الفولاذ المقاوم للصدأ (الفولاذ المقاوم للصدأ)هو اختصار للفولاذ المقاوم للأحماض غير القابل للصدأ، ودرجات الفولاذ التي تقاوم الوسائط التآكلية الضعيفة مثل الهواء والبخار والماء، أو التي لها خصائص مقاومة للصدأ تسمى الفولاذ المقاوم للصدأ.
على المدى "الفولاذ المقاوم للصدأ"لا يشير فقط إلى نوع واحد من الفولاذ المقاوم للصدأ، بل يشير إلى أكثر من مائة نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الصناعي، ولكل منها أداء جيد في مجال تطبيقه المحدد.
تحتوي جميعها على نسبة تتراوح بين 17% و22% من الكروم، وتحتوي أنواع الفولاذ الأفضل على النيكل أيضًا. إضافة الموليبدينوم تُحسّن مقاومة التآكل الجوي، وخاصةً في الأجواء المحتوية على الكلوريد.
1. تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ
1. ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للأحماض؟
الإجابة: الفولاذ المقاوم للصدأ هو اختصار للفولاذ المقاوم للأحماض، وهو مقاوم للعوامل التآكلية الضعيفة كالهواء والبخار والماء، أو مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ. تُسمى أنواع الفولاذ المتآكلة بالفولاذ المقاوم للأحماض.
نظراً لاختلاف التركيب الكيميائي بينهما، تختلف مقاومتهما للتآكل. فالفولاذ المقاوم للصدأ العادي لا يقاوم التآكل الكيميائي، بينما يكون الفولاذ المقاوم للأحماض مقاوماً للصدأ عموماً.
2. كيفية تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ؟
الإجابة: وفقًا للحالة التنظيمية، يمكن تقسيمها إلى فولاذ مارتنسيتي، فولاذ فريتي، فولاذ أوستينيتي، فولاذ مقاوم للصدأ أوستينيتي-فيريتي (مزدوج) وفولاذ مقاوم للصدأ متصلب بالترسيب.
(1) الفولاذ المارتنسيتي: ذو قوة عالية، ولكنه ضعيف اللدونة وقابلية اللحام.
أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي الشائعة الاستخدام هي 1Cr13 و3Cr13، إلخ. نظرًا لارتفاع نسبة الكربون فيه، يتميز بقوة وصلابة ومقاومة عالية للتآكل، إلا أن مقاومته للتآكل ضعيفة بعض الشيء، ويُستخدم لخصائصه الميكانيكية العالية ومقاومته للتآكل. يتطلب بعض الأجزاء العامة، مثل النوابض، وشفرات التوربينات البخارية، وصمامات الضغط الهيدروليكي، إلخ.
يتم استخدام هذا النوع من الفولاذ بعد الإخماد والتلطيف، ويتطلب التلدين بعد التشكيل والختم.
(2) الفولاذ الفريتي: يحتوي على نسبة تتراوح بين 15% و30% من الكروم. تزداد مقاومته للتآكل ومتانته وقابليته للحام بزيادة نسبة الكروم، كما أن مقاومته للتآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد أفضل من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى، مثل Crl7، Cr17Mo2Ti، Cr25، Cr25Mo3Ti، Cr28، إلخ.
بفضل محتواه العالي من الكروم، يتميز بمقاومته الجيدة للتآكل والأكسدة، إلا أن خصائصه الميكانيكية وخصائصه العملية ضعيفة. يُستخدم غالبًا في الهياكل المقاومة للأحماض ذات الإجهاد المنخفض، وكفولاذ مضاد للأكسدة.
هذا النوع من الفولاذ مقاوم للتآكل الجوي وحمض النيتريك والمحاليل الملحية، ويتميز بمقاومة جيدة للأكسدة في درجات الحرارة العالية ومعامل تمدد حراري منخفض. يُستخدم في معدات مصانع حمض النيتريك والأغذية، كما يُستخدم في تصنيع الأجزاء التي تعمل في درجات حرارة عالية، مثل أجزاء توربينات الغاز، وغيرها.
(3) الفولاذ الأوستنيتي: يحتوي على أكثر من 18% كروم، وحوالي 8% نيكل، وكميات صغيرة من الموليبدينوم والتيتانيوم والنيتروجين وعناصر أخرى. يتميز بأداء عام جيد، ومقاوم للتآكل بفعل عوامل بيئية مختلفة.
