ما الذي يميّز الفولاذ المقاوم للصدأ 304L و304H عن بعضهما البعض؟ تخيل أنك تعمل على مشروع حاسم، وتختار بين هاتين المادتين. تستكشف هذه المقالة أوجه الاختلاف والتشابه بينهما، بدءًا من التركيب الكيميائي إلى الأداء في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. سيفهم القراء العوامل الرئيسية في اختيار المادة المناسبة لتطبيقات محددة، مما يضمن الكفاءة والمتانة في مشاريعهم. تعمّق لاكتشاف كيف يمكن أن تؤثر هذه السبائك على قراراتك الهندسية.
أثناء إنشاء مشروع معين في عام 2014، واجهنا مشاكل في إنشاءات اللحام التي تتضمن مواد أنابيب 304 و304H على حد سواء.
من خلال سلسلة من أنشطة المشروع المتعلقة بإدارة المواد، وإدارة البناء، وتقنيات اللحام، وعمليات التفتيش، لاحظنا أن مواد السلسلة 304 تشترك في سمات مشتركة ضمن نطاق معين، ولكن لديها أيضًا فروق واضحة وفواصل صارمة.
لذلك، فإن تلخيص هذه التشابهات والاختلافات يساهم في تنظيم المعرفة وتراكم خبرات البناء المستقبلية.
يندرج الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بشكل عام تحت فئة الفولاذ المقاوم للتآكل وهو الأكثر استخدامًا نوع الفولاذ.
يعد الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 18-8 الأكثر تمثيلاً، حيث يتميز بخصائص ميكانيكية مواتية، وهو مناسب للمعالجة الميكانيكية والختم واللحام.
يوفر مقاومة ممتازة للتآكل في البيئات المؤكسدة ومقاومة جيدة للحرارة. ومع ذلك، فهو حساس بشكل خاص للوسائط التي تحتوي على أيونات الكلوريد (Cl-)، والتي يمكن أن تؤدي إلى التآكل الإجهادي. يتوفر الفولاذ المقاوم للصدأ 18-8، بشكل أساسي 304 و304L و304H، في أشكال مختلفة، بما في ذلك الصفائح والقضبان والألواح.
إن سبيكة 304H (UNS S30409) هي نسخة معدلة من سبيكة الكروم 18%، والنيكل 8% 304 الأوستنيتي من النيكل 304. إن سبيكة محتوى الكربون في هذا المنتج ما بين 0.04 و0.10، مما يعزز من قوة مكونات المنتج في درجات الحرارة العالية في البيئات التي تزيد عن 800 درجة فهرنهايت.
يناقش هذا القسم في المقام الأول درجات الفولاذ، والتركيب الكيميائي، وأداء الصلب الأوستنيتي 304 مواد الفولاذ المقاوم للصدأمقارنة ألواح الصلب وأنابيب الصلب بشكل أساسي.
جدول المعادلات التقريبية لدرجات الصلب لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من الدرجة 304
لا يوجد | GB 24511-2009 | GB/T 4237-1992 | ASME (2007) SA240 | EN 10028-7:2007 | |||
نظام الترقيم الموحد | الصف الجديد | الصف القديم | كود UNS | الطراز | الرمز العددي | الصف | |
1 | S30408 | 06Cr19Ni10 | 0Cr18Ni9 | S30400 | 304 | 1.4301 | X5CrNi18-10 |
2 | S30403 | 022Cr19Ni10 | 00Cr19Ni10 | S30403 | 304L | 1.4306 | X2CrNi19-11 |
3 | S30409 | 07Cr19Ni10 | -- | S30409 | 304H | 1.4948 | X6CrNi18-10 |
جدول المكافئ التقريبي لدرجات الصلب لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الملحومة من الدرجة 304
لا يوجد | GB/T 12771-2008 | GB/T 12771-2000 | ASME (2007) SA312 | EN 10028-7:2007 | |||
نظام الترقيم الموحد | الصف الجديد | الصف القديم | كود UNS | الطراز | الرمز العددي | الصف | |
1 | S30408 | 06Cr19Ni10 | 0Cr18Ni9 | S30400 | TP304 | 1.4301 | X5CrNi18-10 |
2 | S30403 | 022Cr19Ni10 | 00Cr19Ni10 | S30403 | TP304L | 1.4306 | X2CrNi19-11 |
3 |
جدول التركيب الكيميائي للأوستنيتي الفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ المقاوم للحرارة
لا يوجد | نظام الترقيم الموحد | التركيب الكيميائي (الكسر الكتلي) % [التركيب وفقًا للمعيار GB/T 20878-2007] | |||||||||
C | سي | من | P | S | ني | كر | مو | N | |||
1 | S30408 | 0.08 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~11.00 | 18.00~20.00 | |||
