الاختلافات بين الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 300
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من سلسلة 300 عبارة عن مجموعة من سبائك النيكل والكروم القائمة على الحديد والمصممة لمقاومة التآكل. هذا بالإضافة إلى قابلية التشكيل الممتازة، ومقاومة التآكل، والقوة عند درجة الحرارة، مما يجعلها مواد بناء شائعة داخل أنظمة الأنابيب.
الاختلافات بين السبائك طفيفة ولكنها متعمدة. على الرغم من أنه يمكن استخدامها بالتبادل في العديد من التطبيقات، إلا أنه في بعض الأحيان يكون هناك حل مثالي. قد تؤدي البدائل في مثل هذه المواقف إلى تعريض عمر الخدمة للخطر.
المقاومة للتآكل
نظرًا لأن مقاومة التآكل هي أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل المستخدمين النهائيين يختارون الخراطيم المعدنية، فإن وسائط التطبيق عادةً ما توجه اختيار السبائك. غالبًا ما يتم استخدام 304 لأنه الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة، على الرغم من أن 321 و316 بشكل خاص يوفران مقاومة أفضل للتآكل. لهذا السبب، يتم تصنيع معظم خراطيم Penflex باستخدام 321 أو 316L.
عادةً ما يكون حجم الجديل 304L لأنه لن يكون على اتصال مع وسائط التدفق، على الرغم من أن 316L يعد خيارًا إذا كان التطبيق في بيئة مسببة للتآكل - مثل المحيط أو عليه أو بالقرب منه - أو إذا كان الجزء الخارجي من الخرطوم معرضًا للتآكل الوسائط عبر التقطير، والرش، والجريان السطحي، وما إلى ذلك.
بالنسبة للتطبيقات المسببة للتآكل بشكل خاص، يمكن العثور على خصائص مقاومة للتآكل فائقة بين سبائك النيكل الأعلى مثل Monel® 400 وHastelloy® C276.
سلسلة 300 من الفولاذ المقاوم للصدأ: التركيب الكيميائي
يوضح الرسم البياني أدناه التركيب الكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300 الأكثر شيوعًا والمستخدم في صناعة الخراطيم المعدنية. تشير الأرقام الفردية إلى الحد الأقصى المسموح به بموجب متطلبات ASTM 240.
| 304 | 304L | 316 | 316L | 321 | |
| الكروم | 18% – 20% | 18% – 20% | 16% – 18% | 16% – 18% | 17% – 19% |
| النيكل | 8% – 10.5% | 8% – 12% | 10% – 14% | 10% – 14% | 9% – 12% |
| الموليبدينوم | 2% – 3% | 2% – 3% | |||
| كربون | 0.08% | 0.03% | 0.08% | 0.03% | 0.08% |
| المنغنيز | 2% | 2% | 2% | 2% | 2% |
| الفوسفور | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% | 0.045% |
| الكبريت | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% | 0.03% |
| السيليكون | .75% | .75% | .75% | .75% | .75% |
| التيتانيوم | 5 × (C + N) دقيقة – 0.70% | ||||
| نتروجين | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% | 0.1% |
| حديد | توازن | توازن | توازن | توازن | توازن |
يعتبر 304 خط الأساس عندما يتعلق الأمر بمقاومة التآكل. تمت إضافة مكونات سبائك مختلفة إلى الدرجات 321 و316 لزيادة مقاومة التآكل.
في حالة 304L و316L، تم إخراج الكربون. يشير الحرف "L" إلى "منخفض الكربون". تعتبر السبائك ذات الكربون المنخفض أقل عرضة لترسيب الكربيد في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) من نظيراتها من النوع القياسي.
