305 مقابل 316 الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات

النوع 305 يلمع عندما تكون قابلية التشكيل القصوى والتصلب المنخفض في العمل مهمة - للأجزاء المسحوبة بعمق، والختمات المعقدة، والقياسات الرقيقة. النوع 316 يفوز عندما تكون مقاومة التنقر والتآكل الشقوق في البيئات الغنية بالكلوريد أو البيئات البحرية أمرًا بالغ الأهمية. اختر 305 لكفاءة التصنيع والتشكيل المعقد؛ واختر 316 لمقاومة التآكل والخدمة في الظروف الكيميائية القاسية أو المالحة القاسية.

ما هو الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ

يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ في السلسلة 300 بطبيعته غير المغناطيسية ومقاومته للصدأ، وذلك بفضل قاعدة من الكروم والنيكل التي تشكل طبقة أكسيد واقية. ويندرج كل من 305 و316 ضمن هذه الفئة الأوستنيتية، مما يعني أنهما يحافظان على بنية مكعبة متمركزة على الوجه في درجة حرارة الغرفة، مما يمنحهما المرونة والقوة دون هشاشة. ترجع جذور هذه السبائك إلى التطورات التي حدثت في أوائل القرن العشرين بهدف مكافحة الأكسدة في البيئات عالية الحرارة، وتطورت لتصبح من المواد الأساسية في الهندسة الحديثة.

ما يميزها عن غيرها يبدأ بعناصر السبائك الخاصة بها. وغالبًا ما يلجأ المهندسون إلى هذه الدرجات عندما لا يتمتع الفولاذ الكربوني بالمتانة. على سبيل المثال، في معالجة الأغذية أو العناصر المعمارية، فإن القدرة على تحمل التآكل اليومي مع الحفاظ على المظهر المصقول أمر مهم للغاية. يساعد فهم سماتهما الأساسية في توضيح سبب ملاءمة أحدهما للمشروع بشكل أفضل من الآخر، خاصةً فيما يتعلق بالأداء طويل الأجل تحت الضغط.

تفاصيل التركيب الكيميائي

تحدد الوصفة العنصرية كيفية تصرف كل سبيكة. يتميز النوع 305 بمحتوى أعلى من النيكل - حوالي 10-131 تيرابايت 3 تيرابايت - مقترنًا بالكروم 17-191 تيرابايت 3 تيرابايت، وكربون أقل ما يمكن من الكربون عند 0.121 تيرابايت 3 تيرابايت كحد أقصى. يعطي هذا الإعداد الأولوية لقابلية التشغيل على المقاومة الشديدة للتنقر. على الجانب الآخر، يشتمل 316 على كروم 16-18%، ونيكل 10-14%، والأهم من ذلك، موليبدينوم 2-3%، مع كربون بحد أقصى 0.08%. وتُعد إضافة الموليبدينوم هذه عاملاً مغيراً لقواعد اللعبة في حالات التعرض للكلوريد الثقيل.

يظهر السليكون والمنجنيز والفوسفور بكميات ضئيلة في كليهما، ولكن تركيبة 316 تميل نحو تعزيز خصائص الحاجز ضد العوامل العدوانية. ومن خلال خبرتي في مراجعة شهادات المطاحن، تلتزم هذه التركيبات بمعايير مثل ASTM A240، مما يضمن الاتساق بين الموردين. يمكن أن تحدث اختلافات في المتغيرات منخفضة الكربون، مثل 316L، ولكن بالنسبة للمقارنات المباشرة، تبرز الدرجات الأساسية تركيز 305 على المرونة مقابل 316 المحصنة للدفاع.

العنصر	305 فولاذ مقاوم للصدأ (%)	316 فولاذ مقاوم للصدأ (%)
الكربون (C)	0.12 كحد أقصى	0.08 كحد أقصى
الكروم (Cr)	17.0-19.0	16.0-18.0
النيكل (ني)	10.5-13.0	10.0-14.0
الموليبدينوم (Mo)	-	2.0-3.0
المنجنيز (Mn)	2.0 كحد أقصى	2.0 كحد أقصى
السيليكون (Si)	1.0 كحد أقصى	1.0 كحد أقصى
الفوسفور (P)	0.045 كحد أقصى	0.045 كحد أقصى
الكبريت (S)	0.03 كحد أقصى	0.03 كحد أقصى

يسحب هذا الجدول من المواصفات القياسية، ويوضح كيف يملأ الموليبدينوم 316 فجوة في مواصفات 305، مما يجعله أقل عرضة للهجمات الموضعية في الظروف المالحة أو الحمضية.

