الفولاذ المقاوم للصدأ 304H مقابل 304L: قوة درجات الحرارة العالية مقابل قابلية اللحام

المعايير والتسميات

304H (UNS S30409) و304L (UNS S30403) عبارة عن متغيرات يتم التحكم فيها بالكربون من النوع 304 (UNS S30400). كلاهما مغطى باللوحة والصفائح والشريط بواسطة ASTM A240، للأنابيب غير الملحومة بواسطة ASTM A312، للغلايات وأنابيب السخان بواسطة ASTM A213، وفي سلسلة EN 10088؛ تسميات JIS هي SUS304H وSUS304L. تتطابق الدرجتان في محتوى الكروم والنيكل ولكنهما تختلفان في الكربون، وهذا الاختلاف الفردي يؤدي إلى ظروف خدمة مختلفة تمامًا: 304H هي درجة حرارة عالية، في حين أن 304L هي درجة لحام أولى.

التركيب الكيميائي

حدود التركيب أدناه تتبع ASTM A240.

العنصر (بالوزن%)	304H (S30409)	304L (S30403)
الكربون	0.04-0.10	0.03، كحد أقصى
المنغنيز، الحد الأقصى	2.0	2.0
السيليكون، الحد الأقصى	0.75	0.75
الفوسفور، الحد الأقصى	0.045	0.045
الكبريت، الحد الأقصى	0.030	0.030
الكروم	18.0-20.0	18.0-20.0
النيكل	8.0-10.5	8.0-12.0
النيتروجين، كحد أقصى	0.10	0.10

يتطلب 304H الحد الأدنى من الكربون بنسبة 0.04%، وهو عكس التصميم منخفض الكربون لـ 304L. هذا الحد الأدنى من الكربون متعمد: فهو يضمن ترسيب الكربيدات التي تثبت حدود الحبوب وتدعم قوة الزحف عند درجة حرارة مرتفعة.

الخواص الميكانيكية

الحد الأدنى لقيم درجة حرارة الغرفة للوحة الملدنة لكل ASTM A240 مذكورة أدناه.

ملكية	304H	304L
قوة الشد، دقيقة (MPa)	515	485
قوة الخضوع 0.2%، الحد الأدنى (MPa)	205	170
استطالة في 50 مم، دقيقة (٪)	40	40

وفي درجة حرارة الغرفة يكون الفرق متواضعا، ولكنه ينمو مع درجة الحرارة. بسبب محتوى الكربون المضمون، يظل الضغط المسموح به لتصميم ASME لـ 304H مفيدًا حتى حوالي 815 درجة في أنابيب الضغط، بينما يقتصر 304L على حوالي 425 درجة في نفس التطبيقات؛ وفوق درجة الحرارة هذه، تصبح الدرجة المنخفضة الكربون أكثر ليونة وتزحف بسرعة.

أداء في درجات الحرارة العالية وقوة الزحف

الزحف هو تشوه بلاستيكي يعتمد على الوقت تحت حمل مستمر عند درجة حرارة مرتفعة. تترسب كربيدات الكروم المكونة من 0.04-0.10% كربون من 304H عند حدود الحبوب وداخل الحبوب، مما يقاوم انزلاق حدود الحبوب ويعطي الدرجة قوة تمزق زحف أفضل بشكل ملحوظ من 304L فوق حوالي 500 درجة. تستفيد المكونات التي تعمل بشكل مستمر بين حوالي 500 درجة و815 درجة من 304H: صواني وتركيبات الأفران الصناعية، ومسخن الغلايات البخارية وأنابيب إعادة التسخين، وتوربينات الغاز ومكونات عادم المحرك، ومعدات المعالجة الحرارية، والأنابيب ذات درجة الحرارة العالية. في مهام التسخين والتبريد الدورية، يقلل الهيكل المستقر لـ 304H أيضًا من أضرار الإجهاد الحراري مقارنة بالدرجة الأكثر ليونة منخفضة الكربون.

