عادةً ما يشير الفولاذ المقاوم للصدأ 18-8 إلى مجموعة سبائك الكروم والنيكل الأوستنيتي التي تحتوي على 18% كروم تقريبًا و8% نيكل، وفي الاستخدام العملي يشير هذا المصطلح في أغلب الأحيان إلى النوع 304. بالنسبة للمقاومة العامة للتآكل وقابلية التشكيل وقابلية اللحام وفعالية التكلفة، يظل النوع 304 هو الخيار الافتراضي. عندما تتطلب الخدمة مقاومة محسنة للتآكل أو التآكل الشقوق أو بيئات الكلوريد، فإن النوع 316 (مع إضافة الموليبدينوم) هو الاختيار الأفضل على الرغم من ارتفاع تكلفة المواد. يجب على المهندسين الذين يختارون بين 18-8/304 و 316 أن يوازنوا بين العدوانية البيئية واحتياجات التصنيع والعمر الافتراضي المطلوب والميزانية قبل تحديد المادة.
مقدمة وسياق تاريخي موجز
شكّلت أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ من السلسلة 300 التصنيع الحديث ومعالجة الأغذية والمعدات الكيميائية والتشطيبات المعمارية. نشأت التسمية "18-8" من الاختزال الصناعي المبكر الذي ركز على الإضافتين السائدتين للسبيكة: حوالي 18% كروم بالإضافة إلى حوالي 8% نيكل. تسبق هذه التسمية المختصرة أنظمة الترقيم الموحدة الحديثة التي تستخدم أسماء درجات دقيقة مثل النوع 304 أو UNS S30400. وبمرور الوقت أصبح النوع 304 هو التجسيد العملي الشائع لسبائك 18-8. تطورت الدرجة 316 لاحقًا مع إضافة الموليبدينوم لمقاومة التآكل الموضعي بشكل أفضل في البيئات الحاملة للكلوريد. يتطلب التوجيه الموثوق بشأن الرتبة التي تناسب خدمة معينة ربط كيمياء السبيكة والبنية المجهرية والتعرض البيئي وطرق التصنيع.
ماذا يعني "18-8" في الممارسة العملية
"18-8" عبارة وصفية تجسد نقطة كيميائية مشتركة ضمن السلسلة الأوستنيتي 300. ولا تشكل مواصفات رسمية. تساوي الممارسة الشائعة بين "18-8" والنوع 304، على الرغم من أن السبائك الأخرى من السلسلة 300 قد تظهر مستويات مماثلة من الكروم والنيكل. يجب أن يتجنب المهندسون استخدام "18-8" في مستندات المشتريات عندما يجب تطبيق خصائص أو معايير دقيقة للمواد؛ حدد الرتبة والمعيار المرجعي بدلاً من ذلك (على سبيل المثال، النوع 304 وفقًا للمواصفة ASTM A240).
مقارنة التركيب الكيميائي (جدول موجز)
يجمع الجدول أدناه نطاقات التركيب النموذجية لكل درجة باستخدام حدود المواصفات الشائعة (قيم مأخوذة من جداول المواد المستخدمة على نطاق واسع وملخصات ASTM). تمثل هذه النطاقات قيمًا نموذجية في الصناعة للمطاحن المشغولة 304 و316؛ راجع مواصفات الشراء لمعرفة حدود شهادة اختبار المطحنة.
| العنصر (wt%) | 18-8 (نموذجي) | النوع 304 (UNS S30400) | النوع 316 (UNS S31600) |
|---|---|---|---|
| الكربون (C) | ≈0.06-0.08 | ≤0.08 (304); ≤0.03 (304L) | ≤0.08 (316); ≤0.03 (316L) |
| الكروم (Cr) | ≈17.5-19.5 | 17.5-19.5 | 16.0-18.0 |
| النيكل (ني) | ≈8.0-10.5 | 8.0-10.5 | 10.0-14.0 |
| الموليبدينوم (Mo) | 0 | 0 | 2.0-3.0 |
| المنجنيز (Mn) | ≤2.0 | ≤2.0 | ≤2.0 |
| السيليكون (Si) | ≤0.75 | ≤0.75 | ≤0.75 |
| الفوسفور (P) | ≤0.045 | ≤0.045 | ≤0.045 |
| الكبريت (S) | ≤0.03 | ≤0.03 | ≤0.03 |
| النيتروجين (N) | ≤0.10 | ≤0.10 | ≤0.10 |
الملاحظات:
-
يعكس الاختصار 18-8 المحتوى التقريبي من الكروم والنيكل؛ يجب أن تشير المشتريات الحديثة إلى ASTM A240 أو ما يعادله.
