درجات ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ: الاختيار والخصائص والمعايير

للاستخدامات الهيكلية للأغراض العامة والتطبيقات الملامسة للأغذية, AISI/SAE 304 / ASTM A240 توفر الألواح أفضل توازن بين مقاومة التآكل وقابلية التشكيل والتكلفة. بالنسبة للبيئات الغنية بالكلوريد أو البيئات الكيميائية العدوانية اختر 316/316L (موليبدينوم أعلى). عند الحاجة إلى قوة أعلى + مقاومة محسنة للإجهاد والتآكل، اختر مزدوج (على سبيل المثال، 2205) أو ازدواجية فائقة (على سبيل المثال، 2507). بالنسبة للمنتجات المسطحة الاقتصادية للبيئات منخفضة التآكل، استخدم الرتب الحديدية (على سبيل المثال، 430)؛ للأجزاء المقاومة للحرارة أو المقاومة للاهتراء اختر الرتب المارتنسيتية (على سبيل المثال، 410). يجب أن يتطابق الاختيار النهائي مع المتطلبات الميكانيكية والسطحية وقابلية اللحام والمواصفات القياسية (ASTM A240، EN 10088، JIS)، ويجب التأكد من ذلك بشهادات المطحنة للكيمياء والميكانيكا.

ماذا تعني "الدرجة" بالنسبة للوح الفولاذ المقاوم للصدأ

تحدد درجة صفيحة الفولاذ المقاوم للصدأ كيمياء محددة وبنية مجهرية ومغلف أداء. وتنقسم الدرجات إلى عائلات: الأوستنيتي (السلسلة 300 مثل 304/316)، والحديدي (السلسلة 400 مثل 430)، والمارتنسيتي (410/420)، والدوبلكس (2205، S31803)، والدوبلكس الفائق (2507، S32750)، والسبائك المتخصصة أو التي تصلب بالترسيب. كل عائلة لها مفاضلات: توفر السبائك الأوستنيتية صلابة عالية وقابلية تشكيل عالية ولكن قوة معتدلة؛ وتوفر درجات الازدواجية قوة إنتاجية أعلى ومقاومة محسنة للكلوريد لكل وحدة تكلفة؛ أما السبائك الحديدية فهي مغناطيسية وتكلفتها أقل. هذه العائلات وطريقة تحديد المنتجات المسطحة مقننة في معايير مثل ASTM A240 وEN 10088.

مرجع سريع: الدرجات الموصى بها حسب التطبيق

(استخدم هذا الجدول كاختصار للشراء. طابق الاختيار النهائي مع درجة حرارة التشغيل المستمر والتعرض للكلوريد والحمل الميكانيكي).

درجات الألواح الرئيسية غير القابل للصدأ

• 304 / 304L (S30400 / S30403 S30403) - العمود الفقري: ~18% Cr، ~8% Ni. لحام جيد وقابلية تشكيل جيدة؛ أغذية وهندسة معمارية.

• 316/ 316L (S31600/ S31603) - يضيف المنيوم (≈2-3%) لتحسين مقاومة الكلوريدات والتنقر. مفضل في الصناعات البحرية والكيميائية.

• 321 / 347 - مثبتة ب Ti أو Nb للخدمة في درجات الحرارة العالية لتجنب التحسس.

• 409 - سبيكة حديدية منخفضة السبائك، تستخدم عادةً في أنظمة عادم السيارات (اقتصادية).

• 410, 420 - مارتينسيتية، قابلة للمعالجة بالحرارة، تُستخدم عند الحاجة إلى الصلابة.

• 430 - الحديدية، والزخرفية/المعمارية وبعض قطع الأجهزة.

• 2205 (دوبلكس) - بنية مجهرية مزدوجة متوازنة (~ 22% Cr، 5-6% Ni، ~ 3% Mo) مع قوة عالية ومقاومة جيدة للكلوريد.

• 2507 (مزدوجة فائقة الازدواجية) - نسبة أعلى من الكروم والمونيوم؛ يستخدم في النفط والغاز البحري.

التركيب الكيميائي (درجات مختارة)

(هذه نطاقات إرشادية؛ تحقق دائمًا من شهادة المطحنة والمعيار المناسب).

