في الصناعات التي تتجاوز فيها درجات حرارة التشغيل بشكل روتيني 500 درجة مئوية، يتم توليد الطاقة, معالجة البتروكيماويات, الفضاء الجوي, وعمليات الأفران الصناعية - تفشل المواد القياسية بسرعة.
يتأكسد الفولاذ الكربوني العادي ويتقشر. حتى أن العديد من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدية تفقد قوتها ومقاومتها للتآكل عند تعرضها للتعرض الحراري لفترات طويلة. هذا هو المكان الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة يصبح لا غنى عنه.
الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة هو عائلة متخصصة من السبائك المصممة للحفاظ على سلامتها الميكانيكية, مقاومة التآكل, واستقرار الأبعاد في درجات حرارة مرتفعة.
على عكس الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي, والتي تم تصميمها في المقام الأول لمقاومة التآكل في الظروف المحيطة, تم تصميم درجات مقاومة للحرارة لمقاومة الأكسدة, زحف, التعب الحراري, والتدهور البنيوي المجهري عند درجات الحرارة التي قد تؤدي إلى تدمير مواد أقل.
1. ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة?
مقاومة للحرارة الفولاذ المقاوم للصدأ هي مجموعة من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ التي تم اختيارها أو تطويرها خصيصًا للتشغيل في درجات حرارة مرتفعة.
وتشمل متطلباتها الرئيسية مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية, الاحتفاظ بالقوة الميكانيكية المفيدة, والاستقرار تحت التعرض الحراري لفترات طويلة.
غالبًا ما يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي بشكل أساسي لمقاومة التآكل في البيئات المائية. تركز الدرجات المقاومة للحرارة بشكل أكبر على الأداء في الغازات الساخنة, أجواء الفرن, منتجات الاحتراق, وغيرها من البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة.

دور الكروم
يعد الكروم ضروريًا لأداء معظم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المقاومة للحرارة.
عند درجات حرارة مرتفعة في البيئات المؤكسدة, فهو يدعم تكوين مقياس أكسيد غني بالكروم يمكن أن يحد من انتشار الأكسجين في المعدن.
عندما يبقى المقياس مستمرا وملتصقا, فهو يعمل كحاجز وقائي.
إذا تصدع, شظايا, أو يصبح غير مستقر كيميائيا, يمكن أن تتسارع عملية الأكسدة وتؤدي إلى فقدان تدريجي للمواد.
تعتمد فعالية هذه الطبقة الواقية على محتوى الكروم, درجة حرارة, تكوين الغاز, وقت التعرض, وقدرة السبيكة على الحفاظ على التصاق المقياس أثناء ركوب الدراجات الحرارية.
دور النيكل
النيكل مهم بشكل خاص في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المقاوم للحرارة. يعمل على استقرار البنية المجهرية الأوستنيتي ويساهم في الأداء الميكانيكي في درجات الحرارة المرتفعة, بما في ذلك مقاومة الزحف.
يؤثر النيكل أيضًا على سلوك السبائك أثناء التدوير الحراري وفي بعض الأجواء المسببة للتآكل ذات درجات الحرارة العالية.
تعتبر مساهمتها ذات قيمة خاصة في المكونات التي تعمل تحت أحمال مستمرة, حيث تكون مقاومة الأكسدة واستقرار الأبعاد على المدى الطويل أمرًا مهمًا.
مساهمة عناصر صناعة السبائك الأخرى
تساعد العناصر الأخرى في تصميم الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة ليناسب ظروف خدمة محددة.
| عنصر صناعة السبائك | المساهمة الرئيسية | الاعتبارات الهندسية |
| الكروم (كر) | يدعم مقاومة الأكسدة من خلال تكوين أكسيد وقائي | يجب أن يظل الكروم الكافي متاحًا للحفاظ على المقياس الوقائي |
| النيكل (في) | يستقر الأوستينيت ويساهم في قوة درجات الحرارة العالية | يزيد من تكلفة المواد ويمكن أن يؤثر على الأداء في بعض البيئات الغنية بالكبريت |
| السيليكون (و) | يمكن أن يحسن تكوين المقياس الوقائي ومقاومة الأكسدة | تعتمد فائدتها على تكوين السبائك وأجواء التشغيل |
| الكربون (ج) | يمكن أن تساهم في قوة درجات الحرارة العالية من خلال تكوين الكربيد | يمكن أن يؤدي ترسيب الكربيد المفرط أو غير المنضبط إلى تقليل الليونة ومقاومة التآكل المحلية |
| التيتانيوم (ل) | استقرار الدرجات المختارة ضد أشكال معينة من التوعية | التثبيت لا يلغي كل آليات التدهور في درجات الحرارة العالية |
| نيوبيوم (ملحوظة) | يدعم التثبيت وقوة درجات الحرارة العالية في درجات مختارة | تعتبر التركيبة الخاصة بالصف والمعالجة الحرارية مهمة |
يجب أن يوازن تكوين السبائك النهائي بين هذه الخصائص.
