الفولاذ المقاوم للصدأ CF3M - معروف أيضًا بتعيينه EN-JS 316LM (1.4408) و ASTM ما يعادل A351 CF3M—الطبعات كمواد حجر الزاوية في المسبوكات المقاومة للتآكل.
مصممة لبيئات مطالبة, يجمع CF3M بين صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مع براعة الحديد الزهر.
في هذه المقالة, نستكشف كيميائها, البنية المجهرية, سلوك التآكل, الأداء الميكانيكي, ممارسات مسبك, بروتوكولات اللحام, التطبيقات, وكيف تقارن بالمواد البديلة.
1. مقدمة
SA-351 CF3M ستيل غير القابل للصدأ تنتمي إلى عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ, تم تطويره في منتصف القرن العشرين لتوسيع مقاومة التآكل غير القابل للصدأ 300 في مكونات المصبوب.
بينما يهيمن 316L مقاوم للصدأ على تطبيقات الأنابيب والصفائح, يتكيف CF3M نفس الكربون المنخفض, الكيمياء الحاملة للموليبدينوم إلى المسبوكات-مثيل للأشكال المعقدة مثل علب المضخة وأجسام الصمام.
على عكس درجات الحديد الرمادي أو 304L من الدرجات (CF8), CF3M يقاوم التآكل وتآكل الشق في وسائل الإعلام الغنية بالكلوريد, سد فجوة الأداء بين الحديد الزهر والصلب العالي.
2. التكوين الكيميائي & البنية المجهرية
| عنصر | يتراوح (% بالوزن) | غاية |
|---|---|---|
| الكربون (ج) | ≤ 0.03 | يمنع هطول الأمطار كروم الكروم |
| الكروم (كر) | 16.0 - 18.0 | يشكل طبقة أكسيد سلبية; حاجز التآكل الأساسي |
| النيكل (في) | 10.0 - 14.0 | يستقر مصفوفة أوستنيكية; يعزز المتانة |
| الموليبدينوم (شهر) | 2.0 - 3.0 | يعزز الحفر المقاومة ويثير pren إلى ≈ 25 |
| المنغنيز (MN) | ≤ 2.0 | يحسن القوة الساخنة; يعارض الكبريت |
| السيليكون (و) | ≤ 1.0 | بمثابة ديكسيد ل; يحسن السيولة |
| الفسفور (ص) | ≤ 0.045 | يقلل من احتضان |
| الكبريت (ق) | ≤ 0.03 | أبقى منخفضًا لتجنب التكسير الذي يحركه الإدماج |
CF3M يصلب إلى أ مصفوفة أوستنيكية بالكامل في درجة حرارة الغرفة, تجنب الفريت, مرحلة سيجما, أو كروم الكروم عند معالجة الحرارة بشكل صحيح.
ال كربون منخفض محتوى (≤ 0.03%) و الموليبدينوم تعمل الإضافات بالتنسيق لتثبيط تشكيل كربيد الكروم على طول حدود الحبوب,
الحفاظ على مقاومة التآكل بين الخلايا حتى بعد اللحام.
