حسابات رقم المقاومة المكافئة للتنقر

ما الذي يقيسه الرقم المكافئ لمقاومة التنقر؟

PREN كمؤشر مقارن تجريبي

الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN) هو مؤشر شبه كمي قائم على التركيب، يُستخدم لمقارنة مقاومة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الموضعي، ولا سيما التنقر في البيئات المحتوية على الكلوريدات. وهو ليس تصنيفًا للتآكل على مقياس عالمي موحد. ويشير الرقم الأعلى عمومًا إلى ميل أكبر لمقاومة بدء التنقر في ظل ظروف متماثلة، إلا أن الرقم لا يحدد حد خدمة مضمونًا، أو جهد تنقر ثابتًا، أو عمرًا تشغيليًا متوقعًا.

والصيغة الشائعة الاستخدام هي:

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

عدد مكافئ مقاومة التنقرعدد مكافئ مقاومة التنقر عدد مكافئ مقاومة التنقر: مؤشر تجريبي قائم على التركيب، يُستخدم لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ من حيث مقاومة التآكل الموضعي، ولا سيما التنقر في البيئات المحتوية على الكلوريد.

تُعبَّر نسب عناصر السبيكة بنسب مئوية وزنية. والكروم والموليبدينوم والنيتروجين هي العناصر الداخلة في هذه الصيغة، ويُخصَّص لكل منها معامل تجريبي استنادًا إلى مساهمته النسبية في مقاومة التآكل الموضعي. وقد نشرت British Stainless Steel Association هذه الصيغة في شرحها لحسابات PREN لعام 2025.

فعلى سبيل المثال، تكون قيمة سبيكة تحتوي على 22% من الكروم، و3% من الموليبدينوم، و0.18% من النيتروجين كما يلي:

$$22+3.3\left(3\right)+16\left(0.18\right)=34.78$$

هذه النتيجة مؤشر محسوب، وليست معدل تآكل مقاسًا. وهي تتيح مقارنة تركيب فولاذ مقاوم للصدأ بتركيب فولاذ آخر على أساس موحد. وعادةً ما تضع القيمة الأعلى اسميًا السبيكةَ ضمن فئة مقاومة أعلى، شريطة مقارنة المواد في ظل ظروف ميتالورجية وبيئية متشابهة.

وتوضح المعادلة أيضًا سبب ضرورة أن تتجاوز مقارنات الدرجات مجرد قراءة تسمية المنتج. فالنوع 304، الذي يُمثَّل عادةً بالرمز UNS S30400، يحتوي على قدر ضئيل من الموليبدينوم أو لا يحتوي عليه، ولذلك تكون قيمة PREN له عادةً أقل من قيمة النوع 316L، ذي الرمز UNS S31603، والذي يشتمل تركيبه على الموليبدينوم. أما أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور، مثل UNS S32205 وUNS S31803، فتحتوي على كميات كبيرة من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين، مما ينتج قيمة محسوبة أعلى من تلك الخاصة بكثير من الدرجات الأوستنيتية. وعادةً ما تحسب الدرجات فائقة الثنائية، مثل UNS S32750 وUNS S32760، قيمًا أعلى من ذلك. ويمكن للدرجات الفريتية أيضًا أن تحتوي على نسب مرتفعة من الكروم والموليبدينوم، ولذلك لا تقتصر PREN على عائلة واحدة من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ.

ولا يشمل الرقم كل عنصر يؤثر في التآكل. فالنيكل غير داخل في المعادلة الشائعة، كما أوضحت Society of Petroleum Engineers في عام 2025. ولا يعني هذا الإغفال أن النيكل يفتقر إلى الأهمية الميتالورجية أو المتعلقة بالتآكل. إذ يؤثر النيكل في توازن الأطوار، وسلوك الغشاء السلبي، والمتانة، والمقاومة لبعض البيئات الاختزالية، إلا أن مساهمته لا تمثلها معاملات PREN القياسية. ويمكن للكربون والسيليكون والنحاس والمنغنيز وعناصر أخرى أن تؤثر أيضًا في الأداء من دون أن تظهر في الصيغة الأساسية.

