قائمة بأكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ شيوعًا

من بين المواد المعدنية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، يزداد الطلب على الفولاذ المقاوم للصدأ لخاصيته المميزة المتمثلة في كونه غير قابل للتآكل وقوي ومتين للغاية وممتع من الناحية الجمالية. بدءًا من أواني المطبخ إلى معدات الرعاية الصحية والصناعات الكيميائية إلى تشييد المباني، حيث يستخدم كل تطبيق هذه المادة بطرق حيوية.

درجات وعائلات الفولاذ المقاوم للصدأ

في الأساس، يمكن وصف الفولاذ المقاوم للصدأ بأنه سبيكة من الحديد القاعدي مع نسبة 10.5% كحد أدنى من الكروم. يتيح التركيز العالي للكروم تكوين طبقة رقيقة من الأكسيد على السطح. علاوة على ذلك، ليس كل الفولاذ المقاوم للصدأ من نفس النوع. بدلاً من ذلك، تؤدي الاختلافات القائمة على السبائك والبنية المجهرية إلى عائلات مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ بخصائص مختلفة.

يمكن تقسيم الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أساسي على أساس الخواص المعدنية التي تعتمد على التركيب الكيميائي للفولاذ وعملية المعالجة الحرارية. وتغطي هذه الأنواع الأربعة الرئيسية: الأوستنيتي والحديدي والمارتنسيتي والمارتنسيتي والدوبلكس، غالبية إجمالي الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم عالميًا. توفر هذه الأنواع من الفولاذ خصائص مختلفة من المقاومة والصلابة وقابلية اللحام والسعر.

تمكّن المعرفة بهذه العائلات المهندس أو المصمم أو المشتري من تحديد الفولاذ المقاوم للصدأ الأنسب للمهمة المقصودة بدلاً من استخدام فولاذ مقاوم للصدأ بمقاس واحد يناسب الجميع.

الأنواع الشائعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي

الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ هو النوع الأكثر استخدامًا، حيث يمثل أكثر من نصف إجمالي إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ في جميع أنحاء العالم. وهي معروفة بمقاومتها الممتازة للتآكل، وقابليتها الفائقة للتشكيل، ومقاومتها الجيدة لمجموعة من درجات الحرارة.

الأنواع الأكثر شيوعًا من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ هي السلسلة 300، والتي تشمل كلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة 304 و 316. وهي تحتوي على الكروم والنيكل، وفي حالة 316، الموليبدينوم، الذي يوفر الحماية ضد الكلوريدات والمواد الكيميائية القاسية.

يكون الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ غير مغناطيسي عند التلدين ولا يمكن تقويته. ومع ذلك، يتم تقويتها من خلال الشغل على البارد. وبفضل ليونة الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، يسهل التعامل معه ويمكن تشكيله أو ثنيه أو لحامه. وبالتالي، يُستخدم الفولاذ الأوستنيتي بشكل بارز في تطبيقات مثل معدات تجهيز الأغذية، والأدوات الطبية، وصهاريج تخزين المواد الكيميائية، والمبادلات الحرارية، والهياكل المعمارية.

ومن أهم مزايا الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ أنه مقاوم للتآكل في بيئات مختلفة. ولكن هذا يكون على حساب السعر بسبب وجود النيكل في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، وبالتالي فإن الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ أغلى من الفولاذ الحديدي المقاوم للصدأ.

الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي

يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي على الكروم ولكن يحتوي على القليل جداً من النيكل، إن وجد. يعتمد هيكلها على الفريت، مما يجعلها مغناطيسية وأرخص نسبيًا مقارنةً بالفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ.

بعض الأمثلة الشائعة لدرجات الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي هي 409 و430 و446. وهي تُظهر مقاومة جيدة للأكسدة وكذلك مقاومة معتدلة للتآكل. على الرغم من أنها تفتقر إلى مقاومة التآكل مقارنةً بالفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، إلا أنها موثوقة في درجات الحرارة المرتفعة.

ويستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي على نطاق واسع في أنظمة عوادم السيارات، والأجهزة المنزلية، والزخارف الزخرفية، والآلات الصناعية. ويتميز هذا النوع من الفولاذ بقيم مواتية للتوصيل الحراري وخصائص تمدد منخفضة.

