ازدواجية الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ

يُعدّ الكربون أحد العناصر الأساسية في صناعة الفولاذ. ويتحدد أداء الفولاذ وبنيته إلى حد كبير بمحتوى الكربون وتوزيعه فيه. ويبرز تأثير الكربون بشكل خاص في الفولاذ المقاوم للصدأ. ويتجلى هذا التأثير في جانبين رئيسيين: أولهما، كونه عنصرًا يُثبّت الأوستنيت، وتأثيره كبير (يزيد بنحو 30 ضعفًا عن تأثير النيكل)، وثانيهما، نظرًا لتقاربه الشديد مع الكروم، الذي يُكوّن معه سلسلة معقدة من الكربيدات. ولذلك، فإن دور الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ، من حيث المتانة ومقاومة التآكل، يبدو متناقضًا.

بإدراكنا لقانون هذا التأثير، يمكننا اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ بمحتوى كربوني مختلف بناءً على متطلبات الاستخدام المختلفة.
على سبيل المثال، يُحدد محتوى الكروم القياسي في درجات الفولاذ الخمس من 0Cr13 إلى 4Cr13، وهي الأكثر استخدامًا في الصناعة والأقل استخدامًا، بنسبة 12-14%، أي مع الأخذ في الاعتبار عوامل تكوين كربيد الكروم من الكربون والكروم. والهدف الحاسم هو ألا يقل محتوى الكروم في المحلول الصلب بعد اتحاد الكربون والكروم لتكوين كربيد الكروم عن الحد الأدنى المسموح به وهو 11.7%.

فيما يتعلق بهذه الأنواع الخمسة من الفولاذ، ونظرًا لاختلاف محتواها من الكربون، تختلف أيضًا قوتها ومقاومتها للتآكل. يتميز فولاذ 0Cr13~2Cr13 بمقاومة تآكل أفضل، لكن قوته أقل من فولاذ 3Cr13 و4Cr13. ويُستخدم هذا النوع غالبًا في تصنيع الأجزاء الهيكلية.
بسبب محتواها العالي من الكربون، تتمتع هاتان الفئتان من الفولاذ بقوة عالية، وتُستخدمان في الغالب في صناعة النوابض والسكاكين وغيرها من الأجزاء التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل. على سبيل المثال، للتغلب على التآكل بين الحبيبات في الفولاذ المقاوم للصدأ من الكروم والنيكل 18-8، يمكن تقليل محتوى الكربون في الفولاذ إلى أقل من 0.03%، أو إضافة عنصر (التيتانيوم أو النيوبيوم) ذي ألفة أكبر من الكروم والكربون لمنع تكوّن الكربيدات. على سبيل المثال، عندما تكون الصلابة العالية ومقاومة التآكل من المتطلبات الأساسية، يمكننا زيادة نسبة الكربون في الفولاذ مع زيادة نسبة الكروم بشكل مناسب، وذلك لتلبية متطلبات الصلابة ومقاومة التآكل، مع مراعاة مقاومة التآكل المطلوبة. يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 9Cr18 و9Cr17MoVCo في التطبيقات الصناعية كالمحامل وأدوات القياس والشفرات، فعلى الرغم من أن نسبة الكربون فيه تصل إلى 0.85-0.95%، إلا أن زيادة نسبة الكروم فيه تضمن مقاومة التآكل المطلوبة.

بشكل عام، يُعدّ محتوى الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم حاليًا في الصناعة منخفضًا نسبيًا. تتراوح نسبة الكربون في معظم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ بين 0.1 و0.4%، بينما تتراوح في الفولاذ المقاوم للأحماض بين 0.1 و0.2%. ولا يُمثّل الفولاذ المقاوم للصدأ الذي تزيد نسبة الكربون فيه عن 0.4% سوى نسبة ضئيلة من إجمالي أنواع الفولاذ، وذلك لأنّ مقاومة التآكل هي الغرض الأساسي منه في معظم ظروف الاستخدام. إضافةً إلى ذلك، يُعزى انخفاض نسبة الكربون أيضًا إلى متطلبات عمليات التصنيع، مثل سهولة اللحام والتشكيل على البارد.