خصائص الفولاذ المزدوج وأنواعه وتطبيقاته

يجمع الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج بين أفضل خصائص نوعين مختلفين من الفولاذ المقاوم للصدأ. فهو يمزج بين بنيتين، تُسمى الأوستينيت و الفريت, ، بالتساوي تقريبًا. بفضل قوته ومتانته، تستخدمه العديد من الصناعات في مشاريع ضخمة في أماكن صعبة. استخدام هذا الفولاذ القوي يوفر المال، إذ يمكن للبنائين استخدام قطع معدنية أرق مع الحفاظ على أداء مذهل.

ماذا يقصد بالفولاذ المزدوج؟

الفولاذ المزدوج هو نوع خاص من الفولاذ المقاوم للصدأ، ذو بنية ثنائية الجزأين. يتكون نصفه تقريبًا من الأوستينيت والنصف الآخر من الفريت. ولذلك يُطلق عليه اسم "الثنائي"، أي من جزأين.

يُضفي الفريت على الفولاذ قوةً فائقةً، ويساعده على مقاومة التشقق الناتج عن الإجهاد. وهو مهمٌّ في الهياكل الكبيرة. أما الأوستينيت، فيجعل الفولاذ متينًا، ويساعده على مقاومة الصدأ في أماكن مُختلفة، مثلاً عند ملامسته للمياه المالحة.

هذا المزيج القوي يجعل فولاذ دوبلكس أفضل بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ العادي. فولاذ دوبلكس أقوى بمرتين من الفولاذ المقاوم للصدأ الشائع مثل 304. هذه القوة الإضافية تعني إمكانية استخدام قطع معدنية أرق، مما يوفر المال والوزن.

هل 304 هو الفولاذ المقاوم للصدأ دوبلكس؟

لا، 304 ليس فولاذًا مقاومًا للصدأ ثنائيًا. الدرجة 304 هي الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. يتميز ببنية أحادية الطور تتكون أساسًا من الأوستينيت. بخلاف بنية الفولاذ المزدوج المتوازنة ثنائية الطور، يحتوي الفولاذ 304 على الطور الأوستينيتي فقط. 

خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج

المكياج الكيميائي

يحتوي الفولاذ المزدوج على مكونات خاصة، مثل الكروم، من 18% إلى 29%، وهو المكون الرئيسي. يُشكل طبقة واقية تمنع الصدأ.

يحتوي الموليبدينوم على نسبة تصل إلى 5% مما يجعله أكثر فعالية في مكافحة الثقوب الصغيرة التي يمكن أن تتشكل عندما يتعرض المعدن للهجوم.

يتم إضافة النيتروجين لجعل الجزء الأوستينيتي أقوى وأفضل في مكافحة الصدأ.

يُستخدم النيكل بكميات قليلة، مما يُساعد على توازن الهيكل المكون من جزأين، ويجعل فولاذ دوبلكس أقل تكلفةً من بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ القوية الأخرى.

القوة والصلابة

يتميز الفولاذ المزدوج بقوة هائلة. تتراوح قوة خضوعه قبل الانحناء الدائم بين 400 و700 ميجا باسكال. هذه القوة الهائلة تعادل ضعف قوة الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.

بفضل قوتها العالية، يمكن للمهندسين استخدام مواد أقل للمشروع، مما يوفر التكلفة والوزن.

هل الفولاذ دوبلكس يصدأ؟

على الرغم من أن الفولاذ المزدوج مقاومٌ للتآكل بدرجة عالية، إلا أنه ليس مقاومًا تمامًا للصدأ. يُشكل محتوى الكروم طبقةً واقيةً سلبيةً تمنع الصدأ في معظم البيئات. ومع ذلك، في حال تلف هذه الطبقة الواقية، قد يحدث بعض التآكل. تُحسّن إضافة الموليبدينوم والنيتروجين بشكل ملحوظ مقاومته للتآكل النقطي والشقوقي.