ومع ذلك، يميل الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي إلى أن يكون أقل صلابة وأقل قابلية للحام مقارنةً بنظيره الأوستنيتي. كما أنها تميل إلى امتلاك قيم قابلية تشكيل أقل، خاصةً عندما يتعلق الأمر بالمقاطع السميكة. وهذا يجعلها مناسبة عندما تكون التكلفة في الاعتبار ولكن عندما لا تكون المستويات العالية من مقاومة التآكل ضرورية.

الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ

يتميز الفولاذ المارتنزيتي المقاوم للصدأ بقوة وصلابة عالية. على عكس الأنواع الأوستنيتي والحديدي، يمكن تقوية الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ. ولذلك، يمكن استخدامها في التطبيقات التي تتطلب مقاومة التآكل والقوة.

بعض الدرجات المارتنسيتية الشائعة هي: 410 و420 وسلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ 440. تحتوي هذه السلسلة من الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ على تركيز أعلى من الكربون. إن وجود كميات أكبر من الكربون يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر صلابة وكذلك أقل مقاومة للتآكل.

ويتميز الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ المارتنسيتي بقدرات مقاومة منخفضة للتآكل ويمكن أن يعمل بشكل مناسب في ظروف التآكل المعتدل. ويستخدم عادةً في تطبيقات مثل السكاكين والأدوات الجراحية وشفرات التوربينات وأجزاء الصمامات والأعمدة التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل.

ويتمثل العيب الأساسي للفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ بالنسبة للأنواع الأخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ في انخفاض الليونة وقابلية اللحام. ومع ذلك، لا تزال الدرجات المارتنسيتية مهمة للغاية في الخدمة الخاصة بكل منها بسبب أولوية خصائصها الميكانيكية مقابل خصائص مقاومة التآكل.

الفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ

يحتوي الفولاذ المزدوج غير القابل للصدأ على مزيج مميز من خصائص كل من درجات الفولاذ الأوستنيتي والفولاذ الحديدي غير القابل للصدأ، والتي توفر بنية مجهرية تتكون من كميات متساوية تقريبًا من كليهما. وتعد بنيتها المجهرية الفريدة من نوعها عاملاً رئيسيًا في منح القوة ومقاومة التآكل، بالإضافة إلى مقاومة التشقق الإجهادي.

الأنواع المزدوجة الشائعة هي 2205 و2507. وتوجد الكرومات وكميات معتدلة من النيكل وأحيانًا الموليبدينوم والنيتروجين في هذه السبائك. وبسبب هذه التركيبة، يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين مقاومة أفضل للبيئات العدوانية، خاصةً عند استخدام الكلوريدات.

ويُستخدم الفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ على الوجهين على نطاق واسع في مصانع معالجة النفط والغاز، والمصانع الكيميائية، ومصانع تحلية المياه، والهياكل البحرية، وأوعية الضغط. تمكّن القوة الأعلى المصممين من العمل بسماكات أقل، مما يوفر مزايا من حيث التكلفة في الهياكل الأكبر حجمًا.

على الرغم من أن الفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ يوفر أداءً ممتازًا، إلا أنه يتطلب ضوابط أكثر صرامة في عملية اللحام والتصنيع. قد تؤدي المدخلات الحرارية غير المرغوب فيها إلى الإخلال بتوازن الطور، مما قد يؤثر على الخواص الميكانيكية والمقاومة للتآكل.

جدول البيانات: خصائص أنواع مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ

لمزيد من المواد المقاومة للتآكل، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الخلاصة

الفولاذ المقاوم للصدأ ليس مادة؛ بل هو مجموعة من السبائك المختلفة التي تم تصميمها لمعايير مهام مختلفة. يهيمن الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ على التطبيقات التي تتطلب مقاومة التآكل وقابلية التشكيل، بينما تقدم درجات الفولاذ الحديدي حلولاً فعالة من حيث التكلفة للبيئات المعتدلة. ويتفوق الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ في القوة ومقاومة التآكل، ويوفر الفولاذ المزدوج المقاوم للصدأ توازنًا متقدمًا بين القوة ومقاومة التآكل لأكثر الظروف تطلبًا.