مسحوق دوبلكس الفولاذ المقاوم للصدأ 2205 و2507 و2707
مع التطور السريع لتكنولوجيا التصنيع المضافة المتمثلة في الطباعة ثلاثية الأبعاد، بدأ تطبيق الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين في مجالات مختلفة مثل البحرية والكيميائية والبترولية. إن التركيب الكيميائي الدقيق والقابل للتحكم لمسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين هو أساس وصعوبة تحضير هذا النوع من المسحوق. من من منظور ممارسة الإنتاج، تحلل هذه الورقة البحثية بالتفصيل كيفية اختراق التقنيات الرئيسية لتحقيق إنتاج ضخم مستقر.
الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (DSS) هو مادة معدنية هيكلية متعددة الأطوار تتكون من جزء حجمي مماثل من الفريت (α) والأوستنيت (γ). وهو يدمج مزايا الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي والفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، مع مقاومة ممتازة للتآكل وقوة عالية وليونة جيدة.
يوضح الجدول 1 التركيب الكيميائي لأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج النموذجي 2205 و2507 و2707، ويوضح الجدول 2 الخواص الميكانيكية لهذه الأنواع النموذجية من الفولاذ المقاوم للصدأ.
| الصف | رقم الأمم المتحدة | رقم EN | ج | سجل تجاري | ني | مو | النحاس | ن |
| 2205 | س32205 | 1.4462 | ≤0.03 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 3.0-3.5 | – | 0.14-0.20 |
| 2507 | س32507 | 1.441 | ≤0.03 | 24.0-26.0 | 6.0-8.0 | 3.0-5.0 | ≤0.5 | 0.24-0.32 |
| 2707 | س32707 | ≤0.03 | 26.0-29.0 | 5.5-9.5 | 4.0-5.0 | ≤1.0 | 0.30-0.50 |
الجدول 1 التركيب الكيميائي للمواد 2205، 2507، 2707 (بالوزن بالوزن)
| رقم الأمم المتحدة | Rp0.2/Mpa (ksi) | ر م/م/باسكال (كسي) | δ/% | رقم EN | Rp0.2/Mpa (ksi) | ر م/م/باسكال (كسي) | δ/% | |
| 2205 | S32205 | 450(65) | 655(95) | 25 | 1.4462 | 460(67) | 640(93) | 25 |
| 2507 | S32507 | 550(80) | 795(116) | 15 | 1.441 | 530(77) | 730(106) | 20 |
| 2707 | S32707 | 580(84) | 850(124) | 25 | 570(83) | 845(123) | 25 |
الجدول 2 الخواص الميكانيكية للمواد 2205، 2507، 2707
من بينها، الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الازدواجية 2507 مصممة خصيصًا للتطبيقات الهندسية البحرية والكيميائية والبترولية التي تتميز بمقاومة ممتازة للتنقر، ومقاومة جيدة للتآكل وخصائص ميكانيكية عالية في البيئات القاسية مثل احتوائها على أحماض الكلوريد.
يوضح الشكل 1 مقارنة معدل تآكل الفولاذ المزدوج والفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ عند درجات حرارة الغليان في خليط من 50% من حمض الأسيتيك وكميات مختلفة من حمض الفورميك.يوضح الشكل 2 مقارنة بين مقاومة التآكل الحفريات والشقوق لمختلف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في التلدين بالمحلول الصلب كما تم قياسها بواسطة ASTM G482 (6% من حمض3).
مع التقدم المتزايد في قضايا الطاقة وحماية البيئة، فإن غلاف وشفرة التوربينات في معدات توليد الطاقة المد والجزر، والصمام في محطة الطاقة النووية، والمكره في بعض أجهزة إزالة الكبريت تستخدم في الغالب الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج المصبوب. ولكن من الصعب صب بعض المسبوكات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين ذات الهيكل المعقد مما يحد من تطورها.
بالمقارنة مع عمليات الصب التقليدية، فإن ميزة الطباعة ثلاثية الأبعاد هي القدرة على تصنيع الأجزاء المعقدة بحرية مباشرة من المساحيق دون الحاجة إلى طرق التصنيع التقليدية مثل البثق والتشكيل والصب والمعالجة الثانوية للحصول على الشكل المطلوب، ويمكن أن تتوافق الخواص الميكانيكية للمادة مع مستوى الصب أو تتجاوزه.
من المفهوم أن شركة Truer Technology Co. Ltd. قد بدأت في البحث والتطوير لسلسلة من مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج منذ عام 2021. يحتوي هذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج على نسبة عالية من N وفاصل تركيبي ضيق، كما أن كيفية التحكم بدقة وثبات في محتوى N في السبيكة يمثل تحديًا تقنيًا أيضًا.