الخواص الميكانيكية (حالة الصفيحة النموذجية)

(تسرد المعايير الحد الأدنى وتختلف حسب السُمك؛ انظر ASTM A240 وEN 10088 لمعرفة حدود القبول الدقيقة).

سلوك التآكل والترتيب

الظواهر الرئيسية التي تؤثر على الصفائح:

• التآكل العام - فقدان موحد للمواد؛ يتحكم فيه محتوى الكروم والبيئة.

• التأليب - الهجوم الموضعي في الكلوريدات؛ يعمل الموليبدينوم والنيتروجين على تحسين المقاومة (PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%Mo هو مقياس مفيد للمزدوج/المزدوج الفائق).

• تآكل الشقوق - في الجيوب الراكدة؛ تشطيب السطح وتصميم الشقوق مهمان.

• التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (SCCC) - مصدر قلق للمواد الأوستنيتيّة في بيئات الكلوريد + إجهاد الشد؛ حيث يكون أداء الدرجات المزدوجة أفضل.

الترتيب العملي (منخفضة → مقاومة الكلوريد العالية): الحديدي 430/المارتنزيتي 410 ← 304 ← 316 ← المزدوج 2205 ← المزدوج الفائق الازدواج 2507 ← سبائك النيكل (سبيكة 625/825). استخدم تنبؤات PREN للاختيار الهندسي. (للاطلاع على عتبات الكلوريد وإرشادات التصميم، راجع كتيبات التآكل المتخصصة ومعهد النيكل).

ملاحظات التصنيع: التشكيل واللحام والتلحيم والتلدين والتشطيب السطحي

• التشكيل: تتميز الأوستنيتات بقابلية التوصيل على البارد والانحناء بشكل جيد؛ بينما تتميز الفريتات بليونة أقل وقد تتشقق إذا تم ثنيها بشكل حاد للغاية. تتطلب الازدواجية التحكم في نسبة التشوه لتجنب اختلال توازن الفريت/الأوستنيت.

• اللحام: يتم لحام معظم الألواح المقاومة للصدأ بمعدن حشو مطابق (على سبيل المثال، ER308L إلى 304). تقلل درجات الكربون المنخفضة (304L/316L) من مخاطر التآكل بين الخلايا الحبيبية بعد اللحام. يتطلب اللحام المزدوج تحكمًا صارمًا في المدخلات الحرارية وغالبًا ما يتم استخدام معادن حشو مزدوجة.

• المعالجة الحرارية: لا يمكن تقوية الرتب الأوستنيتي بشكل عام عن طريق المعالجة الحرارية (يحدث تصلب أثناء العمل). الدرجات المارتنسيتية قابلة للمعالجة الحرارية من أجل الصلابة. تحتاج درجات الدوبلكس إلى التلدين بالمحلول بعد الشغل على البارد الشديد لاستعادة التوازن.

• تشطيب السطح: تشمل تشطيبات المطاحن HRAP، 2B، BA، رقم 4، رقم 8؛ تؤثر التشطيبات على قابلية التنظيف وبدء التآكل. للاستخدام الصحي اختر التشطيبات الملساء (رقم 4 أو أفضل).

• حالة الحافة والسماكة المسموح بها: هذه المواصفات موحدة في مواصفات ASTM/EN؛ تأكد من ملاحظة PO نوع الحافة (مقصوصة، مطحونة) وفئة التفاوت.

المعايير والمشتريات (كيفية التحديد)

عند شراء اللوحة، يُرجى تحديد

• معيار المواد (على سبيل المثال, ASTM A240 / A480 للألواح/الصفائح؛ بالنسبة لأوعية الضغط انظر الرموز المحددة).

• الرتبة ورقم UNS (على سبيل المثال، 316L / UNS S31603).

• نطاق السماكة والعرض والطول المسموح به.

• تشطيب السطح وإعداد الحواف.

• حالة المعالجة الحرارية (صلب، معالج بالمحلول).

• شهادة اختبار الطاحونة من النوع 3.1 أو 3.2 (إمكانية التتبع).