بشكل عام، يتم اعتماد معالجة المحلول، أي تسخين الفولاذ إلى 1050-1150 درجة مئوية، ثم تبريده بالماء أو بالهواء للحصول على بنية أوستينيت أحادية الطور.
(4) الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي-الفريتي (المزدوج): يتميز بمزايا كلٍّ من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفريتي، كما يتميز بخاصية اللدونة الفائقة. يُشكل كلٌّ من الأوستينيت والفريتي حوالي نصف الفولاذ المقاوم للصدأ.
في حالة انخفاض محتوى الكربون، يتراوح محتوى الكروم بين 18% و28%، ومحتوى النيكل بين 3% و10%. تحتوي بعض أنواع الفولاذ أيضًا على عناصر سبائكية مثل الموليبدينوم، والنحاس، والسيليكون، والنيوبيوم، والتيتانيوم، والنيتروجين.
يتميز هذا النوع من الفولاذ بخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفريتي. بالمقارنة مع الفريت، يتميز بمرونة وصلابة أعلى، ولا يسبب هشاشة في درجة حرارة الغرفة، ويحسن بشكل ملحوظ مقاومة التآكل بين الحبيبات وأداء اللحام، مع الحفاظ على هيكل الفولاذ المقاوم للصدأ هشًا عند درجة حرارة 475 درجة مئوية، ويتميز بموصلية حرارية عالية، وخصائص اللدونة الفائقة.
بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، يتميز هذا الفولاذ بقوة عالية ومقاومته المُحسّنة للتآكل بين الحبيبات وتآكل إجهاد الكلوريد. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج بمقاومة ممتازة للتآكل النقطي، وهو أيضًا فولاذ مقاوم للصدأ موفر للنيكل.
(5) الفولاذ المقاوم للصدأ المُصلَّب بالترسيب: مصفوفته هي الأوستينيت أو المارتنسيت، ودرجاته الشائعة الاستخدام هي 04Cr13Ni8Mo2Al وما إلى ذلك. وهو فولاذ مقاوم للصدأ قابل للتصلب (التقوية) بالترسيب (المعروف أيضًا باسم التصلب العمري).
وفقًا للتكوين، يتم تقسيمه إلى الفولاذ المقاوم للصدأ بالكروم، والفولاذ المقاوم للصدأ بالكروم والنيكل، والفولاذ المقاوم للصدأ بالكروم والمنجنيز والنيتروجين.
(1) يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ الكرومي بمقاومة معينة للتآكل (الأحماض المؤكسدة، والأحماض العضوية، والتجويف)، ومقاومة للحرارة والتآكل، ويُستخدم عادةً كمواد لمعدات محطات الطاقة، والمواد الكيميائية، والبترول. ومع ذلك، فإن قابليته للحام ضعيفة، لذا يجب الانتباه إلى عملية اللحام وظروف المعالجة الحرارية.
(2) أثناء اللحام، يتعرض الفولاذ المقاوم للصدأ الكروم والنيكل للتسخين المتكرر لترسيب الكربيدات، مما يقلل من مقاومة التآكل والخصائص الميكانيكية.
(3) القوة، والمرونة، والصلابة، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ الكروم والمنجنيز جيدة.
ثانيًا. المشاكل الصعبة في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ ومقدمة حول استخدام المواد والمعدات
1. لماذا يعد لحام الفولاذ المقاوم للصدأ أمرًا صعبًا؟
الإجابة: (1) حساسية الفولاذ المقاوم للصدأ للحرارة قوية نسبيًا، ووقت الإقامة في نطاق درجة الحرارة من 450 إلى 850 درجة مئوية أطول قليلاً، وستقل مقاومة التآكل في منطقة اللحام والحرارة المتأثرة بشكل خطير؛
(2) عرضة للتشققات الحرارية؛
(3) ضعف الحماية والأكسدة الشديدة في درجات الحرارة العالية؛
(4) معامل التمدد الخطي كبير، ومن السهل أن ينتج تشوه لحام كبير.
