تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ

ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ؟

"الفولاذ المقاوم للصدأ" هو مصطلح تمت صياغته في وقت مبكر من تطوير هذا الفولاذ لتطبيقات أدوات المائدة.تم اعتماده كاسم عام لهذه الفولاذات ويغطي الآن مجموعة واسعة من أنواع ودرجات الفولاذ للتطبيقات المقاومة للتآكل أو الأكسدة.
الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبائك حديدية تحتوي على ما لا يقل عن 10.5٪ من الكروم.تتم إضافة عناصر صناعة السبائك الأخرى لتعزيز هيكلها وخصائصها مثل القابلية للتشكيل والقوة والمتانة المبردة.
هذا الهيكل البلوري يجعل هذا الفولاذ غير مغناطيسي وأقل هشاشة في درجات الحرارة المنخفضة.للحصول على صلابة وقوة أعلى، يتم إضافة الكربون.عند تعرضها للمعالجة الحرارية الكافية، يتم استخدام هذا الفولاذ كشفرات حلاقة وأدوات مائدة وأدوات وما إلى ذلك.
تم استخدام كميات كبيرة من المنغنيز في العديد من تركيبات الفولاذ المقاوم للصدأ.يحافظ المنغنيز على هيكل الأوستنيتي في الفولاذ كما يفعل النيكل، ولكن بتكلفة أقل.

العناصر الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ المقاوم للتآكل هو نوع من السبائك المعدنية التي توجد في مجموعة متنوعة من الأشكال.إنه يخدم احتياجاتنا العملية بشكل جيد بحيث يصعب العثور على أي مجال من مجالات حياتنا لا نستخدم فيه هذا النوع من الفولاذ.المكونات الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ هي: الحديد والكروم والكربون والنيكل والموليبدينوم وكميات صغيرة من المعادن الأخرى.

عناصر الفولاذ المقاوم للصدأ - تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ

وتشمل هذه المعادن مثل:

  • النيكل
  • الموليبدينوم
  • التيتانيوم
  • نحاس

يتم أيضًا إجراء إضافات غير معدنية، وأهمها:

  • كربون
  • نتروجين
الكروم والنيكل:

الكروم هو العنصر الذي يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ غير قابل للصدأ.فمن الضروري في تشكيل الفيلم السلبي.يمكن لعناصر أخرى أن تؤثر على فعالية الكروم في تشكيل الطبقة أو الحفاظ عليها، ولكن لا يمكن لأي عنصر آخر في حد ذاته أن يخلق خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ.

عند حوالي 10.5% من الكروم، يتم تشكيل طبقة ضعيفة توفر حماية جوية خفيفة.من خلال زيادة الكروم إلى 17-20%، وهو أمر نموذجي في سلسلة النوع 300 من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، يتم زيادة ثبات الفيلم السلبي.الزيادات الإضافية في محتوى الكروم ستوفر حماية إضافية.

رمز

عنصر

آل الألومنيوم
ج كربون
سجل تجاري الكروم
النحاس نحاس
الحديد حديد
شهر الموليبدينوم
من المنغنيز
ن نتروجين
ني النيكل
ص الفوسفور
س الكبريت
حد ذاته السيلينيوم
تا التنتالوم
تي التيتانيوم

سوف يعمل النيكل على تثبيت البنية الأوستنيتي (البنية الحبيبية أو البلورية) للفولاذ المقاوم للصدأ ويعزز الخواص الميكانيكية وخصائص التصنيع.سيؤدي محتوى النيكل بنسبة 8-10% وما فوق إلى تقليل ميل المعدن إلى التشقق بسبب التآكل الناتج عن الإجهاد.يشجع النيكل أيضًا على إعادة التنشيط في حالة تلف الفيلم.

المنغنيز:

يؤدي المنغنيز، بالاشتراك مع النيكل، العديد من الوظائف المنسوبة إلى النيكل.وسوف يتفاعل أيضًا مع الكبريت الموجود في الفولاذ المقاوم للصدأ لتكوين كبريتيت المنغنيز، مما يزيد من مقاومة التآكل.ومن خلال استبدال النيكل بالمنجنيز ثم دمجه مع النيتروجين، يتم أيضًا زيادة القوة.

الموليبدينوم:

يعتبر الموليبدينوم، مع الكروم، فعالًا جدًا في تثبيت الفيلم السلبي في وجود الكلوريدات.إنه فعال في منع الشقوق أو التآكل.يوفر الموليبدينوم، بجانب الكروم، أكبر زيادة في مقاومة التآكل في الفولاذ المقاوم للصدأ.تستخدم شركة إدستروم للصناعات الفولاذ المقاوم للصدأ 316 لأنه يحتوي على 2-3% من الموليبدينوم، مما يعطي حماية عند إضافة الكلور إلى الماء.

كربون:

يستخدم الكربون لزيادة القوة.وفي درجة المارتنسيت، فإن إضافة الكربون يسهل عملية التصلب من خلال المعالجة الحرارية.