قابلية تصنيع الفولاذ

نظرًا لقوته الفائقة، يُعدّ قطع وتشكيل فولاذ دوبلكس أكثر صلابةً من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى. يتطلب قطعه قوةً أكبر نظرًا لمتانته. يحتاج العمال إلى استخدام أدوات حادة جدًا، ويتعيّن عليهم القطع ببطءٍ لإتمام العمل على أكمل وجه. كما يجب عليهم استخدام كميات كبيرة من سائل التبريد. والغرض من ذلك هو منع ارتفاع درجة حرارة المعدن أثناء عملية القطع.

أنواع ودرجات الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج

يُختار نوع فولاذ دوبلكس بناءً على قدرته على مقاومة التآكل، وخاصةً ثقوب الصدأ. يستخدم العلماء رقمًا يُسمى PREN (رقم مكافئ مقاومة التآكل) لتحديد ذلك. كلما ارتفع هذا الرقم، زادت الحماية.

ما هي أنواع الفولاذ المزدوج الأربعة؟

الأنواع الأساسية من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج هي:

دوبلكس مائل

يتميز هذا النوع بمعامل PREN أقل، ويستخدم مكونات أقل تكلفة مثل النيكل والموليبدينوم. وهو ممتاز لأنه لا يزال أقوى بمرتين من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 القياسي، ولكنه يُفضل استخدامه في الأماكن قليلة التآكل، مثل خزانات التخزين اليومية.

دوبلكس قياسي

 هذا هو النوع الأكثر شيوعًا، ويُعدّ الدرجة 2205 هو الأنسب. فهو يجمع بين التكلفة والقوة ومقاومة الصدأ. كما أنه يعمل بكفاءة عالية في البيئات التي تحتوي على بعض المواد الكيميائية المالحة أو الكلوريدية.

سوبر دوبلكس

 يحتوي هذا الفولاذ على نسبة أعلى من الكروم والموليبدينوم، مما يمنحه PREN أعلى، مما يجعله فعالاً للغاية في مقاومة ثقوب الصدأ والتشققات الناتجة عن الإجهاد. ويُستخدم في أصعب الأعمال في الأماكن شديدة التآكل.

هايبر دوبلكس

يتميز فولاذ هايبر دوبلكس بمقاومة ممتازة للتآكل. وهو أغلى أنواع فولاذ دوبلكس، لاحتوائه على أعلى نسبة من مكونات السبائك الخاصة. ويُستخدم لاحقًا في محطات الطاقة الحرارية الأرضية.

هل الدوبلكس أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ؟

بالنسبة لمشاريع النفط والغاز والمعالجة الكيميائية، فإن الدوبلكس أفضل من 304 و 316 الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات القابلة للتشكيل والأقل تكلفة، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي هو الأكثر ملاءمة.

ما هو الفرق بين الفولاذ دوبلكس و 316؟

 يعتمد التمييز الأساسي بين الفولاذ المزدوج والفولاذ 316 على ثلاثة جوانب؛ الهيكل والقوة والتكلفة:

بناء

يتكون الدوبلكس من بنية مختلطة من الفريت والأوستينيت في حين أن 316 عبارة عن أوستينيتي بالكامل.

قوة

 تبلغ قوة الخضوع للدوبلكس 400-700 ميجا باسكال وهي أقوى بحوالي مرتين من قوة 316 والتي تبلغ 200-300 ميجا باسكال.

مقاومة التآكل

 تتمتع مادة دوبلكس بمقاومة أكبر للتآكل والإجهاد والتشقق والتآكل في البيئات الكلوريدية وبالتالي فهي متفوقة عند استخدامها في المياه المالحة.

محتوى النيكل

 في 316، النيكل 10-14% أعلى من الثنائي 4-7% وهذا يجعل 316 أكثر تكلفة.

الأداء في درجات الحرارة المنخفضة

 يعتبر 316 أكثر صلابة عند درجات الحرارة المنخفضة، وقد يصبح الثنائي هشًا عند درجة حرارة أقل من -50 درجة مئوية.

يكلف

 يعتبر دوبلكس أرخص في الغالب بسبب محتوى النيكل الأقل ويتميز بأداء متفوق في معظم التطبيقات.

