AISI/SAE 4145 عبارة عن فولاذ منخفض السبائك من الكروم والموليبدينوم يوفر صلابة أقوى وقوة أعلى من 4140، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لمكونات النفط والغاز في قاع البئر حيث يتطلب صلابة عميقة ومردودًا عاليًا؛ ويتحقق هذا الأداء من خلال إضافات أعلى قليلاً من الكربون والكروم والموليبدينوم الخاضعة للرقابة، وعادةً ما يتم توفيره مرويًا ومخففًا إلى صلابة محددة أو أهداف الحد الأدنى من المردود.
حقائق سريعة
| البند | وصف موجز |
|---|---|
| الأسماء الشائعة | AISI 4145، SAE 4145، 4145 MOD (معدلة) |
| النوع | فولاذ Cr-Mo منخفض السبائك (خلال التصلب) |
| الاستخدامات النموذجية | أطواق الحفر، ومكونات قاع البئر، والأعمدة الثقيلة، والقضبان ذات القطر الكبير، والأجزاء المروية والمُخفَّاة في النفط والغاز، والأجزاء الميكانيكية عالية القوة |
| المعالجة الحرارية النموذجية | التسقية والتلطيف إلى الصلابة المحددة (عادةً ما تكون 30-36 HRC أو أعلى في بعض التطبيقات) |
| الميزات الرئيسية | قابلية تصلب أعلى من 4140، وقوة أعلى يمكن تحقيقها، وثبات أبعاد جيد بعد عملية اللحام بعد التسخين المسبق/المتوسط، وقابلية لحام محدودة ما لم يتم تسخينها مسبقًا/بعد التسخين |
| عوامل الشكل الشائعة | قضبان مستديرة، وفراغات مطروقة، وأنابيب، ومكونات مشكّلة آلياً |
| حالة التسليم النموذجي | مدرفلة على الساخن أو مدرفلة على الساخن أو مروية ومخففة حسب متطلبات العميل. |
التركيب الكيميائي (نطاقات المواصفات النموذجية)
فيما يلي جدول تركيب عملي تم تجميعه من أوراق بيانات الصناعة ومواصفات المنتج. قد ينشر الموردون اختلافات طفيفة، خاصةً بالنسبة لـ 4145 المعدل الذي قد يضيف المنجنيز أو الكروم أو الموليبدينوم لتحسين الصلابة في المقاطع الكبيرة.
| العنصر | النطاق النموذجي (بالوزن %) | الملاحظات |
|---|---|---|
| الكربون (C) | 0.43 - 0.48 | أعلى من 4140؛ المساهم الرئيسي في زيادة القوة والصلابة. |
| المنجنيز (Mn) | 0.75 - 1.00 | مزيل للأكسدة ومساهم في الصلابة. |
| الفوسفور (P) | ≤ 0.035 | حد الشوائب. |
| الكبريت (S) | ≤ 0.040 | حد الشوائب. |
| السيليكون (Si) | 0.15 - 0.35 | التقوية وإزالة الأكسدة. |
| الكروم (Cr) | 0.80 - 1.10 | يحسّن من الصلابة ومقاومة المزاج. |
| الموليبدينوم (Mo) | 0.15 - 0.35 | مفتاح الصلابة؛ 0.20 نموذجي؛ متغيرات التعديل حتى 0.35. |
| الفاناديوم، النيكل، النحاس | التتبع أو التحكم | ليست قياسية؛ تتضمن بعض الدرجات المعدلة إضافات صغيرة. |
ملاحظة عملية: قد تزيد متغيرات MOD 4145 MOD عمدًا من المنيوم و/أو الكروم لتلبية الحد الأدنى المحدد من الإنتاجية أو الصلابة في المقاطع العرضية الأكبر؛ تأكد دائمًا من شهادات المطحنة المورِّد لمعرفة الكيمياء الدقيقة.
الخواص الميكانيكية (النطاقات النموذجية وقيم التصميم)
تعتمد الخواص الميكانيكية بشكل كبير على المعالجة الحرارية. فيما يلي قيم نموذجية في الصناعة مستمدة من بيانات الموردين وأوراق البيانات الفنية؛ استخدم شهادات المعالجة الحرارية المحددة للتصميم النهائي.