نتروجين:

يستخدم النيتروجين لتثبيت الهيكل الأوستنيتي للفولاذ المقاوم للصدأ، مما يعزز مقاومته للتآكل ويقوي الفولاذ.استخدام النيتروجين يجعل من الممكن زيادة محتوى الموليبدينوم بنسبة تصل إلى 6%، مما يحسن مقاومة التآكل في بيئات الكلوريد.

التيتانيوم والميوبيوم:

يتم استخدام التيتانيوم والميوبيوم لتقليل حساسية الفولاذ المقاوم للصدأ.عندما يتم تحسس الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن أن يحدث تآكل بين الخلايا الحبيبية.يحدث هذا بسبب ترسيب كربيدات الكروم أثناء مرحلة التبريد عند لحام الأجزاء.هذا يستنزف منطقة اللحام من الكروم.بدون الكروم، لا يمكن أن يتشكل الفيلم السلبي.يتفاعل التيتانيوم والنيوبيوم مع الكربون لتكوين الكربيدات، مما يترك الكروم في المحلول حتى يمكن أن يتشكل فيلم سلبي.

النحاس والألومنيوم:

يمكن إضافة النحاس والألومنيوم، إلى جانب التيتانيوم، إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لتسريع تصلبه.يتم تحقيق التصلب عن طريق النقع عند درجة حرارة تتراوح من 900 إلى 1150 درجة فهرنهايت.تشكل هذه العناصر بنية مجهرية صلبة بين المعادن أثناء عملية النقع عند درجة حرارة مرتفعة.

الكبريت والسيلينيوم:

تتم إضافة الكبريت والسيلينيوم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ 304 لجعله آليًا بحرية.يصبح هذا الفولاذ المقاوم للصدأ 303 أو 303SE، والذي تستخدمه شركة Edstrom Industries لصنع صمامات الخنازير، والمكسرات، والأجزاء التي لا تتعرض لمياه الشرب.

أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ

تحدد AISI الدرجات التالية من بين أمور أخرى:

يُعرف أيضًا باسم الفولاذ المقاوم للصدأ "الدرجة البحرية" نظرًا لقدرته المتزايدة على مقاومة تآكل المياه المالحة مقارنة بالنوع 304. غالبًا ما يستخدم SS316 لبناء محطات إعادة المعالجة النووية.

الفولاذ المقاوم للصدأ 304/304L

يتمتع النوع 304 بقوة أقل قليلاً من 302 بسبب انخفاض محتواه من الكربون.

الفولاذ المقاوم للصدأ 316/316L

الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316/316L عبارة عن فولاذ موليبدينوم يتمتع بمقاومة محسنة للتنقر بواسطة المحاليل التي تحتوي على الكلوريدات والهاليدات الأخرى.

310S الفولاذ المقاوم للصدأ

يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ 310S بمقاومة ممتازة للأكسدة تحت درجات حرارة ثابتة تصل إلى 2000 درجة فهرنهايت.

الفولاذ المقاوم للصدأ 317L

317L عبارة عن فولاذ يحتوي على الموليبدينوم وفولاذ النيكل والكروم الأوستنيتي مشابه للنوع 316، باستثناء أن محتوى السبائك في 317L أعلى إلى حد ما.

321/321H الفولاذ المقاوم للصدأ

النوع 321 هو النوع الأساسي 304 المعدل بإضافة التيتانيوم بكمية لا تقل عن 5 أضعاف محتويات الكربون بالإضافة إلى النيتروجين.

410 الفولاذ المقاوم للصدأ

النوع 410 عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي وهو مغناطيسي، ويقاوم التآكل في البيئات المعتدلة وله ليونة جيدة إلى حد ما.

دوبلكس 2205 (UNS S31803)

دوبلكس 2205 (UNS S31803)، أو أفستا شيفيلد 2205 عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ من الحديديك الأوستنيتي.

