هل فشل الفولاذ المقاوم للصدأ؟ دليل مهندس التحقيقات لتحديد ما إذا كان الفشل ناتجاً عن خلل في المادة أو الاستخدام

هل فشل الفولاذ المقاوم للصدأ؟ دليل مهندس التحقيقات لتحديد ما إذا كان الفشل ناتجاً عن خلل في المادة أو الاستخدام

عندما تفشل مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ - سواء عن طريق التشقق أو التآكل أو الكسر المفاجئ - يطرح السؤال التالي على الفور: هل كان السبب في ذلك متعلقًا بالمادة نفسها أم بطريقة الاستخدام؟ باعتبارك مهندسًا تحقيقيًا، فإن التمييز بين هذه الأسباب أمر بالغ الأهمية لتحديد المسؤولية ومنع تكرار الحادثة وتحديد مواصفات المواد المستقبلية. فيما يلي منهجية منظمة لتحديد السبب الجذري.

? 1. تقييم فشل أولي: توثيق موقع الحادث

الحفاظ على الأدلة

• التقاط صور لموقع الفشل من زوايا متعددة، بما في ذلك صور عامة ومقربة لأسطح الكسر.

• تسجيل الظروف البيئية: درجة الحرارة، والـ pH، وتركيز الكلوريد، والتعرض للمواد الكيميائية.

• توثيق الإجهادات التشغيلية: الحمل الثابت، أو الأحمال الدورية، أو دورات التمدد الحراري.

جمع العينات

• استخراج المكونات المعطوبة بعناية لتجنب إتلاف أسطح الكسر.

• جمع مواد غير متضررة مجاورة للمقارنة.

⚠️ 2. أنماط الفشل الشائعة في الفولاذ المقاوم للصدأ

أ. فشل متعلق بالمادة

وتنشأ هذه عن عيوب جوهرية في الصلب نفسه.

1. اختيار الدرجة غير الصحيحة

   • مثال : استخدام 304 في بيئات عالية الكلوريد حيث يُطلب 316.

   • الأدلة : تآكل موحد أو تآكل تحت الشقوق في وسائط عدوانية.

2. عيوب معدنية

   • المكونات : تعمل الشوائب الكبريتيدية أو الأكاسيد كمراكز تركز للإجهاد.

     • الأدلة : تكشف المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عن خيوط MnS في مواقع بدء التشقق.

   • هشاشة الطور سيغما : الترسب في الدرجات المزدوجة (على سبيل المثال، 2205) بسبب المعالجة الحرارية غير السليمة.

     • الأدلة : فقدان مقاومة الصدمة (اختبار شاربي)، كسر بين الحبيبات.

3. مواد مزيفة أو مُسَمَّاة بشكل خاطئ

   • مثال : تم بيع 304 على أنه 316.

   • الأدلة : تُظهر تحليلات الأشعة الفلورية (XRF) محتوى منخفض من الموليبدينوم (Mo) (<2.1% لـ 316).

ب. فشل ناتج عن التطبيق

وتحدث هذه الفشلات كنتيجة لعوامل خارجية غير مرتبطة بجودة المادة.

1. التشقق التآكلي الناتج عن الإجهاد (SCC)

   • السبب : الإجهاد الشدّي + كلوريدات + حرارة.

   • الأدلة : تشققات متفرعة تُرى تحت المجهر (وهي سمة نموذجية لتشقق الإجهاد الناتج عن الكلوريدات).

2. التآكل الجالفيوني

   • السبب : استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ مع معدن أكثر تأكسدًا (مثلاً، الفولاذ الكربوني) في المحاليل الإلكتروليتية.

   • الأدلة : تآكل محلي في نقاط التلامس.

3. تصنيع غير صحيح

   • عيوب الحركات :

     • عدم وجود تطهير (تسكر في الجزء الخلفي).

     • لا يتم إزالة لون الحرارة (حجم أكسيد) ، مما يخلق مناطق منخفضة الكروم.

   • المعالجة الباردة : يسبب الضغوطات المتبقية، مما يعزز SCC.

4. صيانة غير كافية

   • مثال : تلوث الحديد من أدوات الفولاذ الكربوني غير نظيفة، مما يؤدي إلى حفر.

? 3. تقنيات التحقيق الجنائي

الفحص البصري والمجهري

• المجهر الستيريو : تحديد نوع الكسر (اللدن مقابل الهش).