• اختبار إضافي: التحديد الإيجابي للمادة (PMI)، والتآكل بين الخلايا الحبيبية (ASTM A262)، والصلابة، والصدم التشاربي حيثما كانت الخدمة متوقعة في درجات الحرارة المنخفضة.

مراجع مفيدة: المعايير الوطنية (ASTM A240)، وعائلة EN 10088 (المنتجات المسطحة)، ومجموعات المواصفات الوطنية (على سبيل المثال، JIS G4304 للصفائح/ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ في اليابان).

الازدواجية والازدواجية الفائقة: اعتبارات الاختيار

تجمع السبائك المزدوجة (2205) بين البنية المجهرية الأوستنيتية والحديدية المجهرية، مما يوفر ضعف قوة الخضوع تقريبًا ل 304/316 مع تحسين مقاومة التكلس الباطني المجلفن في بيئات الكلوريد. النقاط الرئيسية:

• كفاءة التصميم: مقاطع أنحف لقوة مكافئة (توفير الوزن).

• إجراء اللحام: يجب التحكم في درجات الحرارة البينية؛ استخدام إجراءات لحام مؤهلة وحشو مطابق.

• التكلفة: يؤدي ارتفاع محتوى السبائك وعناية التصنيع إلى زيادة السعر، ولكن غالبًا ما تبرر وفورات دورة الحياة الاختيار في البيئات القاسية (في الخارج، والمعالجة الكيميائية).

دوافع العرض والتفاوتات والتسعير

دوافع السعر للوحة:

• الرتبة وعناصر السبائك (نيكل، مو، كروم) - النيكل والمونيوم غاليان؛ 316 يكلف أكثر من 304؛ وتكلفة المزدوج والمزدوج الفائق أكثر تكلفة.

• السُمك وحجم اللوحة - تزيد الألواح العريضة والسماكة الثقيلة من تكلفة القاعدة واحتياجات معالجة الثني/التقويم.

• التشطيب والاختبار الخاص - تضيف التشطيبات المصقولة والمعالجات الحرارية المعتمدة والاختبارات الإضافية (مثل PMI) إلى الوقت المستغرق والتكلفة.

• دورات السوق - يؤثر تقلب أسعار النيكل والموليبدينوم على الأسعار؛ احصل على تأكيدات محدثة للأسعار عند تقديم الطلب.

نصيحة للمشتريات: حدد الرتب البديلة المقبولة واسمح للمورد باقتراح بدائل (على سبيل المثال، 316 مقابل 316L) فقط إذا قمت بتضمين معايير قبول كيميائية/ميكانيكية واضحة وشهادات الاختبار المطلوبة.

التفتيش وإمكانية التتبع وضمان الجودة

تتطلب كحد أدنى:

• شهادة اختبار المطحنة (MTC) النوع 3.1 إظهار النتائج الكيميائية والميكانيكية.

• إمكانية تتبع المواد - الحرارة/رقم القطعة على اللوحة، و MTC مطابق.

• الاختبارات غير التدميرية والتدميرية إذا لزم الأمر (UT للتصفيح، وPMI للتحقق في الموقع، والصلابة).

• التفتيش من قبل طرف ثالث عندما يتعلق الأمر بخدمة السلامة/الضغط.

عشرة سيناريوهات عملية للاختيار

1. سطح المطبخ/الأجهزة المنزلية: 304 أو 430 (إذا كانت التكلفة محدودة).

2. درابزينات القوارب/التجهيزات البحرية: 316 لتر أو مزدوج 316L للتعرض الشديد للملح.

3. المبادل الحراري للمصنع الكيميائي: 316L، أو 317L، أو سبيكة نيكل حسب الوسائط.

4. وعاء الضغط في بيئة الكلوريد: مزدوجة 2205 أو مزدوجة فائقة الازدواج 2507.

5. عادم السيارات: 409 (حديدي اقتصادي مقاوم للحرارة).

6. لفائف الفرن ذات درجة الحرارة العالية: 310 أو 309

7. أدوات المائدة/الشفرات: 420 / 440 درجة مئوية (مارتينسيتية، معالجة حرارياً).