3. مقاومة التآكل
يعرض CF3M أداءً رائعًا في الوسائط العدوانية:
- التآكل العام: معدلات منخفضة مثل 0.05 مم/سنة في مياه الشرب و 0.1 مم/سنة في مياه البحر في 25 درجة مئوية
- التآكل الحفر/الشق: الخشب ≈ 25 (خذ = ٪ cr + 3.3× ٪ مو + 16× ٪ ن) يوفر العملية في ما يصل إلى 1 % حلول كلوريد في درجات الحرارة المحيطة
- مقاومة الحمض: متفوقة على CF8 (304ل يلقي) في أحماض الكبريتيك والفوسفوريك بسبب محتوى MO
- البحرية & في الخارج: يقاوم التعرض لرذاذ الملح المستمر مع الحد الأدنى من فقدان الوزن (< 0.02 g/m² · يوم في اختبارات ASTM B117)
4. الخواص الميكانيكية والفيزيائية من الفولاذ المقاوم للصدأ CF3M
الخصائص الميكانيكية
في درجة حرارة الغرفة, CF3M يسلم:
| ملكية | قيمة |
|---|---|
| قوة الشد (UTS) | 515 - 620 MPA |
| قوة العائد (0.2% الإزاحة) | 205 - 275 MPA |
| استطالة في الكسر | ≥ 35 % |
| برينيل صلابة (HBW) | 180 - 230 |
| تأثير charpy (rt) | ≥ 80 ي |
| الحد من التعب (10⁷ دورات) | ~ 240 MPA |
الخصائص الفيزيائية
| ملكية | قيمة |
|---|---|
| كثافة | ~ 7.98 جم/سم |
| الموصلية الحرارية (20درجة مئوية) | ~ 14.6 واط/م · ك |
| التمدد الحراري (20-100 درجة مئوية) | 16.0-7.5 ميكرون/م · ك |
| سعة حرارة محددة (20درجة مئوية) | ~ 500 j/kg · k |
| المقاومة الكهربائية (20درجة مئوية) | ~ 0.74 µΩ · م |
| معامل يونغ (معامل مرن) | ~ 193 GPA |
| نفاذية المغناطيسية النسبية | ~ 1.0-1.05 |
| نطاق ذوبان | 1370-1400 درجة مئوية |
| صب معدل الانكماش | ~ 1.5-2.0 ٪ |
5. ملاءمة الصب لـ CF3M الفولاذ المقاوم للصدأ
CF3M الفولاذ المقاوم للصدأ, متغير منخفض الكربون 316 سبائك يلقي غير القابل للصدأ, يعرض خصائص صب مواتية تدعم استخدامها على نطاق واسع في مقاومة التآكل, مكونات العالية.
سمات الملاءمة الرئيسية:
- سيولة جيدة: مع درجة حرارة صب عادة بين 1550-1600 درجة مئوية, يوضح CF3M سيولة كافية لملء هندسة القالب المعقدة و أقسام رقيقة الجدار (>3-5 مم).
إن وجود النيكل والموليبدينوم يدعم زيادة ثبات الذوبان وأداء ملء العفن. - انكماش معتدل (~ 1.5-2.0 ٪): يعرض CF3M انكماش التصلب المتوقع, السماح بالتعويض الفعال من خلال بدلات نمط, تصميم الناهض, واستخدام الأكمام الحرارية.
يمكن نمذجة سلوك الانكماش وإدارتها باستخدام أدوات المحاكاة الحرارية الحديثة. - ميل تكسير ساخن منخفض: بنية أوستنيكية بالكامل لـ CF3M, جنبا إلى جنب مع محتوى الكربون المنخفض (≤ 0.03%),
يؤدي إلى الحد الأدنى من تكسير التصلب, حتى في المسبوكات المقيدة هندسيًا أو سميكة مقطعية. - قابلية لحام ممتازة: يمكن أن يتم إنتاج CF3M المصبوب باستخدام معادن حشو الأوستينية القياسية مثل ER316L.
محتوى الكربون المنخفض يحد من هطول الأمطار أثناء اللحام, تقليل خطر التآكل بين الحبيبية.
حل ما بعد اليدع الصلب غالبًا ما يتم تطبيقه لاستعادة مقاومة التآكل الكاملة. - القدرة على التكيف مع المعالجة الحرارية: CF3M يستجيب جيدا الحل الصلب (1040-1100 درجة مئوية) و التبريد,
التي تتجانس البنية المجهرية, تذوب كربيدات المتبقية, وتعظيم مقاومة التآكل.
علاجات الإجهاد الإجهاد يمكن أيضًا استخدامها للحد من الضغوط المتبقية في المسبوكات الكبيرة.
