الأصلاب الفِرَّيْتِيَّة المقاومة للصدأ
والاستحساس من عيوب الأنواع القديمة من الأصلاب المقاومة للصدأ الفريتية مثل أصلاب AISI 446 و430 و434. ولكن مع استحداث أسلوب إزالة الكربنة بالأرجون والأكسجين1 أثناء صناعة الصلب فقد أصبح إنتاج أصلاب تحتوى على نسب ضئيلة من الكربون والنيتروجين أمراً يسيراً، ومع إمكانية خفض تفاعلية الكربون والنيتروجين بإضافة عناصر مُوَازِنَة شديدة التفاعلية مثل التيتانيوم والنيوبيوم، لتتحد مع الكربون والنيتروجين بعيداً عن الكروم، فقد قلت احتمالية التآكل بين الحبيبات. وقد ساعد هذان الأمران على تطوير جيل جديد من السبائك المقاومة للصدأ الفريتية مثل الصلب AISI 444، يتميز باستقرار عالى ومقاومة تآكل وقابلية لحام أفضل.
العيب الآخر الملازم لهذه الأصلاب هو قابليتها للتحول من السلوك المطيل إلى السلوك القصيف - ويقال له اختصاراً التحول من مطيل إلى قصيف - عند درجات حرارة منخفضة تسمى درجة حرارة التحول من مطيل إلى قصيف2، وهى ظاهرة معروفة فى الفلزات ذات البنية البلورية المكعبية مركزية الجسم، وهذا يحد من استخدام هذه الأصلاب فى درجات الحرارة المنخفضة. ومن العيوب الأخرى للأصلاب الفريتية انخفاض المتانة، مما يحد من استخدامها فى المكونات والأجزاء قليلة الثخانة والألواح الرقيقة.
وتنقسم الأصلاب الفريتية المقاومة للصدأ إلى عدة أجيال (جدول 1):
المصادر
وليد خليفة
مصرى
مدرس فى كلية الهندسة جامعة القاهرة
(إجازة مؤقتة)
باحث فى مجال تصنيع و معالجة المواد الهندسية
سفير جوجل نول
(Ferritic Stainless Steels)
البنية الدقيقة لهذه اﻷصلاب هى بنية فرّيتية، أى أن الطور الرئيسى فيها هو الفريت، و ذلك ﻷن معظم هذه الأصلاب تحتوى على الكروم كالعنصر السبائكى الرئيسى، وكما هو معروف فالكروم عنصر موازن أو مُقرّ للفِرَّيِت1، فكلما زادت كميتة في السبيكة زاد استقرار الفريت فيها. وتقل ذوبانية الكربون والنيتروجين فى الفريت ومن ثم تُطرد هذه العناصر إلى حدود الحبيبات، وعند تسخين هذه الأصلاب أو لحامها تتحد هذه العناصر مع الكروم وتكون مركبات بين فلزية على حدود الحبيبات، مما يؤدى إلى نقص كبير للكروم فى المناطق المحيطة بحدود الحبيبات والقريبة منها، فتقل مقاومة التآكل فيها، مما يؤدى إلى تركز التآكل بين الحبيبات، وتسمى هذه الظاهرة الاستحساس1، ويبدو التآكل كشريط ضيق أو صف من النقر يحيط بالحبيبات. وتتميز هذه السبائك بأنها رخيصة الثمن مقارنة بالأنواع اﻷخرى المحتوية على النيكل.والاستحساس من عيوب الأنواع القديمة من الأصلاب المقاومة للصدأ الفريتية مثل أصلاب AISI 446 و430 و434. ولكن مع استحداث أسلوب إزالة الكربنة بالأرجون والأكسجين1 أثناء صناعة الصلب فقد أصبح إنتاج أصلاب تحتوى على نسب ضئيلة من الكربون والنيتروجين أمراً يسيراً، ومع إمكانية خفض تفاعلية الكربون والنيتروجين بإضافة عناصر مُوَازِنَة شديدة التفاعلية مثل التيتانيوم والنيوبيوم، لتتحد مع الكربون والنيتروجين بعيداً عن الكروم، فقد قلت احتمالية التآكل بين الحبيبات. وقد ساعد هذان الأمران على تطوير جيل جديد من السبائك المقاومة للصدأ الفريتية مثل الصلب AISI 444، يتميز باستقرار عالى ومقاومة تآكل وقابلية لحام أفضل.
