عندما تصل درجة حرارة التشغيل العادية للمبادل الحراري إلى 1000 درجة فهرنهايت ( حوالي 283 درجة مئوية )، فإن البراغي المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تصدأ ! لماذا هذا؟ اتضح أنه في درجات حرارة أعلى، يمكن أن يحول التدوير الحراري بعض الفولاذ المقاوم للصدأ إلى فولاذ مقاوم للصدأ غير مقاوم للصدأ.لذلك يجب توخي الحذر عند اختيار مواد السحابة لتجنب الحوادث.

خلفية الفولاذ المقاوم للصدأ :
بحكم التعريف، يجب ألا يقل محتوى الكروم من الفولاذ المقاوم للصدأ عن 10.5 ٪، ولكن يعتقد المؤلفون أن المحتوى لا يزال منخفضًا. لمنع صدأ الفولاذ المقاوم للصدأ في درجة حرارة الغرفة، يجب أن يكون محتوى الكروم في مصفوفة الفولاذ المقاوم للصدأ حوالي 12 ٪.
على عكس الرأي العام، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ لن يكون دائمًا الفولاذ المقاوم يمكن أن يقلل التدوير الحراري من محتوى الكروم في بعض الفولاذ المقاوم للصدأ إلى مستويات تجعله صدئًا. ولكن هناك العديد من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، لذلك عادة ما يمكنك اختيار واحدة من الفولاذ المقاوم للصدأ لأغراض خاصة.
300 سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ
300 سلسلة من الفولاذ المقاوم للصدأ هي أيضًا 18-8 فولاذ كما نعرفه، وهي المواد الأكثر استخدامًا للسحابات والمفاصل والأنابيب والأنابيب. 304 الفولاذ المقاوم للصدأ هو المادة الأكثر شيوعا للسحابات الفولاذ المقاوم للصدأ. والفولاذ 18-8 هو المحتوى الاسمي من الكروم والنيكل من سلسلة 300 من الفولاذ المقاوم للصدأ. وتتمتع هذه المواد بمقاومة جيدة للتآكل على السطح، ولكن تسخين 304 من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى أكثر من 850 درجة فهرنهايت ( حوالي 199 درجة مئوية ) يؤدي إلى انخفاض في محتوى الكروم بسبب ترسب الكربون. في درجات الحرارة العالية، يتحد الكروم والكربون لتشكيل كربيد الكروم، وكربيد الكروم غير مقاوم للصدأ. يمكن أن يؤدي استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 304L إلى تخفيف هذه المشكلة، ومحتوى الكربون من الفولاذ المقاوم للصدأ 304L هو 1/3 من الفولاذ المقاوم للصدأ 304. يمكن القضاء على تشكيل كربيد الكروم مع 321 الفولاذ المقاوم للصدأ أو 347 الفولاذ المقاوم للصدأ. 321 الفولاذ المقاوم للصدأ و 347 الفولاذ المقاوم للصدأ تحتوي على التيتانيوم والنيوبيوم، على التوالي، نظرًا لأن التيتانيوم والنيوبيوم لهما تقارب أكبر للكربون من الكروم، فإنهما يشكلان كربيد التيتانيوم وكربيد النيوبيوم في درجات حرارة عالية مع الكربون، على التوالي، لذلك يتم الاحتفاظ بالكروم. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300 في ASTMAl93 في البراغي 304 و 321 و 347 من الفولاذ المقاوم للصدأ.
وحيث أن قوة الفولاذ المقاوم للصدأ من السلسلة 300 لا يتم تعزيزها إلا في حالة التشكيل البارد، فإن التدوير الحراري يقلل من قوة السحابة إلى حالة الصلب عندما تصل درجة الحرارة إلى 1000 درجة فهرنهايت ( حوالي 283 درجة مئوية). إذا كان انخفاض القوة غير مقبول، فإن المواد المستقرة 321 أو 347 ليست مرضية أيضًا. لذلك يجب النظر في مواد أخرى.
