Oxidation Resistance of Stainless Steels

مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للأكسدة

الأكسدة هي تكوين قشور غنية بالأكسيد. وبمجرد تكوّن القشور، تبطئ هذه القشور من عملية الأكسدة، ما لم تتم إزالتها ميكانيكيًا أو تشققها، وهو ما يمكن أن يحدث إذا تشوه الفولاذ تحت الحمل. في الفولاذ المقاوم للصدأ، المستخدم في درجة الحرارة حتى 1100 درجة مئوية ل مقاومة للحرارة ويستخدم هذا النوع من القشور المتكونة في الغالب غنيًا بالكروم. ستمنع طبقة القشور المعاد تشكيلها المزيد من الأكسدة، ولكن المعدن المفقود في تكوين الأكسيد سيقلل من القوة الفعالة لقسم الصلب.

تعتمد مقاومة الأكسدة بشكل أساسي على درجة الحرارة، وتركيبة الغاز ومستوى الرطوبة ودرجة الفولاذ، ومستوى الكروم بشكل أساسي. أوستنيتي الفولاذ المقاوم للصدأ هو الخيار الأفضل لأنه يتمتع أيضًا بقوة أفضل في درجات الحرارة المرتفعة مقارنةً بعائلة الفريت. يمكن أن تؤدي معدلات التمدد الحراري المرتفعة للفولاذ الأوستنيتي إلى مشاكل مثل التشوه وقد تؤدي إلى فقدان القشور (التشظي) أثناء التدوير الحراري.

شروط تكوين الأكسيد المستقر
تعتمد الأكسدة بشكل أساسي على مستوى الأكسجين المتاح في الغلاف الجوي. مخاليط الغازات التي تشمل الهواء وثاني أكسيد الكربون والبخار جميعها "تدعم" الأكسدة. ترجع مقاومة الأكسدة إلى تكوين أكاسيد غنية بالكروم (Cr2O3) على سطح الفولاذ. وبمجرد تكوينها تنمو هذه الأكاسيد بمعدل بطيء، وبالتالي تحمي الفولاذ الأساسي من المزيد من الأكسدة. تدعم حالة الجو المؤكسد مقاومة المزيد من الأكسدة. يمكن أن يؤثر بخار الماء سلبًا على مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للأكسدة. وربما يكون ذلك نتيجة لانخفاض مرونة مقياس الأكسيد الواقي. وكقاعدة عامة، يجب خفض درجات حرارة الخدمة القصوى للخدمة في الهواء الرطب، مقارنةً بالهواء الجاف، بحوالي 40-65 درجة مئوية. وينبغي اعتبار البخار عالي الحرارة حالة خاصة.

إذا كانت طبقة الأكسيد تتشقق في ظروف درجات الحرارة الدورية، فإن المعدل الإجمالي للأكسدة يزداد. قد يمثل ذلك مشكلة بالنسبة لعائلة الأوستنيتي وينعكس ذلك في انخفاض درجات حرارة الخدمة القصوى في ظروف درجات الحرارة "المتقطعة" مقارنةً بظروف الخدمة "المستمرة". وعلى النقيض من ذلك، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي والمارتنسيتي يكون عمومًا أعلى في درجات الحرارة المتقطعة من درجات حرارة الخدمة المستمرة.

محتوى الكروم هو الأكثر أهمية لتوفير مقاومة الأكسدة. على الرغم من أن مستويات الكروم 18% في حديدي 430 1.4016 والأوستنيتي 304 1.4301, 316 1.4401 و 3211.4541 توفر مقاومة "جيدة" للأكسدة، فإن الفولاذ المصمم خصيصًا لمقاومة الأكسدة يحتوي عمومًا على مستويات أعلى من الكروم في نطاق 20-25%، مثل الدرجة 310 1.4845.

يساعد النيكل أيضًا في تحسين مقاومة الأكسدة. وربما يرجع ذلك إلى تحسين التصاق طبقة الأكسيد.

يُضاف السيليكون والألومنيوم أيضًا لتحسين مقاومة الأكسدة ويتواجدان في بعض الدرجات بكميات محدودة حيث يمكن أن يؤثرا سلبًا على قابلية التشكيل وأداء الأكسدة في فولاذ مقاوم للصدأ مقاوم للحرارة.

يمكن أن يفيد الكالسيوم المضاف بكميات أقل مقاومة الأكسدة.

كما يتم إضافة العناصر الأرضية النادرة بما في ذلك السيريوم والإيتريوم لصنع بعض الدرجات المتخصصة المقاومة للحرارة. ربما يكون لهذه الإضافات تأثير مماثل للنيكل، من خلال مساعدة التصاق طبقة الأكسيد الغنية بالكروم بسطح المعدن.

أحد الأمثلة على درجة مقاومة الحرارة التي تستخدم مزيجًا من هذه المزايا التركيبية هو 253 م.م.أ (1.4835). لا يحتوي هذا الفولاذ على الألومنيوم النطاق، ولكن يُضاف النيتروجين لتعزيز القوة.

EN 10095، تركيبة 1.4835، الوزن %
C	سي	كر	ني	N	ج
0.05-0.12	1.40-2.50	20.0-22.0	10.0-12.0	0.12-0.20	0.03-0.08

التقصف في الخدمة درجة الحرارة

بالإضافة إلى قوتها المنخفضة في درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يشكل الفولاذ الحديدي مكونات هشة تحت نطاقات درجات حرارة معينة.
يجب تجنب درجات الحرارة التي تتراوح بين 370-540 درجة مئوية. في درجات الكروم الحديدي الأعلى من الكروم يمكن أن يحدث التقصف عند درجات حرارة أعلى بسبب تكوين طور "سيجما". وتعد هذه مشكلة أيضًا إذا تم استخدام النوع 25% من الكروم 1.4845 (310) في درجات حرارة أقل من 900 درجة مئوية تقريبًا. يمكن أن يحدث التشقق عند التبريد إلى درجات الحرارة المحيطة للصيانة بعد الخدمة في درجات الحرارة هذه.
قد تكون المواد الأوستنيتيّة "القياسية" 1.4878/14541 (321) أو 1.4401 (316) أو 1.4301 (304) خيارات أفضل لدرجات الحرارة "المنخفضة" هذه، حتى حوالي 870 درجة مئوية، وهي أقصى درجة حرارة خدمة في الهواء.

مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للأكسدة

مقالات ذات صلة