فولاذ عالي السبائك للتشغيل في درجات حرارة مرتفعة

تُشكل سبائك الفولاذ عالية الجودة المُخصصة للعمل في درجات حرارة مرتفعة مجموعة الفولاذ الخاص صُممت هذه المكونات لتتحمل درجات حرارة مرتفعة وأحمال ميكانيكية عالية لفترات طويلة أثناء التشغيل. وتُستخدم بشكل أساسي في صناعة الطاقة، وبناء التوربينات، والمعدات الحرارية، بما في ذلك شفرات ومكونات توربينات البخار، ومكونات الدوار، والمطروقات، والبراغي، والمثبتات، وغيرها من الأجزاء الحيوية التي تعمل في درجات حرارة تصل إلى 550-600 درجة مئوية تقريبًا، وذلك حسب النوع وظروف التشغيل.
يتمثل الغرض الأساسي من هذه الفولاذات في الحفاظ على الخصائص الميكانيكية المناسبة أثناء التشغيل طويل الأمد عند درجات حرارة تبدأ عندها الفولاذات الإنشائية التقليدية بفقدان قوتها بشكل ملحوظ. وتُعدّ مقاومة الزحف، ومقاومة استرخاء الإجهاد، واستقرار البنية المجهرية، ومقاومة الأكسدة عند درجات حرارة التشغيل من أهم الخصائص.

تركيب وخصائص سبائك الصلب عالية الجودة المستخدمة في التشغيل عند درجات حرارة مرتفعة

المكون المميز للنوع المعني هو الكرومفي أنواع الفولاذ 15H11MF و15H12WMF و20H12M1F و23H12MNF، تتراوح نسبة الكروم بين 11 و13% تقريبًا. يزيد الكروم من مقاومة الفولاذ للأكسدة والتآكل في درجات الحرارة العالية، ويؤثر على قابليته للتصلب وخواصه الميكانيكية.
بالإضافة إلى الكروم، يتم استخدام مواد مضافة الموليبدينوم, الفاناديوم, التنجستن i النيكليسمح محتواها المختار بشكل مناسب بالحصول على بنية دقيقة تضمن قوة عالية في درجات حرارة التشغيل.
الموليبدينوم يزيد من مقاومة الزحف ويحسن من الحفاظ على خصائص القوة أثناء التشغيل طويل الأمد في درجات حرارة عالية. الفاناديوم يعزز تكوين رواسب الكربيد والنيتريد الدائمة، ويحد من نمو الحبيبات ويزيد من مقاومة التصليد. التنجستين عنصر فلزيمثل الموليبدينوم، يزيد من الاستقرار الهيكلي والقوة في درجات الحرارة المرتفعة. النيكل تؤثر، من بين أمور أخرى، على قابلية التصلب، والليونة، والاستقرار الهيكلي لأنواع مختارة.
يلعب أيضًا دورًا مهمًا فحملأنها تشارك في تكوين كربيدات السبائك. ويؤثر نوعها وتوزيعها واستقرارها بشكل مباشر على الخواص الميكانيكية للفولاذ أثناء الاستخدام طويل الأمد.

مقاومة الزحف - خاصية أساسية للفولاذ للاستخدام في درجات الحرارة

تُعد مقاومة المواد لعناصر الطاقة أحد أهم المعايير لاختيار المواد المستخدمة في هذه العناصر. زحفهذا هو التشوه البطيء والتدريجي للمادة الذي يحدث عند تعرضها لإجهاد مطول في درجات حرارة مرتفعة.
تُعدّ هذه الظاهرة ذات أهمية خاصة لمكونات التوربينات ومحطات توليد الطاقة والمعدات الحرارية، التي قد تعمل لآلاف أو عشرات الآلاف من الساعات. ولذلك، قد يتشوه المعدن تدريجيًا حتى وإن كان الإجهاد المُطبّق أقل من حدّ مقاومته للتشوه على المدى القصير.
لذلك، عند تصميم مثل هذه المكونات، لا يتم أخذ الخصائص الميكانيكية النموذجية المحددة في درجة حرارة الغرفة في الاعتبار فحسب، بل يتم أيضًا مراعاة الخصائص طويلة المدى مثل قوة الزحف وقوة التمزق.

فولاذ للاستخدام في درجات حرارة مرتفعة، وفولاذ مقاوم للحرارة والزحف

لا ينبغي استخدام هذه المصطلحات بشكل متبادل. بالنسبة للفولاذ المُصمم للاستخدام في درجات حرارة مرتفعة، فإن العامل الأساسي هو قدرته على تحمل الأحمال الميكانيكية لفترات طويلة عند درجة حرارة معينة.
الفولاذ المقاوم للحرارة والزحف تشكل هذه المواد مجموعة أوسع مصممة للعمل في درجات حرارة عالية. تشير مقاومة الحرارة بشكل أساسي إلى مقاومة المادة للتأثيرات الكيميائية للغازات الساخنة والأكسدة، بينما تشير مقاومة الزحف إلى القدرة على الحفاظ على الخصائص الميكانيكية المناسبة عند التشغيل في درجات حرارة عالية.
لذلك، عند اختيار درجة معينة، يجب مراعاة درجة حرارة التشغيل، ووقت التعرض، ومستوى الإجهاد، وطبيعة الحمل، والبيئة التي يعمل فيها العنصر.

