كيفية التمييز بين الفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ المقاوم للصدأ 316

بشكل عام، أكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ شيوعاً هي الفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ المقاوم للصدأ 316، ولكن ما الفرق بينهما؟

أول ما يجب التطرق إليه هو مسألة صلاحية المنتج للاستخدام مع الطعام. في حياتنا اليومية، كثيراً ما نصادف أشخاصاً يشترون منتجات من الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتساءلون عما إذا كان الفولاذ 304 صالحاً للاستخدام مع الطعام. من حيث المادة، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ 304 صالح للاستخدام مع الطعام بالفعل. يوجد في السوق ثلاثة أنواع شائعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الصالح للاستخدام مع الطعام، وهي: 304، و316، و430. يُستخدم الفولاذ 304 عادةً في الأجهزة المنزلية الصغيرة أو أكواب الماء، بينما يُستخدم الفولاذ 316 في المعدات الطبية، ويُستخدم الفولاذ 430 في صناعة السكاكين. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن مصطلح "صالح للاستخدام مع الطعام" لا يقتصر على صلاحية المادة فحسب، بل يشمل أيضاً معايير عملية إنتاجها.

الأمر الثاني الذي يجب مناقشته هو مسألة مقاومة التآكل. تختلف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في مقاومتها للتآكل، وإلا لكان الفولاذ 304 مناسبًا للاستخدام المنزلي اليومي فقط، بينما يُستخدم الفولاذ 314 في المعدات الطبية. إذن، أي نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ، 306 أم 314، يتمتع بمقاومة أفضل للتآكل؟ عمومًا، لا يوجد فرق كبير بينهما. مع ذلك، إذا كان تركيز أيونات الكلوريد في الوسط مرتفعًا جدًا، فسيكون الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أفضل قليلًا من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 وأكثر ملاءمة. لهذا السبب يُختار الفولاذ المقاوم للصدأ 316 للأجهزة الطبية.

فكيف يمكننا التمييز بين أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ؟
أولاً، يمكننا التمييز بينهما من خلال اللون. يتميز سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المغسول بالحمض بلون أبيض فضي ناعم للغاية، بينما يكون لون الفولاذ المقاوم للصدأ غير المغسول بالحمض أغمق قليلاً. كما تختلف الألوان التي تظهرها أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة.

ثانيًا، يمكننا استخدام المغناطيس لتحديد أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. نظرًا لاحتواء الفولاذ المقاوم للصدأ على الكروم، فإنه ينجذب إلى المغناطيس في أي حالة؛ أما الفولاذ المقاوم للصدأ ذو المحتوى العالي من المنجنيز فهو غير مغناطيسي. ويُعدّ وضع الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الكروم والنيكل والنيتروجين أكثر تعقيدًا بعض الشيء، فبعض أنواعه ينجذب إلى المغناطيس، بينما لا ينجذب البعض الآخر، مما يجعل التمييز بين أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة أمرًا سهلاً للغاية.
ما سبق هو مقدمة موجزة عن الفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ المقاوم للصدأ 316. ومن هذا، يمكننا أن نعرف أن المكونات الموجودة في أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة تختلف، وليست متطابقة تمامًا، كما أن استخدامات أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة تختلف أيضًا، ووظائفها مختلفة تمامًا.

لذا، يُعدّ اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ المناسب أمرًا بالغ الأهمية في حياتنا اليومية. فالأمر لا يقتصر على الاختيار العشوائي، بل يتطلب التأكد من مطابقته لمعايير سلامة الغذاء، ومدى ملاءمته للاستخدام اليومي. ما رأيك بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة؟