[1][1] Duplex Stainless Steels. International Stainless Steel Forum. International Stainless Steel Forum publication, 2025.

تُستخدم معادلات بديلة لعائلات معينة من السبائك أو وفقًا لاتفاقيات حسابية محددة. وقد أبلغ International Stainless Steel Forum في عام 2025 عن الصيغة الخاصة بالسبائك المحتوية على التنغستن كما يلي:

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

وهنا يحصل التنغستن على نصف معامل الموليبدينوم داخل القوسين. ويورد منشور ISSF نفسه صيغة معدلة للمنغنيز:

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

ولا ينبغي خلط هذه القيم اعتباطًا. إذ يجب أن تحدد قيمة PREN المبلَّغ عنها المعادلة المستخدمة، ولا سيما عند مقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور المحتوية على التنغستن أو عند تطبيق تعديل المنغنيز. وقد يؤدي إطلاق تسمية «PREN» على كل نتيجة ببساطة إلى إخفاء اختلاف مهم في طريقة الحساب.

ومن ثم، تُعد PREN أداة مفيدة للفحص والترتيب. فهي تساعد المهندسين على تحديد الفروق في التركيب التي قد تكون مهمة في الخدمة المحتوية على الكلوريدات، وتوفر مقارنة سريعة قبل الاختبار أو المراجعة التفصيلية للتصميم. لكنها لا تحل محل شهادة المادة، أو تاريخ المعالجة الحرارية، أو تقييم اللحام، أو اختبار التآكل.

التنقر والتآكل الشقّي والتعرض للكلوريدات

التنقر هو انهيار موضعي للغشاء السلبي. ويحمي الفولاذ المقاوم للصدأ نفسه عادةً من خلال غشاء أكسيدي رقيق غني بالكروم، إلا أن أيونات الكلوريد يمكن أن تتركز عند العيوب أو النقاط الضعيفة في هذا الغشاء. وعند بدء تشكل نقرة، يمكن أن يصبح الجزء الداخلي منها حمضيًا وغنيًا بالكلوريدات، مما يحافظ على بيئة كهروكيميائية تختلف بشدة عن السطح المحيط. ومن ثم، قد تخفي فتحة سطحية صغيرة عمقًا كبيرًا.

ويحسن الموليبدينوم والنيتروجين مقاومة هذا النوع من الهجوم من خلال عدة تأثيرات متداخلة في السلبية وكيمياء النقرات. ويساعد الكروم في تكوين الغشاء السلبي وإصلاحه. وتعامل معادلة PREN هذه التأثيرات على أنها مضافة، إلا أن سلوك السبيكة الفعلي يعتمد على كيفية توزع العناصر في البنية المجهرية، وعلى بقائها متاحة في المصفوفة المحيطة.

أما التآكل الشقّي فهو مرتبط بالتنقر لكنه ليس مطابقًا له. وينشأ في الفجوات المحمية، مثل المناطق الواقعة أسفل الحشيات، أو عند الوصلات المتراكبة، أو تحت الترسبات، أو داخل الوصلات سيئة الغسل. ويؤدي استنفاد الأكسجين داخل الشق إلى تغيير الظروف الكهروكيميائية، في حين يمكن أن تتركز الكلوريدات والأنواع الحمضية هناك. وقد يقاوم فولاذ ما التنقر على السطح المكشوف، لكنه يؤدي أداءً ضعيفًا في شق ضيق، ولا سيما عندما تسمح هندسة الشق بركود المحلول.

يرتبط ارتفاع عدد مكافئ مقاومة التنقر عمومًا بمقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريد. Limited evidence

[2][2] Localized corrosion resistance and PREN relationship. Metals authors. Metals, 2021.

ويكتسب هذا التمييز أهمية لأن اسم PREN يُستخدم أحيانًا على نطاق أوسع من اللازم. فالمعادلة ترتبط أساسًا بمقاومة التنقر، رغم أن القيم الأعلى غالبًا ما ترتبط بتحسن المقاومة لأشكال أخرى من الهجوم الموضعي. وقد أفادت ورقة منشورة في مجلة Metals عام 2021 بأن ارتفاع PREN يتوافق مع مقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريدات. وهذه علاقة مقارنة، وليست ضمانًا بأن تستجيب جميع آليات التآكل الموضعي بالطريقة نفسها.