علامات الصلب وفقًا لعلامات PN البولندية القديمة

في تصنيفات درجات الصلب البولندية القديمة، يشير الرقم الأول إلى متوسط ​​محتوى الكربون التقريبي، معبراً عنه بأجزاء من مئة من النسبة المئوية. أما الأحرف التي تليه فتشير إلى أهم عناصر السبائك.
وتشمل المجموعة المعنية، من بين أمور أخرى، التصنيفات التالية:

• H – الكروم (Cr),
• M – الموليبدينوم (Mo),
• F – الفاناديوم (V),
• N – نيكل (Ni),
• W – التنجستن (W).

قد تشير الأرقام التي تلي رموز العناصر إلى محتواها التقريبي، ويختلف تفسيرها باختلاف القواعد المتبعة في نظام وسم الفولاذ المحدد. لذا، ينبغي اعتبار رمز الدرجة مجرد تسمية للمادة، وليس بديلاً عن التحليل الكيميائي الكامل المحدد في المعيار ذي الصلة.
على سبيل المثال، 23H12MNF يشير هذا إلى الفولاذ الذي يحتوي على ما يقارب 0,23% كربون و12% كروم، مع إضافات من الموليبدينوم والنيكل والفاناديوم. يجب دائمًا التحقق من نطاقات المحتوى المسموح بها لكل عنصر على حدة في معيار المادة ذي الصلة أو شهادة القبول.

أنواع الفولاذ عالي السبائك للتشغيل في درجات حرارة مرتفعة

• 15H11MF – فولاذ الكروم والموليبدينوم والفاناديوم,
• 15H12WMF – فولاذ الكروم-التنغستن-الموليبدينوم-الفاناديوم,
• 20H12M1F – فولاذ الكروم والموليبدينوم والفاناديوم,
• 23H12MNF – فولاذ الكروم-الموليبدينوم-النيكل-الفاناديوم-1.4923، X22CrMoV12-1

تطبيق

تُستخدم سبائك الفولاذ عالية الجودة من هذا النوع بشكل أساسي في قطاع الطاقة وفي صناعة الآلات والمعدات التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة. وبحسب الدرجة والمعالجة الحرارية والخصائص المطلوبة، يمكن استخدامها في تطبيقات مثل:

• شفرات التوربينات البخارية،
• تشكيل شفرات التوربينات وأجزاء أخرى منها،
• عناصر الدوار،
• البراغي والمثبتات التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة،
• عناصر الطاقة والمعدات الحرارية،
• أجزاء الآلة المعرضة للتأثير المتزامن لدرجة الحرارة والأحمال الميكانيكية طويلة الأمد.

ينبغي أن يأخذ اختيار درجة معينة في الاعتبار ليس فقط درجة الحرارة القصوى، ولكن أيضًا وقت التشغيل، ومستوى الإجهاد، والخصائص الميكانيكية المطلوبة، والظروف البيئية، والمعالجة الحرارية المخطط لها.

الفولاذ منخفض ومتوسط ​​السبائك للتشغيل في درجات حرارة مرتفعة

تتألف مجموعة منفصلة من سبائك الصلب المستخدمة في تطبيقات مثل توليد الطاقة، وصناعة الغلايات، والمنشآت المضغوطة. وتختلف هذه المواد في تركيبها الكيميائي واستخداماتها المقصودة عن سبائك الصلب الخاصة عالية الكروم المذكورة أعلاه.
انظر: سبائك فولاذية للتشغيل في درجات حرارة مرتفعة.

اطلع على أنواع أخرى من الفولاذ المقاوم للتآكل 

طرق التوصيل

تُوفر شركة ألفا-تك سبائك فولاذية عالية مُصممة للاستخدام في درجات حرارة مرتفعة، بأشكال مختلفة، سواءً في المصانع أو بعد التشكيل. وبحسب الدرجة والأبعاد والمواصفات المطلوبة، يُمكن تقديم المادة على النحو التالي:

• المشغولات المطروقة بالقوالب المفتوحة،
• قضبان مطروقة،
• قضبان الحماية دائري،
• قضبان مسطحة،
• قضبان مربعة.

عند طلب المواد المخصصة للمكونات الحرجة التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة، من المهم تحديد الدرجة والأبعاد والمعيار المطلوب وحالة المعالجة الحرارية والخصائص الميكانيكية المطلوبة ونوع وثيقة القبول.