البنية المجهرية وأساسيات علم المعادن
ينتمي كل من 304 و316 إلى عائلة الأوستنيتي. وتتكون مصفوفتهما من الأوستينيت المكعب المتمركز حول الوجه (FCC) في درجة حرارة الغرفة، ومثبتة بالنيكل. وتمنح هذه البنية المجهرية ليونة وصلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة، وسلوكاً غير متصلب أثناء التسخين، واستجابة شبه غير مغناطيسية في الحالة الملدنة. يمكن أن يحدث ترسيب الكربيد عند حدود الحبيبات عندما تقضي المادة وقتاً في درجة حرارة تتراوح بين 425 و850 درجة مئوية تقريباً؛ وهذا يؤدي إلى استنزاف الكروم والتآكل المحتمل بين الخلايا الحبيبية. وتستخدم المتغيرات منخفضة الكربون (304L، 316L) أو الدرجات المستقرة (316Ti، 321) للتخفيف من التحسس أثناء اللحام أو التعرض للحرارة. وتزيد إضافة الموليبدينوم في 316 من مقاومة التنقر والتآكل الشقوق من خلال تحسين ثبات طبقة الأكسيد السلبي في المحاليل المحتوية على الكلوريد.
مقارنة الخواص الميكانيكية (جدول)
توفر الخواص الميكانيكية النموذجية الملدنة للأشكال المشغولة الشائعة (الصفيحة، اللوح، الشريط) إرشادات للتصميم. تعتمد القيم الفعلية على شكل المنتج والشغل على البارد وبيانات اختبار المورد.
| الممتلكات | النوع 304 (ملدن) | النوع 316 (ملدن) |
|---|---|---|
| قوة الشد (دقيقة) | ~515 ميجا باسكال (≈75 كسي) | ~515 ميجا باسكال (≈75 كسي) |
| قوة الخضوع 0.2% (دقيقة) | ~205 ميجا باسكال (≈30 كسي) | ~205 ميجا باسكال (≈30 كسي) |
| الاستطالة (في 50 مم) | ≥40% | ≥40% |
| الصلابة (HRB) | ≤95 | ≤95 |
| الكثافة | 7.93 جم/سم مكعب | 8.00 جم/سم مكعب |
الترجمة الفورية:
تُظهر كلتا الدرجتين سلوكًا ميكانيكيًا متشابهًا في حالة التلدين. ويكون الاختيار مدفوعًا بالبيئة، وليس قوة الشد، في معظم الحالات.
سلوك التآكل وآليات المقاومة
الفيلم السلبي والتآكل العام
يشكل وجود الكروم طبقة رقيقة رقيقة ملتصقة من أكسيد الكروم تحمي الفولاذ الركيزة ضد العديد من البيئات المؤكسدة. يحسّن النيكل من ثبات الغشاء وليونة المصفوفة.
التآكل الموضعي (التنقر، الشقوق)
تتحدى أيونات الكلوريد الطبقة الخاملة وقد تبدأ هجومًا موضعيًا. يحسّن الموليبدينوم في النوع 316 من حركية إعادة التخميد ويرفع من إمكانية الحد الأدنى للتنقر، مما يجعل 316 أفضل بشكل ملحوظ من 304 في تيارات العمليات البحرية والحاملة للكلوريد.
التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC)
يمكن أن تتعرض درجات الأوستنيتي للكلوريد المكلور في درجات حرارة مرتفعة تحت إجهاد الشد. تتضمن استراتيجيات التحكم اختيار المواد وتخفيف الإجهاد المتبقي والتحكم في الكلوريد.
التخميل والصيانة
يزيل التخميل الكيميائي (المعالجة بحمض النيتريك أو حامض الستريك) الحديد الحر ويعزز تكوين طبقة سلبية غنية بالكروم. يطيل الفحص المنتظم والتنظيف الروتيني من عمر الخدمة في العديد من التطبيقات.
التصنيع: التشكيل، واللحام، والتشغيل الآلي، والمعالجة الحرارية
التشكيل والعمل على البارد
304 عادةً ما يتشكل 304 ويُسحب بعمق بسهولة. معدل تصلب الشغل معتدل؛ يجب أن تأخذ القوالب وأدوات التشكيل في الحسبان الارتداد. 316 يتشكل 316 بشكل جيد أيضاً ولكن معدل تصلب الشغل أعلى قليلاً ومعدل الارتداد إلى الخلف.