2 | S30403 | 0.03 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~12.00 | 18.00~20.00 | |||
3 | S30409 | 0.04~0.10 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~11.00 | 18.00~20.00 | |||
4 | S30458 | 0.08 | 1.00 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 8.00~11.00 | 18.00~20.00 | 0.10~0.16 |
جدول الإجهاد المسموح به للستانلس ستانلس ستانيك الأوستنيتي صفيحة فولاذية الصف 304
الصف | معايير ألواح الصلب | السُمك مم | الإجهاد المسموح به/ميجا باسكال عند درجات الحرارة التالية (درجة مئوية) | |||||||||||||||||
≤20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 525 | 550 | 575 | 600 | 625 | 650 | 675 | 700 | |||
S30408 | GB24511 | 1.5~80 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
S30403 | GB24511 | 1.5~80 | 120 | 120 | 118 | 110 | 103 | 98 | 94 | 91 | 88 | |||||||||
120 | 98 | 87 | 81 | 76 | 72 | 69 | 67 | 65 | ||||||||||||
S30409 | GB24511 | 1.5~80 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
ملاحظة: لا ينطبق الإجهاد المسموح به في الصف الأول إلا على المكونات التي تسمح بالتشوه الطفيف الدائم. |
جدول الإجهاد المسموح به لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي درجة 304
الصف | معايير ألواح الصلب | السُمك مم | الإجهاد المسموح به/ميجا باسكال عند درجات الحرارة التالية (درجة مئوية) | |||||||||||||||||
≤20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 525 | 550 | 575 | 600 | 625 | 650 | 675 | 700 | |||
S30408 | GB13296 | ≤14 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
S30403 | GB13296 | ≤14 | 117 | 117 | 117 | 110 | 103 | 98 | 94 | 91 | 88 | |||||||||
117 | 97 | 87 | 81 | 76 | 73 | 69 | 67 | 65 | ||||||||||||
S30408 | GB/T14976 | ≤28 | 137 | 137 | 137 | 130 | 122 | 114 | 111 | 107 | 103 | 100 | 98 | 91 | 79 | 64 | 52 | 42 | 32 | 27 |
137 | 114 | 103 | 96 | 90 | 85 | 82 | 79 | 76 | 74 | 73 | 71 | 67 | 62 | 52 | 42 | 32 | 27 | |||
S30403 | GB/T14976 | ≤28 | 117 | 117 | 117 | 110 | 103 | 98 | 94 | 91 | 88 | |||||||||
117 | 97 | 87 | 81 | 76 | 73 | 69 | 67 | 65 | ||||||||||||
S30408 | GB/T12771 | ≤28 | 116 | 116 | 116 | 111 | 104 | 97 | 94 | 91 | 88 | 85 | 83 | 77 | 67 | 54 | 44 | 36 | 27 | 23 |
116 | 97 | 88 | 82 | 77 | 72 | 70 | 67 | 65 | 63 | 62 | 60 | 57 | 53 | 44 | 36 | 27 | 23 | |||
S30403 | GB/T12771 | ≤28 | 99 | 99 | 99 | 94 | 88 | 83 | 80 | 77 | 75 | |||||||||
99 | 82 | 74 | 69 | 65 | 62 | 59 | 57 | 55 | ||||||||||||
S30408 | GB/T24593 | ≤4 | 116 | 116 | 116 | 111 | 104 | 97 | 94 | 91 | 88 | 85 | 83 | 77 | 67 | 54 | 44 | 36 | 27 | 23 |
116 | 97 | 88 | 82 | 77 | 72 | 70 | 67 | 65 | 63 | 62 | 60 | 57 | 53 | 44 | 36 | 27 | 23 | |||
S30403 | GB/T24593 | ≤4 | 99 | 99 | 99 | 94 | 88 | 83 | 80 | 77 | 75 | |||||||||
99 | 82 | 74 | 69 | 65 | 62 | 59 | 57 | 55 | ||||||||||||
ملاحظة: لا ينطبق الإجهاد المسموح به في الصف الأول إلا على المكونات التي تسمح بالتشوه الطفيف الدائم. تم ضرب البيانات المطابقة لـ GB/T 12771 و GB/T 24593 في وصلة اللحام معامل 0.85. |
عند استخدام مواد الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الأوستنيتي في خطوط أنابيب الضغط، من الضروري ملاحظة أن الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ المصنوع من الكروم والنيكل قد يتعرض للتقصف في طور سيجما عند استخدامه لفترة طويلة في درجات حرارة تتراوح بين 540 درجة مئوية و900 درجة مئوية.