إن زيادة عنصر واحد لا يؤدي تلقائيًا إلى تحسين كل خاصية, بسبب مقاومة الأكسدة, قوة زحف, الاستقرار الحراري, وقد يستجيب سلوك التصنيع بشكل مختلف للتغييرات التركيبية.
2. آليات التحلل في درجات الحرارة العالية
يعد فهم كيفية تدهور المعادن تحت درجات الحرارة المرتفعة أمرًا ضروريًا لاختيار السبائك المناسبة المقاومة للحرارة.
في الأفران الصناعية, المعدات البتروكيماوية, أنظمة المعالجة الحرارية, وآلات المعالجة ذات درجة الحرارة العالية, قد تتعرض المكونات للأكسدة, زحف, المكربن, والكبريتات في وقت واحد.
تعتمد شدة كل آلية على درجة الحرارة, ضغط, وقت التعرض, تكوين السبائك, والجو المحيط.
الأكسدة والتشظي على نطاق واسع
في درجات حرارة مرتفعة, تتفاعل المعادن مع الأكسجين الموجود في الجو المحيط لتكوين قشور أكسيد.
تعتمد العديد من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة على طبقة أكسيد غنية بالكروم لإبطاء المزيد من الأكسدة.
عندما تظل هذه الطبقة مستمرة وملتصقة, يمكن أن يوفر حماية فعالة للمعدن الأساسي.
تحت الدراجات الحرارية الشديدة, لكن, يمكن أن تؤدي الاختلافات في التمدد الحراري بين مقياس الأكسيد والركيزة المعدنية إلى توليد ضغوط كبيرة.
ضغوط نمو الأكسيد, تدرجات درجة الحرارة, ويمكن أن يساهم عدم كفاية التصاق المقياس في حدوث التشقق والتشظي.
بمجرد أن ينكسر المقياس الوقائي, يصبح المعدن الطازج معرضًا للغلاف الجوي, السماح للأكسدة بالاستمرار وربما تسريع فقدان المواد.
وبالتالي فإن مقاومة السبائك المقاومة للحرارة للأكسدة لا تعتمد فقط على محتواها من الكروم, ولكن أيضًا على قدرتها على تشكيل والحفاظ على نطاق وقائي مستقر في ظل ظروف التشغيل الفعلية.
تشوه الزحف
الزحف يعتمد على الوقت, تشوه دائم للمادة المعرضة لضغط مستمر, خاصة في درجات الحرارة المرتفعة.
ويصبح الأمر ذا أهمية متزايدة عندما تكون درجة حرارة التشغيل مرتفعة بما فيه الكفاية بالنسبة لدرجة حرارة الانصهار المطلقة للمادة.
درجة حرارة متماثلة تقريبا (0.4T_m), مع (T_m) أعرب في كلفن, غالبا ما يستخدم كمرجع عام, على الرغم من أن العتبة العملية تختلف باختلاف السبيكة, الإجهاد المطبق, ومدة الخدمة.
اعتمادا على المواد وظروف التشغيل, يمكن أن يتضمن الزحف حركة خلع, العمليات المتعلقة بالانتشار, وتشوه حدود الحبوب.
أكثر من الخدمة الممتدة, قد يؤدي الضغط الناتج إلى ترهل الأنابيب, تركيبات الفرن لتشويه, أو المكونات الحاملة لتفقد استقرار الأبعاد.
في الحالات الشديدة, يمكن أن يؤدي تلف الزحف التدريجي إلى تكوين الشقوق والتمزق في نهاية المطاف.
للمكونات التي تعمل تحت أحمال مستمرة في درجات حرارة عالية, ولذلك يجب أن يأخذ اختيار السبائك بعين الاعتبار قوة الزحف واستقرار الأبعاد على المدى الطويل بدلاً من الاعتماد فقط على خصائص الشد في درجة حرارة الغرفة..
الكربنة والغبار المعدني
في الأجواء الصناعية الغنية بالكربون, يمكن أن ينتشر الكربون إلى معدن ويتفاعل مع عناصر صناعة السبائك لتكوين كربيدات.
هذه العملية, المعروف باسم الكربنة, يمكن أن يغير البنية المجهرية للمادة, تقليل ليونة, وتعزيز الاستنفاد المحلي للكروم عندما تتشكل كربيدات الكروم. قد يؤدي استنزاف الكروم هذا إلى إضعاف قدرة السبيكة على الحفاظ على مقياس وقائي لأكسيد الكروم الغني.