يمكن لتركيز الكلوريدات، ودرجة الحرارة، والحموضة، وتوافر الأكسجين، والتدفق، والترسبات، ومدة التعرض أن تغير النتيجة بدرجة كبيرة. فمياه البحر، ومحلول معالجة ساخن يحتوي على الكلوريدات، وحمام مخبري من كلوريد الحديديك، ليست بيئات قابلة للتبادل. وتضيف الترب الحاوية على الكلوريدات متغيرات أخرى، منها احتجاز الرطوبة، والتهوية التفاضلية، والتلوث. وقد ذكرت ISSF في عام 2025 أن القيمة الأعلى تشير، بصورة شبه كمية، إلى مقاومة أكبر للتآكل الموضعي في الترب الحاملة للكلوريدات؛ وتكتسب عبارة «بصورة شبه كمية» أهمية خاصة. فهي تشير إلى ميل في الترتيب، لا إلى معادلة لتقدير العمر في الموقع.

يوفر ASTM G48 طرقًا مختبرية محددة باستخدام كلوريد الحديديك لمقارنة مقاومة بدء التنقر وتآكل الشقوق. Strong evidence

يوفر ASTM G48 وسيلة لاختبار الفرق بين الحساب والتحقق. إذ يحدد ASTM G48:2011 طرائق مخبرية لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة، من خلال قياس مقاومة بدء التنقر والتآكل الشقّي في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. وبحسب الطريقة المختارة، قد تشمل النتائج درجة الحرارة الحرجة للتنقر، أو درجة الحرارة الحرجة للتآكل الشقّي، أو فقدان الكتلة بعد التعرض. وتفرض هذه الاختبارات ظروفًا مضبوطة وتتيح إجراء المقارنات، إلا أن كلوريد الحديديك شديد القسوة عمدًا، ولا يحاكي كل بيئة صناعية أو بحرية أو ترابية.

وتضيف عمليات اللحام تعقيدًا آخر. فقد تحتوي الوصلة الملحومة على مناطق متأثرة بالحرارة، وتوازن متغير بين الأطوار، وقشور أكسيدية، وإجهاد متبقٍ، ومناطق مستنزفة من الكروم أو الموليبدينوم. ولا يمكن لحساب PREN استنادًا إلى مواصفة المعدن الأساسي أن يحدد سلوك التآكل لمعدن اللحام أو المنطقة المتأثرة بالحرارة. وتتطلب أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور اهتمامًا خاصًا بتوازن الفريت والأوستنيت واحتفاظها بالنيتروجين؛ فالكيمياء الاسمية وحدها لا تتحقق من أن اللحام النهائي يتمتع بالمقاومة المقصودة.

ما الذي لا تستطيع قيمة PREN التنبؤ به؟

لا تستطيع قيمة PREN التنبؤ مباشرةً بعمر الخدمة. فهي لا تعني أن سبيكة تبلغ قيمتها 40 ستدوم ضعف مدة سبيكة تبلغ قيمتها 20، كما أنها لا تحدد حدًا عالميًا مثل «فوق هذا الرقم لا يمكن أن يحدث التنقر». ولا ينطبق حد واحد لقيمة PREN على كل تركيز للكلوريدات، أو درجة حرارة، أو حالة سطح، أو هندسة، أو مسار تصنيع.

كما لا تستطيع التنبؤ بجهد تنقر دقيق. إذ يُقاس جهد التنقر كهروكيميائيًا، ويتغير بحسب محلول الاختبار، ودرجة الحرارة، وطريقة المسح، وتحضير السطح، وحالة العينة. وقد تساعد PREN في تفسير سبب ميل تركيب ما إلى إظهار مقاومة تنقر أعلى من تركيب آخر، لكنها لا تنتج الجهد المقاس.