طرق صب مناسبة:
يتكيف CF3M بشكل جيد مع طرق صب متعددة, كل يقدم مزايا مميزة:
| طريقة | نقاط القوة | التحمل النموذجي & ينهي |
|---|---|---|
| صب الرمال | فعال التكلفة للكبير, أشكال بسيطة | ± 0.5 % خطي, RA 6-12 ميكرون |
| صب قذيفة | التحمل الضيق, التفاصيل الدقيقة | ± 0.3 % خطي, RA 3-6 ميكرون |
| صب الاستثمار | الهندسة المعقدة, الجدران الرقيقة (<2 مم) | ± 0.2 % خطي, ر <3 ميكرون |
| الطرد المركزي الصب | كثافة عالية, الحد الأدنى من المسامية في الأجزاء الأنبوبية | ± 0.4 % خطي, RA 6-10 ميكرون |
6. لحام & المعالجة الحرارية من الفولاذ المقاوم للصدأ CF3M
تم التعرف على نطاق واسع على نطاق واسع من الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع من أجل لحامه الممتاز والاستجابة للمعالجة الحرارية.
هذه الخصائص تضمن النزاهة الهيكلية, مقاومة التآكل, والأداء الميكانيكي في تصنيع ما بعد الصب والخدمة.
قابلية لحام CF3M
تكمن إحدى نقاط قوة CF3M في ممتازة قابلية اللحام, خاصة عند مقارنتها مع الفولاذ المقاوم للصدأ الكربون العالي.
محتوى الكربون المنخفض (≤ 0.03%) يقلل بشكل كبير من خطر هطول كروم الكروم, ظاهرة تسبب التآكل بين الخلايا في المنطقة المتأثرة بالحرارة (هاز).
خصائص اللحام الرئيسية:
- التسخين: غير مطلوب عادة بسبب الهيكل الأوستنيتي, على الرغم من التسخين (~ 100-150 درجة مئوية) يمكن استخدامها للأقسام السميكة لتقليل التدرجات الحرارية.
- حشو المعدن: استخدام الحشو المطابقة أو المفرط قليلاً مثل ER316L أو ER317L يوصى بالحفاظ على مقاومة التآكل والليونة.
- التحكم في مدخلات الحرارة: يعد مدخلات الحرارة المتحكم فيها ضرورية لتجنب التكسير الساخن وضمان الحد الأدنى من تكوين الدلتا فيرايت (عادة 3-10 ٪ مرغوب فيها).
- تنظيف ما بعد الالتزام: ينصح التخليل أو التخميل باستعادة مقاومة التآكل على سطح اللحام.
معالجة حرارة ما بعد الدفعة (PWHT)
في حين أن الكربون المنخفض الكربون CF3M يقلل من خطر التوعية, بعض التطبيقات-خاصة تلك الموجودة في البيئات الكيميائية العدوانية أو التي تتطلب أقصى مقاومة للتآكل-تستفيد من ما بعد الدفعة المعالجة الحرارية.
الحل الصلب:
- نطاق درجة الحرارة: 1040-1100 درجة مئوية (1900-2010 ° f)
- غاية: يذوب أي كروم غني بالكروم تشكلت أثناء اللحام وتستعيد البنية المجهرية الأوستنيتية الكاملة
- التبريد: يعد تبريد الماء أو الهواء السريع ضروريًا لمنع التوعية وتكوين مرحلة سيجما
تخفيف الإجهاد (عندما يكون الحل الصلب غير ممكن):
- نطاق درجة الحرارة: 300-400 درجة مئوية
- تأثير: يقلل من الضغوط المتبقية دون تغيير مقاومة التآكل بشكل كبير
- قيود: لا يذوب الكربيد أو التوعية العكسية
7. التطبيقات الرئيسية من الفولاذ المقاوم للصدأ CF3M
معدات العملية الكيميائية
- مضخات: الفولاذ المقاوم للصدأ CF3M مثالي للمضخات المستخدمة في نقل السوائل المسببة للتآكل, خاصة في التطبيقات التي تنطوي على حلول الحمضية أو القلوية.