النطاقات النموذجية التي يتم تسليمها (طبيعية أو ملدنة)
| الممتلكات | النطاق النموذجي |
|---|---|
| قوة الشد (القصوى) | 650 - 850 ميجا باسكال (يختلف باختلاف الحالة) |
| قوة الخضوع (0.2%) | 420 - 600 ميجا باسكال |
| الاستطالة (A75 مم أو 50 مم) | 12 - 20 % |
| تقليل المساحة | 40 - 60 % |
| الصلابة (HB) | 195 - 235 HB (حسب الحالة) |
نطاقات الأهداف المروية والمخففة (ممارسة شائعة)
| هدف التهدئة | الشد النموذجي | العائد النموذجي | الصلابة |
|---|---|---|---|
| مزاج متوسط القوة | 800 - 1000 ميجا باسكال | 600 - 800 ميجا باسكال | 28 - 36 HRC |
| مزاج عالي القوة | 900 - 1100 ميجا باسكال | 700 - 900 ميجا باسكال | 36 - 50 درجة حرارة عالية الحرارة |
| صلابة عالية جداً (خاصة) | حتى 1200 ميجا باسكال | حتى 1000 ميجا باسكال | 55 - 62 HRC (معالجة خاصة) |
ممارسة التصميم: بالنسبة للمكونات الحرجة للسلامة، حدد كلاً من الحد الأدنى للإنتاجية (على سبيل المثال 110 كيلو باسكال/758 ميجا باسكال) والحد الأقصى للصلابة في التقسية، وتطلب شهادة مطحنة ومعالجة حرارية. غالبًا ما يتم توريد 4145 إلى الحد الأدنى من مستويات الخضوع لأنابيب حقول النفط وأطواق الحفر.
المعالجة الحرارية وسلوك التصلب
التبريد
تشمل وسائط التبريد النموذجية التبريد بالزيت أو البوليمر للقضبان والمطروقات. بالنسبة للقطاعات العرضية الكبيرة أو احتياجات الصلابة الصارمة للغاية، يلزم وجود بروتوكولات تبريد محكومة لتجنب التشقق وتحقيق صلابة موحدة.
التقسية
يوازن اختيار درجة حرارة التقسية بين القوة والصلابة. ينتج عن درجات حرارة التقسية المنخفضة صلابة وقوة أعلى مع صلابة تأثير أقل. وتتمثل الممارسة الشائعة في تحديد درجة حرارة التقسية لتحقيق درجة حرارة التقسية المستهدفة HRC أو الحد الأدنى من الخضوع.
الصلابة
يُظهر 4145، بسبب محتواه العالي قليلاً من الكربون والميثيلين الميثيليني، صلابة أكبر من 4140. وهذا يجعله أكثر ملاءمة للأشكال الهندسية التي تتطلب صلابة عميقة. بالنسبة للأقطار الكبيرة جدًا، تُستخدم أحيانًا كيمياء 4145 MOD مع Mo أو Mn الأعلى لضمان صلابة أساسية كافية.
تسلسل المعالجة الحرارية النموذجي (مثال صناعي)
-
تطبيع عند درجة حرارة 850-900 درجة مئوية، وتبريد الفرن لإزالة إجهادات الدرفلة (اختياري).
-
التقسية عند درجة حرارة تتراوح بين 820-870 درجة مئوية (درجة الحرارة الدقيقة الخاصة بالمورد)، والنقع حسب حجم المقطع.
-
التسقية بالزيت أو البوليمر؛ بالنسبة للقطاعات الكبيرة ضع في اعتبارك التبريد المتحكم به لتقليل الإجهادات المتبقية.
-
التقسية عند درجة الحرارة المطلوبة للوصول إلى HRC أو الميكانيكية المحددة؛ وغالبًا ما تكون دورات التقسية من ساعة إلى ساعتين لكل بوصة من السماكة.
الحذر العملي: يمكن أن يكون 4145 عرضة للتشقق في حالة التسخين المسبق غير الصحيح، أو إذا تم إخماده بشدة أو إذا حدث تقصف هيدروجيني أثناء المعالجة. غالبًا ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة بعد أي لحام.
ملاحظات قابلية التشغيل الآلي واللحام والتشكيل
قابلية التصنيع
في حالة التطبيع، يتشابه 4145 مع أنواع الفولاذ Cr-Mo الأخرى ولكن غالبًا ما يكون أقل سهولة من 4140 بسبب ارتفاع محتوى الكربون. في ظروف التبريد والتبريد، يقلل ترسيب الكربيد والصلابة العالية من قابلية التشغيل الآلي؛ اختر سرعات القطع وأدوات الكربيد وفقًا لذلك.
