وُلدت مجموعة السبائك التي تشكل عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ اليوم في شيفيلد بإنجلترا في عام 1913؛ كان هاري بريلي يحاول بعض السبائك المحتملة من فولاذ جسم المدفعية ولاحظ أن العينات المقطوعة من أحد التسخين التجريبي لم تصدأ وكان من الصعب بالفعل حفرها. عندما قام بالتحقيق في هذه المادة الغريبة، كان يحتوي على حوالي 13% من الكروم. وقد أدى ذلك إلى تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ أدوات المائدة الصلب، والتي تشتهر شيفيلد. من قبيل الصدفة، في نفس الوقت تقريبًا، كانت فرنسا تقوم أيضًا بأعمال التطوير التي أنتجت في النهاية أول فولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتي.

استهلاك الفولاذ المقاوم للصدأ في ازدياد في جميع أنحاء العالم. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ في صناعة البناء والتشييد بسبب جماله ومقاومته للتآكل وانخفاض الصيانة والقوة، ويزداد الطلب عليه. تستخدم العديد من الصناعات الأخرى الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا لأسباب مماثلة ولا تحتاج إلى معالجة أو طلاء أو طلاء عند وضعه في الخدمة، على الرغم من أنه أغلى من الفولاذ الكربوني العادي. وتأتي الأدلة الداعمة لذلك من مصنعي الأجهزة المنزلية، حيث يوجد عدد متزايد من المنتجات، التي يشار إليها تقليديا باسم " السلع البيضاء"، مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ هو سبيكة قائمة على الحديد مع الحد الأدنى لمحتوى الكروم حوالي 10.5%؛ هذا يشكل فيلم أكسيد واقي ذاتي الشفاء، وهذا هو السبب في أن هذه المجموعة من الفولاذ لها " عدم تلاشي " مميزة أو مقاومة للتآكل. إن قدرة طبقة الأكسيد على الشفاء الذاتي تعني أن الفولاذ مقاوم للتآكل، بغض النظر عن مقدار إزالة السطح. وهذا ليس هو الحال عندما يكون الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المنخفض السبائك محمياً من التآكل بطبقة معدنية مثل الزنك أو الكادميوم أو بطبقة عضوية مثل الطلاء.

على الرغم من أن جميع الفولاذ المقاوم للصدأ يعتمد على وجود الكروم، إلا أنه عادة ما تتم إضافة عناصر صناعة السبائك الأخرى لتحسين أدائها. وتصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ غير مألوف في المعادن لأنه يستند إلى خواص تركيبه المعدني - والمصطلح المستخدم يشير إلى ترتيب الذرات التي تتكون منها حبيبات الفولاذ، وهو ترتيب يمكن ملاحظته عندما ينظر إلى المقطع العرضي المصقول لقطعة من المواد من خلال المجهر بمعدلات عالية. اعتمادًا على التركيب الكيميائي الدقيق للفولاذ، قد تتكون البنية المجهرية من الأوستينيت أو الفريت في المرحلة المستقرة، أو خليط " ثنائي الطور " من هاتين المرحلتين، أو مارتينسيت الطور الناتج عن التبريد السريع لبعض الفولاذ في درجات حرارة عالية، أو بنية صلبة من المكونات النزرة المترسبة.

تظهر العلاقة بين العائلات المختلفة في الشكل 1. وترد في الجدول 1 مقارنة تقريبية لطبيعة الأسر المختلفة.

الشكل 1 سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ.

الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 

تحتوي هذه المجموعة على ما لا يقل عن 16% من الكروم و 6% من النيكل ( الدرجة الأساسية 304 تسمى 18/8 ) وتشمل سبائك عالية أو " أوستينيت فائق " مثل 904L و 6% من الموليبدينوم.