يُنصح بالتحكم في محتوى الفريت ودرجة التشوه البارد في الفولاذ الأوستنيتي. في ظروف درجات الحرارة المرتفعة (درجة حرارة التشغيل التي تتجاوز 540 درجة مئوية)، يجب أن يستوفي الفولاذ الأوستنيتي الأوستنيتي المقاوم للصدأ منخفض الكربون (C ≤ 0.08%) متطلبات إضافية:
1) يجب أن يكون محتوى الكربون في المادة الأم ≥ 0.04;
2) حالة المعالجة الحرارية: تبريد سريع >1040 درجة مئوية;
3) يجب أن يكون متوسط حجم الحبيبات من الدرجة 7 أو أكثر خشونة. وإذا تعذر استيفاء هذه الاشتراطات الإضافية، ينبغي اختيار الإجهاد المسموح به وفقاً للفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون للغاية.
الخواص الميكانيكية
درجات الحرارة العالية قوة المردود جدول لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي درجة 304
الصف | السُمك مم | Rp0.2/MPa عند درجات الحرارة التالية (درجة مئوية) | ||||||||||
20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | ||
S30408 | ≤80 | 205 | 171 | 155 | 144 | 135 | 127 | 123 | 119 | 114 | 111 | 106 |
S30403 | ≤80 | 180 | 147 | 131 | 122 | 114 | 109 | 104 | 101 | 98 | ||
S30409 | ≤80 | 205 | 171 | 155 | 144 | 135 | 127 | 123 | 119 | 114 | 111 | 106 |
جدول قوة الخضوع في درجات الحرارة العالية لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي درجة 304
الصف | Rp0.2/MPa عند درجات الحرارة التالية (درجة مئوية) | ||||||||||
20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | |
S30408 | 210 | 174 | 156 | 144 | 135 | 127 | 123 | 119 | 114 | 111 | 106 |
S30403 | 180 | 147 | 131 | 122 | 114 | 109 | 104 | 101 | 98 | ||
S30409 |
في GB/T20878-2007 "الفولاذ المقاوم للصدأ ودرجات الفولاذ المقاوم للحرارة والتركيب الكيميائي"، فإن الفولاذ الأوستنيتي الجديد عالي الحرارة درجة الفولاذ المقاوم للصدأ تمت إضافة S30409 (07Cr19Ni10) بمحتوى كربوني 0.04% ~ 0.10%.
ومع ذلك، هناك مشكلة ازدواج الرتبة مع الرتبة 304، أي أن هناك تداخل في محتوى الكربون بين S30409 (07Cr19Ni10) وS30408 (06Cr19Ni10). وتوجد نفس مشكلة الرتبة المزدوجة أيضًا مع S31609 (07Cr17Ni12Mo2)، الذي يحتوي على محتوى كربوني يبلغ 0.04% ~ 0.10%، وهناك أيضًا تداخل في المحتوى الكربوني مع S31608 (06Cr17Ni12Mo2).