400 سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 400 على محتوى أقل من الكروم من الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300، لكنه لا يعاني من مشاكل ترسب الكربون مثل سلسلة 300، ويمكن معالجته حرارياً، ويمكن استخدامه في بيئات العمل التي تصل درجة حرارتها إلى 1200 درجة فهرنهايت ( حوالي 393 درجة مئوية). ومع ذلك، نظرًا لأن الكروم يحتوي فقط على 12٪ إلى 14٪، فإنه سوف يتآكل عند استخدامه في بيئة ذات جو كيميائي شديد، بينما تحتوي السلسلة 300 على 16٪ إلى 20٪ من الكروم، والتي لن تتآكل. الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 300 والفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 400 لديها نفس القوة. الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 300 غير مغناطيسي، في حين أن الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة وفقًا لـ ASTMF593، يتم استخدام السلاسل 410 و 416 و 430 من الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 400 في السحابات.
المواد القائمة على النيكل مثل سلسلة lnconel ( المقدمة من Lnconel International ) أو سلسلة Haynes ( المقدمة من Haynes International ) هي مواد ممتازة للتطبيقات ذات درجة الحرارة العالية. تحتوي معظم سبائك الصلب هذه على ما لا يقل عن 16٪ من الكروم وتستخدم لمنع التآكل. كما يمكن معالجتها حراريا. قوة عالية في درجات الحرارة العالية، بالطبع، من المحتمل أن يكون 718 سبائك الصلب هي المادة الأكثر استخدامًا للسحابات، وهي مثبتات الأسنان الدقيقة القياسية في المركبات الفضائية. هناك أيضًا مونيل ( حوالي 65٪ نيكل و 33٪ نحاس ) يستخدم أيضًا في السحابات، ولكن بقوة منخفضة جدًا. وقد سميت شركة هاينز الدولية موادها باسم هاسليلوي أو هاينز إكس إكس. وتورد كل من Inconel وHaynes بعض مواد التثبيت نفسها مثل 718 وX-750.
الفولاذ المقاوم للصدأ A-286
هذا هو الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر استخداما في صناعة الطيران. إنه الفولاذ المقاوم للصدأ القائم على الحديد، والذي يحتوي على 15 ٪ من الكروم، ويمكن معالجته حراريا، ويمكن تصلبه على البارد. في حالة عدم وجود تصلب للعمل البارد، تكون قوة الشد 140-180ksi، ويمكن أن تصل قوة الشد إلى 220ksi عن طريق المعالجة الحرارية بالإضافة إلى تصلب العمل البارد، ولكن الاستطالة في هذا الوقت منخفضة للغاية بالنسبة لحمل التعب. تعمل A-286 في درجات حرارة تتراوح بين -423 درجة مئوية و -1200 درجة مئوية، ويمكن لجميع موردي السحابات لصناعة الفضاء تقريبًا توفير السحابات A-286.
MP35N و MPl59
وكانت المواد MP35N و MPl59 التي وفرتها شركة SPS Technologies جيدة جدا للتطبيقات في درجات الحرارة العالية والبيئات المسببة للتآكل، وتحتوي على 19 في المائة من الكروم. هذه المواد باهظة الثمن حتى في صناعة الطيران. فاسبالوي هي مادة أخرى من هذه المجموعة تستخدم في درجات حرارة عالية جدا. ولا تستخدم هذه المواد إلا عندما لا يكون هناك خيار، وهي باهظة الثمن وغير متوفرة بسهولة.
موجز
ليس من الحكمة استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 304 في بيئة عمل 1000 درجة فهرنهايت ( 283 درجة مئوية). إذا كان انخفاض قوة المادة مقبولاً بالقرب من حالة التلدين، فيمكن اختيار مواد تثبيت مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 321 أو 347 : إذا كانت متطلبات القوة عالية ولم يكن التآكل البيئي شديدًا، فيمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 400 لتلبية المتطلبات. على سبيل المثال، لا يمكن لـ 300 سلسلة و 400 سلسلة من الفولاذ المقاوم للصدأ حل المشكلة، يتم استخدام A-286. إن Inconel و Haynes و MP35N و MPl59 كلها مواد جيدة ولكنها مكلفة وغير متوفرة بسهولة. قاعدة التصميم العامة هي استخدام مواد باهظة الثمن عند الضرورة للحصول على أداء تصميم مرض.