ولا تستطيع PREN كذلك تحديد المقاومة للتآكل العام. فالتآكل المنتظم، والتآكل الجلفاني، والتآكل بالتعرية، والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي، وإجهاد التآكل بالتعب، تنطوي على عوامل تحكم مختلفة. وقد تتمتع سبيكة ما بقيمة PREN مواتية، ومع ذلك تتعرض لهجوم عام غير مقبول في حمض قوي، أو للتشقق في بيئة كلوريدية ساخنة، أو لتلف متسارع عندما تؤدي السرعة إلى إزالة الغشاء السلبي. ويكتسب غياب النيكل عن المعادلة أهمية خاصة عند تقييم البيئات التي يكون فيها استقرار الطور أو مقاومة الأحماض الاختزالية أمرًا مهمًا.

ولا يستطيع الحساب أيضًا أن يأخذ في الحسبان بصورة كاملة الشوائب، والانفصال، وتلوث السطح، والخشونة، وتلوث الحديد، وتغير اللون الحراري، وأبعاد الشقوق، أو الترسبات. فقد تنشئ هذه السمات ظروفًا موضعية تهيمن على التركيب الاسمي للكتلة. فالعينة المخبرية المصقولة وجذر اللحام المؤكسد المصنوعين من نفس صبة الفولاذ لا يقدمان سطح التآكل نفسه.

ولهذا السبب، ينبغي الإبلاغ عن PREN مع ذكر المعادلة، وأساس التركيب، وتسمية السبيكة. فهي مؤشر مقارن تجريبي قيّم لمقاومة التآكل الموضعي المرتبط بالكلوريدات. لكنها ليست شهادة اجتياز أو رسوب، أو تصنيفًا عالميًا للتآكل، أو بديلًا عن اختبارات ASTM G48، والتقييم الخاص بالموقع، والضبط السليم لعمليات التصنيع.

الصيغة الشائعة لـ PREN

حساب رقم المكافئ لمقاومة التنقر المستخدم شائعًا هو:

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

هنا، تشير $\%\mathrm{Cr}$ و$\%\mathrm{Mo}$ و$\%N$ إلى محتويات الكروم والموليبدينوم والنيتروجين في السبيكة، ويُعبَّر عن كل منها كنسبة مئوية كتلية. والنتيجة رقم بلا أبعاد. وهي ليست نسبة مئوية، ولا معدل تآكل، ولا قيمة مضمونة لعمر الخدمة.

هذا التعبير مؤشر تجريبي قائم على التركيب الكيميائي. ويُستخدم لترتيب أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ أو مقارنتها من حيث مقاومتها للتآكل الموضعي، ولا سيما التنقر، في البيئات المحتوية على الكلوريدات. وقد أعادت British Stainless Steel Association نشر المعادلة بهذه الصيغة في عام 2025، بينما تصف Outokumpu قيمة PRE أو PREN بأنها مؤشر لمقارنة أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ، وليست قياسًا مباشرًا لأداء التآكل. وتشير القيمة الأعلى عمومًا إلى مقاومة أكبر للهجوم الموضعي الناجم عن الكلوريدات، لكن لا يكون للمقارنة معنى إلا عند النظر إلى السبائك وظروف الاختبار أو الخدمة معًا.

حدود الكروم والموليبدينوم والنيتروجين

يوفر الكروم الخاصية الأساسية المقاومة للتآكل في الفولاذ غير القابل للصدأ. ففي الهواء أو في بيئة مائية مؤكسِدة، يساهم الكروم في تكوين غشاء خامل رقيق غني بالكروم على سطح المعدن. ويقلل هذا الغشاء معدل دخول الحديد إلى المحلول. وتشترط مواصفات الفولاذ غير القابل للصدأ عادةً وجود ما لا يقل عن نحو 10.5% من الكروم للحصول على تصنيف «غير قابل للصدأ»، إلا أن حسابات PREN تُستخدم أساسًا للتمييز بين السبائك التي تحتوي على كروم أكثر بكثير من هذا الحد الأدنى.