وثائق توسيم المواد وضمان الجودة
يجب وضع العلامات على المواد الموردة والمستلمة لخط أنابيب الضغط وفقًا للمعايير المقابلة وشروط العقد. وينبغي أن تحمل كل قطعة من المواد علامات واضحة وثابتة، وبالنسبة للمواد التي يقل قطرها الاسمي عن DN40 أو يساويه، يمكن وضع العلامات باستخدام العلامات أو غيرها من الطرق البديلة.
يجب أن يتضمن محتوى الملصقات، على الأقل، علامات الصانع واسم المادة (الرمز). وبالنسبة لمكونات الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ (النوع H) المستخدمة في ظروف درجات الحرارة العالية، ينبغي أيضًا تضمين أرقام أو رموز دفعة المواد.
تتضمن وثائق ضمان الجودة المقابلة نتائج الفحص والاختبار المحددة في المعايير والعقود، ويجب أن تكون قابلة للتتبع.
يتم تصنيف المادة الأم للحام المعدات الحاملة للضغط وتجميعها وفقًا للتركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية وقابلية اللحام مادة معدنية.
وفقًا لـ NB/T47014-2011، فإن فئات المواد الأم لـ S30403 وS30408 وS30408 وS30409 هي Fe-8، مع مجموعة من Fe-8-1. عملية اللحام يمكن الرجوع في التقييم إلى تقرير تقييم عملية اللحام الحالي HN2006-02-2012.
ويرد مبدأ اختيار مواد اللحام في NB/T47015-2011: بالنسبة للحام الفولاذ عالي السبائك من نفس الرتبة، يجب أن تضمن مواد اللحام أن تكون الخواص الميكانيكية لمعدن اللحام مساوية للقيم الحدية المحددة للمادة الأم أو أعلى منها.
عند الضرورة، يجب ألا تكون مقاومته للتآكل أقل من المتطلبات المقابلة للمادة الأم، أو يجب أن تفي الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل بالشروط الفنية المنصوص عليها في وثائق التصميم.
مواد اللحام الموصى بها كما هو موضح في الجدول التالي:
نظام الترقيم الموحد (UNS) | الصف | معدن محمي اللحام بالقوس الكهربائي أقطاب (SMAW) | اللحام بالقوس المغمور (SAW) | الغاز لحام القوس التنغستن (GTAW) | ||
نماذج الأقطاب الكهربائية | أمثلة لدرجات القطب الكهربائي | أنواع التدفق | أمثلة لدرجات أسلاك اللحام والتدفق واللحام | درجات أسلاك اللحام | ||
S30408 | 06Cr19Ni10 | E308-16 E308-15 | A102A107 | F308-H08CH08Cr21Ni10 | SJ601-H08Cr21Ni10 HJ260-H08Cr21Ni10 HJ260-H08Cr21Ni10 | H08Cr21Ni10 |
S30403 | 022Cr19Ni10 | ER308L-16 | A002 | F308L-H03Cr21Ni10 | SJ601-H03Cr21Ni10 HJ260-H03Cr21Ni10 | H03Cr21N i10 |
بالمقارنة مع الفولاذ الكربوني، تبلغ مقاومة الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ 5 أضعاف مقاومة الفولاذ الكربوني، مما يؤدي إلى زيادة مدخلات الحرارة تحت نفس ظروف اللحام بالتيار وجهد القوس الكهربائي.
الموصلية الحرارية منخفضة، حوالي ثلث الفولاذ الكربوني، مما يؤدي إلى بطء انتقال الحرارة وزيادة التشوه الحراري.
يبلغ معامل التمدد الخطي حوالي 40% أكبر من معامل الفولاذ الكربوني، مما قد يؤدي بسهولة إلى زيادة التمدد الحراري أثناء التسخين والانكماش أثناء التبريد، مما يجعل التشوه بعد اللحام أكثر وضوحًا.
النقاط الرئيسية للحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ:
1) لتجنب التشوه الكبير وإجهاد اللحام أثناء اللحام، يجب اختيار طريقة لحام ذات طاقة لحام مركزة.
2) رقابة صارمة على حرارة اللحام يجب الحفاظ على المدخلات لمنع نمو حبيبات اللحام بشدة وحدوث شقوق اللحام الساخنة.