يعد الغبار المعدني شكلاً مميزًا ولكنه مرتبط بالتحلل المرتبط ببعض العناصر الغنية بالكربون, بيئات منخفضة الأكسجين المحتملة.
في ظل ظروف حساسة, يمكن أن يتحلل المعدن إلى جزيئات دقيقة مصحوبة بترسب الكربون, مما أدى إلى خسارة مادية محلية فادحة.
وترتبط هذه الآليات بشكل خاص بمعدات مختارة لمعالجة البتروكيماويات والكيماويات المعرضة لغازات المعالجة الكربونية.
يتطلب اختيار السبائك المناسبة النظر في نشاط الكربون, درجة حرارة التشغيل, تكوين الغلاف الجوي, وقدرة السبيكة على الحفاظ على الأفلام السطحية الواقية.
الكبريتات
تحدث الكبريتة عندما تتفاعل المعادن مع الأنواع المحتوية على الكبريت في بيئات ذات درجة حرارة عالية, إنتاج كبريتيدات معدنية على السطح أو تحته.
اعتمادا على سبيكة والجو, قد توفر طبقات الكبريتيد هذه حماية أقل فعالية من موازين الأكسيد المستقرة, السماح للتآكل بالتقدم بسرعة أكبر.
يمكن أن تكون الكبريتة ذات أهمية خاصة في معالجة البتروكيماويات, أنظمة الاحتراق, والمعدات الصناعية المعرضة للغازات أو الرواسب الحاملة للكبريت.
معدل الهجوم يعتمد على درجة الحرارة, إمكانات الكبريت, تكوين الغاز, وكيمياء السبائك.
وبالتالي فإن اختيار سبيكة مناسبة مقاومة للحرارة يتطلب تقييم الجو الفعلي للعملية بدلاً من النظر في درجة حرارة التشغيل وحدها.
حيث الأكسدة, المكربن, وتتداخل مخاطر الكبريتة, يجب مراعاة كل من تركيبة السبائك واستقرار الطبقات السطحية الواقية.
التعب الحراري والصدمة الحرارية
ينتج التعب الحراري عن التغيرات المتكررة في درجات الحرارة التي تولد ضغوطًا دورية داخل أحد المكونات.
تتضمن الصدمة الحرارية تغيرات مفاجئة في درجات الحرارة تؤدي إلى خلق تدرجات حرارية شديدة الانحدار وضغوط موضعية عالية محتملة.
هذه التأثيرات ذات صلة بشكل خاص بتركيبات الفرن, أنابيب مشعة, سلال المعالجة الحرارية, والمعدات التي تخضع للتدفئة والتبريد بشكل متكرر.
زوايا حادة, تغييرات مفاجئة في سمك الجدار, المفاصل الملحومة, والأقسام المقيدة يمكن أن تزيد من تركيزات الإجهاد المحلي.
الهندسة المناسبة, معدلات التدفئة والتبريد التي تسيطر عليها, ويساعد اختيار السبائك المناسبة على تقليل مخاطر التشقق.
3. التصنيفات المعدنية & درجات السبائك الأساسية
عادة ما يتم تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة حسب بنيته المجهرية إلى درجات الأوستنيتي والحديدي, يقدم كل منها مجموعات مختلفة من مقاومة الأكسدة, قوة درجة الحرارة العالية, ومقاومة أجواء الفرن المحددة.
الدرجة المناسبة تعتمد على درجة حرارة التشغيل, ركوب الدراجات الحرارية, التحميل الميكانيكي, والتعرض للغازات المؤكسدة أو المحتوية على الكبريت.
