الفولاذ المقاوم للصدأ هو نوع من الفولاذ الذي يحتوي على الكروم، مما يمنحه مقاومة قوية للصدأ. بناءً على هيكلها، يتم تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ إلى أربعة أنواع رئيسية: الأوستنيتي، الحديدي، المارتنسيتي، والمارتنسيتي.الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين. كل نوع له خصائص فريدة ومتطلبات لحام محددة.
يتم إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق إضافة الكروم إلى الفولاذ، مما يخلق حالة خاملة تجعل المادة مقاومة للصدأ. ولكي تكون هذه الخاصية فعالة، يجب أن يكون محتوى الكروم 12% على الأقل. لتعزيز مقاومة التآكل بشكل أكبر، غالبًا ما تتم إضافة عناصر مثل النيكل والموليبدينوم لتقوية طبقة التخميل.
بشكل عام، يشمل "الفولاذ المقاوم للصدأ" على نطاق واسع كلا من الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للأحماض. في حين أن الفولاذ المقاوم للصدأ ليس دائمًا مقاومًا للأحماض، إلا أن الفولاذ المقاوم للأحماض يوفر عادةً مقاومة فائقة للصدأ بسبب تركيبته الكيميائية المحسنة.
الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ وخصائص اللحام
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على نسبة عالية من الكروم والنيكل، وعادةً ما يشكل هيكلًا أوستنيتيًا بالكامل في درجة حرارة الغرفة. يوفر هذا الفولاذ مرونة ممتازة وصلابة ومقاومة للتآكل. ومع ذلك، أثناء اللحام، فإنه يمثل العديد من التحديات:
التآكل الحبيبي:
عندما يظل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ضمن نطاق درجة الحرارة من 450 درجة إلى 850 درجة لفترة ممتدة، قد تترسب كربيدات Cr23C6 عند حدود الحبوب، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق مستنفدة للكروم وتسبب تآكل بين الخلايا الحبيبية. تشمل التدابير الوقائية استخدام مواد لحام منخفضة الكربون أو مواد لحام مستقرة مع عناصر مثل التيتانيوم أو النيوبيوم، وتطبيق تقنيات اللحام ذات المدخلات منخفضة الحرارة، وإجراء معالجة بمحلول ما بعد اللحام.
الشقوق الساخنة:
بسبب معامل التمدد الحراري العالي، يتعرض الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لضغط انكماش كبير أثناء التبريد، مما يجعله عرضة للتشقق الساخن. ولمنع ذلك، يمكن تعديل تركيبة معدن اللحام لتشكيل هيكل مزدوج، مع التحكم في محتوى الفريت بين 3% و5%. بالإضافة إلى ذلك، فإن اختيار طلاء القطب الكهربائي المناسب يمكن أن يقلل من مخاطر التشقق.
تكسير التآكل الإجهاد:
قد تتعرض الوصلات الملحومة في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي للتشقق المتأخر تحت ضغط الشد في بيئات محددة مسببة للتآكل. تشمل الاستراتيجيات الوقائية اختيار مواد اللحام المتوافقة، وضمان المطابقة المناسبة بين اللحام والمعدن الأساسي، واستخدام عمليات اللحام المناسبة، وتطبيق معالجة تخفيف الإجهاد بعد اللحام.
سوء تشكيل اللحام:
بسبب محتواه العالي من السبائك وانخفاض سيولة حوض السباحة المنصهر، يمكن أن يؤدي الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي إلى ضعف جودة سطح اللحام. لتحسين تشكيل اللحام، يمكن استخدام تقنيات مثل اللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG) للممرات الجذرية، والتحكم في نطاق درجة حرارة التحسس في المنطقة المتأثرة بالحرارة، وتطبيق تقنية حبة اللحام الضيقة.
الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي وخصائص اللحام
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديديك على 10.5% إلى 30% من الكروم وله هيكل شبكي مكعب مركزه الجسم. عادةً ما يفتقر إلى النيكل ولكنه قد يشتمل على كميات صغيرة من الموليبدينوم أو التيتانيوم أو النيوبيوم لتعزيز الخصائص. يتميز هذا الفولاذ بموصلية حرارية عالية، وتمدد حراري منخفض، ومقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل الناتج عن الإجهاد. وتشمل خصائص اللحام ما يلي:
قابلية اللحام:
بسبب معامل التمدد الحراري المنخفض، يميل الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي إلى تطوير ضغوط اللحام، والتي يمكن أن تسبب التشقق. يعد التسخين المسبق قبل اللحام والتبريد البطيء بعد ذلك ضروريًا لتقليل الضغط وتجنب التشقق.
