الفولاذ المقاوم للصدأ هو الاسم الذي يُطلق على الفولاذ عالي السبائكية المستخدم أساساً لمقاومته للتآكل. والسمة المميزة لعائلة الفولاذ المقاوم للصدأ هي أن كل درجة منها تحتوي على 10.5% من الكروم على الأقل. وهذا ما يمكّن الفولاذ من تحمّل الأجواء المسببة للتآكل والبيئات الكيميائية القاسية. يوجد نحو 60 درجة من الفولاذ المقاوم للصدأ مقسّمة إلى خمس فئات. ورغم أن الفولاذ المقاوم للصدأ أغلى من الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي ويُستخدم بكميات أقل على مستوى العالم، فإنه يحتل مكانة بالغة الأهمية في الأسواق العالمية.
تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ
اكتُشف الفولاذ المقاوم للصدأ عام 1913 على يد عالم المعادن الإنجليزي هاري بريرلي. فقد لاحظ خلال إحدى تجاربه أن رفع نسبة الكروم في الفولاذ إلى 12% أو أكثر يزيد من مقاومته للتآكل. ويُعدّ بريرلي مؤسس الفولاذ المقاوم للصدأ وقد أسهم في تطوير العديد من درجاته. توقف التطوير خلال الحرب العالمية الأولى، لكن بحلول أواخر عشرينيات القرن الماضي كان الفولاذ المارتنسيتي والأوستنيتي المقاوم للصدأ قد اعتُرف بهما كأكثر الأنواع فائدة. يحتوي الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ على 13% إلى 18% من الكروم، بينما تحتوي المجموعة الأوستنيتية على 18% كروم و8% نيكل. واليوم يشير مصطلح الفولاذ المقاوم للصدأ إلى الفولاذ الذي يحتوي على 10.5% كروم كحد أدنى مع مقاومة عالية للتآكل. يشكّل الكروم طبقة خاملة ذاتية الإصلاح على سطح الفولاذ، وهي العامل الأساسي الذي يمنع الصدأ. ويواصل الفولاذ المقاوم للصدأ تطوره وينقسم إلى خمس مجموعات رئيسية:
- الأوستنيتي
- الفريتي
- المارتنسيتي
- الدوبلكس
- سبائك التصلّد بالترسيب
الفئات الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ
سلسلة 300، السبائك الأوستنيتية: تحتوي الدرجات 301 و302 و303 و304 و305 و308 و309 و310 و314 و316 و321 على الكروم والنيكل. لا يمكن تصليدها بالمعالجة الحرارية وهي غير مغناطيسية. تتمتع بقابلية تشكيل ممتازة. تمثل سلسلة 300، أو الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، نحو 70% من الإنتاج العالمي للفولاذ المقاوم للصدأ. يُحصل على البنية الأوستنيتية بإضافة نحو 8–10% من النيكل؛ غير أن النيكل وحده لا يكوّنها، إذ تساعد عناصر أخرى مثل المنغنيز والنيتروجين والكربون والنحاس أيضاً على تثبيت الطور الأوستنيتي. وتتحسن مقاومة التآكل أكثر بإضافة الموليبدينوم. تُستخدم هذه الدرجات في التصميم الداخلي وتصنيع الآلات والأجهزة المنزلية والصناعات الكيميائية وإنتاج أحواض الغسيل.
سلسلة 400، السبائك الفريتية: تحتوي الدرجات 405 و409 و429 و430 و434 و436 و442 وغيرها على الكروم. وهي مغناطيسية لكن لا يمكن تصليدها بالمعالجة الحرارية. لا يحتوي الفولاذ الفريتي المقاوم للصدأ عموماً على النيكل، ويحتوي على نسبة عالية من الكروم (12% إلى 30%)، إلى جانب عناصر مكوِّنة للكربيدات ومثبِّتة للفريت مثل الموليبدينوم والتيتانيوم والفاناديوم. ويمنح المحتوى العالي من الكروم الدرجات الفريتية مقاومة جيدة جداً للتآكل. وخواصها الميكانيكية والفيزيائية أقرب إلى خواص أقاربها من الفولاذ الكربوني؛ فهي على خلاف الدرجات الأوستنيتية مغناطيسية، ولا يمكن تصليدها بالمعالجة الحرارية بسبب انخفاض محتواها من الكربون، وتُدرفل بسهولة. والتخمير هو المعالجة الحرارية الوحيدة القابلة للتطبيق على هذا الفولاذ. وهي أقل ملاءمة للتشكيل من الدرجات الأوستنيتية.
| الدرجة | الرمز | التركيب الكيميائي (%) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | أخرى | ||
| 301 | STS301 | ≤0.15 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 6.00~8.00 | 16.00~18.00 | - |
| 301L | STS301L | ≤0.030 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 6.00~8.00 | 16.00~18.00 | N أقل من 0.20 |
| 304 | STS304 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 8.00~10.50 | 18.00~20.00 | - |
| 304L | STS304L | ≤0.030 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 9.00~13.00 | 18.00~20.00 | - |
| 304J1 | STS304J1 | ≤0.08 | ≤1.70 | ≤3.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 6.00~9.00 | 15.00~18.00 | Cu 1.00~3.00 |
| 305 | STS305 | ≤0.12 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 10.50~13.00 | 17.00~19.00 | - |
| 316 | STS316 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 10.00~14.00 | 16.00~18.00 | Mo 2.00~3.00 |
| 316L | STS316L | ≤0.030 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 12.00~15.00 | 16.00~18.00 | Mo 2.00~3.00 |
| 321 | STS321 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 9.00~13.00 | 17.00~19.00 | Ti أكثر من 5×C% |