ما نوع الصلب الأكثر حرارة - مقاومة؟

في التطبيقات الصناعية التي تتراوح من محركات الطيران إلى توربينات محطة الطاقة ، فإن القدرة على تحمل درجات الحرارة القصوى دون فقدان القوة أو التآكل أو التشوه أمرًا بالغ الأهمية. يمكن تعزيز الفولاذ ، سبيكة من الحديد والكربون ، بعناصر مختلفة لتحسين مقاومة الحرارة ، ولكن ليس كل الفولاذ أداءً على قدم المساواة تحت حرارة عالية. عند تقييم "مقاومة الحرارة" ، تشمل العوامل الرئيسية القدرة على الاحتفاظ بالقوة الميكانيكية في درجات حرارة مرتفعة ، ومقاومة الأكسدة (وضع الفشل الشائع في حرارة عالية) ، وتجنب التغيرات الهيكلية مثل نمو الحبوب أو تحولات الطور. من بين جميع أنواع الصلب ، الحرارة الأوستنيتية - الفولاذ المقاوم المقاوم المقاوم - على وجه التحديد تلك التي تُعرف بمستويات عالية من الكروم والنيكل والعناصر الإضافية مثل molybdenum أو tungsten أو niobium - المعترف بها على أنها الأكثر حرارة-}}.
إن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستينيسيون مقاومون بطبيعته - بسبب بنية بلورية أوستنيتية ، والتي لا تزال مستقرة في درجات حرارة عالية (على عكس الفولاذ الفيريري أو المارتينيتي ، التي يمكن أن تتحول هياكلها وتضعفها عند تسخينها). تشكل إضافة الكروم (عادة 16-26 ٪) طبقة أكسيد الكروم الواقية على السطح ، مما يمنع الأكسدة حتى في درجات حرارة تصل إلى 2100 درجة فهرنهايت (1150 درجة). يستقر النيكل (8-24 ٪) على هيكل أوستنيتي ، مما يضمن أن الصلب يحتفظ بحونة وقوة عند تعرضها للحرارة الطويلة. هذه العناصر الأساسية تتفوق بالفعل على فولاذ الكربون ، والتي تبدأ في تليين أعلى من 600 درجة فهرنهايت (315 درجة) وتؤكسد بسرعة في درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة فهرنهايت (538 درجة).
لدفع مقاومة الحرارة بشكل أكبر ، تتضمن درجات أوستنتينية متقدمة الموليبدينوم (MO) ، التنغستن (W) ، و Niobium (NB). يعزز Molybdenum قوة عالية - ومقاومة الزحف - تشوه تدريجي تحت الضغط المستمر في درجات حرارة مرتفعة - بينما يعزز التنغستن مقاومة الزحف والاستقرار في درجات الحرارة القصوى. يشكل النيوبيوم كربيدات تثبت حدود الحبوب ، مما يمنع نمو الحبوب (الذي يضعف الفولاذ) عند تسخينه لفترات طويلة. مثال رئيسي هو سبيكة 310 (UNS S31000) ، كروم - الصلب النيكل أوستنيتيك مع كروم 25-28 ٪ و 19-22 ٪ النيكل. يمكن أن تعمل بشكل مستمر في درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة فهرنهايت (1،093 درجة) وتحمل على المدى القصير - التعرض لمصطلح 2،100 درجة فهرنهايت (1،150 درجة) ، مما يجعله عنصرًا أساسيًا في بطانات الفرن ، ومبادلات الحرارة ، ومكونات الفرن.