يمكن إضافة عناصر أخرى، مثل الموليبدينوم أو التيتانيوم أو النحاس، لتغيير أو تحسين أدائها لجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات الرئيسية التي تنطوي على درجات حرارة عالية ومقاومة التآكل. هذه المجموعة من الفولاذ مناسبة أيضًا لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة، لأن دور محتوى النيكل في أوستينيت الفولاذ يتجنب هشاشة درجات الحرارة المنخفضة لأنواع الفولاذ الأخرى.

تظهر العلاقة بين مختلف درجات الأوستينيت في الشكل 2.

الشكل 2 الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي

الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي 

هذه هي درجات الكروم العادية ( 10.5 إلى 18% )، مثل 430 و 409. في درجات السبائك الأعلى مثل 434 و 444 ودرجات 3Cr12 الخاصة، تم تحسين مقاومتها المتوسطة للتآكل وضعف أداء التصنيع.

تظهر العلاقة بين درجات الفريت المختلفة في الشكل 3.

الشكل 3 سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي.

مارتنسيت الفولاذ المقاوم للصدأ

يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينسيت أيضاً على الكروم كعنصر رئيسي في صناعة السبائك، ولكن بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي، يحتوي على نسبة أعلى من الكربون ومحتوى أقل من الكروم بشكل عام ( مثل 121 tp1t في الرتبتين 410 و416)؛ ويحتوي الكروم في الرتبة 431 على حوالي 161 tp1t، ولكن على الرغم من المحتوى العالي من الكروم، فإن هيكله المجهري لا يزال مارتينسيت لأن هذه الرتبة تحتوي أيضاً على 2% من النيكل.

تظهر العلاقة بين درجات مارتينسيت المختلفة في الشكل 4.

الشكل 4 عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينسيت.

الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين

فالفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج مثل 2304 و2205 ( تشير هاتان العلامتان إلى تكوين 23% من الكروم، و4% من النيكل، و22% من الكروم، و5% من النيكل، ولكن كلتا الدرجتين تحتويان على كمية صغيرة من إضافات السبائك ) لهما بنية مجهرية تتكون من خليط من الأوستينيت والفريت. يجمع الفولاذ ثنائي الطور من الفريت والأوستنيتي بين بعض خصائص كل نوع من أنواع الفولاذ : فهي مقاومة لتكسير تآكل الإجهاد، على الرغم من أنها ليست مقاومة لتكسير تآكل الإجهاد مثل الفولاذ الحديدي؛ وهي تتمتع بصلابة أفضل من الفولاذ الحديدي، ولكنها ليست جيدة مثل الفولاذ الأوستنيتي، كما أن قوتها أعلى مرتين من قوة الفولاذ الأوستنيتي ( المصلب). بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومة التآكل الكلية للصلب ثنائي الطور أكبر من أو تساوي 304 و 316، ومقاومة التآكل الكلية أفضل من 316. وبعد التعرض إلى أقل من -50 درجة مئوية وأكثر من 300 درجة مئوية، تقل صلابتها وبالتالي لا تستخدم إلا بين درجات الحرارة هذه.

تظهر العلاقة بين مختلف مستويات الطباعة على الوجهين في الشكل 5.

الشكل 5 عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين.

هطول الأمطار تصلب الفولاذ المقاوم للصدأ

هذه فولاذ يحتوي على الكروم والنيكل، والتي يمكن أن تطور قوة شد عالية جدا. الدرجة الأكثر شيوعًا في هذه المجموعة هي " 17-4pH "، والمعروفة أيضًا باسم الدرجة 630، والمكونات هي 17% من الكروم و 4% من النيكل و 4% من النحاس و 0.3% من النيوبيوم. أكبر ميزة لهذه الفولاذ هي أنه يمكن توفيرها في ظل ظروف " معالجة المحاليل". في هذه الحالة، يمكن معالجة الفولاذ. بعد المعالجة الميكانيكية، التشكيل، إلخ، يمكن تصلب الفولاذ من خلال المعالجة الحرارية " الشيخوخة " في درجة حرارة منخفضة، والتي لا تسبب تشوه المكونات.