- الصمامات: تستخدم في المعالجة الكيميائية والصناعات الصيدلانية, يوفر CF3M المتانة ومقاومة التآكل في ظل الظروف عالية الضغط ودرجات الحرارة العالية.
- المبادلات الحرارية: إن مقاومة التآكل الممتازة واستقرار درجات الحرارة العالية تجعل CF3M مادة مثالية للمبادلات الحرارية التي تتعامل مع الوسائط العدوانية.
- أوعية المفاعل: لمفاعلات معالجة المواد الكيميائية التآكل, يوفر CF3M متانة طويلة الأجل ويقلل من تكاليف الصيانة.
التطبيقات البحرية والبحرية
- المنصات الخارجية: تستخدم في المكونات الهيكلية وأنظمة الأنابيب المعرضة لمياه البحر والأجواء البحرية.
- البحرية الأجهزة: الصمامات, مضخات, والمكونات الأخرى التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل لتحمل التعرض المستمر لظروف المالحة.
- بناء السفن: الأجزاء الحرجة مثل رودرز, مهاوي المروحة, وتستفيد مكونات بدن من قدرة CF3M على مقاومة تآكل مياه البحر والحفاظ على النزاهة تحت الضغوط الميكانيكية.
مكونات صناعة الأغذية والصيدلانية
- معدات معالجة الأغذية: يتم استخدام CF3M في المعدات التي تتعامل مع عوامل التنظيف العدوانية ودرجات الحرارة القصوى, مثل خلط الدبابات, خطوط الأنابيب, والصمامات.
- الإنتاج الصيدلاني: يستخدم CF3M على نطاق واسع في تصنيع المكونات مثل المفاعلات والخلاطات, عندما تكون البيئات الخالية من التلوث ضرورية.
- تعبئة التعبئة والتغليف: قطع الغيار في خطوط إنتاج المشروبات, مثل الفوهات والتجهيزات, الاستفادة من مقاومة CF3M للحلول الحمضية والقلوية.
توليد الطاقة & الصناعات الثقيلة
- أنظمة الأنابيب في محطات الطاقة ذات درجة حرارة عالية تتعامل مع البخار والسوائل الكيميائية.
- أوعية الضغط و أجزاء التوربينات التي تتطلب مقاومة لدرجات حرارة عالية, ركوب الدراجات الحرارية, وتآكل وسائل الإعلام.
- المبادلات الحرارية في محطات الطاقة التي تتعامل مع الغازات الساخنة أو مياه التبريد التي قد تحتوي على ملوثات عدوانية.
صناعة النفط والغاز
- معدات قاع البئر: يتم استخدام CF3M في مكونات مثل رؤوس الآبار, الصمامات, والأنابيب التي تتطلب مقاومة استثنائية للتآكل والارتداء أثناء استخراج الزيت.
- أنظمة خطوط الأنابيب: أدائها الممتاز في كليهما حلو و حامِض البيئات تجعلها مناسبة لأنابيب أنابيب الزيوت والغاز عالية الضغط.
- معدات التكرير: يستخدم CF3M بشكل شائع في المبادلات الحرارية, المفاعلات, و وحدات تكسير في المصافي التي تعالج الغاز الحامض والمواد التآكل الأخرى.
التطبيقات الحرجة الأخرى
- أوعية الضغط والمفاعلات: مقاومة CF3M لتكسير تآكل الإجهاد وقوة الشد الممتازة تجعلها مثالية لتطبيقات الضغط العالي كما في المفاعلات الكيميائية أو الأوعية ذات درجة الحرارة العالية.
- مكونات التوربينات والضاغط: تضمن مقاومتهم للأكسدة في درجات حرارة مرتفعة الموثوقية في التوربينات و الضواغط في صناعات توليد الطيران وتوليد الطاقة.