مقارنة بين درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الرئيسية المقاومة للحرارة
| درجة | تعيين الولايات المتحدة | البنية المجهرية | مرجع خدمة الأكسدة التقريبي | الخصائص والتطبيقات الرئيسية |
| 309 / 309ق | S30900 / S30908 | أوستنيتي | حوالي 1000 درجة مئوية في ظروف الأكسدة المناسبة | محتوى أعلى من الكروم والنيكل 304 توفير مقاومة محسنة للتحجيم. تستخدم لمعدات الفرن, صناديق الصلب, لوحات يربك, وتركيبات المعالجة الحرارية. |
| 310 / 310ق | S31000 / S31008 | أوستنيتي | حوالي 1050 درجة مئوية في ظل ظروف مناسبة | تدعم محتويات الكروم والنيكل العالية مقاومة الأكسدة وقوة درجات الحرارة العالية. تستخدم لمكونات الفرن, سلال المعالجة الحرارية, ومعدات صناعية مختارة معرضة للحرارة. |
| 314 | S31400 | أوستنيتي | تصل إلى حوالي 1150 درجة مئوية في الظروف المناسبة | محتوى عالي من الكروم والنيكل, جنبا إلى جنب مع ارتفاع السيليكون, دعم مقاومة الأكسدة. تستخدم لمعدات الفرن, شبكات, وتركيبات المعالجة الحرارية. |
253 م |
S30815 | أوستنيتي | حوالي 1,100-1,150 درجة مئوية, حسب الظروف | مصممة للأكسدة ومقاومة الزحف, بما في ذلك الخدمة الدورية. تستخدم للأنابيب المشعة, تركيبات الفرن, أفران دوارة, ومكونات توليد الطاقة. |
| 409 | S40900 | فيريتي | في المقام الأول، يتم استخدام عادم ذو درجة حرارة منخفضة بدلاً من بيئات الفرن الأكثر خطورة | درجة ثابتة من التيتانيوم مع مقاومة اقتصادية للأكسدة. يشيع استخدامها لأنابيب عادم السيارات, كاتمات الصوت, والمكونات ذات الصلة. |
| 446 | S44600 | فيريتي | تصل إلى حوالي 1090 درجة مئوية في ظروف الأكسدة المناسبة | يوفر المحتوى العالي من الكروم أكسدة قوية ومقاومة لبعض البيئات الحاملة للكبريت, لكن القوة الميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة محدودة نسبيًا. تستخدم لأجزاء الفرن, مخمدات, المتعافين, ومعدات الاحتراق. |
درجات الحرارة هذه هي مراجع تقريبية لمقاومة الأكسدة, ليست حدود التشغيل القصوى العالمية.
تعتمد قدرة الخدمة الفعلية على تكوين الغلاف الجوي, التعرض المستمر أو الدوري, التحميل الميكانيكي, هندسة المكونات, وحالة المنتج المحددة.
4. الخصائص الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة
يعتمد أداء الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة على مزيج من التركيب الكيميائي, البنية المجهرية, السلوك الميكانيكي لدرجات الحرارة العالية, واستقرار المقاييس السطحية الواقية.

مقاومة أكسدة عالية الحرارة
مقاومة الأكسدة هي إحدى الخصائص المميزة للفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة.
يساعد الكروم في تكوين مقياس أكسيد وقائي, في حين أن السيليكون وعناصر صناعة السبائك الأخرى يمكن أن تؤثر على بنية المقياس واستقراره.
وتعتمد فعالية هذا المقياس على استمراريته, التصاق, والقدرة على البقاء وقائيًا في ظل درجات الحرارة والظروف الجوية المتغيرة.
عند تقييم الدرجة, يجب على المهندسين التمييز بين مقاومة الأكسدة المستمرة والأداء في ظل التدوير الحراري.
قد يواجه المكون الذي يتعرض لدرجة حرارة فرن مستقرة نسبيًا سلوكًا مختلفًا عن المكون الذي يتم تسخينه وتبريده بشكل متكرر.
قوة الزحف والاستقرار على المدى الطويل
في درجات حرارة مرتفعة, قد تتشوه المادة تدريجيًا تحت الحمل الذي يمكنها تحمله لفترة قصيرة دون فشل.
وبالتالي فإن خصائص الزحف تعتبر حاسمة بالنسبة لدعم الفرن, أنابيب مشعة, تركيبات معلقة, والمكونات الأخرى المعرضة للضغط الميكانيكي المستمر.
يجب أن يستخدم اختيار المواد بيانات الزحف ذات الصلة عند مستوى درجة الحرارة والإجهاد المتوقع.
في التطبيقات التي يكون فيها استقرار الأبعاد أمرًا بالغ الأهمية, يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار التشوه التراكمي طوال فترة الخدمة بأكملها, وليس مجرد قوة على المدى القصير.
مقاومة التعب الحراري
تعتبر مقاومة التعب الحراري مهمة للمكونات المعرضة لتقلبات درجات الحرارة المتكررة.
الدرجات الأوستنيتي والحديدي لها سلوك تمدد حراري مختلف, مما يؤثر على الضغوطات المتولدة أثناء التسخين والتبريد.
يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عادةً تمددًا حراريًا أعلى وموصلية حرارية أقل من الفولاذ الكربوني, مما يجعل التحكم في التشوه مهمًا بشكل خاص أثناء التصنيع واللحام.
وتشمل التدابير العملية تجنب تركيزات التوتر غير الضرورية, التحكم في انتقالات الأقسام, اختيار تسلسل اللحام المناسب, وإدارة معدلات التدفئة والتبريد.
