ما هي درجة انصهار الفولاذ المقاوم للصدأ؟ - دليل شامل

1.0 نطاق نقطة انصهار الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (على سبيل المثال، 304، 316): يتميز هذا الفولاذ بنقاط انصهار أقل قليلاً ولكنه يوفر ليونة ومقاومة ممتازة للتآكل.

• الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي: تتميز بنقاط انصهار أعلى، كما أنها تتمتع بمقاومة ممتازة للأكسدة ومقاومة للتآكل الإجهادي.
• الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي:بفضل نقاط الانصهار العالية والصلابة القوية، فهي مثالية للتطبيقات عالية القوة والمقاومة للتآكل مثل أدوات القطع وأجزاء السيارات.

تختلف نقطة انصهار الفولاذ المقاوم للصدأ حسب تركيبته، ولكن معظم الدرجات تقع ضمن نطاق 1400 درجة مئوية - 1530 درجة مئوية (حوالي 2550 درجة فهرنهايت - 2790 درجة فهرنهايت).

نصيحة: على الرغم من ارتفاع درجات انصهارها، إلا أن درجات حرارة التشغيل الفعلية أقل بكثير. على سبيل المثال، يُنصح باستخدام النوع 304 في درجات حرارة تصل إلى 870 درجة مئوية (1598 درجة فهرنهايت)، بينما يتحمل النوع 310 درجات حرارة تصل إلى 1050 درجة مئوية (1922 درجة فهرنهايت).

1.1 جدول درجات انصهار أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ

2.0 اختلافات نقطة الانصهار بين الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و316

304 و 316 هما أكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي شيوعًا، وكلاهما يتميز ببنية بلورية مكعبية مركزية الوجه (FCC) تظل مستقرة من نقطة التصلب إلى نقطة الانصهار.

• الفولاذ المقاوم للصدأ 304 نطاق الانصهار: حوالي 1400-1450 درجة مئوية (2552-2642 درجة فهرنهايت)
• نطاق ذوبان الفولاذ المقاوم للصدأ 316: حوالي 1375-1400 درجة مئوية (2507-2552 درجة فهرنهايت)

الفرق في نقاط الانصهار يرجع بشكل أساسي إلى تركيبها الكيميائي - يحتوي 316 على نسبة أعلى من النيكل والموليبدينوم المضاف، مما يخفض نقطة انصهاره قليلاً.

3.0 العوامل الرئيسية المؤثرة على درجة انصهار الفولاذ المقاوم للصدأ

3.1 تأثير عناصر السبائك

 يتكون الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أساسي من الحديد والكروم والنيكل. يزيد الكروم من مقاومة التآكل ويرفع درجة الانصهار؛ بينما يعزز النيكل المتانة ولكنه يخفض درجة الانصهار؛ ويزيد الكربون من صلابته، وعادةً ما يرتبط ارتفاع نسبة الكربون بارتفاع درجة الانصهار.

نقاط انصهار العناصر السبائكية الرئيسية:

• الحديد (Fe): 1535 درجة مئوية
• الكروم (Cr): 1890 درجة مئوية
• النيكل (Ni): 1453 درجة مئوية

يُحسّن دمج هذه العناصر مقاومة الأكسدة ومتانة المعدن في درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، قد تُسبب بعض التركيبات انخفاضًا في درجة الانصهار، ما يعني أن الفولاذ المقاوم للصدأ، على الرغم من احتوائه على عناصر ذات درجة انصهار عالية، لا يتمتع دائمًا بدرجة انصهار إجمالية أعلى من الفولاذ العادي، بل يعتمد ذلك على نسبة السبائك.

3.2 البنية البلورية

يؤثر التركيب البلوري للفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا على نقطة انصهاره.

• الأوستنيتي (FCC): ليونة جيدة، نقطة انصهار منخفضة نسبيًا
• الفريتية (BCC): نقطة انصهار أعلى
• مارتنسيتي: يتم تشكيلها من خلال المعالجة الحرارية، والبنية المعقدة، ونقطة الانصهار تتأثر بطرق المعالجة

3.3 الظروف الخارجية:

• الضغط: الضغط العالي يزيد من نقطة الانصهار
• الغلاف الجوي: يمكن للغازات مثل الأكسجين والكبريت أن تؤثر على سلوك المواد عند درجات الحرارة العالية
• الشوائب: تؤدي المستويات الأعلى من الشوائب (مثل الكبريت والفوسفور) إلى تقليل نقطة الانصهار

3.4 تأثير المعالجة الحرارية على نقطة الانصهار والأداء:

على الرغم من أن المعالجة الحرارية لا تغير نقطة الانصهار بشكل كبير، إلا أنها تغير بنية المادة وأدائها.