يحصل الموليبدينوم على معامل ضرب قدره 3.3 في المعادلة الشائعة. وترتبط مساهمته خصوصًا بتحسين مقاومة نشوء الحفر واستمرار نموها في المحاليل الحاوية على الكلوريدات. ولا يؤدي الكروم والموليبدينوم وظائف متبادلة، كما أن الفولاذ الذي يحتوي على كروم أكثر لا يعادل تلقائيًا فولاذًا يحتوي على موليبدينوم أكثر. وتمنح الصيغة كل عنصر حدًا مستقلًا لأن تأثيراتهما في التآكل الموضعي مختلفة.

يمتلك النيتروجين أكبر معامل، وهو 16. وفي البنى المجهرية المناسبة للفولاذ غير القابل للصدأ، يمكن للنيتروجين أن يزيد مقاومة التنقر، إلى جانب تقوية الأوستنيت والتأثير في توازن الأطوار. ويكتسب دوره الفلزي أهمية خاصة في أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ مزدوج الطور، حيث يساعد النيتروجين على دعم الطور الأوستنيتي إلى جانب الفريت. ويجب أن يبقى النيتروجين مذابًا أو موجودًا في أطوار مناسبة من السبيكة لتحقيق الفائدة المقصودة؛ فالتحليل الكيميائي الاسمي وحده لا يصف جميع تأثيرات المعالجة أو المعالجة الحرارية أو اللحام أو الانفصال العنصري.

مساهمة عدد مكافئ مقاومة التنقر

من السهل ملاحظة الأوزان العددية. فكل زيادة قدرها نقطة مئوية واحدة في الكروم تضيف وحدة PREN واحدة. وكل زيادة قدرها نقطة مئوية واحدة في الموليبدينوم تضيف 3.3 وحدات، بينما تضيف كل زيادة قدرها نقطة مئوية واحدة في النيتروجين 16 وحدة. وهكذا، يساهم 2% من Mo بمقدار 6.6 وحدات، في حين يساهم 0.20% من N بمقدار 3.2 وحدات. ولا تعني هذه القيم أن النيتروجين «أفضل 16 مرة» من الكروم من الناحية الفيزيائية في كل حالة تآكل. فهي تعبّر عن المقياس المختار لهذا الارتباط التجريبي المحدد.

لا يدخل النيكل في هذه المعادلة الشائعة. ولا يعني هذا الإغفال أن النيكل ليست له أهمية فلزية أو مرتبطة بالتآكل. فالنيكل يثبت الأوستنيت، ويؤثر في توازن الأطوار، ويؤثر في الخمول وإعادة التخميل، ويوجد في كثير من الدرجات الأوستنيتية ومزدوجة الطور. لكنه ببساطة ليس أحد حدود التركيب في تعبير PREN القياسي ذي العناصر الثلاثة. وقد أوضحت Society of Petroleum Engineers هذا التمييز صراحةً في مناقشتها لعام 2025 لاختيار المواد القائم على PREN.

وللسبب نفسه، لا يأخذ PREN في صورته الأساسية في الحسبان مباشرةً الكربون أو السيليكون أو المنغنيز أو النحاس أو التنغستن أو الكبريت أو توزيع الأطوار أو عدد الشوائب أو حالة السطح أو تخفيف معدن اللحام. ويمكن لهذه العوامل أن تؤثر في سلوك التآكل الموضعي الفعلي حتى عندما تكون قيم PREN المحسوبة لفولاذين متشابهة.

يوضح المثال البسيط الآتي طريقة الحساب. لنفترض وجود سبيكة تحتوي على 22.0% Cr و3.0% Mo و0.18% N:

$$\mathrm{PREN}=22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)$$

$$\mathrm{PREN}=22.0+9.9+2.88=34.78$$

تُبلَّغ النتيجة عادةً على صورة PREN 34.8، أو تُقرَّب أحيانًا إلى PREN 35. ولا ينبغي الخلط بين التقريب ومستوى دقة يمكن لسلوك التآكل الأساسي أن يدعمه.

سبب كون المعاملين 3.3 و16

المعاملان 3.3 و16 هما عاملا ترجيح تجريبيان. وقد طُوِّرا استنادًا إلى العلاقات المرصودة بين تركيب الفولاذ غير القابل للصدأ ومقاومته للتآكل الموضعي، ولم يُشتقا من معادلة ترموديناميكية أساسية لبدء التنقر. وتكثّف الصيغة عدة اتجاهات تجريبية في مؤشر عددي ملائم.