3) لتحسين مقاومة التشقق الحراري ومقاومة اللحام للتآكل، يجب الحفاظ على منطقة اللحام نظيفة لتجنب تسرب العناصر الضارة إلى اللحام.
4) لا يتطلب الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ التسخين المسبق أثناء اللحام. ولمنع نمو الحبيبات في اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة وترسيب الكربيدات، ولضمان اللدونة والمتانة ومقاومة التآكل في وصلة ملحومة، يجب أن تبقى درجة الحرارة البينية منخفضة، بحيث لا تتجاوز 100 درجة مئوية بشكل عام.
أوستنيت الحبيبات هي الحبيبات التي يتم الحصول عليها عندما يتم تقسية الفولاذ، ويسمى حجم الحبيبات حجم حبيبات الأوستينيت. ينقسم حجم الحبيبات القياسي إلى 8 مستويات، المستويات 1-4 هي الحبيبات الخشنة، والمستويات 5-8 هي الحبيبات الدقيقة، والمستويات 10-13 فوق المستوى 8 هي الحبيبات فائقة النعومة.
يتم إجراء الملاحظات تحت مجهر 100x. في الإنتاج الفعلي، أصبحت تنقية الحبيبات إحدى الطرق المهمة لتقوية المواد المعدنية، والتي يمكن أن تحسن من قوة وصلابة الفولاذ في نفس الوقت. ونأمل أيضًا في الحصول على حبيبات أدق أثناء اللحام الهندسي.
نحتاج إلى الانتباه إلى تأثير معدل التسخين أثناء عملية اللحام. معدل التسخين هو في الأساس مشكلة ارتفاع درجة الحرارة. كلما زادت درجة السخونة الزائدة، كلما زادت نسبة معدل التنوي إلى معدل النمو، وكلما قل حجم الحبيبات الأولية.
على الرغم من ذلك الأوستينيت تميل الحبيبات إلى النمو في درجات الحرارة المرتفعة، لذلك لا يمكن أن يكون هناك وقت طويل للاحتفاظ بها في درجات الحرارة المرتفعة. لذلك، نؤكد على التسخين والتبريد السريع أثناء اللحام.
يؤثر محتوى الكربون في الفولاذ أيضًا على حبيبات الأوستينيت. عندما يكون محتوى الكربون في الفولاذ غير كافٍ لتشكيل غير محلول الكربيدات، مع زيادة محتوى الكربون، تميل حبيبات الأوستينيت إلى النمو والخشونة.
ولذلك، من بين الثلاثة، فإن S30408 أكثر عرضة للخشونة من بين الأنواع الثلاثة، وينبغي الاهتمام بالتحكم في خشونة الحبوب ومنعها في جوانب أخرى.
التحكم في نسبة الكروم إلى النيكل في معدن اللحام، بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ 304، عندما تكون نسبة الكروم إلى النيكل في مواد اللحام أقل من 1.61، فمن المحتمل أن تحدث تشققات ساخنة؛ وعندما تصل نسبة الكروم إلى النيكل إلى 2.3-3.2، يمكن منع حدوث تشققات ساخنة.
يمكن أيضًا أن يؤدي الحد الصارم من محتوى العناصر الضارة مثل البورون والكبريت والفوسفور والسيلينيوم في معدن اللحام إلى منع حدوث الشقوق الساخنة.
يتطلب تصميم المعدات البتروكيماوية لدرجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي والتآكل القوي الكثير من المتطلبات، ويجب النظر بعناية في اختيار المواد وبنية اللحام لضمان استقرار المعدات على المدى الطويل.
إن فهم خصائص المواد والتمييز بين أوجه الاختلاف والتشابه بينها وإتقان تقنيات بناء اللحام المستهدفة هي أمور مهمة بشكل خاص.
مع تطور تكنولوجيا المواد، يتم تحسين المواد بشكل متزايد من أجل أداء محدد، ويصبح "اختيار المواد واستخدامها" أكثر تخصصًا، وكذلك المعرفة. ومن المأمول أن تلعب هذه المقالة دورًا إيجابيًا في هذا الصدد.