أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ: دليل شامل

مقدمة

الفولاذ المقاوم للصدأ هي مادة مستخدمة على نطاق واسع ومعروفة بخصائصها الاستثنائية مثل المتانة, قوة, ومقاومة التآكل.

يتم استخدامه في مختلف الصناعات, من البناء والسيارات إلى الأجهزة الطبية وأدوات المطبخ.

يضمن اختيار النوع المناسب من الفولاذ المقاوم للصدأ الأداء الأمثل وطول العمر في التطبيقات المختلفة. يقدم هذا الدليل نظرة عامة متعمقة على الأنواع المختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ, خصائصهم, والتطبيقات المناسبة.

1. ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ?

الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبيكة مصنوعة أساسًا من الحديد وعلى الأقل 10.5% الكروم, مما يمنحها مقاومة مميزة للتآكل. إضافة الكروم يسمح بتكوين طبقة رقيقة, طبقة أكسيد واقية على سطح الفولاذ, منع الصدأ والأكسدة.

عناصر أخرى مثل النيكل, الموليبدينوم, ويمكن أيضًا إضافة المنغنيز لتعزيز خصائص معينة مثل القوة, ليونة, ومقاومة الحرارة والمواد الكيميائية.

الخصائص المشتركة للفولاذ المقاوم للصدأ:

• ‌مقاومة التآكل‌: يتفاعل عنصر الكروم الموجود في الفولاذ المقاوم للصدأ مع الأكسجين لتكوين طبقة كرومات الصوديوم الكثيفة, مما يقلل بشكل فعال من احتمالية التآكل ويجعل الفولاذ المقاوم للصدأ يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل‌.
• ‌مقاومة الحرارة‌: يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ الحفاظ على خواص فيزيائية وميكانيكية ممتازة في درجات الحرارة المرتفعة, لديه مقاومة جيدة للحرارة, ويمكنه الحفاظ على خصائص فيزيائية وكيميائية جيدة في بيئات درجات الحرارة المختلفة‌.
• ‌قوة عالية: يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بقوة عالية ويمكنه تحمل قدر أكبر من الضغط والتوتر‌.
• ‌السلامة والنظافة: لا يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على مواد مشعة ولن يسبب أي ضرر لجسم الإنسان. إنها مناسبة لمعدات إنتاج الأغذية أو خطوط الإنتاج والأجهزة الأخرى.
• ‌سطح جميل‌: سطح الفولاذ المقاوم للصدأ مشرق, سهلة التنظيف, ولها تكاليف صيانة منخفضة‌1.
• ‌قابلية تشغيل جيدة‌: يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ ومعالجته بعدة طرق, مثل اللحام, المعالجة الباردة, معالجة دقيقة, إلخ.
• ‌قابلية إعادة التدوير: يمكن إعادة تدوير مواد الفولاذ المقاوم للصدأ وليس لها تأثير يذكر على البيئة.
• ‌مرونة جيدة واللدونة‌: تتمتع مواد الفولاذ المقاوم للصدأ بمرونة ومرونة جيدة وليست عرضة للكسر‌.

هذه الخصائص تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ يستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات, مثل الآلات, الطيران, الصناعة العسكرية, الصناعة الكيميائية, إلخ.

2. أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ

ينقسم الفولاذ المقاوم للصدأ إلى خمس عائلات رئيسية, ولكل منها هياكل مجهرية وتركيبات كيميائية فريدة تضفي خصائص مميزة. يعد فهم هذه التصنيفات أمرًا بالغ الأهمية لاختيار المادة المناسبة لمختلف التطبيقات, من أدوات المطبخ إلى مكونات الفضاء الجوي. فيما يلي نظرة متعمقة على كل نوع:

1. الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ

بناء:
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على مكعب متمركز حول الوجه (لجنة الاتصالات الفيدرالية) الهيكل البلوري, والتي تكون مستقرة في درجة حرارة الغرفة. هذا الهيكل يجعلها غير مغناطيسية وشديدة اللدونة.

تعبير:
تحتوي هذه الفولاذ عادة على 16-26% الكروم و 6-22% النيكل, مع بعض الدرجات التي تحتوي أيضًا على الموليبدينوم أو النيتروجين لتعزيز مقاومة التآكل. محتوى منخفض الكربون (عادة أقل من 0.1%) يمنع هطول كربيد, والتي يمكن أن تسبب التآكل بين الحبيبات.

ملكيات:
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي معروف بمقاومته الممتازة للتآكل, وخاصة في البيئات الحمضية والغنية بالكلوريد. أنها توفر قابلية جيدة للتشكيل وقابلية اللحام, مما يجعلها مناسبة للأشكال المعقدة والهياكل الكبيرة. لكن, لا يمكن تصلبها بالمعالجة الحرارية; بدلاً من, غالبًا ما يتم عملها على البارد لزيادة القوة.

الدرجات المشتركة:

• 304: المعروف أيضا باسم 18/8 الفولاذ المقاوم للصدأ, هذا هو النوع الأكثر استخدامًا على نطاق واسع نظرًا لتعدد استخداماته ومقاومته الممتازة للتآكل.
• 316: يحتوي على الموليبدينوم, والذي يوفر مقاومة فائقة للتآكل والشقوق في البيئات البحرية والكيميائية.
• 310: فولاذ مقاوم لدرجات الحرارة العالية يستخدم في أجزاء الفرن والمبادلات الحرارية.

التطبيقات:
تم العثور على الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي في مجموعة واسعة من المنتجات, بما في ذلك أحواض المطبخ, معدات تجهيز الأغذية, خزانات كيميائية, والواجهات المعمارية.

2. الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي

بناء:
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديديك على مكعب يتمحور حول الجسم (نسخة مخفية الوجهة) بناء, مماثلة لتلك المصنوعة من الفولاذ الكربوني, مما يجعلها مغناطيسية وأقل ليونة من الدرجات الأوستنيتي.

تعبير:
تحتوي عادة 10.5-30% الكروم والكربون منخفض جدا (أقل من 0.1%), تحتوي هذه الفولاذ على القليل من النيكل أو لا تحتوي عليه على الإطلاق, مما يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة من الأصناف الأوستنيتي.

ملكيات:
يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديد مقاومة جيدة للتآكل ومقاوم للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. لديهم موصلية حرارية أفضل من الدرجات الأوستنيتي ولكنها أقل ملاءمة للحام والتشكيل.

الدرجات المشتركة:

• 430: يشيع استخدامه في زخارف السيارات وألواح الأجهزة نظرًا لمقاومته الجيدة للتآكل وقابليته للتشكيل.
• 409: يحتوي على نسبة أقل من الكروم, تقدم مقاومة معتدلة للتآكل, كثيرا ما تستخدم في أنظمة عوادم السيارات.

التطبيقات:
غالبًا ما يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي في تطبيقات السيارات, المعدات الصناعية, والزخرفة الزخرفية.

3. الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي

بناء:
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي على شكل رباعي يتمركز حول الجسم (الفريق القتالي) بناء. إنه مغناطيسي ويمكن معالجته بالحرارة لتحقيق قوة وصلابة عالية.

تعبير:
تحتوي هذه الفولاذ 12-18% الكروم, 0.1-1.2% الكربون, والقليل من النيكل. يسمح المحتوى العالي من الكربون بتصلبها وتلطيفها.

ملكيات:
يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي بالقوة العالية, صلابة, ومقاومة التآكل المعتدلة. يمكن معالجتها بالحرارة لتحقيق مجموعة واسعة من الخواص الميكانيكية ولكنها أكثر هشاشة وأقل مقاومة للتآكل من عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى..

الدرجات المشتركة:

• 410: درجة للأغراض العامة توفر مقاومة جيدة للتآكل وقوة ميكانيكية عالية.
• 420: غالبًا ما يستخدم لأدوات المائدة نظرًا لقدرته على الصقل للحصول على لمعان عالٍ والحفاظ على الحواف الحادة.
• 440ج: المحتوى العالي من الكربون يجعله مناسبًا للتطبيقات عالية التآكل.

التطبيقات:
يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي في شفرات السكاكين, الأدوات الجراحية, مهاوي, والصمامات.

4. دوبلكس ستانلس ستيل

بناء:
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج على بنية مجهرية مختلطة من الأوستينيت والفريت, عادة في أ 50:50 نسبة. هذا الهيكل ثنائي الطور يمنحه خصائص فريدة.

تعبير:
يحتوي الفولاذ المزدوج عادة على 18-28% الكروم, 4.5-8% النيكل, وحتى 5% الموليبدينوم, مع محتوى منخفض الكربون. تقلل التركيبة المتوازنة من قابلية التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي وتزيد من القوة الميكانيكية.

ملكيات:
يجمع هذا الفولاذ بين أفضل سمات الدرجات الأوستنيتي والحديدي, تقدم قوة عالية, مقاومة ممتازة للتآكل, وقابلية اللحام الجيدة. أنها تؤدي بشكل جيد في البيئات القاسية, مثل تلك التي تتعرض للكلوريد وحمض الكبريتيك.

الدرجات المشتركة:

• 2205: الصف المزدوج الأكثر استخداما على نطاق واسع, معروف بالقوة العالية والمقاومة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.
• 2507: درجة مزدوجة فائقة توفر قوة أعلى ومقاومة للتآكل.

التطبيقات:
يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في المعالجة الكيميائية, صناعات النفط والغاز, التطبيقات البحرية, والمبادلات الحرارية.

5. تصلب الهطول (الرقم الهيدروجيني) الفولاذ المقاوم للصدأ

بناء:
يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ PH ببنية مجهرية فريدة تسمح بمعالجتها بالحرارة لتحقيق قوة وصلابة عالية. تبدأ على شكل أوستنيتي أو مارتنسيتي وتخضع لعملية تصلب بالترسيب لتكوين جزيئات دقيقة تزيد من قوتها.

تعبير:
يتم سبائك هذه الفولاذ مع عناصر مثل الألومنيوم, نحاس, والتيتانيوم, والتي تشكل مركبات بين المعادن التي تترسب أثناء المعالجة الحرارية.

ملكيات:
يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ PH مزيجًا من القوة العالية, مقاومة جيدة للتآكل, وخصائص ميكانيكية ممتازة. يمكن معالجتها بالحرارة بمستويات قوة مختلفة, مما يجعلها متعددة الاستخدامات للعديد من التطبيقات الصعبة.

الدرجات المشتركة:

• 17-4 الرقم الهيدروجيني: درجة PH الأكثر استخدامًا, الجمع بين القوة العالية والمقاومة المعتدلة للتآكل.
• 15-5 الرقم الهيدروجيني: يقدم صلابة محسنة 17-4 PH وغالبا ما يستخدم في تطبيقات الفضاء.

التطبيقات:
يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ PH في مكونات الطيران, صمامات عالية الأداء, التروس, وغيرها من الأجزاء الهندسية الدقيقة.