اللحام
قابلية اللحام محدودة بالنسبة للفولاذ الكربوني العادي. يوصى بشدة باستخدام السخونة المسبقة والمواد الاستهلاكية منخفضة الهيدروجين ودرجات الحرارة البينية الخاضعة للتحكم. عندما يكون ذلك ممكنًا، قم باللحام في حالة أقل قوة وأقل صلابة وقم بتطبيق المعالجة الحرارية المناسبة بعد اللحام (PWHT) لاستعادة الصلابة وتخفيف الإجهاد المتبقي. يوصف 4145 بأنه "ضعيف قابلية اللحام" من قبل بعض الموردين ولكنه قابل للحام بالإجراءات الصحيحة.
التشكيل
التشكيل على الساخن فوق درجة حرارة إعادة التبلور أمر روتيني. يجب أن يكون التشكيل على البارد محدودًا ما لم تكن المادة في حالة التلدين اللين نسبيًا؛ يزيد الشغل على البارد من خطر التشقق في المتغيرات عالية الكربون.
إرشادات التصميم ومعايير الاختيار
عند اختيار 4145 بدلاً من البدائل، وازن بين هذه النقاط:
-
اختر 4145 عندما التصلب العميق و عائد مرتفع في المقاطع الكبيرة مطلوبة. ولهذا السبب يتم اختيار هذه السبيكة عادةً للأعمدة الثقيلة والمغازل ومكونات حقول النفط في قاع البئر.
-
إذا كانت الصلابة القصوى عند صلابة معينة هي الأولوية، فقد يكون 4140 هو الأفضل بسبب محتوى الكربون المنخفض قليلاً. تُظهر البيانات المقارنة في كثير من الأحيان أن 4145 ينتج صلابة أفضل قليلاً ولكن صلابة صدمة أقل قليلاً عند درجة HRC مكافئة.
-
بالنسبة للمكونات الحرجة، حدد كلاً من نطاق الصلابة والحد الأدنى لطاقة الصدم (درجة حرارة التطبيق (Charpy V) عند درجة حرارة التطبيق. اطلب تقارير اختبار الطاحونة الكاملة وسجلات المعالجة الحرارية.
أوضاع الفشل التي يجب الانتباه لها
-
تكسير التسقية وتقصف المزاج إذا تم تطبيق التقسية بشكل غير صحيح.
-
التكسير بمساعدة الهيدروجين إذا تم إدخال الهيدروجين أثناء التخليل أو الطلاء الكهربائي أو اللحام.
-
تشققات الإجهاد في التحميل الدوري في حالة وجود إجهادات شد متبقية أو تشطيب سطح رديء.
التآكل والتدابير الوقائية
4145 ليس مقاومًا للتآكل ويتطلب طلاء أو طلاء أو كسوة مقاومة للتآكل للبيئات العدوانية. وللاستخدام في قاع البئر، يجب تضمين المعالجات السطحية وبدلات التآكل في التصميم.
التطبيقات الشائعة وأمثلة الصناعة
-
النفط والغاز: أطواق الحفر، والمجموعات الفرعية، والمكونات الثقيلة في قاع البئر، والأنابيب ذات القطر الكبير (غالبًا ما يستخدم 4145 MOD).
-
الأعمدة والمغازل الميكانيكية الثقيلة حيث تكون هناك حاجة إلى صلابة أعلى للمقاطع العرضية الكبيرة.
-
الأدوات والمكونات الصناعية التي تتطلب التصلب من خلال التصلب إلى قوة عالية.
لمحة عن الحالة: يحدد العديد من موردي مكونات حقول النفط 4145 MOD لأطواق الحفر لأنها توفر قوة الخضوع والصلابة الأساسية المطلوبة في الأقطار الكبيرة؛ ويتم توفير شهادات المطحنة لإثبات الحد الأدنى من الخضوع والصلابة عبر حجم المقطع.