يتم تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا حسب بنيته البلورية:
  • يشكل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أكثر من 70% من إجمالي إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ.أنها تحتوي على حد أقصى قدره 0.15% من الكربون، وما لا يقل عن 16% من الكروم وما يكفي من النيكل و/أو المنغنيز للاحتفاظ بالبنية الأوستنيتي في جميع درجات الحرارة من المنطقة المبردة إلى نقطة انصهار السبيكة.التركيبة النموذجية هي 18% كروم و10% نيكل، المعروف باسم 18/10 غير القابل للصدأ وغالبًا ما يستخدم في أدوات المائدة.بالمثل 18/0 و 18/8 متاح أيضًا.يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ ¨فوق الأوستنيتي〃، مثل سبيكة AL-6XN و254SMO، مقاومة كبيرة لتنقر الكلوريد وتآكل الشقوق بسبب محتويات الموليبدينوم العالية (> 6٪) وإضافات النيتروجين والمحتوى العالي من النيكل يضمن مقاومة أفضل للتشقق الناتج عن التآكل الناتج عن الإجهاد. أكثر من 300 سلسلة.المحتوى العالي من سبائك الفولاذ "Superaustenitic" يعني أنها باهظة الثمن بشكل مخيف ويمكن عادةً تحقيق أداء مماثل باستخدام الفولاذ المزدوج بتكلفة أقل بكثير.
  • يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديديك بمقاومة عالية للتآكل، ولكنه أقل متانة بكثير من الدرجات الأوستنيتي ولا يمكن تصليبه بالمعالجة الحرارية.أنها تحتوي على ما بين 10.5% و27% من الكروم والقليل جدًا من النيكل، إن وجد.تشتمل معظم التركيبات على الموليبدينوم؛بعض الألومنيوم أو التيتانيوم.تشمل درجات الحديد الشائعة 18Cr-2Mo، و26Cr-1Mo، و29Cr-4Mo، و29Cr-4Mo-2Ni.
  • الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي ليس مقاومًا للتآكل مثل الفئتين الأخريين، ولكنه قوي للغاية وصلب بالإضافة إلى أنه قابل للتشكيل بشكل كبير، ويمكن تقويته بالمعالجة الحرارية.يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي على الكروم (12-14%)، والموليبدينوم (0.2-1%)، ولا يحتوي على النيكل، وحوالي 0.1-1% من الكربون (مما يمنحه صلابة أكبر ولكن يجعل المادة أكثر هشاشة قليلًا).إنه مروي ومغناطيسي.يُعرف أيضًا باسم الفولاذ "السلسلة 00".
  • يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج على بنية مجهرية مختلطة من الأوستينيت والفريت، والهدف هو إنتاج مزيج 50:50 على الرغم من أن المزيج قد يكون 60:40 في السبائك التجارية.لقد أدى الفولاذ المزدوج إلى تحسين القوة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي وكذلك تحسين مقاومة التآكل الموضعي وخاصة التنقر وتآكل الشقوق والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.وتتميز باحتوائها على نسبة عالية من الكروم ومحتويات أقل من النيكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.

تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ

بقي عدد قليل من القطع الأثرية الحديدية المقاومة للتآكل من العصور القديمة.أحد الأمثلة الشهيرة (والكبيرة جدًا) هو العمود الحديدي في دلهي، الذي تم تشييده بأمر من كومارا جوبتا الأول حوالي عام 400 بعد الميلاد. ومع ذلك، على عكس الفولاذ المقاوم للصدأ، تدين هذه المصنوعات اليدوية بمتانتها ليس للكروم، ولكن لمحتواها العالي من الفوسفور. والتي تعمل جنبًا إلى جنب مع الظروف الجوية المحلية المواتية على تعزيز تكوين طبقة تخميل واقية صلبة من أكاسيد الحديد والفوسفات، بدلاً من طبقة الصدأ المتشققة غير الواقية التي تتطور في معظم أعمال الحديد.

20171130094843 25973 - تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ
هانز جولدشميت

تم التعرف على مقاومة التآكل لسبائك الحديد والكروم لأول مرة في عام 1821 من قبل عالم المعادن الفرنسي بيير بيرتييه، الذي لاحظ مقاومتها ضد هجوم بعض الأحماض واقترح استخدامها في أدوات المائدة.ومع ذلك، لم يتمكن علماء المعادن في القرن التاسع عشر من إنتاج مزيج من الكربون المنخفض والكروم العالي الموجود في معظم الفولاذ المقاوم للصدأ الحديث، وكانت السبائك عالية الكروم التي يمكنهم إنتاجها هشة للغاية بحيث لا تكون ذات أهمية عملية.
تغير هذا الوضع في أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر، عندما طور هانز جولدشميت من ألمانيا عملية الألومينوثرمي (الثرميت) لإنتاج الكروم الخالي من الكربون.في الأعوام 1904-1911، قام العديد من الباحثين، وخاصة ليون جيليه من فرنسا، بإعداد سبائك يمكن اعتبارها اليوم الفولاذ المقاوم للصدأ.في عام 1911، قدم فيليب مونارتس من ألمانيا تقريرًا عن العلاقة بين محتوى الكروم ومقاومة التآكل لهذه السبائك.

ويُنسب إلى هاري برييرلي، من مختبر أبحاث براون فيرث في شيفيلد بإنجلترا، لقب "مخترع" الفولاذ المقاوم للصدأ.

20171130094903 45950 - تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ
هاري بريرلي

فُولاَذ.في عام 1913، بينما كان يبحث عن سبيكة مقاومة للتآكل لبراميل البندقية، اكتشف وقام بعد ذلك بتصنيع سبيكة من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي.ومع ذلك، كانت هناك تطورات صناعية مماثلة تحدث بشكل متزامن في مصنع كروب للحديد في ألمانيا، حيث كان إدوارد مورير وبينو شتراوس يطوران سبيكة الأوستنيتي (21% كروم، 7% نيكل)، وفي الولايات المتحدة، حيث كان كريستيان دانتسيزن وفريدريك بيكيت تم تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ.

يرجى ملاحظة أنك قد تكون مهتمًا بالمقالات الفنية الأخرى التي قمنا بنشرها:


وقت النشر: 16 يونيو 2022