مقاومة الأجواء العدوانية
يعتمد التآكل الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة بشكل كبير على كيمياء الغاز المحيط.
| بيئة | المخاطر الرئيسية | أولوية اختيار المواد |
| الغلاف الجوي المؤكسد | نمو النطاق والتشظي | مقياس أكسيد وقائي مستقر |
| جو غني بالكربون | الكربنة والغبار المعدني المحتمل | مقاومة امتصاص الكربون وأجواء العملية المحددة |
| جو محمل بالكبريت | الكبريت والتآكل الساخن | التوافق مع إمكانات الكبريت وإمكانات الأكسجين |
| التدوير الحراري المتكرر | الضرر على نطاق الأكسيد والتعب الحراري | التصاق النطاق وأداء الدورة الحرارية |
| ارتفاع درجة الحرارة تحت الحمل المستمر | زحف وتمزق | القوة الميكانيكية على المدى الطويل |
ولا توجد درجة واحدة مثالية لجميع هذه الظروف. عندما تحدث عدة آليات تدهور في وقت واحد, يجب أن يعتمد الاختيار على البيئة المدمجة بدلاً من خاصية واحدة مثل محتوى الكروم.
التصنيع والقابلية للآلات
يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة, الآلي, وملحومة, لكن سلوكهم في التصنيع يختلف حسب الدرجة.
تميل الدرجات الأوستنيتي إلى العمل بشكل أكثر صلابة ويمكن أن تتشوه أثناء اللحام بسبب تمددها الحراري وخصائص التوصيل.
قد تمثل درجات الحديد قيودًا مختلفة على التشكيل ويمكن أن تصبح هشة في ظل التعرض الحراري غير المناسب.
للأجزاء الدقيقة, يجب أن يتضمن تخطيط التصنيع الحالة المادية, تسلسل التشكيل, إجراء اللحام, بدل الآلات, وفحص الأبعاد.
في العديد من التطبيقات, إن التحكم في الضغوط والتشوهات المتبقية لا يقل أهمية عن تلبية مواصفات المواد الاسمية.
5. تصنيع وتصنيع مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المقاومة للحرارة
عملية التصنيع لها تأثير مباشر على دقة الأبعاد, البنية المجهرية, وأداء درجات الحرارة العالية لمكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المقاومة للحرارة.
صب, تشكيل, الآلات, اللحام, ويجب اختيار المعالجة الحرارية وفقًا لدرجة السبائك, هندسة المكونات, وشروط الخدمة المقصودة.

صب الدقة
يعتبر الصب الدقيق مناسبًا لتصنيع مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المقاومة للحرارة ذات الأشكال الهندسية المعقدة, مقاطع داخلية, أو مقاطع عرضية كبيرة.
| عملية الصب | وصف | التطبيقات النموذجية |
| رمل صب | عملية مرنة مناسبة للمكونات الكبيرة والمعقدة, مع تكاليف الأدوات منخفضة نسبيا | مكونات الفرن, جثث الصمام, المساكن المقاومة للحرارة |
| استثمار صب | يستخدم أنماط الشمع والأصداف الخزفية لإنتاج أشكال معقدة بدقة أبعاد جيدة | تركيبات الفرن المعقدة, مكونات دقيقة مقاومة للحرارة |
| الطرد المركزي صب | يستخدم دوران القالب لتوزيع المعدن المنصهر, مما يجعلها مناسبة للمكونات الأنبوبية والأسطوانية | أنابيب مشع, أنابيب الإصلاح, بكرات الفرن |
| صدَفَة صب | يستخدم قذائف رملية مرتبطة بالراتنج لتحقيق تشطيب جيد للسطح واتساق الأبعاد | مكونات الفرن الصغيرة والمتوسطة الحجم والمسبوكات الدقيقة |
تعتمد جودة الصب على الذوبان المتحكم فيه, سكب, تصميم العفن, التصلب, والوقاية من العيوب.
يجب اختيار العملية وفقًا لحجم المكون, الهندسة, خصائص السبائك, ومستوى التفتيش المطلوب.