المعادلات والمعايير الدولية
تختلف المعادلات الدقيقة حسب الدولة وهيئة التوحيد القياسي. يسرد الجدول التالي قائمة بالمراجع التبادلية الشائعة الاستخدام والتعليقات الخاصة بالمشتريات.
| التعيين/المعيار | المعادل أو الملاحظة |
|---|---|
| SAE/AISI 4145 | التسمية الأمريكية الأساسية |
| 4145 مود | متغير معدل مع نسبة أعلى من المونيوم أو المنغنيز لتحسين الصلابة |
| DIN/EN | لا يوجد مكافئ واحد دقيق لـ EN؛ تشمل نظائرها القريبة عائلة 1.7225 (على سبيل المثال، 42CrMo4/4140) ولكن تأكد من الاختلافات الكيميائية. بالنسبة للتصلب المقطعي الكبير، تحقق من ملاءمة درجة EN. |
| JIS | لا توجد مطابقة مباشرة من واحد إلى واحد JIS؛ استخدم مطابقة خصائص المواد أو راجع جداول التحويل. |
| UNS G4141450 | تسمية UNS لـ 4145 |
نصيحة للمشتريات: نظرًا لأن الاختلافات الطفيفة في الكربون والموليبدينوم تؤثر ماديًا على الصلابة، لا تستبدل بالاسم فقط؛ اطلب مطابقة الشهادة الكيميائية والميكانيكية إذا تم اقتراح درجة قياسية بديلة.
مقارنة جنباً إلى جنب: 4145 مقابل 4140 (ملخص عملي)
| الميزة | 4140 | 4145 |
|---|---|---|
| محتوى الكربون | ~ 0.38 - 0.43 % | ~0.43 - 0.48 % (أعلى) |
| الصلابة | جيد | تصلب أفضل وأعمق في الأجزاء الأكبر حجماً |
| الاستخدام النموذجي | الأعمدة، والتروس، والأجزاء المروية والمخففة بشكل عام | المقاطع الأكبر حجمًا، وأطواق الحفر، والمكونات الثقيلة التي تحتاج إلى إنتاجية أعلى |
| صلابة عند تساوي درجة الحرارة | أفضل قليلاً | أقل قليلاً (مقايضة الصلابة الأعلى) |
| قابلية اللحام | أفضل من 4145 | أقل، يتطلب ضوابط أكثر صرامة |
| خيار شائع عند | مطلوب صلابة مع قابلية جيدة للتشغيل الآلي | مطلوب صلابة وقوة أعلى في المقاطع الأكبر حجمًا. |
مراقبة الجودة والاختبار وصياغة المواصفات
طلب من المورد:
-
شهادة كيميائية للمطحنة (C من C) مع تفصيل كامل للعناصر.
-
تقرير المعالجة الحرارية مع درجة حرارة التصلب ووسط التبريد ودرجة حرارة ووقت التبريد، وملامح الصلابة المقاسة عند نقاط محددة.
-
تقرير الاختبار الميكانيكي: قيم الشد والإخضاع والاستطالة وانخفاض المساحة وقيم الصدم على شكل حرف V- الشق Charpy V عند درجة حرارة محددة حيثما ينطبق ذلك.
-
نتائج اجتياز الصلابة للمقاطع الكبيرة لتأكيد صلابة اللب وصلابة السطح.
-
اختبار غير متلف إذا لزم الأمر (اختبار UT للمطروقات، واختبار PMI إذا لزم التحقق من السبائك).
بند مواصفات العينة (موجز)
"يجب أن تكون المادة SAE/AISI 4145 (أو 4145 MOD حيثما تم تحديدها) مع التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية حسب المورد C من C. يجب أن تكون الأجزاء معالجة حراريًا إلى قوة خضوع لا تقل عن X MPa وصلابة بين Y و Z HRC؛ يجب على المورد تقديم سجلات المعالجة الحرارية وعملية اجتياز الصلابة التي تبين الامتثال."
الجداول التي يستخدمها المهندسون
الجدول أ: الصلابة النموذجية مقابل درجة الحرارة (توضيحي؛ تأكد من المورد)
| درجة حرارة التقسية (درجة مئوية) | الصلابة النموذجية (HRC) بعد المزاج |
|---|---|
| 200 | 48 - 55 |
| 300 | 42 - 48 |
| 400 | 36 - 42 |
| 500 | 28 - 36 |
| 600 | 22 - 28 |
ملاحظة: هذه مؤشرات إرشادية وتختلف باختلاف درجة حرارة التقسية والكيمياء الدقيقة؛ اطلب مخطط التقسية من المصنع للأجزاء ذات التصميم الحرج.