قابلية اللحام والتصنيع والاختيار

304L موجود للحام. يمنع حد الكربون البالغ 0.03% كربيدات الكروم من الترسيب في المنطقة المتأثرة بالحرارة، لذلك يمكن استخدام الهياكل الملحومة الكبيرة مثل صهاريج تخزين المواد الكيميائية وأوعية معالجة الأغذية والمعدات الصيدلانية في حالة اللحام دون المعالجة الحرارية بعد اللحام. 304H، على النقيض من ذلك، تكون أكثر عرضة لخطر التحسس في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة ولا يتم اختيارها بشكل عام للتجمعات المسببة للتآكل الملحومة؛ عندما يتم لحام 304H، قد تكون هناك حاجة إلى التلدين بالمحلول لاستعادة الليونة الكاملة ومقاومة التآكل. 304H عادة ما تكلف أكثر من 304L بسبب التحكم الأكثر إحكامًا في الكربون. قاعدة الاختيار: اختر 304H للمكونات الحاملة ذات درجة الحرارة العالية فوق حوالي 500 درجة، واختر 304L للسفن الملحومة والخزانات والأنابيب في الخدمة المسببة للتآكل أقل من حوالي 425 درجة.

الأسئلة المتداولة

ماذا يعني H في 304H؟يشير H إلى نطاق كربون متحكم فيه يتراوح بين 0.04-0.10% محددًا لقوة درجات الحرارة العالية، وخاصة مقاومة الزحف.

لماذا يسمى 304L منخفض الكربون؟يقتصر الكربون الخاص به على 0.03% كحد أقصى، أي حوالي ثلث المعيار 304، لمنع التحسس أثناء اللحام.

هل يمكن استخدام 304L في درجة حرارة عالية؟ليس للخدمة الحاملة؛ يقتصر 304L على حوالي 425 درجة في تطبيقات الضغط لأن قوة الزحف منخفضة.

هل 304H مناسب للخزانات الكيميائية الملحومة؟عموما لا؛ يزيد ارتفاع الكربون من خطر التحسس في المنطقة المتأثرة بالحرارة، لذلك يفضل 304L لخدمة التآكل الملحومة.

هل 304H و 304L مغناطيسي؟كلاهما في الأساس غير مغناطيسي في حالة التلدين؛ يمكن أن يؤدي العمل البارد إلى استجابة مغناطيسية طفيفة.

ما هو المعيار الذي يغطي أنابيب الغلايات 304H؟ASTM A213 TP304H للغلايات غير الملحومة، وأنابيب التسخين والمبادل الحراري، وASTM A240 للألواح والصفائح.

الأسئلة المتداولة

س1. ما هي حدود الكربون لـ 304H و304L؟
يتطلب 304H (UNS S30409) نطاق كربون متحكم فيه يتراوح بين 0.04-0.10 بالمائة، بينما يحد 304L (UNS S30403) من الكربون بنسبة 0.03 بالمائة كحد أقصى؛ الكروم 18.0-20.0 والنيكل 8.0-10.5 شائعان في كليهما، مع السماح لـ 304L بما يصل إلى 12.0 بالمائة من النيكل.

س2. كيف يمكن مقارنة خصائصها الميكانيكية في درجة حرارة الغرفة؟
وفقًا لمعيار ASTM A240، يُظهر 304H قوة شد لا تقل عن 515 ميجا باسكال و0.2 بالمائة من قوة الخضوع تبلغ 205 ميجا باسكال، في حين يُظهر 304L 485 ميجا باسكال و170 ميجا باسكال على التوالي؛ كلاهما لهما استطالة بحد أدنى 40 بالمائة في 50 ملم.

س3. ما حدود درجة الحرارة المطبقة في تصميم الضغط؟
نظرًا لمحتوى الكربون المضمون، يظل الضغط المسموح به لتصميم ASME لـ 304H مفيدًا حتى حوالي 815 درجة مئوية في أنابيب الضغط، بينما يقتصر 304L على حوالي 425 درجة مئوية في نفس التطبيقات؛ وفوق درجة الحرارة هذه، تصبح الدرجة المنخفضة الكربون أكثر ليونة وتزحف بسرعة.

س 4. لماذا يعطي الكربون 304H قوة الزحف؟
تترسب كربيدات الكروم التي تتكون من 0.04-0.10% من الكربون عند حدود الحبوب وداخل الحبوب، مما يقاوم انزلاق حدود الحبوب ويعطي قوة تمزق زحف أفضل بشكل ملحوظ من 304L فوق حوالي 500 درجة مئوية.

س5. متى يجب اختيار كل درجة؟
اختر 304H للمكونات الحاملة ذات درجة الحرارة العالية التي تزيد عن 500 درجة مئوية، مثل صواني الفرن وسخان الغلاية وأنابيب إعادة التسخين المغطاة بـ ASTM A213 TP304H ومكونات العادم؛ اختر 304L للأوعية والخزانات والأنابيب الملحومة في حالة التآكل عند درجة حرارة أقل من حوالي 425 درجة مئوية، حيث يمكن استخدامها ملحومة بدون معالجة حرارية بعد اللحام.