مقارنة الخصائص الميكانيكية

تلعب القوة والمرونة دورًا محوريًا في اختيار المواد. ويتميز 305 بقوة شد تتراوح بين 515 و620 ميجا باسكال تقريبًا، مع قوة خضوع تبلغ حوالي 205 ميجا باسكال، واستطالة تصل إلى 40-50%، مما يجعله مثاليًا للتمدد دون تشقق. ويعني انخفاض معدل تصلب العمل فيه أنه يتشوه بسهولة أكبر أثناء عمليات التصنيع مثل الختم أو الغزل.

وفي الوقت نفسه، يوفر 316 قوة شد في نطاق 515-690 ميجا باسكال، وخضوعًا يتراوح بين 205 و310 ميجا باسكال، واستطالة تتراوح بين 35-40%. ويزيد الموليبدينوم من صلابته قليلاً، حيث يسجل 79-95 على مقياس Rockwell B مقارنةً بـ 305 الذي يتراوح بين 70 و90. في اختبارات الإجهاد، يصمد 316 بشكل أفضل تحت التحميل الدوري، ولهذا السبب يُفضل استخدامه في المعدات الاهتزازية أو أوعية الضغط.

من خلال التقييمات العملية، رأيت أن 305 يتفوق في عمليات التشكيل على البارد حيث قد يتطلب 316 التلدين لتجنب الانشقاقات. كلاهما يحافظان على مقاومة جيدة للصدمات في درجات الحرارة المنخفضة، ولكن ميزة 316 في قوة القص تناسبها للمكونات الهيكلية. بالرجوع إلى أكواد ASME، تضمن هذه القيم الامتثال في التطبيقات المصنفة حسب الضغط.

الممتلكات	305 فولاذ مقاوم للصدأ	316 فولاذ مقاوم للصدأ
قوة الشد (ميجا باسكال)	515-620	515-690
قوة الخضوع (MPa)	205	205-310
الاستطالة (%)	40-50	35-40
الصلابة (روكويل ب)	70-90	79-95
الكثافة (جم/سم مكعب)	8.0	8.0

تؤكد هذه المقاييس، المستمدة من بروتوكولات اختبار ASTM، على ميزة 305 في قابلية التطويع للأجزاء المعقدة.

تحليل التكاليف والاعتبارات الاقتصادية

نظرًا لإضافة الموليبدينوم، عادةً ما يكون سعر الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أعلى من 305 بمقدار 20-30%، مما يؤثر على التكلفة الإجمالية للمثبتات. كلا الصنفين متاحان على نطاق واسع من موردي أدوات التثبيت القياسية، ولكن قد يكون 316 له فترات زمنية أطول أو حد أدنى لكميات الطلب في الأحجام المتخصصة.

مقارنة التكلفة الإجمالية للملكية

العامل	305 فولاذ مقاوم للصدأ	316 فولاذ مقاوم للصدأ
تكلفة المواد الأولية	أقل	20-30% أعلى من 20-30%
تكلفة المعالجة	أقل (أسهل في التشكيل)	أعلى (مادة أكثر صلابة)
متطلبات الصيانة	معتدل	الحد الأدنى
عمر الخدمة المتوقع	10-15 سنة (قياسية)	20-30 سنة فأكثر (بحرية)
تكرار الاستبدال	أعلى في البيئات المسببة للتآكل	أقل بشكل عام

الخواص المغناطيسية والخصائص الخاصة

النوع 305 غير مغناطيسي في ظروف التلدين والشغل على البارد، ويحافظ على هذه الخاصية حتى بعد الشغل على البارد بشكل كبير، على عكس العديد من الدرجات الأوستنيتية الأخرى. لن يطور النوع 316 والنوع 305 من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل عام هذه الخصائص المغناطيسية بسبب ارتفاع محتوى النيكل.

أداء درجة الحرارة والخصائص الحرارية

تُظهر كلتا السبيكتين أداءً قويًا في درجات الحرارة العالية مع حدود تشغيلية مميزة. تتسم درجة 305 غير القابل للصدأ بدرجة 305 بمقاومة تآكل مماثلة للدرجة 304 وتتمتع بمقاومة جيدة للأكسدة في الهواء حتى 1650 درجة فهرنهايت (899 درجة مئوية).