8. المعايير, ما يعادل & تحديد
| الجسم القياسي | تعيين | مقابل |
|---|---|---|
| في | EN-JS 316LM / 1.4408 | - |
| ASTM | A351 CF3M | - |
| ISO | ISO 1083 EN-GJN-316LM | - |
| هو | SUH316LM | SUS316L (مسنن) |
| نورسوك | من 17460 GG-316LM | - |
استدعاء مواصفات الشراء النموذجية ASTM A351 CF3M المسبوكات مع الفحص الشعاعي, حدود صلابة 200 HB ماكس, والتحقق من محتوى MO.
9. مقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ CF3M مع مواد بديلة
| ملكية / مادة | CF3M (316ل يلقي) | CF8M (316 يقذف) | CF3 (304ل يلقي) | CF8C (317 يقذف) | 316ل (مسنن) |
|---|---|---|---|---|---|
| محتوى الكربون (الأعلى, %) | 0.03 | 0.08 | 0.03 | 0.08 | 0.03 |
| محتوى الموليبدينوم (%) | 2-3 | 2-3 | لا أحد | 3-4 | 2-3 |
| تحرض المقاومة (خشب) | ~ 25 | ~ 25 | ~ 18 | ~ 30 | ~ 25-27 |
| مقاومة الكلوريد | عالي | معتدلة - عالية | منخفض المعتدل | عالية جدا | عالي |
| خطر التآكل بين الحبيبية | منخفض جدا | معتدل | قليل | معتدل | منخفض جدا |
| قوة الشد (MPA) | ~ 485-620 | ~ 485-620 | ~ 450-600 | >600 | 515-690 |
| قوة العائد (MPA) | ~ 170-300 | ~ 170-300 | ~ 170-275 | >300 | 205-310 |
| استطالة (%) | ≥25 | ≥25 | ≥30 | 20-25 | ≥40 |
| قابلية اللحام | ممتاز | جيد | ممتاز | معتدل | ممتاز |
| مقاومة عالية الإعداد | معتدل | معتدل | قليل | عالي | جيد |
| قابلية القابلية | ممتاز | ممتاز | ممتاز | معتدل | لا ينطبق |
| القابلية للآلات | معتدل | معتدل | جيد | معتدل | جيد |
| الانتهاء من السطح (كما تم توفيرها) | خشن (كما) | خشن | خشن | خشن | سلس (تدحرجت) |
| مستوى التكلفة | معتدل | معتدل | قليل | عالي | معتدلة - عالية |
| حالات الاستخدام النموذجية | المضخات الكيميائية, الصمامات, فارما, البحرية | عام الصناعي والبحري | طعام, المواد الكيميائية الخفيفة | المواد الكيميائية العدوانية, خدمة عالية الإعداد | الدبابات الدقة, الأنابيب, بنيان |
10. خاتمة
يقف CF3M من الفولاذ المقاوم للصدأ في طليعة السبائك غير القابل للصدأ,
الزواج من مقاومة التآكل المكافئة 316L, خصائص ميكانيكية قوية, وملبوة براعة المكون.
مع ارتفاع المطالب الصناعية, يمكّن CF3M المهندسين من تصميم مجمع,
المكونات الفعالة من حيث التكلفة التي تتحمل أقسى المادة الكيميائية, البحرية, وبيئات المعالجة.
من خلال الالتزام بأفضل الممارسات في السيطرة على الكيمياء, معالجة مسبك, والمعالجة الحرارية بعد اليناب,
الشركات المصنعة تفتح إمكانات CF3M الكاملة, ضمان طول العمر, مصداقية, وقيمة دورة الحياة.
لانجهي هو الخيار الأمثل لاحتياجات التصنيع الخاصة بك إذا كنت بحاجة إلى جودة عالية مصبوبات الفولاذ المقاوم للصدأ.