التآكل الحبيبي:
الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي عرضة للتآكل الحبيبي، خاصة عندما يكون محتوى الكربون مرتفعًا. لتقليل هذا الخطر، يوصى باستخدام مواد لحام منخفضة الكربون أو مواد لحام مستقرة.
مقاومة التآكل:
يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي مقاومة أفضل للتآكل من الأوستنيتي316 الفولاذ المقاوم للصدأوخاصة في البيئات التي تحتوي على نسبة عالية من الكلور. وهذا يجعلها مناسبة لظروف التآكل العدوانية.
الخواص الميكانيكية:
يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي بقدرة إنتاجية وقوة شد أعلى قليلاً من الفولاذ منخفض الكربون، ولكنه أقل ليونة. يجب إيلاء اهتمام خاص للحفاظ على مرونة اللحام ومتانته أثناء اللحام.
هشاشة:
يمكن أن يصبح الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديديك هشًا في درجة حرارة الغرفة، خاصة درجات الكروم العالية. التحكم في معدل التبريد أثناء اللحام وتطبيق المعالجة الحرارية المناسبة بعد اللحام يمكن أن يخفف من هذه المشكلة.
التقصف الناتج عن درجات الحرارة العالية:
في درجات الحرارة المرتفعة، قد يتعرض الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديد إلى التقصف بسبب ترسيب الكربيد. يمكن تقليل هذا الخطر عن طريق التحكم في محتوى الكربون والنيتروجين في الفولاذ.
الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي وخصائص اللحام
الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ عالي الكربون مع هيكل شبكي مكعب يتمحور حول الجسم. إنه يحقق قوة وصلابة عالية من خلال المعالجة الحرارية ولكن لديه مرونة وصلابة منخفضة نسبيًا. تشمل خصائص اللحام الرئيسية ما يلي:
اتجاه التصلب:
يميل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي إلى تكوين هيكل مارتنسيتي صلب وهش عند التبريد بعد اللحام، مما يزيد من خطر الهشاشة والتشقق في الوصلات الملحومة.
التسخين المسبق والمعالجة بعد الحرارة:
لتقليل إجهاد اللحام ومنع التشقق، يعد التسخين المسبق قبل اللحام وتطبيق المعالجة الحرارية بعد اللحام أمرًا ضروريًا. تساعد هذه الإجراءات في استعادة صلابة المنطقة الملحومة.
شقوق اللحام:
بسبب صلابته وإجهاد اللحام، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي يكون عرضة للتشقق البارد، خاصة إذا لم يتم إجراء التسخين المسبق والمعالجة اللاحقة للحرارة بشكل صحيح.
اختيار مواد اللحام:
يعد اختيار مواد اللحام المناسبة أمرًا بالغ الأهمية. تُستخدم عادةً الأقطاب الكهربائية منخفضة الهيدروجين أو أسلاك اللحام المطابقة للتركيب الكيميائي للمادة الأصلية لتقليل مخاطر التشقق.
عملية اللحام:
يعد اختيار عملية اللحام الصحيحة، مثل اللحام بالقوس أو اللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG)، والتحكم في معلمات اللحام أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق لحام عالي الجودة.
معدل التبريد:
يؤثر معدل التبريد بعد اللحام بشكل كبير على جودة اللحام. يزيد التبريد السريع من خطر التصلب والتشقق، في حين أن التبريد البطيء قد يقلل من صلابة المنطقة الملحومة.
لذا، فإن ضمان جودة وأداء اللحام العالي يتضمن اختيار مواد اللحام المناسبة، والتحكم في معلمات اللحام، وإجراء معالجات مناسبة بعد اللحام. يعد الفهم الشامل لخصائص اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ أمرًا بالغ الأهمية لتصميم وتصنيع الآلات المتينة.