تطبيقات الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج

ما هي استخدامات دوبلكس؟

إن الجمع بين القوة والمتانة في الفولاذ المزدوج يجعله مثاليًا للصناعات الصعبة:

• صناعة النفط والغاز: تُستخدم في المنصات البحرية وخطوط الأنابيب تحت سطح البحر وأوعية الضغط حيث تعمل القوة العالية على تقليل وزن المكونات لتسهيل التركيب في البحر.
• المعالجة الكيميائية: توجد في المفاعلات وخزانات التخزين التي تتعامل مع الأحماض المسببة للتآكل، حيث تقلل مدة الخدمة الطويلة من تكاليف الصيانة.
• التطبيقات البحرية: ضروري لمحطات تحلية المياه، والسفن، والهياكل الساحلية المعرضة لمياه البحر المالحة المسببة للتآكل.
• توليد الطاقة: يتم استخدامه في أنظمة إزالة الكبريت من غازات المداخن ودوائر التبريد، مع درجات دوبلكس فائقة تخدم المرافق الحرارية الأرضية.
• التعدين: يتم استخدامه في خزانات الاستخلاص والمحركات التي تتعامل مع المواد الحمضية والمواد الكاشطة.

تصنيع ومعالجة الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج

تتطلب صناعة الفولاذ المزدوج خطوات دقيقة للحصول على الهيكل المثالي المكون من جزأين.

ذوبان

يبدأ العمال بصهر المواد الخام كالحديد والكروم والنيكل في أفران ضخمة. ويجب عليهم ضبط كميات كل مكون بعناية للحصول على التركيب الكيميائي المناسب للصلب.

تشكيل 

بعد ذلك، يُسخّنون الفولاذ إلى درجة حرارة عالية، تتراوح بين ١٠٥٠ و١٢٥٠ درجة مئوية. ثم يُدحرجونه أو يُشكّلونه على شكل صفائح أو قضبان أو أنابيب. تُحافظ هذه الحرارة العالية على ليونة الفولاذ بما يكفي لتشكيله دون تشقق.

المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية للتلدين خطوة مهمة في فولاذ دوبلكس. في هذه العملية، يُسخّن العمال الفولاذ على درجة حرارة عالية جدًا مرة أخرى، ثم يستخدمون الماء لتبريده بسرعة. يُثبّت هذا التبريد الفوري الهيكل المكون من جزأين، وهو خليط من الأوستينيت والفيريت بنسبة 50/50، في مكانه. تُعطي هذه العملية الفولاذ قوته الكبيرة.

هل الدوبلكس أغلى من الفولاذ المقاوم للصدأ؟

تختلف أسعار الفولاذ المزدوج مقارنةً بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى. فهو عادةً أقل تكلفة من أنواع الأوستنيتي عالية النيكل مثل 316L نظرًا لانخفاض محتواه من النيكل. ومع ذلك، فإن تكلفة الفولاذ المزدوج أعلى من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 الأساسي. 

الفولاذ المزدوج مقابل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى

عند مقارنة دوبلكس بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى، سيتفوق دوبلكس. فهو أقوى بمرتين من الفولاذ المقاوم للصدأ الأساسي، درجة 304. وبالتالي، فهو يمنع التشقق الناتج عن إجهاد الكلوريد بشكل أفضل بكثير. في حين أن 304 أرخص وأسهل تشكيلًا للمشاريع البسيطة، فإن دوبلكس حل طويل الأمد.

مقارنةً بالدرجة 316، التي تتميز بمقاومة أفضل للتآكل من 304، فإن فولاذ دوبلكس أقوى بكثير. كما يحتوي دوبلكس على نيكل أقل تكلفة من 316. هذه الميزة تمنح فولاذ دوبلكس قيمة أفضل. يُعدّ فولاذ دوبلكس خيارًا أفضل للأماكن شديدة البرودة، ولكنه يتميز بمتانة ومقاومة أفضل للتآكل في بيئات المياه المالحة.

خاتمة

يتميز الفولاذ المزدوج بقوة ومقاومته للتآكل، مما يجعله مناسبًا للعديد من التطبيقات المهمة والحاسمة. يمكنك اختيار درجات محددة بناءً على متطلبات PREN وظروف التشغيل. يوفر المصنعون أشكالًا متنوعة من المنتجات لتلبية المتطلبات الهندسية العالمية بكفاءة. 

التعليمات