العيب الآخر الملازم لهذه الأصلاب هو قابليتها للتحول من السلوك المطيل إلى السلوك القصيف - ويقال له اختصاراً التحول من مطيل إلى قصيف - عند درجات حرارة منخفضة تسمى درجة حرارة التحول من مطيل إلى قصيف2، وهى ظاهرة معروفة فى الفلزات ذات البنية البلورية المكعبية مركزية الجسم، وهذا يحد من استخدام هذه الأصلاب فى درجات الحرارة المنخفضة. ومن العيوب الأخرى للأصلاب الفريتية انخفاض المتانة، مما يحد من استخدامها فى المكونات والأجزاء قليلة الثخانة والألواح الرقيقة.
وتنقسم الأصلاب الفريتية المقاومة للصدأ إلى عدة أجيال (جدول 1):
- الجيل الأول: وتُمَثِّلْه السبائك 429 و430 و434 و436 و442 و446.
- الجيل الثانى: وتمثله السبائك 405 و409 و441 و439 و406، وسبائك أخرى غير قياسية مثل 11Cr-Cb وAL433 و12SR.
- الجيل الثالث: وتسمى الأصلاب الفريتية الفائقة المقاومة للصدأ2 وتنقسم هذه المجموعة إلى مجموعتين فرعيتين: الأولى سبائك متوسطة النقاوة ومنها 26-1 Ti وAISI 444 وSea-Cure وMonit وAl29-4C، والثانية سبائك فائقة النقاوة ومنها AL29-4.2 وAL29-4 وSHOMAC 30-2 وYUS I90L.
| جدول 1 التركيب الكيميائى لنماذج من الأجيال المختلفة من الأصلاب الفريتية المقاومة للصدأ . | |||||||||
| رمز السبيكة | التركيب، وزن % أ | الترقيم الموحد UNS | |||||||
| C | N | Cr | Mo | Ni | Nb | Ti | أخرى | ||
أصلاب فريتية مقاومة للصدأ من الجيل الأول السلسلة 400 | |||||||||
| 429 | 0,12 | - | 14-16 | - | - | - | - | - | S42900 |
| 430 | 0,12 | - | 16-18 | - | - | - | - | - | S43000 |
| 430F | 0,12 | - | 16-18 | 0,6 | - | - | - | - | S43020 |
| 430FSe | 0,12 | - | 16-18 | - | - | - | - | - | S43023 |
| 434 | 0,12 | - | 16-18 | 0,75-1,25 | - | - | - | - | S43400 |
| 436 | 0,12 | - | 16-18 | 0,75-1,25 | - | - | - | - | S43600 |
| 442 | 0,20 | - | 18-23 | - | - | - | - | - | S44200 |
| 446 | 0,20 | - | 23-27 | - | - | - | - | - | S44600 |
أصلاب فريتية مقاومة للصدأ من الجيل الثانى | |||||||||
| 405 | 0,08 | - | 11,5-14,5 | - | - | 0,1-0,3 Al | S40500 | ||
| 409 | 0,08 | 10,5-11,75 | - | 0,5 | Ti = 6 ×C (أدنى) إلى 0,75 (أقصى) | S40900 | |||
| 409Cb | 0,02 ب | 12,5 ب | - | 0,2 ب | 0,4 ب | - | - | ||
| 409Ni | 0,02 ب | 11,0 ب | - | 0,85 ب | - | 0,2 ب | S40975 | ||
| 11Cr-Cb | 0,01 ب | 11,35 ب | - | 0,2 ب | 0,35 ب | 0,2 ب | 0,35 Al ب | - | |
| E-4 | 0,04 ب | 11,5 ب | - | 0,85 ب | - | S41050 | |||
| 441 | 0,02 ب | 18,0 ب | - | 0,3 ب | 0,7 ب | 0,3 ب | S44100 | ||
| AL433 | 0,02 ب | 19,0 ب | - | 0,3 ب | 0,4 ب | - | 0,5 Si، 0,4 Cu ب | - | |