8. الكسوة المعمارية: 304/316 مع تشطيب محدد (رقم 4 أو طلاء PVDF).

9. خزانات الأدوية الصحية: 316L، مصقول كهربائياً.

10. الناهضات/الصمامات البحرية: سبائك النيكل فائقة الازدواج أو سبائك النيكل (مكلفة ولكن طول العمر مبرر).

جدول الارتباط: الرتبة → السجل الوطني للسكان (مؤشر مبسط)

(استخدم PREN لمقارنة مقاومة التنقر؛ الأعلى أفضل في خدمة الكلوريد. تأكد من الكيمياء الفعلية قبل التصميم).

تشطيبات المطحنة الشائعة وسهولة الاستخدام

الأسئلة الشائعة

1: ما هي درجة صفيحة الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر استخدامًا؟
الدرجة 304 (ASTM A240) هي معيار الصناعة للاستخدام العام نظرًا لمقاومتها المتوازنة للتآكل وقابليتها للتشكيل وانخفاض تكلفتها نسبيًا.

2: متى يجب تحديد 316 على لوحة 304؟
اختر 316/316L عندما تشمل الخدمة الكلوريدات أو الأجواء البحرية؛ يحسن محتوى الموليبدينوم من مقاومة التنقر.

3: ماذا تغطي ASTM A240؟
تحدد ASTM A240 الخواص الكيميائية والميكانيكية للعديد من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المخصصة للصفائح والصفائح والشرائح لأوعية الضغط والمنتجات المسطحة العامة. اذكر دائمًا البند والدرجة عند الطلب.

4: كيف يمكن مقارنة المزدوج 2205 بـ 316 في القوة؟
وعادةً ما يكون للدوبلكس 2205 قوة خضوع مضاعفة تقريبًا لمقاومة الخضوع التي يتمتع بها الملدن 316 مع توفير مقاومة مماثلة أو أفضل للكلوريد؛ فهو يسمح بمقاطع أرق لنفس القدرة الهيكلية.

5: هل ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ مغناطيسية؟
العديد من الرتب الحديدية والمارتنسيتية مغناطيسية. تكون الدرجات الأوستنيتي (304/316) غير مغناطيسية بشكل عام في الحالة الملدنة ولكن يمكن أن تصبح مغناطيسية قليلاً بعد الشغل على البارد.

6: ما الاختبارات التي يجب أن أطلبها في طلب الشراء؟
حدد اختبار MTC (النوع 3.1)، وفحوصات البقعة من PMI، والصلابة، وأي اختبارات تآكل محددة (ASTM A262) أو اختبار الصدمات إذا كان من المتوقع الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة.

7: ما هي اللمسة النهائية الأفضل لخزانات الأغذية/الأدوية؟
توفر التشطيبات المصقولة كهربائيًا أو التشطيبات عالية الجودة رقم 4 مع التخميل قابلية تنظيف مثالية وتقليل الالتصاق الميكروبي.

8: هل يمكن أن تصدأ الصفيحة غير القابل للصدأ؟
يمكن أن يحدث الصدأ الموضعي من تلوث السطح أو هجوم الكلوريد أو التلف الميكانيكي للغشاء السلبي. يمنع الاختيار الصحيح للدرجة والتنظيف الصحيح معظم المشاكل.

9: كيف تؤثر سماكة اللوح على مقاومة التآكل؟
لا يغير السُمك في حد ذاته من مقاومة السبيكة للتآكل لكل وحدة؛ ومع ذلك، تصبح تفاصيل التصميم (الشقوق، والمناطق المتأثرة بالحرارة) أكثر أهمية مع المقاطع الأكثر سمكًا.

10: هل 304L أفضل من 304L؟
يحتوي 304L على كربون أقل لتقليل مخاطر التحسس أثناء اللحام؛ حدد 304L عند توقع اللحام بدون تلدين بعد اللحام.

مراجع موثوقة

• معهد النيكل - المنتجات المسطحة من الفولاذ المقاوم للصدأ (EN وملخص التطبيق)
• BSSA / EN 10088-2 - ملخص الخواص الميكانيكية للمنتجات المسطحة غير القابل للصدأ