اللحام
يتم لحام كل من 304 و316 بسهولة عن طريق عمليات الانصهار الشائعة. التحكم في المدخلات الحرارية واختيار معدن الحشو مهمان؛ بالنسبة للحامات 304، يمكن للحام 304 أن يتجنب الحشو المطابق (304) أو الحشو منخفض الكربون التحسس. بالنسبة إلى 316 في خدمة الكلوريد، استخدم حشوة 316 للحفاظ على أداء التآكل. تقلل الدرجات منخفضة الكربون (304L، 316L) من خطر الهجوم بين الخلايا الحبيبية بعد اللحام.
قابلية التصنيع
يتميز الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بقابلية تشغيل أقل من الفولاذ الطري بسبب تصلب العمل وانخفاض التوصيل الحراري. توجد أنواع مختلفة للقطع الحر مع إضافة الكبريت (على سبيل المثال، 303) ولكنها تضحي بمقاومة التآكل. بالنسبة للمكونات الحرجة، يعد اختيار الأداة ومعلمات القطع أمرًا ضروريًا.
المعالجة الحرارية
لا يمكن تصلب الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بالمعالجة الحرارية التقليدية. يستعيد التلدين بالمحلول متبوعًا بالتبريد السريع الليونة ويذيب الكربيدات. يمكن أن تتسبب الشيخوخة في درجات حرارة معينة في ترسيب طور سيجما في الفولاذ شديد السبائك، مما يقلل من الصلابة.
التطبيقات النموذجية وحالات استخدام الصناعة (جدول)
| مجال الخدمة | اختيار التقدير النموذجي | الأساس المنطقي |
|---|---|---|
| أدوات المائدة وأدوات الطهي والسلع الاستهلاكية | 304 (18-8) | تشكيل جيد، وقابلية التلميع، وسلامة ملامسة الطعام. |
| معدات تجهيز الأغذية | 304 أو 316 | 304 للكثير من الأطعمة؛ 316 للملح أو الحمضية. |
| المعالجة الكيميائية | 316 عند وجود الكلوريدات | يحسن Mo من مقاومة هجوم الهاليد. |
| التجهيزات والمثبتات البحرية | 316 | مقاومة فائقة للتنقر في مياه البحر. |
| المكونات المعمارية | 304 | توازن التكلفة مقابل المظهر. |
| الأجهزة الطبية والغرسات (التطبيقات غير المزروعة) | 304L/316L | تقلل درجات الكربون المنخفضة من التحسّس، ويتم اختيار السبائك الطبية الحيوية وفقًا للوائح. |
| المعدات الصيدلانية ومعدات التكنولوجيا الحيوية | 316L | مقاومة عالية للتآكل، وقابلية عالية للتنظيف. |
الترجمة الفورية:
-
يجب أن يتطابق اختيار الدرجة مع كل من البيئة ومتطلبات النظافة الصحية التنظيمية؛ ومن المهم إمكانية التتبع من خلال شهادات ومعايير اختبار المصنع.
المعايير والمواصفات والمعادلات الدولية
المعايير الرئيسية التي يُستشهد بها عادةً في المشتريات والتصميم:
-
ASTM A240 / ASME SA-240 - مواصفات صفائح وألواح وشرائح وشرائح الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوعة من الكروم والنيكل والكروم لأوعية الضغط والتطبيقات العامة. مرجع للمنتجات المشغولة 304 و316.
-
ترقيم نظام الأمم المتحدة للترقيم - UNS S30400 (304)، UNS S31600 (316) المستخدمة في قواعد بيانات المواد العالمية.
-
معادلات EN / ISO - en 1.4301 (304)، en 1.4401 (316). تساعد المخططات التبادلية في مطابقة المعايير بين المناطق.
-
أوراق بيانات المواد - ASM و MatWeb وشهادات الشركة المصنعة للبيانات الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية.
التوصية:
-
حدد دائمًا الدرجة بالإضافة إلى المعيار (على سبيل المثال: الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316، ASTM A240)، واطلب شهادات اختبار المطحنة (التحليل الكيميائي، اختبار الشد)، وقم بتضمين تشطيب السطح والمعالجة الحرارية ومتطلبات الاختبار.
اعتبارات التكلفة والمشتريات
وعادةً ما تتبع تكلفة المواد هذا الترتيب (السعر حساس لظروف السوق): 304 < 316. يؤدي محتوى النيكل والموليبدينوم إلى اختلاف الأسعار. قد تظهر مهل زمنية طويلة للتشطيبات السطحية المحددة أو وثائق الاختبار المعتمدة. بالنسبة للمشاريع المقيدة الميزانية، حدد 304 فقط عندما لا تتضمن بيئة الخدمة التعرض للكلوريد أو الأحماض القوية. عندما تُظهر تكلفة دورة الحياة مخاطر الاستبدال المتكررة، يمكن تبرير تحديد 316 من الناحية الاقتصادية.