1. ما نوع الفولاذ المقاوم للصدأ؟
الفولاذ المقاوم للصدأ نوع من أنواع الفولاذ. يُشير مصطلح الفولاذ إلى الفولاذ الذي يحتوي على أقل من 2% كربون (C) وأكثر من 2% حديد. في عملية الصهر، تُضاف عناصر مُسبَّكة مثل الكروم (Cr) والنيكل (Ni) والمنغنيز (Mn) والسيليكون (Si) والتيتانيوم (Ti) والموليبدينوم (Mo) لتحسين خصائص الفولاذ وجعله مقاومًا للتآكل (أي مقاومًا للصدأ)، وهو ما يُعرف عادةً بالفولاذ المقاوم للصدأ. ما هو الفولاذ والحديد تحديدًا؟ ما هي خصائصهما؟ وما العلاقة بينهما؟ وكيف ظهرت الأنواع 304 و304L و316 و316L التي نتحدث عنها عادةً؟ وما الفرق بينها؟
الفولاذ: مادة يتكون أساسًا من الحديد، ونسبة كربون أقل من 2% عمومًا، وعناصر أخرى. (GB/T 13304-91 "تصنيف الفولاذ"). الحديد: عنصر فلزي، عدده الذري 26. تتميز المواد الحديدية بمغناطيسية حديدية قوية، وليونة جيدة، وموصلية حرارية عالية. الفولاذ المقاوم للصدأ: نوع من الفولاذ مقاوم للعوامل المسببة للتآكل بشكل طفيف، مثل الهواء والبخار والماء، أو يتمتع بخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ. من أنواع الفولاذ الشائعة الاستخدام: 304، و304L، و316، و316L، وهي أنواع من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ من سلسلة 300.
2. لماذا يوجد للفولاذ المقاوم للصدأ درجات مختلفة؟
أثناء عملية صهر الفولاذ المقاوم للصدأ، تُضاف أنواع مختلفة من عناصر السبائك، وتختلف كمية كل نوع منها، كما تختلف خصائصها. ولتمييزها، تُصنّف إلى درجات مختلفة. فيما يلي جدول يوضح محتوى عناصر السبائك في درجات مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في الزينة، وذلك للاسترشاد فقط:
التركيب الكيميائي (النسبة المئوية للكتلة)

- فولاذ مقاوم للصدأ 304 -
مقدمة عن خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 304: يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أكثر أنواع الفولاذ شيوعًا. وباعتباره فولاذًا واسع الاستخدام، فإنه يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل والحرارة، وقوة عالية في درجات الحرارة المنخفضة، وخصائص ميكانيكية ممتازة؛ كما يتميز بخصائص جيدة للمعالجة الحرارية مثل التشكيل والثني، ولا يتعرض لظاهرة التصلب الحراري (غير مغناطيسي، سهل الاستخدام في درجات حرارة تتراوح بين -196 درجة مئوية و800 درجة مئوية).
نطاق استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 304:
الأدوات المنزلية (أدوات المائدة من الفئة 1 و 2، والخزائن، وأنابيب المياه الداخلية، وسخانات المياه، والغلايات، وأحواض الاستحمام)
قطع غيار السيارات (مساحات الزجاج الأمامي، كاتمات الصوت، المنتجات المصبوبة)
المعدات الطبية، مواد البناء، المواد الكيميائية، الصناعات الغذائية، الزراعة، قطع غيار السفن

- فولاذ مقاوم للصدأ 304L – (يشير الحرف L إلى الكربون المنخفض)
مقدمة عن أداء الفولاذ المقاوم للصدأ 304L: باعتباره فولاذًا منخفض الكربون من نوع 304، فإن مقاومته للتآكل مماثلة لمقاومة الفولاذ 304 في الظروف العادية، ولكن بعد اللحام أو تخفيف الإجهاد، تصبح مقاومته للتآكل بين الحبيبات ممتازة؛ كما يمكنه الحفاظ على مقاومة جيدة للتآكل دون معالجة حرارية، ودرجة حرارة التشغيل هي -196 درجة مئوية إلى 800 درجة مئوية.
نطاق تطبيق الفولاذ المقاوم للصدأ 304L: يستخدم في الآلات الخارجية المفتوحة في الصناعات الكيميائية والفحم والبترول ذات المتطلبات العالية لمقاومة التآكل بين الحبيبات، والأجزاء المقاومة للحرارة من مواد البناء، والأجزاء التي يصعب معالجتها حرارياً.

- فولاذ مقاوم للصدأ 316 -
مقدمة عن أداء الفولاذ المقاوم للصدأ 316: يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بمقاومة ممتازة للتآكل، ومقاومة للتآكل الجوي، وقوة عالية في درجات الحرارة العالية بفضل إضافة الموليبدينوم، ويمكن استخدامه في الظروف القاسية؛ تصلب ممتاز (غير مغناطيسي).