بالنسبة لدرجات الحرارة المرتفعة ، يتم تصميم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوسنيتي مع الكوبالت المضافة أو عناصر الأرض النادرة للبيئات القصوى. يمكن أن تتسامح هذه الخدمات الفائقة ، التي يتم تصنيفها غالبًا على أنها "Heat - المقاومة" (على الرغم من أنها لا تزال تستند إلى كيمياء الصلب) ، إلى 2،200-2،400 درجة F (1،200–1،315 درجة). على سبيل المثال ، تجمع بعض الدرجات الاحتكارية بين 20-30 ٪ من الكروم ، و 15-20 ٪ من النيكل ، و 5-10 ٪ من الكوبالت ، وكميات النزرة من اللانثانوم أو Yttrium. يحسن الكوبالت عالية - قوة درجة الحرارة ومقاومة الأكسدة ، في حين أن العناصر الأرضية النادرة تقوم بتحسين طبقة الأكسيد ، مما يجعلها أكثر ملتصقة ومقاومة للتشويش (التقلب) أثناء ركوب الدراجات الحرارية. تعتبر هذه الفولاذ أمرًا بالغ الأهمية في تطبيقات الفضاء الجوي ، مثل غرف احتراق المحرك النفاثة ، حيث يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة 2000 درجة فهرنهايت (1093 درجة) لفترات طويلة.
تبرز مقارنة أنواع الفولاذ الأخرى لماذا تبرز الفولاذ المقاوم المقاوم المقاوم. يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ فيريتيك ، مع كروم 10-20 ٪ ولكن القليل من النيكل ، مقاومة معتدلة للأكسدة ولكنها تفتقر إلى قوة درجة الحرارة العالية- لدرجات أوستنتينية ، وتليين أعلى بكثير من 1500 درجة فهرنهايت (815 درجة). الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتي ، والمعروف عن صلابة وقوة في درجة حرارة الغرفة ، تفقد معظم خصائصها الميكانيكية التي تتجاوز 1000 درجة فهرنهايت (538 درجة) وهي عرضة للأكسدة بسبب انخفاض محتوى الكروم. إن فولاذ الكربون ، حتى الأصناف الكربونية العالية - غير مناسبة للحرارة العالية - أنها تتأكسد بسرعة أعلى من 1000 درجة فهرنهايت (538 درجة) وتفقد السلامة الهيكلية فوق 1200 درجة فهرنهايت (649 درجة).
فئة أخرى ، Nickel - ، غالبًا ما تتفوق على الفولاذ في درجات حرارة عالية - ، لكنها لم تصنف على أنها "فولاذ" (لأنها تحتوي على حديد ضئيل). Austenitic Heat - جسر الفولاذ المقاوم المقاوم للفوز بين الفولاذ التقليدي والنيكل superalloys ، مما يوفر تكلفة الصلب - وقابلية التشغيل مع قرب - مقاومة حرارة superalloy.
تتضمن التطبيقات الرئيسية لأكثر الحرارة - مقاومة الفولاذ المقاوم المقاوم للصدأ:
• الأفران الصناعية: مواد البطانة وعناصر التدفئة التي تعمل عند 1800-2200 درجة فهرنهايت (982-1204 درجة).
• توربينات الغاز: مكونات مثل أغلفة التوربينات ومشعب العادم ، والتي تتعرض لما تتراوح بين 1500 و 2000 درجة فهرنهايت (815-1،093 درجة).
• المعالجة الكيميائية: المفاعلات ومعالجة الأنابيب عالية - السوائل المسببة للتآكل في درجة الحرارة ، حيث تكون الأكسدة ومقاومة الزحف أمرًا بالغ الأهمية.
• الطيران: أجزاء المحرك والدروع الحرارية ، تتطلب قوة عند 1800 درجة فهرنهايت (982 درجة) وما فوق.
باختصار ، يكون النوع الأكثر حرارة - مقاومًا من الفولاذ مرتفعًا - من سبائك الحرارة أوستنيتيك - الفولاذ المقاوم المقاوم ، المصنوع من الكروم العالي (16-26 ٪) ، النيكل (8-24 ٪) ، وعناصر إضافية مثل الموليبادينوم ، تونغستن ، أو Niobium. تحتفظ هذه الفولاذ بالقوة ، ومقاومة الأكسدة ، والحفاظ على الاستقرار الهيكلي في درجات حرارة تصل إلى 2400 درجة فهرنهايت (1،315 درجة) ، وتفوق أداء الفولاذ الفيريريتي ، والكربون ، والكربون. إن مزيجهم الفريد من بنية أوستنيكية ، وحماية طبقة الأكسيد ، ومقاومة الزحف يجعلها لا غنى عنها في التطبيقات الصناعية الأكثر تطلبًا في العالم -.