يمكن أن يختلط الكروم والكربون تحت حرارة اللحام لتكوين كربيدات الكروم عند حدود الحبوب. يؤدي هذا التفاعل إلى استنفاد طبقة الكروم التي تعطي الفولاذ المقاوم للصدأ خصائصه المقاومة للتآكل، مما يجعل المناطق الخطرة في النهاية هدفًا للهجوم الكيميائي. إحدى طرق مكافحة ترسيب الكربيد هي تقليل كمية الكربون في المادة الأم.
هناك طريقة أخرى أكثر فعالية وهي إضافة التيتانيوم إلى المعدن، كما هو الحال مع 321. مع النوع 321، بدلاً من أن ينجذب الكربون إلى الكروم، ينجذب الكربون إلى التيتانيوم. يساعد هذا على ضمان بقاء طبقة الكروم السلبية سليمة.
مع كل من 316L و321، يمكن لعمليات التنظيف بعد اللحام القضاء على التآكل الناتج عن ترسيب الكربيد المتبقي.
مقاومة التآكل
يضاف الموليبدينوم إلى درجات 316 لزيادة مقاومة التآكل، خاصة في وجود الكلوريدات. للمساعدة في اختيار السبيكة المناسبة، تم تطوير معادلة تعتمد على التركيب الكيميائي. PREN، أو الرقم المكافئ لمقاومة التنقر، هو طريقة نظرية لمقارنة مقاومة التآكل بين السبائك المختلفة.
| سبيكة | برين |
| 304, 304L, 309, 310, 321 | 18.0 – 20.0 |
| 316, 316L | 22.6 – 27.9 |
| 317, 317L | 27.9 – 33.2 |
| آل-6XN | 39.8 – 45.1 |
| إنكونيل® 625 | 46.4 – 56.0 |
| هاستيلوي® سي-276 | 64.0 – 73.8 |
يعد اتخاذ الاحتياطات اللازمة لضمان تشابه منطقة HAZ بشكل أكبر مع المواد الأصلية من حيث مقاومة التآكل والتخطيط للتآكل المنقر أمرًا مهمًا إذا كانت مقاومة التآكل هي الأولوية. في التطبيقات التي لا يمثل فيها التآكل مشكلة، من المرجح أن تؤدي أي من سبائك سلسلة 300 إلى نتائج مماثلة.
معدلات التآكل بين الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 300
هناك طريقة أخرى لإظهار مستويات مختلفة من مقاومة التآكل بين هذه السبائك وهي النظر في معدلات التآكل المتوقعة. تختلف المعدلات من مادة كيميائية إلى أخرى ويتم توضيحها في مخطط مقاومة التآكل الخاص بـ Penflex. عند التفكير في مقدار المعدن الذي سيتم اهتراءه كل عام، يمكن رؤية الفرق بين قدرات مقاومة التآكل بسهولة أكبر.
وعندما يتعلق الأمر بمقاومة التآكل، فلا يجب أخذ السبيكة فقط بعين الاعتبار، بل أيضًا سمك جدار السبيكة. لقد قمنا بتجميع نشرة أخرى لمعالجة هذا الموضوع على وجه التحديد.
عوامل التدهور في درجات الحرارة المرتفعة
لا توجد مواد أخرى يمكنها الحفاظ على خصائصها من خلال هذا الفارق الكبير في درجات الحرارة مثل المعدن. من المحتمل أن يتطلب أي شيء أقل من 0 درجة فهرنهايت معدنًا، لذا تعد التطبيقات المبردة حالة استخدام شائعة للخراطيم المعدنية. بعض الخواص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي تزداد في الواقع عند درجات الحرارة المنخفضة! أي شيء أعلى من حوالي 400 درجة فهرنهايت سيتطلب أيضًا معدنًا، لذا من المحتمل أيضًا أن تكون التطبيقات ذات البخار المشبع الفائق أو تلك الموجودة داخل مصانع الصلب أو الأفران سيناريوهات للخراطيم المعدنية.