• التلدين: يحسن اللدونة ويقلل الإجهاد المتبقي
• الإخماد: يزيد القوة ويعزز مقاومة الصدمات الحرارية
• تخفيف التوتر: يحسن استقرار المواد ويقلل من خطر التشوه

4.0 لماذا لا يوجد للفولاذ المقاوم للصدأ نقطة انصهار ثابتة؟

الفولاذ المقاوم للصدأ سبيكةٌ مكونة من الحديد والكروم والنيكل والموليبدينوم وعناصر أخرى، ولكلٍّ منها درجة انصهار مختلفة. بخلاف المعادن النقية التي تنصهر عند درجة حرارة واحدة، ينصهر الفولاذ المقاوم للصدأ على مدى درجات حرارة مختلفة أثناء تحوله تدريجيًا من الحالة الصلبة إلى السائلة.

يتم تحديد نطاق الذوبان هذا من خلال مصطلحين رئيسيين:

• درجة حرارة التصلب: درجة الحرارة التي يبدأ عندها الانصهار
• درجة حرارة السيولة: درجة الحرارة التي تذوب فيها المادة بالكامل

5.0 لماذا من المهم معرفة نقطة انصهار الفولاذ المقاوم للصدأ؟

عند استخدام المعادن في بيئات عالية الحرارة، يُعد فهم درجة انصهارها أمرًا بالغ الأهمية. قد يؤدي اختيار مادة ذات درجة انصهار منخفضة جدًا إلى تشوه أو فشل أو حوادث كارثية. لذلك:

يجب على مهندسي التصميم التأكد من أن المادة يمكنها تحمل أعلى درجات حرارة التشغيل

يجب أن تأخذ العمليات مثل اللحام والمعالجة الحرارية في الاعتبار نطاق الانصهار لضمان الجودة الآمنة والمتسقة

الصهر والمعالجة:

يُعدّ نطاق الانصهار أمرًا بالغ الأهمية لمصنّعي الفولاذ: التحكم في الصهر والصب ضمن نطاق درجة الحرارة المناسب؛ وتحديد طرق المعالجة المناسبة (الدرفلة، والتشكيل، وغيرها). مع أن نقطة الانصهار قد لا تؤثر بشكل مباشر على المستخدمين النهائيين، كالمصممين والمهندسين، إلا أنها تؤثر بشكل غير مباشر على قابلية التصنيع وخصائص المعالجة الحرارية.

6.0 الأداء في درجات الحرارة العالية وقوة الزحف

حتى تحت نقطة الانصهار، يمكن لدرجات الحرارة المرتفعة أن تسبب: انخفاض قوة الشد (على سبيل المثال، قد تنخفض قوة 100% عند 870 درجة مئوية إلى 50% عند 1000 درجة مئوية)؛ تشوه هيكلي يؤدي إلى انخفاض قدرة تحمل الحمل والانحناء؛ زيادة الأكسدة، وإتلاف فيلم الأكسيد الواقي وزيادة خطر التآكل؛ التمدد الحراري، وفك اللحامات، والمساس بسلامة الهيكل.

مقاومة الأكسدة والكبريتيد:

يعزز الكروم مقاومة الأكسدة في الفولاذ المقاوم للصدأ؛ وقد تفقد السبائك ذات المحتوى العالي من النيكل مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة؛ وتؤثر نقطة الانصهار بشكل غير مباشر على مقاومة التآكل في البيئات القاسية.

7.0 اعتبارات في التصنيع واللحام

تحدد نقطة الانصهار مدى ملاءمة الفولاذ المقاوم للصدأ للصب واللحام وطرق المعالجة الحرارية الأخرى.

• الفولاذ المقاوم للصدأ 304: نقطة انصهار أعلى واحتفاظ جيد بالحرارة، مناسب للبيئات ذات درجات الحرارة المتوسطة إلى العالية
• الفولاذ المقاوم للصدأ 316: ليونة أفضل ومقاومة فائقة للتآكل، مثالية للبيئات البحرية أو الكيميائية

تتضمن القائمة التالية العديد من المعادن الشائعة ونقاط الانصهار المقابلة لها.

8.0 الأسئلة الشائعة: نقطة انصهار الفولاذ المقاوم للصدأ