2. ما هي التدابير التكنولوجية الفعالة التي يمكن اتخاذها عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي؟
الإجابة: (1) اختيار مواد اللحام بدقة وفقًا للتركيب الكيميائي للمعدن الأساسي؛
(2) اللحام السريع مع تيار صغير، طاقة خط صغيرة تقلل من مدخلات الحرارة؛
(3) سلك لحام ذو قطر رفيع، قضيب لحام، لا يتأرجح، لحام متعدد الطبقات ومتعدد التمريرات؛
(4) التبريد القسري لدرز اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة لتقليل زمن الإقامة عند 450-850 درجة مئوية؛
(5) حماية الأرجون على الجزء الخلفي من لحام TIG؛
(6) يتم لحام اللحامات الملامسة للوسط التآكلي بشكل نهائي؛
(7) معالجة التخميل لخط اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة.
3. لماذا يجب علينا اختيار سلك اللحام والقطب الكهربائي من سلسلة 25-13 لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك (لحام الفولاذ غير المتشابه)؟
الإجابة: لحام المفاصل الملحومة الفولاذية غير المتشابهة التي تربط الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بالفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك، يجب أن يستخدم المعدن الملحوم سلك اللحام من سلسلة 25-13 (309، 309L) وقضيب اللحام (الأستنيتي 312، الأوستنيتي 307، إلخ).
في حالة استخدام مواد أخرى مستهلكة في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، سوف تظهر بنية مارتنسيتية وشقوق باردة على خط الانصهار على جانب الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك.
4. لماذا تستخدم أسلاك اللحام المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب غاز الحماية 98%Ar+2%O2؟
الإجابة: أثناء لحام MIG لسلك الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب، عند استخدام غاز الأرجون النقي للحماية، يكون التوتر السطحي للحوض المنصهر مرتفعًا، ويتشكل اللحام بشكل سيء، ويتخذ شكل اللحام الحدبي. إضافة 1% إلى 2% من الأكسجين يمكن أن يقلل التوتر السطحي للحوض المنصهر، ويصبح خط اللحام ناعمًا وجميلًا.
٥. لماذا يتحول سطح سلك لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب (MIG) إلى اللون الأسود؟ كيف يمكن حل هذه المشكلة؟
الإجابة: سرعة لحام MIG لسلك لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب عالية نسبيًا (30-60 سم/دقيقة). عند وصول فوهة الغاز الواقية إلى منطقة حوض المنصهر الأمامي، يظل خط اللحام في حالة حرارة عالية حمراء، ويتأكسد بسهولة بالهواء، وتتكون أكاسيد على السطح. تكون اللحامات سوداء. يمكن لطريقة التخليل بالتخليل إزالة الطبقة السوداء واستعادة لون سطح الفولاذ المقاوم للصدأ الأصلي.
6. لماذا يحتاج سلك اللحام المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب إلى استخدام مصدر طاقة نبضي لتحقيق انتقال نفاث ولحام خالٍ من البقع؟
الإجابة: عند لحام سلك الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب MIG، سلك لحام φ1.2، عندما يكون التيار I ≥ 260 ~ 280A، يمكن تحقيق انتقال النفاثة؛ القطرة هي انتقال الدائرة القصيرة بقيمة أقل من هذه، والرذاذ كبير، ولا ينصح به عمومًا.
فقط عن طريق استخدام مصدر الطاقة MIG مع النبضة، يمكن تحويل قطرات النبضة من مواصفات صغيرة إلى مواصفات كبيرة (اختر الحد الأدنى أو الحد الأقصى للقيمة وفقًا لقطر السلك)، واللحام الخالي من البقع.
7. لماذا يتم حماية سلك اللحام المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بغاز ثاني أكسيد الكربون بدلاً من مصدر طاقة نبضي؟
الإجابة: في الوقت الحاضر، يتم استخدام أسلاك اللحام المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات النواة المتدفقة بشكل شائع (مثل 308 و309 وما إلى ذلك)، يتم تطوير صيغة تدفق اللحام في أسلاك اللحام وفقًا للتفاعل الكيميائي المعدني للحام تحت حماية غاز ثاني أكسيد الكربون، لذلك بشكل عام، ليست هناك حاجة لإمدادات طاقة اللحام بالقوس النبضي (يحتاج مصدر الطاقة مع النبض بشكل أساسي إلى استخدام الغاز المختلط)، إذا كنت تريد الدخول في انتقال القطرات مسبقًا، فيمكنك أيضًا استخدام مصدر طاقة النبض أو نموذج اللحام المحمي بالغاز التقليدي مع اللحام بالغاز المختلط.
وقت النشر: ٢٤ مارس ٢٠٢٣