نصائح للمصادر:
-
تأكيد إمكانية تتبع الموردين وشهادات اختبار المطاحن.
-
ضع في اعتبارك التوافر المحلي للأصناف منخفضة الكربون أو المستقرة إذا كان اللحام متكررًا.
-
بالنسبة لمعدات الضغط الحرجة، تأكد من مطابقتها لقوانين ASME أو PED أو غيرها من القوانين الإقليمية.
مصفوفة الاختيار وقائمة مراجعة القرارات
قائمة مراجعة سريعة للمهندسين الذين يقومون بكتابة شرح المواد:
-
هل سيرى المكون الكلوريدات أو الهاليدات أو مياه البحر؟ → يفضل 316.
-
هل اللحام ثقيل ولا يمكن تجنبه؟ ← ضع في اعتبارك 304L أو 316L لتقليل مخاطر التحسس.
-
هل يتطلب المشروع تشطيبًا صحيًا أو امتثالًا تنظيميًا؟ → 316L غالبًا ما يُفضل استخدام 316L في مجال الأدوية/التكنولوجيا الحيوية.
-
هل التكلفة هي القيد المهيمن والبيئة معتدلة؟ → 304 مقبول.
-
هل يتطلب المكون أعلى ليونة وسهولة في التشكيل؟ → 304 قد يكون أسهل قليلاً.
-
هل السحابات متضمنة؟ → 316 مثبتات موصى بها للخدمة البحرية.
استخدم قائمة المراجعة هذه لإعداد مذكرة مواصفات توضح الرتبة، والمعيار (ASTM/EN/UNS)، والتشطيب السطحي، والاختبار المطلوب.
الملاحظات البيئية والسلامة وإعادة التدوير والتخميل
إعادة التدوير والاستدامة
كل من 304 و316 قابلان لإعادة التدوير بدرجة كبيرة. ويساهم استردادهما في نهاية العمر الافتراضي في تحقيق أهداف الاقتصاد الدائري.
التخميل
بعد التصنيع، يزيل التخميل الكيميائي الحديد المدمج ويعزز طبقة أكسيد سلبية قوية. ويُعد تخميل حامض الستريك بديلاً لحمض النيتريك في بعض الصناعات المنظمة.
السلامة
ينتج عن عمليات القطع أو الطحن أو اللحام غير القابل للصدأ غبار وأبخرة؛ ويجب استخراجها محليًا واستخدام معدات الوقاية الشخصية وفقًا للوائح السلامة المهنية. يجب التعامل مع تيارات النفايات الناتجة عن التخليل والتخميل بموجب قانون البيئة.
المتغيرات والدرجات الخاصة
-
304 لتر / 316 لتر:: درجات منخفضة الكربون تقلل من مخاطر ترسيب الكربيد أثناء اللحام. مفضلة للتركيبات الملحومة الثقيلة.
-
316Ti:: تيتانيوم مثبّت لمقاومة التحسس للخدمة في درجات الحرارة العالية لفترات طويلة.
-
درجات التصلب بالترسيب، والدرجات المزدوجة والأوستنيتية الفائقة:: يتم اختياره عند الحاجة إلى قوة أو مقاومة للتآكل تتجاوز 316.
-
المكافئات المصبوبة: CF-8 (304 مصبوب) وCF-8M (316 مصبوب) يستخدمان عند الحاجة إلى مصبوبات.
الأسئلة الشائعة (FAQs)
1) هل 18-8 هو نفس الشيء مثل 304؟
الإجابة المختصرة: في الاستخدام الشائع في الصناعة، نعم. يشير الاختصار 18-8 إلى المحتوى التقريبي من الكروم والنيكل النموذجي للنوع 304. بالنسبة للمشتريات، حدد "النوع 304" بالإضافة إلى المعيار الحاكم لتجنب الغموض.
2) ما الرتبة التي تقاوم مياه البحر بشكل أفضل: 304 أم 316؟
يوفر 316 مقاومة فائقة لمياه البحر بسبب محتوى الموليبدينوم الذي يزيد من مقاومة التآكل الناتج عن التنقر والتآكل الشقوق في بيئات الكلوريد. استخدم 316 للخدمة البحرية طويلة الأجل.
3) هل يمكن تقوية أي من الرتبتين عن طريق المعالجة الحرارية؟
لا يتم تقسية الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ عن طريق دورات التبريد والتبريد التقليدية. تتطلب زيادة القوة الشغل على البارد أو اختيار سبائك تصلب الترسيب.