جدول مقارنة الخصائص الحرارية

الممتلكات	305 فولاذ مقاوم للصدأ	316 فولاذ مقاوم للصدأ
نطاق الذوبان	1400-1450°C	1375-1400°C
التوصيل الحراري	16.3 وات/(م-ك)	16.2 واط/(م-ك)
التمدد الحراري	17.2 ميكرومتر/متر مئوية	16.0 ميكرومتر/متر مئوية
درجة الحرارة القصوى للخدمة	899 درجة مئوية مستمرة	925 درجة مئوية مستمرة
مقاومة الأكسدة	جيد	ممتاز

قابلية التصنيع الآلي والتشطيب السطحي

تختلف خصائص قابلية التشغيل الآلي اختلافًا كبيرًا بين هذه الرتب. يؤدي المحتوى العالي من النيكل في 305 إلى زيادة الصمغ أثناء التشغيل الآلي، مما يتطلب معايير قطع وأدوات متخصصة. وعلى العكس من ذلك، توفر تركيبة 316 المتوازنة سلوك تشغيل آلي أكثر قابلية للتنبؤ، على الرغم من أن قوتها العالية تتطلب أدوات قوية وسوائل قطع مناسبة.

دليل معلمات التصنيع الآلي

العملية	305 المعلمات الموصى بها	316 المعلمات الموصى بها
سرعة الدوران	60-80 م/دقيقة	70-90 م/دقيقة
سرعة الحفر	15-25 م/دقيقة	20-30 م/دقيقة
معدل التغذية	0.15 - 0.25 مم/ملم/مكرر	0.20 - 0.30 مم/ملم/مكرر
نوع سائل التبريد	الزيت المكلور بالكبريت	زيت قابل للذوبان في الماء
مادة الأداة	الكربيد المفضل	الكربيد المطلوب

الخواص الحرارية والمعالجة الحرارية

وتبلغ الموصلية الحرارية لكليهما حوالي 16.2 واط/كجم-ك عند درجة حرارة الغرفة، مع سعة حرارية محددة حوالي 500 جول/كجم-ك. يذوب 305 بين 1400-1450 درجة مئوية، على غرار 316 في نطاق 1370-1400 درجة مئوية. معاملات التمدد متقاربة، حيث تبلغ 17.3 × 10^-6 / درجة مئوية لـ 305 و16.0 × 10^-6 / درجة مئوية لـ 316، مما يؤثر على ثبات الأبعاد في تقلبات درجات الحرارة.

يتضمن التلدين 305 التسخين إلى 1010-1120 درجة مئوية متبوعًا بالتبريد السريع لاستعادة الليونة. ويتبع 316 عملية مماثلة ولكنه يستفيد من التلدين بالمحلول لإذابة الكربيدات. ولا يتصلب أي منهما عن طريق المعالجة الحرارية وحدها، حيث يعتمد على الشغل على البارد لتحقيق مكاسب القوة. في تطبيقات الأفران، تتحمل مقاومة 316 للتقشر حتى 925 درجة مئوية باستمرار، وفقًا لإرشادات ISO 15510.

قابلية اللحام وجوانب التصنيع

يتطلب ربط هذه السبائك الاهتمام بالتقنية. يتم لحام 305 بسلاسة باستخدام طرق مثل TIG أو MIG، وذلك بفضل انخفاض الكربون والنيكل المرتفع، مما يقلل من مخاطر التشقق الساخن. تعمل معادن الحشو مثل ER308 بشكل جيد. تتطلب 316 مواد حشو مطابقة للموليبدينوم مثل ER316 للحفاظ على سمات التآكل، وهي عرضة للتحسس إذا لم يتم تبريدها بسرعة بعد اللحام.

معدلات قابلية التصنيع 305 أعلى بسبب مصفوفته الأكثر ليونة، حيث تبلغ حوالي 45% بالنسبة للفولاذ الذي يتم تصنيعه بحرية مقابل 36% لـ 316. بالنسبة للثني أو التشكيل، يسمح انخفاض إنتاجية 305 بأنصاف أقطار أكثر إحكامًا دون حدوث ارتداد. تركز ممارسات الصناعة، المتوافقة مع AWS D1.6، على التسخين المسبق للأقسام السميكة لتجنب التشويه.

التطبيقات الشائعة والاستخدامات الصناعية

ويجد 305 مكانته في السلع الاستهلاكية مثل أدوات المطبخ وزخارف السيارات والحاويات الكهربائية حيث يكون السحب العميق هو المفتاح. كما تناسب جودته غير المغناطيسية العلب الإلكترونية، وفي الأجهزة الطبية، فهو يشكل مكونات غير مسببة للحساسية.

