فولاذ مقاوم للصدأ

فولاذ مقاوم للصدأ
الفولاذ المقاوم للصدأ أو الصلب المقاوم للصدأ هو سبيكة معدنية حديدية تحتوي على خليط من العناصر حيث نسبة الحديد فيها لا تقل عن 50%، ونسبة الكروم من 5% إلى 30% والنيكل والمولبيدنيوم حوالي 8.5% ونسبة الكربون بحد أقصى 2 %، وتكتسب مقاومتها للصدأ والتآكل بسبب تكوين طبقة رقيقة متماسكة وغير مرئية من أكسيد الكروم تلتصق بسطح المعدن وتقيه من التآكل، وتكون هذه الطبقة واقية بدرجة كافية كلما كانت نسبة الكروم في الفولاذ عالية.
عرف الفولاذ المقاوم للصدأ لأول مرة من قبل هاري بريسلي في العام(1912) حيث استطاع الحصول على سبيكة تحتوي على (12-13٪) كروم لا تصدأ في الجو وفي أوساط أخرى وقد استعملت لصناعة أدوات المائدة ومنذ ذلك الحين وحتى الآن ظهرت أنواعا عديدة خصوصا تلك التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل بسبب وجود وسط قاس مساعد على التآكل مثل الأوساط الموجودة في الصناعات الكيميائيه والبترولية.
هذا الاسم (صلب مقاوم للصدأ) ينبع من حقيقة أن الصلب (الفولاذ) المقاوم للصدأ لا يصدأ بتلك السهولة التي يصدأ بها الصلب الكربوني العادي، ولكنه في الحقيقة قابل للتآكل والصدأ عند ظروف خاصة، وتختلف مقاومته للصدأ باختلاف نسبة الكروم فيه، لذا فإنه من المهم اختيار النوع الصحيح من الصلب المقاوم للصدأ حسب التطبيق الذي سيستخدم فيه.
أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ
يقسم الفولاذ المقاوم للصدأ حسب التركيب الميتالرجي إلى أربع مجاميع رئيسية تختلف عن بعضها البعض في مقاومتها للتآكل وخواصها الميكانيكية وكذلك كلفتها.
إن كل مجموعة تحوي على أنواع قياسية تختلف عن بعضها في التركيب الكيمياوي وكذا في استخداماتها، وكل نوع يشار إليه برقم يسمى الرقم الدال أو رقم الدلالة وحسب الأنظمة المختلفة مثل النظام الأمريكي الخاص بجمعية الحديد والفولاذ الأمريكية (AISI).
الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسايتي
تسمى هذه المجموعة بهذا الاسم لكونها لها قابلية على تكوين المارتنسايت عند تبريدها تبريدا سريعا من الحالة التي يكون تكوينها أوستنيت، أي من درجات الحرارة العالية. تتميز سبائك هذه المجموعة باحتوائها على الكربون ولها ممغنطة وقابلية اللحام منخفضة، ومقاومة تآكل معتدلة، حيث أن مقاومة التآكل لسبائك هذه المجموعة هي أقل من سبائك المجموعتين الثانية والثالثة، كما أن مقاومة الشد والصلادة لها تكون عالية لذلك فهي تستخدم في الأغراض التي تتطلب مقاومة شد وصلادة عاليتين ومقاومة تآكل معتدلة نسبيا.
تستخدم في صناعة أجزاء الصمامات ومحامل الكريات مثل السبيكة 440 وتستخدم أيضا السبيكة 420 لصناعة الأدوات الجراحية.
الفولاذ المقاوم للصدأ الفرّيتي
يحتوي هذا النوع على نسبة عالية من الكروم مقارنة مع الأنواع الأخرى مما تؤدي إلى استقرارية الفيرّيت كما أنه غير قابل للتصليد. ومن أشهر أنواع سبائك هذه المجموعة هي (السبيكة 430) والتي تتميز بمقاومة تآكل جيدة في الجو، لذات فإنها تستعمل بشكل واسع في صناعة أجزاء زخارف السيارات وفي مصانع أكسدة الأمونيا وفي صناعة أدوات الطعام المنزلية مثل الصحون والقدور وكذلك الثلاجات والغسالات ... الخ، أما النوعان (422) و(446) يتميزان بمقاومة الكبريت نظرا لوجود نسبة عالية من الكروم.
وحديثا ظهر نوع آخر لهذه المجموعة وهو الفولاذ المقاوم للصدأ الفرّيتي العالي النقاوة الذي يحتوي نسبة ضئيلة جدا من الكربون والنتروجين وأهم ما يمتاز به هو الخواص الميكانيكية العالية لمنطقة اللحام التي تفتقر إليها السبائك الأخرى.
وأهم المظاهر الحسنة لسبائك هذه المجموعة هي مقاومتها للتآكل الإجهادي خاصة في الماء الذي يحتوي على الكلوريدات.
