ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج؟

في عام 1968، أتاح اختراع عملية إزالة الكربون بالأرجون والأكسجين (AOD)، وهي عملية تكرير للفولاذ المقاوم للصدأ، إنتاج سلسلة جديدة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ومن بين التطورات التي حققتها عملية AOD إضافة عنصر السبائك (النيتروجين). إذ تقترب صلابة ومقاومة التآكل في منطقة التأثير الحراري (HAZ) من صلابة ومقاومة المعدن الأساسي، كما يمكن تقليل معدل تكوّن الطور المعدني الضار بإضافة عنصر النيتروجين إلى الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور.
يُصنّف الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، مثله مثل الفولاذ الأوستنيتي، ضمن أنواع الفولاذ حسب مقاومته للتآكل، والتي تعتمد على تركيبه الكيميائي. وقد شهد الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج تطوراً مستمراً. ويمكن تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الحديث إلى أربعة أنواع:

1. فولاذ مقاوم للصدأ مزدوج منخفض الجودة 2304 بدون موليبدينوم؛
2. الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج القياسي 2205، والذي يمثل أكثر من 80٪ من إجمالي الفولاذ المزدوج؛
3. يمكن تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج بنسبة 25٪ من الكروم، وهو نموذج نموذجي للسبائك 255، على أنه فولاذ مقاوم للصدأ مزدوج فائق؛
4. الفولاذ المقاوم للصدأ فائق الجودة، الذي يحتوي على 25-26% كروم، يحتوي على نسبة أعلى من الموليبدينوم والنيتروجين مقارنةً بسبيكة 255. النوع النموذجي من الفولاذ هو 2507.

تتكون العناصر المكونة للسبائك في الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج بشكل رئيسي من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين والنيكل. وتتلخص وظائفها في الفولاذ المزدوج فيما يلي:

Cr
يُمكن أن يُشكّل ما لا يقل عن 10.5% من الكروم في الفولاذ طبقة تخميل مستقرة تحميه من التآكل الجوي. وتزداد مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل مع زيادة محتوى الكروم. يُعدّ الكروم عنصرًا من عناصر الفريت، مما يُساهم في استقرار بنية الحديد ذات الشبكة المكعبة المتمركزة في الجسم (BCC) ويُحسّن مقاومة الفولاذ للأكسدة عند درجات الحرارة العالية.

Mo
يُحسّن التأثير التآزري للموليبدينوم والكروم مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الكلوريدي. يُعدّ الموليبدينوم أكثر مقاومةً للتنقر والتآكل الشقوقي بثلاث مرات من الكروم في بيئة الكلوريد (انظر صيغة CPT). يُعتبر الموليبدينوم عنصرًا مُكوِّنًا للفريت، مما يُعزز أيضًا تكوين الطور بين الفلزي. لذلك، فإن محتوى الموليبدينوم في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أقل من 7.5%، وفي الفولاذ المزدوج أقل من 4%.

N
يُمكن لعنصر النيتروجين أن يزيد من مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والمزدوج للتنقر والتآكل الشقوقي، كما يُحسّن بشكل ملحوظ من قوة الفولاذ. وهو العنصر الأكثر فعالية في تقوية الفولاذ بالمعالجة الحرارية. بالإضافة إلى تحسين قوة الفولاذ، يُمكن لعنصر النيتروجين أن يزيد من صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والمزدوج، ويؤخر تكوّن الطور البيني، مما يُتيح للفولاذ المزدوج وقتًا كافيًا للمعالجة والتصنيع، كما يُقلل من ميل طور سيجما الذي يتكوّن بسهولة بسبب ارتفاع نسبة الكروم والموليبدينوم.
يُعدّ النيتروجين عنصرًا قويًا في الفولاذ الأوستنيتي، ويمكنه أن يحل جزئيًا محل النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. وبشكل عام، يُضاف النيتروجين والنيكل، اللذان يقتربان من حد الذوبان، إلى الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور لضبط توازن الأطوار. ومن الضروري تحقيق توازن بين عنصري الفريت (الكروم والنيكل) وعنصري الأوستنيت (النيكل والنيتروجين) للحصول على البنية ثنائية الطور المطلوبة.

Ni
يُعد النيكل عنصرًا يُثبّت بنية الأوستنيت. ويمكن أن تُعزز إضافة النيكل إلى سبيكة أساسها الحديد تحوّل الفولاذ المقاوم للصدأ من بنية مكعبة مركزية الجسم (الفريت) إلى بنية مكعبة مركزية الوجه (الأوستنيت).
يمكن للنيكل أن يؤخر تكوين الطور بين الفلزات، لكن تأثيره أقل فعالية بكثير من تأثير النيكل.
إليكم نوعين من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج للمساعدة في فهم أدائه.