تشكيل
يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة على الساخن أو على البارد, اعتمادا على الصف, الهندسة المطلوبة, والحالة المادية.
| عملية التشكيل | وصف | اعتبارات رئيسية |
| حار تشكيل | يشكل المادة عند درجات حرارة مرتفعة لتقليل مقاومة التشوه | تختلف درجات حرارة العمل النموذجية حسب الدرجة; السيطرة على التدفئة, تشكيل درجة الحرارة, والتبريد اللاحق لمنع نمو الحبوب المفرط أو تكوين مرحلة غير مرغوب فيها |
| بارد تشكيل | يشكل المادة عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها | يمكن للدرجات الأوستنيتي أن تعمل بسرعة, زيادة أحمال التشكيل وخطر التشقق |
| عميق رسم | تنتج مكونات على شكل كوب أو مجوفة من الصفائح المعدنية | غالبًا ما تكون درجات الأوستنيتي اللدنة مناسبة, تخضع لسمك المواد, الأدوات, ونسبة السحب |
| الانحناء | أشكال الزوايا, منحنيات, وملفات تعريف أخرى | حساب Springback, تصلب العمل, الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء, والأضرار السطحية |
للتشكيل الساخن, وقد يكون نطاق درجة الحرارة الواسع الذي يتراوح بين 900 و1200 درجة مئوية تقريبًا ذا صلة بدرجات وعمليات معينة, ولكن لا ينبغي أن يتم تطبيقه عالميا.
يجب أن يتبع نطاق العمل المعتمد توصيات معالجة السبائك المحددة.
الآلات
قد يكون من الصعب تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة لأن العديد من الدرجات تجمع بين القوة العالية نسبيًا, صلابة, تصلب العمل, وانخفاض الموصلية الحرارية.
يمكن للحرارة المتولدة أثناء القطع أن تتركز بالقرب من حافة القطع, أداة تسريع أداة التآكل.
| معلمة التصنيع | توصية عامة | اعتبارات رئيسية |
| أداة مادة | كربيد المغلفة; قد تكون السيرميتات مناسبة لعمليات تشطيب مختارة | اختر درجة الأداة والطلاء وفقًا للسبائك والتشغيل |
| قطع سرعة | حوالي 60-120 م/دقيقة كمرجع أولي لبعض عمليات الكربيد | تتطلب بعض الدرجات المقاومة للحرارة سرعات أقل; اتبع توصيات الأدوات والتحقق من صحة الشروط |
| يٌطعم معدل | حوالي 0.1-0.3 مم/لفة كمرجع أولي لعمليات الدوران المناسبة | ضبط لإدراج الهندسة, صلابة الشغل, الانتهاء من السطح, وعمق القطع |
عمق القطع |
التخشين: حوالي 1-3 ملم; الانتهاء: حوالي 0.2-0.5 ملم | يعتمد على هندسة المكونات, صلابة الآلة, إعداد الأداة, وبدل الأسهم |
| سائل التبريد | مبرد الفيضانات عند الاقتضاء | يدعم إزالة الحرارة, تشحيم, وإخلاء الشريحة |
| عمل تصلب يتحكم | استخدم أدوات حادة وحافظ على تغذية ثابتة | تجنب الفرك لفترة طويلة, يسكن, والقطع المتكرر على الأسطح المتصلبة |
تعد قيم المعالجة هذه بمثابة نقاط بداية إرشادية وليست معلمات عالمية.
يجب تحديد شروط القطع الفعلية وفقًا للصنف, قدرة الآلة, توصيات الشركة المصنعة للأدوات, ونوعية السطح المطلوبة.
لحام
قد يكون اللحام مطلوبًا عندما تشتمل مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المقاومة للحرارة على تجميعات مصنعة أو وصلات ملحومة.
يجب أن يأخذ إجراء اللحام في الاعتبار تكوين السبائك, تصميم مشترك, درجة حرارة الخدمة, والآثار المحتملة للمنطقة المتضررة من الحرارة.
| الجانب اللحام | توصية عامة | اعتبارات رئيسية |
| لحام العمليات | GTAW (تيغ), باوند (أنا), أو سماو, حسب الاقتضاء | حدد العملية وفقًا لسمك المكون, الهندسة المشتركة, ومتطلبات الإنتاج |
| عصا معدن | تم اختيار حشو متوافق للصف الأساسي وشروط الخدمة | على سبيل المثال, قد يكون ER310 مناسبًا لبعض المفاصل من فئة 310 درجة; تأكيد من خلال إجراء اللحام المؤهل |
| التسخين | عموما غير مطلوب للعديد من الدرجات الأوستنيتي | المتطلبات تعتمد على السبائك, سمك القسم, ضبط النفس المشترك, والإجراء المعتمد |
interpass درجة الحرارة |
يمكن استخدام حد يبلغ حوالي 150 درجة مئوية عند تحديد ذلك | يجب تحديد الحد الأقصى من خلال إجراءات اللحام ومتطلبات المواد |
| ما بعد اللحام حرارة علاج | ليس مطلوبًا بشكل روتيني للعديد من الدرجات الأوستنيتي | تنطبق فقط حيث الصف, شروط الخدمة, شفرة, أو يتطلب الإجراء المؤهل ذلك |
| خلف تطهير | الأرجون أو غاز خامل آخر محدد لحماية الجذر عند الاقتضاء | يساعد على منع الأكسدة المفرطة على الجانب الجذري من اللحامات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ |
التنظيف المناسب, التحكم في مدخلات الحرارة, اختيار حشو المعدن, والتفتيش ضروري.