• SEM/EDS : تحليل أسطح الكسور من أجل التكوين العنصري (مثلاً وجود الكلوريدات).

التحقق من المادة

• جهاز الأشعة الفلورية : التحقق من درجة التكوين خلال ثوانٍ.

• التحليل الطيفي الانبعاثي البصري (OES) : تحديد دقيق للسبيكة.

اختبارات المقاومة الميكانيكية والتأكل

• اختبار الصلابة : قد تشير الصعوبة العالية إلى معالجة حرارية غير صحيحة.

• شاربي V-نوتتش : تقييم متانة الصدمة (القيم المنخفضة تشير إلى الت embrittlement).

• اختبارات ASTM G48 : تقييم مقاومة التآكل (في حال كان الفشل متعلقًا بالتآكل).

اختبارات المحاكاة

• تكرار ظروف التشغيل (على سبيل المثال لا الحصر: التعرض للكلوريدات عند درجة الحرارة التشغيلية) على عينات من نفس الدفعة.

? 4. شجرة القرار: مادة vs. تطبيق

استخدم مخطط التدفق هذا للوصول إلى الأسباب المحتملة:

1. الخطوة 1: التحقق من درجة المادة

   • في حال أظهرت XRF تركيبة خاطئة → فشل في المادة .

   • إذا كانت التركيبة صحيحة → انتقل إلى الخطوة 2.

2. الخطوة 2: فحص سطح الكسر

   • إذا كان هناك تجويف مطيلي → زيادة الحمل (التطبيق)

   • إذا كان هناك تشقق بين الحبيبات → تحقق من التحسس (المادة) أو تآكل التشقق تحت الإجهاد (S.C.C) (التطبيق)

   • إذا كان هناك تآكل نقطي (Pitting) → تحقق من وجود الكلوريدات (التطبيق) أو الشوائب (المادة)

3. الخطوة 3: التحقق من تاريخ التصنيع

   • إذا كانت اللحامات تفتقر إلى غاز التطهير أو تظهر عليها لون الحرارة → فشل في التطبيق .

   • إذا وصلت المادة في حالة معيبة (مثلاً: سبيكة مكسورة) → فشل في المادة .

?️ 5. دراسة حالة: عمود مضخة الفولاذ المقاوم للصدأ الذي فشل

• خلفية : تشقق عمود من النوع 316L في تطبيق بحري بعد 6 أشهر.

• التحقيق :

  • أكدت تقنية XRF صحة التركيب الكيميائي (موليبدنيوم = 2.5%).

  • كشفت المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عن خطوط تعب تبدأ من حفرة.

  • اكتشفت تقنية EDS وجود كلوريدات عالية داخل الحفرة.

• السبب الجذري : فشل في التطبيق . تراكمت الكلوريدات من مياه البحر تحت الرواسب، مما تسبب في حدوث حفر بدأت معه شقوق التعب.

• تثبيت : إعادة تصميم النظام لتجنب المناطق الراكدة؛ الترقية إلى الفولاذ المزدوج 2205 لتحسين مقاومة الحفر.

✅ 6. استراتيجيات الوقاية

من فشل المواد

• الشراء من مصانع حاصلة على شهادة ISO 9001.

• يتطلب تقارير اختبار المطحنة (MTRs) لكل دفعة.

• قم بإجراء فحص عند الاستلام (XRF، اختبارات الصلابة).

لأعطال التشغيل

• قم بإجراء تقييم لمخاطر التآكل قبل اختيار المواد.

• اتبع معايير ASTM A380/A967 فيما يتعلق بالتسفيين (Passivation) والتصنيع.

• درب اللحامين على الإجراءات الخاصة بالصلب المقاوم للصدأ (على سبيل المثال، استخدام غاز النفخ).

? الاستنتاج: النهج النظامي هو السبيل الأنجع

نادراً ما تكون الأعطال واضحة تماماً. في كثير من الأحيان، تتفاعل العيوب المواد مع الأخطاء في التطبيق. من خلال الجمع بين تحليل جنائي دقيق ومعايير الصناعة، يمكنك تحديد السبب وتنفيذ تصحيحات فعالة.

نصيحة محترفة : حافظ على قاعدة بيانات للأعطال - حيث يسهم توثيق التحقيقات في تسريع التشخيص المستقبلي ويُساعد في التفاوض حول مطالبات المسؤولية.