد من البيئات الحمضية، إلا أنه يمكن أن تكون عرضة للتآكل المحلي في الأحماض القوية، وخاصة حمض الهيدروكلوريك.
عند المقارنة بـ 304 و 316 من الفولاذ المقاوم للصدأ، تقدم 316Ti مقاومة أفضل للنقر والشقوق، خصوصًا في البيئات الغنية بالكلوريد. بينما قد يكون الفولاذ المقاوم للصدأ 304 مناسبًا للبيئات الأقل عدوانية، يفضل استخدام 316Ti في التطبيقات التي تكون فيها مقاومة الصدأ حرجة.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°س) | درجة الحرارة (°ف) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 870 °س | 1600 °ف | مناسب للتطبيقات عالية الحرارة |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة | 925 °س | 1700 °ف | تعرض قصير المدى فقط |
| درجة حرارة التآكل | 800 °س | 1470 °ف | خطر التآكل عند درجات الحرارة العالية |
| اعتبارات قوة الزحف | 600 °س | 1112 °ف | تبدأ مقاومة الزحف في الانخفاض |
تحافظ 316Ti على خصائصها الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مثل مبادلات الحرارة ومكونات الأفران. ومع ذلك، يجب الحرص على تجنب التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من حد الخدمة المستمرة الأقصى، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى الأكسدة والتآكل.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن القابل للحشو الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز/الفلوس النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER316Ti | أرجون | جيد للأجزاء الرقيقة |
| MIG | ER316Ti | أرجون/ثاني أكسيد الكربون | مناسب للأجزاء الأكثر سمكًا |
| SMAW | E316Ti | - | يتطلب تسخينًا مسبقًا |
تشتهر 316Ti بقابليتها الممتازة للحام، خصوصًا عند استخدام المعادن القابلة للحشو المناسبة. يوصى بتسخين أجزاء أكثر سمكًا لتقليل خطر التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام خصائص اللحام بشكل أكبر.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | 316Ti | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 50% | 100% | يتطلب سرعات أبطأ |
| سرعة القطع النموذجية | 20-30 م/دقيقة | 60-80 م/دقيقة | استخدم أدوات حادة للحصول على أفضل النتائج |
يمكن أن تكون معالجة 316Ti تحديًا بسبب خصائص تصلب العمل. من المستحسن استخدام أدوات حادة وسرعات قطع أقل لتحقيق أفضل النتائج.
قابلية التشكيل
تظهر 316Ti قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، من الضروري أخذ تصلب العمل في الاعتبار أثناء التشكيل البارد، مما قد يستلزم التخليل المتوسط للحفاظ على المرونة.
معالجة حرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجات الحرارة (°س) | وقت النقع النموذجي | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| تخميل | 1000 - 1150 | 1-2 ساعات | هواء | تخفيف الضغوط، تحسين المرونة |
| علاج الحل | 1000 - 1100 | 1 ساعة | ماء | ذوبان الكربيدات، تعزيز مقاومة الصدأ |
عمليات المعالجة الحرارية مثل التخميل وعلاج الحل حاسمة لتحسين الميكروstruktur والخصائص لـ 316Ti. تساعد هذه المعالجات في تخفيف الضغوط الداخلية وتعزيز مقاومة الصدأ من خلال ذوبان الكربيدات.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| معالجة المواد الكيميائية | المفاعلات وخزانات التخزين | مقاومة الصدأ، قوة عالية | التعرض للمواد الكيميائية العدائية |
| البحرية | مكونات بناء السفن | مقاومة النقر، المتانة | بيئات بحرية قاسية |
| معالجة الطعام | المعدات والأنابيب | النظافة، مقاومة الصدأ | التوافق مع المعايير الصحية |
| الصناعات الدوائية | معدات العمليات | سهولة التنظيف، مقاومة الصدأ | حرجة للنقاء المنتج |
| البترول والغاز | المنصات البحرية | قوة عالية، مقاومة الصدأ | ظروف قاسية والتعرض |
تختار 316Ti للتطبيقات في الصناعات الكيميائية والبحرية نظراً لمقاومتها الممتازة للصدأ وقوتها. إن قدرتها على تحمل البيئات القاسية تجعلها مادة مفضلة للمكونات الحرجة.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | 316Ti | 304 الفولاذ المقاوم للصدأ | 316L الفولاذ المقاوم للصدأ | ملاحظات موجزة / إيجابيات وسلبيات أو ملاحظة مقارنة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة شد عالية | متوسطة | قوة شد عالية | يوفر 316Ti أداءً أفضل عند درجات الحرارة العالية |
| الجوانب الرئيسية للصدأ | ممتاز في الكلوريدات | جيد | ممتاز | 316Ti أكثر مقاومة للتحسس |
| قابلية اللحام | جيدة | ممتازة | ممتازة | 316Ti يتطلب ممارسات لحام دقيقة |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | متوسطة | 316Ti أكثر تحديًا في المعالجة |
| قابلية التشكيل | جيدة | ممتازة | جيدة | يمكن أن يتصلب 316Ti، مما يتطلب الحذر |
| التكلفة النسبية التقريبية | أعلى | أدنى | أعلى | قد تؤثر اعتبارات التكلفة على الاختيار |
| التوفر النموذجي | متوسط | عالي | عالي | قد يكون 316Ti أقل توفرًا بسهولة |
عند اختيار 316Ti، تشمل الاعتبارات جدواه الاقتصادية، وتوفره، ومتطلبات التطبيق المحددة. تجعل خصائصه الفريدة منه مناسبًا للتطبيقات المتخصصة حيث يكون الأداء حرجًا، على الرغم من تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.
باختصار، يعد 316Ti الفولاذ المقاوم للصدأ مادة متعددة الاستخدامات وقوية تبرز في البيئات القاسية، مما يجعله خيارًا قيمًا للمهندسين والمصممين عبر مختلف الصناعات.