يهيمن 316 في المستحضرات الصيدلانية ومنصات النفط ومعدات تجهيز الأغذية، حيث يكون التعقيم ومقاومة عوامل التنظيف أمرًا بالغ الأهمية. وتستفيد تجهيزات القوارب والأدوات الجراحية والخزانات الكيميائية من متانتها. وفي مجال الهندسة المعمارية، يزين 316 المباني الساحلية لصد رذاذ الملح. وتسلط دراسات الحالة من قطاعات البتروكيماويات الضوء على دور 316 في خطوط الأنابيب، مما يقلل من وقت تعطل الصيانة.

مجال التطبيق	مفضل لـ 305	مفضل لـ 316
البيئات البحرية	نادر، بسبب انخفاض المقاومة	مشترك للأجهزة والتجهيزات
تجهيز الأغذية	الأواني والأجزاء غير المسببة للتآكل	الخزانات والأنابيب المعرضة للأحماض
الأجهزة الطبية	أدوات مرنة	الغرسات والأدوات في أماكن معقمة
السيارات	الزخارف والعناصر الزخرفية	أنظمة العادم في الظروف القاسية
الصناعة الكيميائية	معدات التعرّض الخفيف	المفاعلات والصمامات التي تتعامل مع المواد المسببة للتآكل

ينبع دليل الاختيار هذا من الملاحظات الخاصة بكل قطاع، ويوضح التفضيلات العملية.

عوامل التكلفة وتوافر السوق

تختلف الأسعار باختلاف تقلبات السوق، ولكن عادةً ما يكلف 305 أقل من 316 بـ 10-201 تيرابايت 3 تيرابايت بسبب غياب الموليبدينوم. قد تؤدي الطلبات بالجملة لـ 316 إلى تضييق الفجوة، خاصةً في الصناعات ذات الحجم الكبير. وينتشر التوافر على نطاق واسع لكليهما، مع وجود 316 مخزون أكبر في الأشكال البحرية. تشير التحليلات الاقتصادية من بورصات المعادن إلى أن علاوة 316 تبرر نفسها في العمر التشغيلي الطويل، وفقًا لنماذج التكلفة والفائدة في الاقتصاد الهندسي.

المزايا والقيود

تشمل نقاط قوة 305 قابلية التشكيل الفائقة والفعالية من حيث التكلفة للأدوار غير المتطلبة، ولكنها تتخلف في سيناريوهات التآكل الشديد. ويتفوق 316 في المتانة وتعدد الاستخدامات، على الرغم من أن سعره المرتفع وقلة ليونته المنخفضة قليلاً يمكن أن يكونا من العيوب. يعتمد الاختيار على موازنة ذلك مع مواصفات المشروع.

المعايير والمواصفات

تتوافق كلتا السبيكتين مع معايير دولية متعددة، مما يضمن توافرها عالميًا وقابليتها للتبادل:

الامتثال للمعايير الدولية

النظام القياسي	التعيين 305	316 التعيين
UNS	S30500	S31600
ASTM	A240، A666	A240، A312
EN	1.4303	1.4401/1.4436
JIS	SUS305	SUS316
دين	X8CrNiS18S18-9	X5CrNiMo17-12-2

معايير الاختيار ومصفوفة القرار

يعتمد الاختيار بين 305 و 316 من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى حد كبير على المتطلبات المحددة للاستخدام الخاص بك13. يجب على المهندسين تقييم عوامل متعددة عند اتخاذ قرارات اختيار المواد.

دليل اختيار التطبيق

متطلبات التطبيق	مستوى الأولوية	305 ملاءمة	316 الملاءمة
إمكانية الرسم العميق	الحرجة	ممتاز	جيد
مقاومة البيئة البحرية	الحرجة	فقير	ممتاز
حساسية التكلفة	عالية	ممتاز	عادل
مقاومة المواد الكيميائية	الحرجة	عادل	ممتاز
التشكيل المعقد	الحرجة	ممتاز	جيد
المتانة على المدى الطويل	عالية	جيد	ممتاز
الحد الأدنى من الصيانة	عالية	عادل	ممتاز

اعتبارات الاستدامة البيئية

وتوفر كلتا السبيكتين قابلية ممتازة لإعادة التدوير، حيث يحافظ الفولاذ المقاوم للصدأ على خصائصه من خلال دورات إعادة تدوير متعددة. وغالبًا ما يعوض العمر التشغيلي الأطول لـ 316 في البيئات المسببة للتآكل عن تأثيره البيئي الأولي الأعلى من استخلاص الموليبدينوم. تتطلب عمليات التصنيع لـ 305 عادةً طاقة أقل بسبب سهولة التشكيل، مما يقلل من البصمة الكربونية أثناء التصنيع.