الجدول ب: الملاحظة النموذجية لقابلية التصلب/التصلب
| حجم المقطع (مم) | اختراق الصلابة المتوقع ل 4145 (مروي) |
|---|---|
| ≤ 25 مم | مارتينسيتي كامل من خلال مقطع من خلال المقطع عند التصلب القياسي والتبريد بالزيت |
| 25 - 75 مم | صلابة عالية في القلب ممكنة؛ تحقق من 4145 MOD للأقسام الكبيرة جدًا |
| > 75 مم | يزيد تدرج الصلابة؛ حدد 4145 MOD أو اضبط المعالجة الحرارية لتحقيق الهدف. |
الأسئلة الشائعة
-
ما الفرق الرئيسي بين 4145 و4140؟
يحتوي 4145 على نسبة أعلى قليلاً من الكربون وأحياناً أعلى من المونيوم مما ينتج عنه صلابة أكبر وقوة أعلى يمكن تحقيقها، مما يجعله مفضلاً للمقاطع الكبيرة ومكونات قاع البئر؛ وعادةً ما يوفر 4140 صلابة أفضل بشكل هامشي في صلابة متساوية. -
هل يمكن لحام 4145؟
نعم، ولكن يتطلب اللحام التسخين المسبق والمواد الاستهلاكية منخفضة الهيدروجين وغالبًا ما يتطلب اللحام في حالة القوة العالية دون التحكم في المعادن. -
ما هو 4145 MOD؟
كيمياء معدلة تهدف إلى تحسين صلابة الأجزاء كبيرة المقطع؛ وغالباً ما يتم تحديدها في مكونات حقول النفط. -
ما المعالجة الحرارية النموذجية لـ 4145؟
التقسية في نطاق 820-870 درجة مئوية، والتبريد (زيت/بوليمر)، ثم التقسية إلى HRC المحدد أو القوة المستهدفة. تعتمد الدورات المحددة على حجم المقطع والخصائص النهائية. -
هل 4145 مناسب للاستخدام في درجات الحرارة العالية؟
سبيكة 4145 ليست سبيكة زحف في درجات الحرارة العالية؛ فهي تحتفظ بقوتها في درجات حرارة مرتفعة معتدلة مماثلة لأنواع الفولاذ الأخرى من CrMo ولكنها غير مخصصة للخدمة المستمرة في درجات حرارة عالية جدًا. قم بتقييم عائلات سبائك محددة للخدمة المستمرة في درجات الحرارة العالية. -
ما هي شهادات الفحص التي يجب أن أطلبها؟
شهادة كيميائية للمطحنة، وتقرير المعالجة الحرارية، وتقرير الاختبار الميكانيكي (الشد، والإنتاجية، والصدم إذا لزم الأمر)، وتقرير الصلابة للمقاطع الكبيرة. -
كيف يؤثر محتوى الكربون على الأداء؟
يزيد الكربون المرتفع قليلاً في 4145 من الصلابة والقوة التي يمكن تحقيقها بعد التبريد والتلطيف ولكنه قد يقلل من قابلية اللحام وقد يقلل قليلاً من صلابة الصدمات مقارنةً بالأقارب منخفضي الكربون. -
هل يستخدم 4145 للمحامل أو التروس؟
ليس عادةً للمحامل ذات العناصر المتدحرجة. يمكن استخدامه لتطبيقات التروس والعمود للخدمة الشاقة حيث يتم إعطاء الأولوية للتصلب من خلال التصلب والمتانة العالية للقلب. -
ما هي أنماط الفشل الشائعة للأجزاء 4145؟
التآكل الناتج عن الإجهاد أو التآكل في البيئات العدوانية إذا لم تكن محمية، والتشقق الناتج عن المعالجة الحرارية غير السليمة، والتشقق المرتبط بالهيدروجين إذا كانت العمليات السطحية تُدخل الهيدروجين. -
أين يمكنني العثور على لغة المواصفات القياسية؟
وغالبًا ما توفر أوراق بيانات الموردين ومراجع SAE/AISI ومواصفات مواد حقول النفط الصياغة المطلوبة؛ اطلب من الموردين أوراق مواد محددة من AISI/SAE أو API لإدراجها في طلبات الشراء.
قائمة الاختيار النهائي للمهندسين والمشترين
-
تأكيد الكيمياء الدقيقة عن طريق شهادة المطحنة.
-
تحديد الحد الأدنى المطلوب من المردود الأدنى والصلابة القصوى، بالإضافة إلى طاقة الصدم المطلوبة.
-
تحديد سجل المعالجة الحرارية ومسار الصلابة للمقاطع الكبيرة.
-
بالنسبة للتركيبات الملحومة تتطلب إجراءات التسخين المسبق و PWHT ومؤهلات عامل اللحام.
-
بالنسبة للخدمة المسببة للتآكل حدد الطلاء أو الكسوة وتحقق من التوافق.
AR 
EN 
JA 
KO 
DE 
IT 
ES