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي
أو كما يعرف بالسلسلة (200) و(300) ، إن سبائك هذه المجموعة هي أكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ استعمالا نظرا لما تمتاز به من خواص ميكانيكية ومقاومة تآكل جيدتين ويمكن أن تكون ملحومة كما أنها غير مغناطيسية ولا تتصلد عند التبريد السريع ذلك لاحتوائها المنغنيز والنيكل والنتروجين.
السلسلة (200) :
النوع (200) يعد مناسباً للأعمال الشاقة في درجات الحرارة المنخفضة.
النوع (202) فهو الفولاذ المقاوم للصدأ للغرض العام. وبسبب انخفاض مستوى النيكل وزيادة المنغنيز فذلك يجعل من هذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ ضعيف تجاه مقاومة التآكل.
السلسلة (300) :
النوع (304) يعتبر أول وأكثر الأنواع استخداماً ويُعرف أيضاً باسم 18/8 لكونه يتكون من 18٪ كروم و 8٪ نيكل.
النوع (306) يعد ثاني أكثر أنواع السلسلة (300) استخداماً، ويستخدم بشكل أساسي نتيجة قدرته العالية على مقاومة التآكل لكونه يحتوي على 18٪ من كروم و 10٪ نيكل ولهذا السبب فهو يُعرف أيضاً باسم الفولاذ (18/10) ، وغالبا ما يُستخدم في السكاكين وتجهيزات المطابخ ذات الجودة العالية.
وبشكل عام، فهذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ يمتاز بعدة خصائص يجعله الخيار الأنسب في الحالات التي تكون فيها الأوساط مساعدة على التآكل وفي مختلف العمليات الصناعية ولأغراض البناء وفي أدوات المطبخ والأواني المنزلية وفي صناعة الأدوية وفي الأغراض التي تتطلب عدم حصول صدأ مهما كانت درجته ومن أكثر سبائك هذه المجموعة استعمالا ونفعا هي السبائك 304 و 304L و 316 و 347 إضافة إلى carpente 20.
الفولاذ المقاوم للصدأ القابل للتصليد بالتعتيق
سبائك هذه المجموعة تصلد بالتعتيق أو بالترسيب ويمكن تعزيز قوتها بإضافة النحاس والألمنيوم والنيوبيوم ،أما مقاومة التآكل لها هي أقل من مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (304) تدخل استعمالاتها في صناعة الصواريخ والطائرات.
و قد ظهرت مؤخرا سبائك أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ مثل CD-4MCu فيراليوم، وهي سبائك مزدوجة التركيب حيث تركيبها الميتلرجي هو فيريت في أرضية من الأوستنيت، أمّا مكوناتها الكيميائية الأساسية فهي الكروم والنيكل وهذا ما يكسبها خواص ميكانيكية ومقاومة تآكل عاليتين.
إن كافة سبائك المجاميع الأربعة تشكل ميكانيكيا عدا السبيكة D-4MCu التي تشكل بالسباكة.
استخدامات الصلب المقاوم للصدأ
يدخل هذا النوع من الصلب في صناعات متعددة ولكن يستعمل بصفة أساسية للصناعات التي تحتاج إلى مقاومة عالية جدا للصدأ (كالأدوات المنزلية وعلب المشروبات وشفرات الحلاقة الداخلية والنقل وبعض أجزاء الآلات المعرضة للرطوبة). يستخدم في أدوات الجراحة وأدوات المائدة وتتميز أواني الطبخ المصنوعة من الصلب (الفولاذ) الذي لا يصدأ بأنها موصلة جيدة للحرارة وذات صلابة وقوة شديدتين، وهي رخيصة الثمن وتقاوم الصدأ عند تعرضها للماء أو تخزينها دون تجفيفها، ويمكن استعمالها بشكل مستمر فترة طويلة.
تستحوذ الصناعات الكيميائية ومنشآت الطاقة على أكثر من ثلث استهلاك الأصلاب المقاومة للصدأ ومن أمثلة تلك التطبيقات أوعية المفاعلات النووية والمبادلات الحرارية والأنابيب والمواسير في صناعة البترول، ومكونات كثيرة في الصناعات الكيميائية وصناعة عجائن الورق وأجزاء كثيرة في أفران وغلايات محطات إنتاج الكهرباء من الوقود الحفري.
الإنتاج العالمي
بلغ الإنتاج العالمي للفولاذ مقاوم الصدأ نحو 38 مليون طن في عام 2013 ،
وارتفع انتاجه عالميا إلى 42 مليون طن في عام 2014.
اقرأ أيضا
فروكروم
صلب
حديد التسليح
مخطط الحديد والكربون
المراجع
استحداثات 1916
اختراعات إنجليزية
حالات المادة
سبائك الكروم
فيزياء المواد المكثفة
مواد بناء
مواد حيوية