4) متى يجب استخدام 304L أو 316L؟
استخدم المتغيرات منخفضة الكربون L للتركيبات الملحومة الثقيلة أو عندما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام غير عملية، لتقليل مخاطر ترسيب الكربيد والحفاظ على مقاومة التآكل.
5) ما هو الفرق الكبير في السعر بين 304 و 316؟
يختلف السعر باختلاف ظروف السوق. الموليبدينوم والمحتوى العالي من النيكل يجعل 316 أكثر تكلفة. قم بإجراء مقايسة للمواد وراجع الأسعار الحالية في سوق المعادن لمعرفة الأرقام الدقيقة.
6) هل 304 و316 مغناطيسية؟
كلاهما غير مغناطيسي بشكل أساسي في حالة التلدين الكامل. يمكن أن يؤدي الشغل على البارد إلى استجابة مغناطيسية طفيفة.
7) هل يمكنني استخدام أواني الطهي 18-8 بأمان للطعام؟
نعم. تستخدم العديد من المنتجات الملامسة للأغذية درجة 304 (18-8). بالنسبة لتحضير الأطعمة شديدة الحموضة أو المالحة، يوفر 316 حماية إضافية من التآكل.
8) ماذا يحدث إذا تآكل مكون 304 في خدمة الكلوريد؟
قد يحدث تنقر أو تآكل شقوق موضعي. ويتطلب الإصلاح عادةً الاستبدال بمادة أكثر مقاومة (316 أو أعلى) ومعالجة مصادر الكلوريد أو عيوب التصميم التي تحبس الوسائط المسببة للتآكل.
9) ما هي الدرجة الأسهل في الماكينة؟
ليس أي منهما سهلًا بشكل خاص مقارنةً بالفولاذ الطري. يميل الفولاذ 304 إلى أن يكون أكثر سهولة في الماكينة من الفولاذ 316. استخدم الأدوات ومعلمات القطع المناسبة للحد من تصلب العمل.
10) ما هي شهادات الاختبار التي يجب أن أطلبها من الموردين؟
اطلب شهادات اختبار المطحنة التي توضح التركيب الكيميائي ونتائج الاختبار الميكانيكي الميكانيكي المربوطة بالمعيار المرجعي (على سبيل المثال ASTM A240). بالنسبة للخدمات الحرجة، قم بتضمين اختبار التآكل والصلابة وبيانات التتبع.
أمثلة عملية للاختيار
الحالة أ - خزان معالجة الأغذية
الخدمة: التنظيف بالمحاليل الكاوية والتنظيف الحمضي الدوري، بدون كلوريدات. التوصية: النوع 304 أو 304L مع تشطيب صحي وتخميل مناسب.
الحالة (ب) - درابزين السفينة وتجهيزاتها
الخدمة: رذاذ مياه البحر المستمر، التعرض للكلوريد. التوصية: النوع 316 أو الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج لعمر خدمة طويل؛ ضع في اعتبارك الحماية الكاثودية للتعرض الشديد.
الحالة ج - المبادل الحراري للمصنع الكيميائي في السائل الحامل للكلوريد
الخدمة: محلول الكلوريد الساخن في درجة حرارة مرتفعة. التوصية: تحقق من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أو سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ الأعلى، وربما سبائك النيكل، بالإضافة إلى الاختبارات الهندسية لاحتمالية التنقر.
توضح هذه الأمثلة أن اختيار الرتبة يعتمد على وسائط التشغيل ودرجة الحرارة والتحميل الميكانيكي ونظام الصيانة.
التوصيات العملية النهائية
-
استخدم أسماء الدرجات الدقيقة بالإضافة إلى المراجع القياسية في مستندات المشتريات.
-
للاستخدام العام في الاستخدام المنزلي أو المعماري أو الخدمات الغذائية الخفيفة، فإن 304 (18-8) فعال من حيث التكلفة.
-
بالنسبة للتعرض للكلوريد أو الخدمة الكيميائية الثقيلة، حدد 316 أو درجات السبائك الأعلى.
-
بالنسبة للهياكل الملحومة، يفضل استخدام أنواع منخفضة الكربون (304L، 316L) أو تحديد التلدين بالمحلول بعد اللحام حيثما كان ذلك مسموحًا به.
-
طلب شهادات اختبار الطاحونة ومواصفات تشطيب السطح للمعدات الصحية أو التي تحتوي على ضغط.
AR 
EN 
JA 
KO 
DE 
IT 
ES