متطلبات مراقبة الجودة والاختبار

يتطلب ضمان أصالة المواد وأدائها بروتوكولات اختبار شاملة:

طرق الاختبار الموصى بها

نوع الاختبار	الغرض	التردد
التحليل الكيميائي	التحقق من التركيب	لكل حرارة/دفعة
الاختبار الميكانيكي	تأكيد خصائص القوة	لكل لوت
اختبار التآكل بين الخلايا الحبيبية	تقييم الحساسية	كما هو محدد
اختبار مقاومة التأليب	تقييم مقاومة الكلوريد	لـ 316 في الاستخدام البحري
النفاذية المغناطيسية	التحقق من التركيب الأوستنيتي	عند الحاجة
خشونة السطح	ضمان جودة التشطيبات النهائية	لكل عملية إنتاج

الأسئلة الشائعة (FAQs)

1. ما الذي يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أكثر مقاومة للتآكل من 305؟
   يكمن المفتاح في إضافة الموليبدينوم في 316، والذي يقوي الطبقة السلبية ضد الكلوريدات والأحماض، على عكس تركيبة 305 الأبسط.
2. هل يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 305 في بيئات المياه المالحة؟
   من الممكن للاستخدامات قصيرة الأجل أو المحمية، ولكن 316 هو الأنسب بكثير لتجنب التنقر بمرور الوقت.
3. كيف تختلف متطلبات اللحام بين 305 و316؟
   يتم لحام 305 بمواد الحشو الأوستنيتي القياسية بسهولة، بينما يحتاج 316 إلى مواد لحام معززة بالموليبدينوم للحفاظ على خصائصه الوقائية.
4. هل 305 أرخص من 316 وبكم؟
   نعم، عادةً ما تكون أقل من 10-201 تيرابايت 3 تيرابايت، بسبب عدم وجود الموليبدينوم، على الرغم من أن الأسعار تتقلب مع تكاليف المواد الخام.
5. ما هي الصناعات التي تفضل 305 على 316؟
   تفضل قطاعات مثل الإلكترونيات الاستهلاكية وزخارف السيارات 305 لسهولة تشكيل الأشكال المعقدة.
6. هل يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بقوة ميكانيكية أفضل؟
   يوفر قيم خضوع وشد أعلى قليلاً، مما يجعله أقوى تحت الحمل، ولكن 305 يوفر استطالة أكثر.
7. هل توجد إصدارات منخفضة الكربون من هذا الفولاذ؟
   يوجد 316L لتحسين قابلية اللحام، ولكن لا يوجد نظير قياسي لـ 305 منخفض الكربون، على الرغم من وجود أنواع مخصصة.
8. كيف تقارن معدلات التمدد الحراري؟
   إنهما متشابهان، حيث إن 305 عند 17.3 × 10^-6 / درجة مئوية و316 عند 16.0 × 10^-6 / درجة مئوية، مما يؤثر على التصميم في درجات حرارة متفاوتة.
9. هل يمكن تشكيل كلاهما آليًا بشكل جيد على حد سواء؟
   305 ماكينات أكثر سهولة بسبب انخفاض صلابتها، بينما تتطلب 316 أدوات ومواد تشحيم أكثر حدة للحصول على أفضل النتائج.
10. ما هي المعايير التي تحكم هذا الفولاذ المقاوم للصدأ؟
    ويتبع كلاهما المعيار ASTM A240 للألواح والصفائح، مما يضمن التوافق الكيميائي والميكانيكي في التصنيع.

• ASTM A240/A240M - المواصفة القياسية للوح وصفائح وشرائط الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوعة من الكروم والنيكل والكروم لأوعية الضغط والتطبيقات العامة
• كتيب ASM المجلد 1: الخواص والاختيار: الحديد والفولاذ والسبائك عالية الأداء
• المواد المرجعية القياسية للمعاهد الوطنية للمعايير الدولية للمعايير والمقاييس لتكوين الفولاذ المقاوم للصدأ
• ISO 15510: الفولاذ المقاوم للصدأ - التركيب الكيميائي
• AWS D1.6/D1.6M: كود اللحام الإنشائي - الفولاذ المقاوم للصدأ