استنادًا إلى الحسابات الديناميكية الحرارية والحركية لسبائك النيتروجين، قام فريق البحث والتطوير في شركة TruerStainless Steel Powder بصياغة عملية تحكم في سبائك النيتروجين قابلة للتعديل للحصول على تحكم مستقر ودقيق في النيتروجين. يوضح الشكل 3 مستوى التحكم في سلسلة الفولاذ المزدوج غير القابل للصدأ المحتوي على N الذي تنتجه شركة Truer، ويتم التحكم في محتوى N لجميع أنواع الفولاذ المزدوج غير القابل للصدأ في جميع الأفران ضمن النطاق المستهدف. يمكن التحكم في محتوى N من 2205 بشكل مستقر بين 0.16 ~ 0.19٪، ومحتوى N من 2507 بين 0.26 ~ 0.30٪ بالوزن، و 2707 بين 0.42 ~ 0.46٪ بالوزن.
يوضح الشكل 4 التغييرات في عناصر السبائك الرئيسية في أفران مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2507 الذي تنتجه شركة Truer. وأظهر أن محتوى عناصر السبائك المختلفة هو نفسه في الأساس في الأفران المختلفة، مما يدل على قدرة جيدة على التحكم في الصهر.
لهذا السبب للتحكم في عناصر السبائك، طور فريق Truer للفولاذ المقاوم للصدأ المسحوق تقنية الانحلال المستندة إلى البيانات، وأكمل حساب المحاكاة للمعلمات بما في ذلك انتقال الطور أثناء التصلب، وتغير الموصلية الحرارية أثناء التصلب، والخصائص الفيزيائية للمعدن السائل (اللزوجة، التوتر السطحي)، وأنشأ مجموعة كاملة من “الخصائص الفيزيائية لعملية تصلب المعدن” والتي توفر دعمًا كاملاً للبيانات من أجل الانحلال الغازي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، وتوضح الأشكال 5-8 نتائج المحاكاة للخصائص الفيزيائية المترابطة للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2507.
يوضح الشكل 9 مورفولوجيا SEM لمسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الفائق 2507 مع PSD 15-53 ميكرومتر التي تنتجها شركة Truer. يحتوي المسحوق على كروية جيدة وسطح أملس وعدد قليل من الكرات الساتلية. والجدول 3الخصائص الفيزيائيةمقارنة بين درجات مختلفة من مساحيق الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين. أظهر أن التحكم في حجم الجسيمات (15-53 ميكرومتر) مستقر للغاية (D10: 18-23 ميكرومتر، D50: 32-36 ميكرومتر، D90: 52-56 ميكرومتر).
| الصف | رقم الأمم المتحدة | توزيع الحجم | قابلية التدفق (ق/50 جم) | الكثافة الظاهرة (جم/سم مكعب) | كثافة الحنفية (جم/سم مكعب) |
| 2205 | S32205 | D10/م: 21.6 D50/um:34.7 د90/م: 54.3 | 20 | 4.20 | 4.73 |
| 2507 | S32507 | D10/م: 20.3 D50/um:32.9 د90/م: 52.4 | 19.8 | 4.18 | 4.7 |
| 2707 | S32707 | D10/م: 20.5 D50/um:33.1 د90/م: 53.5 | 19.6 | 4.16 | 4.68 |
الجدول 3 الخصائص الفيزيائية لمختلف مساحيق الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج مع PSD 15-53um
كما أجرى فريق البحث والتطوير لمساحيق الفولاذ المقاوم للصدأ فحصًا معدنيًا لمسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج. يوضح الشكل 10 حالة الحفر للمسحوق في المسحوق 2507 مع PSD 15-53 ميكرومتر. يمكن أن يلاحظ بوضوح من الشكل أن المسحوق في الداخل عبارة عن هيكل بلوري متساوي المحور موحد.
نجحت شركة Truersuersu بنجاح في تحقيق إنتاج متسلسل من الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور ثنائي الطور وإنتاج مستقر يساهم في البحث والتطوير، بما في ذلك تصميم السبائك بمساعدة الكمبيوتر، وعملية السبك القابلة للتعديل في الغلاف الجوي، وتذرية الغاز المخصص القائم على البيانات وغيرها من تقنيات التحكم المتكاملة.
قامت شركة Truer بتطوير وإنتاج سلسلة من منتجات المساحيق المتطورة مثل السبائك الفائقة القائمة على النيكل Inconel 738LC، وCMSX-4، وHaynes 230، وHastelloy B، وMonel 400، وBNi-7، وNiCrAlY, والنيتنول NiTi50، وInvinar 36، والسبائك الفائقة القائمة على الكربون Triballoy T800، وHaynes 188، والسبائك عالية الاستقطاب FeCoCrNiMn، وAlCoCrNiFeNi، وFeCoCrNiCrTi، وWMoTaNbZr، وFeCoNiCrV، وCoCrNiCrV، وCoCrNiNi، وما إلى ذلك.