للمكونات المعرضة للخدمة شديدة الحرارة المرتفعة, يجب أن يكون إجراء اللحام مؤهلاً للسبائك الفعلية وظروف التشغيل.
المعالجة الحرارية
يمكن استخدام المعالجة الحرارية لتحديد الحالة المادية المطلوبة, استعادة مقاومة التآكل حيثما ينطبق ذلك, استقرار البنية المجهرية, أو معالجة الضغوط المتبقية.
يعتمد العلاج الصحيح على درجة السبائك وتاريخ التصنيع.
| عملية المعالجة الحرارية | درجة الحرارة أو الحالة النموذجية | الغرض والاعتبارات |
| حل الصلب | حوالي 1,040-1,150 درجة مئوية للعديد من الدرجات الأوستنيتي | يذيب الكربيدات ويعيد البنية المجهرية المقصودة. مطلوب التبريد السريع حيثما تحدده الدرجة والإجراء |
| ضغط اِرتِياح | درجة- وإجراءات محددة | تهدف إلى معالجة الضغوط المتبقية عند الاقتضاء. لا ينبغي التعامل مع درجة الحرارة التي تتراوح بين 300 و400 درجة مئوية على أنها دورة عالمية لتخفيف التوتر |
علاج الاستقرار |
حوالي 850-900 درجة مئوية لبعض الدرجات المستقرة, تخضع للمواصفات | تستخدم لدرجات مثل 321 أو 347 لتعزيز الاستقرار من خلال التيتانيوم- أو كربيدات تحتوي على النيوبيوم |
| التجانس | قد يشمل حوالي 1100-1200 درجة مئوية لسبائك مصبوبة مختارة | يستخدم فقط عندما يكون ذلك مناسبًا للسبائك والإجراءات المؤهلة; يعتمد الوقت ودرجة الحرارة على تكوين الصب وسمك القسم |
يجب اختيار المعالجة الحرارية بعناية بسبب ارتفاع درجة الحرارة, وقت احتجاز غير مناسب, أو التبريد غير السليم يمكن أن يسبب نمو الحبوب, تشويه, أو تشكيل مرحلة غير مرغوب فيها.
لمكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المقاومة للحرارة, تعد الإجراءات الخاصة بالصف والتبريد الذي يتم التحكم فيه أمرًا ضروريًا لتحقيق خصائص متسقة وأداء موثوق به في درجات الحرارة العالية.
6. التطبيقات الشائعة للفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة
يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة حيثما يجب أن تحتفظ المكونات بخصائص مفيدة أثناء التعرض لفترات طويلة لدرجات حرارة مرتفعة.
وتعتمد الدرجة المناسبة على بيئة التشغيل وآلية التحلل السائدة.
| صناعة | المكونات النموذجية | المتطلبات الرئيسية | درجات للتقييم |
| صناعي أفران | صواني, سلال, يدعم, الحواجز | مقاومة الأكسدة والاستقرار الحراري | 309ق, 310ق, 314, 253 م |
| حرارة علاج | المباريات, صناديق الصلب, يرد | مقاومة الدراجات الحرارية, أكسدة, والتشويه | 309ق, 310ق, 314 |
| البتروكيماويات يعالج | الفرن الداخلي, أنابيب مشعة, مكونات العملية المختارة | قوة درجات الحرارة العالية والتوافق مع الغلاف الجوي | 310ق, 314, 253 م; سبائك متخصصة عند الاقتضاء |
| قوة جيل | الدعامات المعرضة للحرارة, أنابيب, مكونات الفرن المختارة | مقاومة الزحف ومقاومة الأكسدة | 310ق, 253 م, درجات أخرى خاصة بالتطبيق |
السيارات |
أنابيب العادم, كاتمات الصوت, المكونات الحرارية | مقاومة الأكسدة والتحكم في التكلفة | 409 ودرجات حرارة أعلى مختارة |
| أسمنت و المعدنية يعالج | المكونات المتعلقة بالفرن, معدات الغاز الساخن | مقاومة الأكسدة ومتانة الدورة الحرارية | 309ق, 310ق, 253 م, الدرجات الحديدية المختارة |
| معدن يعالج | تجهيزات الفرن, يرد, معدات الاحتراق | مقاومة الغازات الساخنة وثبات الأبعاد | 310ق, 314, 446, اعتمادا على الجو |
تعتبر توصيات الدرجات هذه بمثابة نقاط بداية للتقييم, وليست الموافقات التلقائية.