من المهم أن تتذكر أنه مع ارتفاع درجات الحرارة يأتي انخفاض في معدلات الضغط، وهناك بعض الاختلافات في تلك العوامل بين الفولاذ المقاوم للصدأ من السلسلة 300 الشائعة. تعتمد عوامل التدهور على سبيكة جديلة.
| درجة الحرارة F | 304/304L | 316/316L | 321 |
| 70 | 1 | 1 | 1 |
| 150 | 0.95 | 0.93 | 0.97 |
| 200 | 0.91 | 0.89 | 0.94 |
| 250 | 0.88 | 0.86 | 0.92 |
| 300 | 0.85 | 0.83 | 0.88 |
| 350 | 0.81 | 0.81 | 0.86 |
| 400 | 0.78 | 0.78 | 0.83 |
| 450 | 0.77 | 0.78 | 0.81 |
| 500 | 0.77 | 0.77 | 0.78 |
| 600 | 0.76 | 0.76 | 0.77 |
| 700 | 0.74 | 0.76 | 0.76 |
| 800 | 0.73 | 0.75 | 0.68 |
| 900 | 0.68 | 0.74 | 0.62 |
| 1000 | 0.6 | 0.73 | 0.6 |
| 1100 | 0.58 | 0.67 | 0.58 |
| 1200 | 0.53 | 0.61 | 0.53 |
| 1300 | 0.44 | 0.55 | 0.46 |
| 1400 | 0.35 | 0.48 | 0.42 |
| 1500 | 0.26 | 0.39 | 0.37 |
تكون عوامل خفض درجة الحرارة لـ 321 و304 أعلى من 316 حتى حوالي 700 درجة فهرنهايت، ومن ثم يكون العكس صحيحًا حيث أن 316 لها عوامل تخفيض أعلى من 321 و304. وكلما ارتفع عامل تخفيض درجة الحرارة، زادت معدلات الضغط.
على سبيل المثال، لحساب الحد الأقصى لضغط العمل لخرطوم مموج من الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة P4 مقاس ¾ بوصة 321 مع طبقة واحدة من جديلة 304L والتي ستعمل عند درجة حرارة 800 درجة فهرنهايت، اضرب ضغط العمل (940 رطل لكل بوصة مربعة) بعامل تخفيض مناسب (.73) .
ضغط العمل للخرطوم عند 800 درجة فهرنهايت هو 686 رطل لكل بوصة مربعة.
طورت Penflex عوامل التخفيض الخاصة بها بعد جمع البيانات الأولية حول قوة الشد في درجات حرارة مرتفعة من موردي المواد الرئيسيين وأخذ أقل القيم في كل فئة للسبائك المختلفة. ولهذا السبب، قد تكون أكثر تحفظًا من عوامل التخفيض التي نشرتها ناهد أو ISO 10380.
من المهم أن تتذكر درجة حرارة العمل القصوى للتركيبات الطرفية ويجب أيضًا أخذ طريقة ربطها في الاعتبار عند العمل مع درجات حرارة تشغيل مرتفعة.
بالنسبة لدرجات حرارة التطبيق التي تزيد عن 1000 درجة فهرنهايت، فإننا غالبًا ما نقترح استخدام Inconel® 625.
النظر في التطبيق بأكمله
كما هو مذكور أعلاه، في العديد من التطبيقات، سيكون لبدائل سبائك الخرطوم تأثير ضئيل على أداء الخرطوم. ومع ذلك، عندما ترتفع درجات الحرارة، أو تزيد الضغوط، أو تدور الخراطيم بشكل متكرر، يجب علينا الانتباه جيدًا.
يمكن أن تتفاقم تأثيرات درجة الحرارة والضغط والحركة مما يؤدي إلى التآكل في وقت أقرب مما كان متوقعًا لو كانت وسائط التطبيق هي العامل الوحيد في حساباتنا للتآكل. في حين أن الاختلافات بين الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300 قد تبدو صغيرة، إلا أنه يمكننا أن نبدأ في رؤية مدى سرعة تضخيمها.