| AL446 | 0,01 ب | 11,5 ب | - | 0,2 ب | 0,2 ب | 0,1 ب | - | ||
| AL468 | 0,01 ب | 18,2 ب | - | 0,2 ب | 0,2 ب | 0,1 ب | - | ||
| YUS436S | 0,01 ب | 17,4 ب | 1,2 ب | - | - | 0,2 ب | - | ||
| 439 | 0,07 | 17-19 | 0,5 | Ti =0,2 + 4 × (C +N) (أدنى) إلى 1,0 (أقصى) | S43035 | ||||
| 12SR | 0,2 | 12,0 | 0,3 | 1,2 Al | - | ||||
| 18SR | 0,04 | 18,0 | 0,4 | 2,0 Al | - | ||||
| 406 | 0,06 | 12-14 | 0,5 | 0,6 | 2,75-4,25 Al | K41970 | |||
أصلاب فريتية مقاومة للصدأ من الجيل الثالث متوسطة النقاوة | |||||||||
| 26-1 Ti | 0,02 ب | 0,025 ب | 26 ب | 1 ب | 0,25 ب | - | 0,5 ب | - | S44626 |
| AISI 444 | 0,02 ب | 0,02 ب | 18 ب | 2 ب | 0,4 ب | - | 0,5 ب | - | S44400 |
| Sea-Cure | 0,025 | 0,035 | 25-27 | 2,5-3,5 | 1,5-3,5 | [0,2 + 4(C + N)] ³ (Nb + Ti) ³ 0,80 | S44660 | ||
| Monit | 0,025 | 0,035 | 24,5-26 | 3,5-4,5 | 3,5-4,5 | [0,2 + 4(C + N)] ³ (Nb + Ti) ³ 0,80 | S44635 | ||
| Al29-4C | 0,030 | 0,045 | 28-30 | 3,6-4,2 | 1,0 | 6(C + N) ³ (Nb + Ti) ³ 1,0 | S44735 | ||
أصلاب فريتية مقاومة للصدأ من الجيل الثالث فائقة النقاوة. | |||||||||
| E-Brite 26-1 (XM-27) | 0,010 | 0,015 | 25-27 | 0,75-1,5 | 0,30 | 0,05-0,20 | - | 0,4 Mn | S44726 |
| AL 29-4.2 | 0,010 | 0,020 | 28-30 | 3,5-4,2 | 2,0-2,5 | - | - | - | S44800 |
| AL 29-4 | 0,010 | 0,020 | 28-30 | 3,5-4,2 | 0,15 | - | - | 0,3 Mn | S44700 |
| SHOMAC 30-2 | 0,003ب | 0,007 ب | 30 ب | 2 ب | 0,2 ب | - | - | 0,3 Mn | - |
| YUS 190L | 0,004 ب | 0,0085 ب | 18 ب | 2 ب | 0,4 ب | - | - | - | S44400 |
أ - القيم المفردة قيم قصوى ما لم يذكر خلاف ذلك. ب – قيم واقعية. | |||||||||
والأصلاب الفريتية المقاومة للصدأ ذات مقاومة عالية للتآكل وهى محصنة فى بعض الحالات ضد التصدع بالتآكل والإجهاد3 الكلوريدى، وتستخدم هذه الأنواع غالباً فى تطبيقات انتقال الحرارة. ونفس هذه الخصائص والمميزات هى التى أدت إلى التطوير غير العادى لأقل هذه الأصلاب سبائكية، وهو الصلب AISI 409، الذى تم تطويره لكاتم صوت السيارة (الشُكْمَان) وللاستخدام فى المحولات الحفزية، ويتزايد استخدامه فى أنظمة عادم السيارات وبعض تطبيقات التعرض للظروف الجوية القاسية.
 |
| شكل 1 العلاقات بين الأصلاب فى عائلة الأصلاب الفريتية المقاومة للصدأ. |
المصادر
وليد خليفة
مصرى
مدرس فى كلية الهندسة جامعة القاهرة
(إجازة مؤقتة)
باحث فى مجال تصنيع و معالجة المواد الهندسية
سفير جوجل نول
1) J.R. Davis (Editor), “Alloying: Understanding the Basics”, ASM International, 2003, pp.255-289.