نطاق استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316: معدات للاستخدام في مياه البحر، والمواد الكيميائية، والأصباغ، وصناعة الورق، وحمض الأكساليك، والأسمدة، ومعدات الإنتاج الأخرى؛ والتصوير الفوتوغرافي، وصناعة الأغذية، والمنشآت الساحلية، والحبال، وقضبان الأقراص المدمجة، والمسامير، والصواميل.

- فولاذ مقاوم للصدأ 316L – (يشير حرف L إلى الكربون المنخفض)
مقدمة عن أداء الفولاذ المقاوم للصدأ 316L: باعتباره سلسلة منخفضة الكربون من الفولاذ 316، فإنه بالإضافة إلى امتلاكه نفس خصائص الفولاذ 316، فإنه يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل بين الحبيبات.

نطاق تطبيق الفولاذ المقاوم للصدأ 316L: المنتجات ذات المتطلبات الخاصة لمقاومة التآكل بين الحبيبات.

مقارنة أداء الفولاذ المقاوم للصدأ:
① يُعدّ كلٌّ من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 و316L من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على الموليبدينوم. يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ 316L على نسبة موليبدينوم أعلى قليلاً من نظيره في الفولاذ المقاوم للصدأ 316. وبفضل وجود الموليبدينوم، يتميز هذا الفولاذ بأداء أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ 310 و304. يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 316 على نطاق واسع في ظروف درجات الحرارة العالية، عندما يكون تركيز حمض الكبريتيك أقل من 15% وأعلى من 85%. كما يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بمقاومة جيدة للتآكل الناتج عن الكلوريدات، لذا يُستخدم عادةً في البيئات البحرية. يبلغ الحد الأقصى لمحتوى الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ 316L 0.03، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في التطبيقات التي لا يُمكن فيها إجراء عملية التلدين بعد اللحام، والتي تتطلب أقصى مقاومة للتآكل.
٢- مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل: يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بمقاومة أفضل للتآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ 304، ويتمتع بمقاومة جيدة للتآكل في عمليات إنتاج اللب والورق. علاوة على ذلك، يُقاوم الفولاذ المقاوم للصدأ 316 التآكل في البيئات البحرية والصناعية المسببة للتآكل. بشكل عام، لا يوجد فرق كبير بين الفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ المقاوم للصدأ 316 من حيث مقاومة التآكل الكيميائي، ولكن توجد اختلافات في بعض الأوساط المحددة. كان الفولاذ المقاوم للصدأ 304 هو النوع الأصلي، وهو حساس للتآكل النُقري في ظروف معينة. يمكن تقليل هذه الحساسية بإضافة 2-3% من الموليبدينوم، ومن هنا ظهر الفولاذ 316. بالإضافة إلى ذلك، يُقلل الموليبدينوم الإضافي من التآكل الناتج عن بعض الأحماض العضوية الساخنة. أصبح الفولاذ المقاوم للصدأ 316 مادة قياسية تقريبًا في صناعة الأغذية والمشروبات. نظرًا للنقص العالمي في الموليبدينوم وارتفاع محتوى النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ 316، فإن سعره أعلى من سعر الفولاذ المقاوم للصدأ 304. يُعدّ التآكل النُقري ظاهرةً ناتجةً بشكلٍ رئيسي عن ترسباتٍ على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ، وذلك بسبب نقص الأكسجين وعدم القدرة على تكوين طبقةٍ واقيةٍ من أكسيد الكروم. في الصمامات الصغيرة تحديدًا، يكون احتمال ترسب المواد على صفيحة الصمام ضئيلاً، لذا نادرًا ما يحدث التآكل النُقري. في مختلف أنواع الوسائط المائية (الماء المقطر، مياه الشرب، مياه الأنهار، مياه الغلايات، مياه البحر، إلخ)، تتشابه مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ المقاوم للصدأ 316 تقريبًا، إلا إذا كان تركيز أيونات الكلوريد في الوسط مرتفعًا جدًا، فحينها يكون الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أكثر ملاءمة. في معظم الحالات، لا يوجد فرقٌ كبيرٌ في مقاومة التآكل بين الفولاذ المقاوم للصدأ 304 والفولاذ المقاوم للصدأ 316، ولكن في بعض الحالات، قد يكون الفرق كبيرًا، مما يستدعي تحليلًا دقيقًا. بشكلٍ عام، ينبغي على مستخدمي الصمامات أن يكونوا على درايةٍ جيدةٍ بنوع المادة التي سيختارون منها الحاوية والأنبوب بناءً على نوع الوسط. لا يُنصح بتوصية موادٍ مُحددةٍ للمستخدمين.
③ مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للحرارة: يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بمقاومة جيدة للأكسدة عند استخدامه بشكل متقطع عند درجات حرارة أقل من 1600 درجة مئوية، وعند استخدامه بشكل مستمر عند درجات حرارة أقل من 1700 درجة مئوية. يُفضل عدم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بشكل مستمر في نطاق درجات الحرارة من 800 إلى 1575 درجة مئوية، ولكن عند استخدامه بشكل مستمر خارج هذا النطاق، فإنه يتمتع بمقاومة جيدة للحرارة. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 316L بمقاومة أفضل لترسيب الكربيدات مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 316، ويمكن استخدامه في نطاق درجات الحرارة المذكور أعلاه.
④ المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ: تتم عملية التلدين في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 1850 و2050 درجة مئوية، يليها تلدين سريع وتبريد سريع. لا يمكن تقوية الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بالتسخين الزائد.
⑤ لحام الفولاذ المقاوم للصدأ: يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بأداء لحام ممتاز، ويمكن لحامه بجميع طرق اللحام القياسية. عند اللحام، يمكن استخدام قضبان حشو أو قضبان لحام من الفولاذ المقاوم للصدأ 316Cb أو 316L أو 309Cb حسب الغرض. وللحصول على أفضل مقاومة للتآكل، يجب تلدين الجزء الملحوم من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بعد اللحام. أما في حالة استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، فلا يلزم تلدين بعد اللحام.
من بين جميع أنواع الفولاذ، يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بأقل نقطة خضوع. لذا، من منظور الخواص الميكانيكية، لا يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الخيار الأمثل لسيقان الصمامات، إذ يتطلب ضمان قوة معينة زيادة قطر ساق الصمام. لا يمكن رفع نقطة الخضوع بالمعالجة الحرارية، ولكن يمكن رفعها بالتشكيل على البارد.
⑥ مغناطيسية الفولاذ المقاوم للصدأ: نظرًا للاستخدام الواسع للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، يعتقد البعض خطأً أن جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ غير مغناطيسية. يمكن فهم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عمومًا على أنه غير مغناطيسي، وينطبق هذا على الفولاذ المطروق المروي. أما الفولاذ 304 المعالج بالتشكيل على البارد، فسيكون مغناطيسيًا بدرجة أو بأخرى. بالنسبة للفولاذ المصبوب، إذا كان فولاذًا مقاومًا للصدأ أوستنيتيًا بنسبة 100%، فهو غير مغناطيسي.
⑦ الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون: تستمد مقاومة الفولاذ الأوستنيتي للتآكل من طبقة أكسيد الكروم الواقية المتكونة على سطح المعدن. عند تسخين المادة إلى درجة حرارة عالية تتراوح بين 450 و900 درجة مئوية، يتغير تركيبها ويتشكل كربيد الكروم على طول حواف البلورات. في هذه الحالة، لا تتشكل طبقة أكسيد الكروم الواقية على حواف البلورات، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة التآكل. يُعرف هذا النوع من التآكل باسم "التآكل بين الحبيبات".

لذلك، تم تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ 304L والفولاذ المقاوم للصدأ 316L لمقاومة هذا التآكل. يتميز هذان النوعان بانخفاض محتواهما من الكربون، مما يمنع تكوّن كربيد الكروم وبالتالي يمنع حدوث التآكل بين الحبيبات. تجدر الإشارة إلى أن زيادة حساسية الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل بين الحبيبات لا تعني بالضرورة أن المواد غير منخفضة الكربون أكثر عرضة للتآكل. وتزداد هذه الحساسية أيضًا في البيئات عالية الكلور. يُعزى هذا إلى ارتفاع درجات الحرارة (450-900 درجة مئوية)، وعادةً ما يكون اللحام هو السبب المباشر لبلوغ هذه الدرجة. بالنسبة لصمامات الفراشة التقليدية ذات المقعد المرن، ولأننا لا نقوم بعمليات لحام على صفيحة الصمام، فليس من المجدي استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون، ولكن معظم المواصفات تتطلب استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 304L أو 316L.