على سبيل المثال, 253 يستخدم MA في التطبيقات بما في ذلك الأنابيب المشعة, أفران دوارة, صواني المعالجة الحرارية, ومعدات توليد الطاقة, بينما 409 يرتبط في المقام الأول بأنظمة عوادم السيارات.
7. خاتمة
يعد الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة ضروريًا للمكونات الصناعية التي يجب أن تعمل بشكل موثوق في درجات حرارة مرتفعة.
يعتمد أدائها على أكثر من تصنيف درجة الحرارة الاسمية. كيمياء السبائك, البنية المجهرية, مقاومة الأكسدة, قوة زحف, التعب الحراري, توافق عملية الغاز, وجودة التصنيع كلها تؤثر على عمر الخدمة.
درجات مثل 309S, 310ق, 314, 253 م, 409, و 446 تقديم أرصدة مختلفة من العقارات.
يعتمد الاختيار الصحيح على ما إذا كان المتطلب السائد هو مقاومة الأكسدة, قوة الحمل المستمر, استقرار الدورة الحرارية, أو مقاومة لجو معين ذو درجة حرارة عالية.
للمهندسين وفرق الشراء, تبدأ عملية الاختيار الأكثر موثوقية بشروط الخدمة الفعلية وتقييم المادة مقابل آليات الفشل المتوقعة.
ضوابط التصنيع - بما في ذلك التشكيل, اللحام, المعالجة الحرارية, الآلات, والتفتيش - يجب بعد ذلك الحفاظ على الخصائص المطلوبة في الخدمة.
أفضل الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة ليس بالضرورة هو الدرجة ذات أعلى تصنيف لدرجة الحرارة.
وهي الدرجة التي تحافظ على الخصائص المطلوبة في بيئة التشغيل الفعلية طوال فترة الخدمة المقصودة.
الأسئلة الشائعة
ما هي درجة حرارة الخدمة القصوى للفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة?
تختلف درجة حرارة الخدمة القصوى حسب الدرجة. درجات أوستنيكية مثل 310 ويمكن استخدام 253MA حتى 1100-1150 درجة مئوية.
الدرجات الحديديك مثل 446 يمكن استخدامه حتى 1,100 درجة مئوية. يمكن استخدام درجات الزهر مثل HW حتى 1150 درجة مئوية.
ما هو الفرق بين الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة والفولاذ المقاوم للصدأ القياسي?
يتم تصنيع الدرجات المقاومة للحرارة باستخدام نسبة أعلى من الكروم, النيكل, ومحتوى السيليكون لمقاومة الأكسدة, زحف, والتدهور المجهري في درجات حرارة مرتفعة. تم تحسين الدرجات القياسية لمقاومة التآكل في درجة الحرارة المحيطة.
أي الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة يتمتع بأفضل مقاومة للأكسدة?
الدرجات التي تحتوي على نسبة عالية من الكروم والسيليكون, مثل 314, 253م, و 353MA, تقديم أفضل مقاومة للأكسدة. تشكل هذه الدرجات مادة Cr₂O₃ وقائية + مقياس SiO₂ الذي يقاوم التشظي.
أي الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة يتمتع بأفضل قوة زحف?
درجات الأوستنيتي ذات المحتوى العالي من النيكل, مثل 310, 330, 253م, و إنكولوي 800H, تقديم أفضل قوة زحف. تحافظ هذه الدرجات على قوتها عند درجات حرارة تصل إلى 1100 درجة مئوية.
يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للحرارة?
نعم. الدرجات الأوستنيتي قابلة للحام بسهولة باستخدام GTAW, باوند, أو سماو.
درجات منخفضة الكربون ومستقرة (على سبيل المثال, 310ق, 321, 347) يفضل للتطبيقات الملحومة لمنع التحسس.
ما هو الفرق بين 309 و 310 الفولاذ المقاوم للصدأ?
309 يحتوي على 22-24% كروم و12-15% ني, مع أقصى درجة حرارة للخدمة تبلغ 1000 درجة مئوية.
310 يحتوي على 24-26% كروم و19-22% ني, مع أقصى درجة حرارة للخدمة تبلغ 1100 درجة مئوية. 310 يوفر مقاومة أفضل للأكسدة وقوة الزحف.
ما هو 253MA, ولماذا يتم استخدامه?
253MA عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي مقاوم للحرارة بنسبة 20-22٪ Cr, 10-12% في, 1.4-1.6% نعم, والإضافات الأرضية النادرة.
إنه يوفر مقاومة ممتازة للأكسدة, قوة زحف, ومقاومة التعب الحراري حتى 1150 درجة مئوية.