أُسنِد إلى الكروم معامل قدره 1 لتحديد المقياس المرجعي. ومُنح الموليبدينوم معاملًا قدره 3.3 لأن التغيرات في محتواه وُجد أنها تُحدث تأثيرًا أقوى في مقاومة التآكل الموضعي من التغيرات المتساوية في محتوى الكروم، وذلك ضمن نطاقات السبائك المستخدمة لإنشاء الارتباط. وأُسنِد إلى النيتروجين معامل قدره 16 لأن التغيرات الصغيرة نسبيًا في محتواه ارتبطت بتأثير كبير نسبيًا في بيانات الفولاذ غير القابل للصدأ ذات الصلة.

مساهمة النيتروجين

وهذا هو السبب العملي في أن إضافة كمية صغيرة من النيتروجين يمكن أن تغيّر القيمة المحسوبة تغييرًا ملموسًا. فرفع النيتروجين من 0.10% إلى 0.20% يضيف $16\times 0.10=1.6$ وحدة PREN. أما زيادة الكروم بالمقدار العددي نفسه، أي 0.10 نقطة مئوية، فلا تضيف سوى 0.10 وحدة. والحساب الحسابي واضح، لكن يجب أن يظل التفسير الفيزيائي محدودًا. فالمعامل لا يحدد تحويلًا كونيًا بين عناصر السبيكة، ولا يتنبأ بسلوك كهروكيميائي متماثل عبر أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ الفريتية والأوستنيتية والمارتنسيتية والمتصلدة بالترسيب ومزدوجة الطور.

ولذلك، من الأفضل التعامل مع المعادلة باعتبارها عرفًا للترتيب داخل مجموعة ذات صلة من السبائك. وقد حددت ورقة Metals لعام 2021 العلاقة المعتادة التي تفيد بأن ارتفاع PREN يقترن بمقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريدات، إلا أن هذه العلاقة شبه كمية. فهي لا تعني أن كل سبيكة ذات PREN قدره 40 ستتفوق على كل سبيكة ذات PREN قدره 35 في كل بيئة.

يمكن للمعالجة أن تخل بالترتيب البسيط القائم على التركيب. فقد تمتلك المنطقة المتأثرة حراريًا باللحام توازنًا مختلفًا للأطوار عن اللوح الأصلي. كما يمكن للأطوار البينفلزية ونتريدات الكروم وشوائب الكبريتيد وتلوث السطح والفجوات وسوء المعالجة الحرارية أن تنشئ جميعًا مواقع لبدء التنقر. ويؤثر أيضًا في النتيجة كل من تركيز الكلوريدات ودرجة الحرارة والحموضة وتوافر الأكسجين والتدفق والرواسب والجهد الكهروكيميائي. ولا يستطيع PREN ترميز متغيرات الخدمة هذه.[3][3] Standard test methods for pitting and crevice corrosion resistance of stainless steels. ASTM International. ASTM G48, 2011.

يتطلب التحقق إجراء اختبارات أو تقييمًا للتآكل خاصًا بالموقع. وتحدد ASTM G48 طرقًا مخبرية لمقارنة أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ والسبائك ذات الصلة، وذلك بقياس مقاومتها لبدء التنقر والتآكل الشقّي في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. ولا تعادل نتيجة ASTM G48 قيمة PREN. فقيمة PREN تُحسب من التركيب، بينما ينتج عن ASTM G48 استجابة مقاسة وفق إجراء اختبار محدد. ولا يعيد أي منهما، بمفرده، تمثيل كل بيئات الخدمة.

النسب المئوية الكتلية والترميز

النسبة المئوية الوزنيةالنسبة المئوية الوزنية النسبة الكتلية لعنصر في السبيكة. مدخلات عدد مكافئ مقاومة التنقر ليست نسبًا ذرية، ولا كسورًا حجمية، ولا كسورًا كتلية عشرية.

تشير علامات النسبة المئوية في المعادلة إلى النسب المئوية الوزنية، وتُسمى أيضًا النسب المئوية الكتلية. وهي لا تشير إلى النسب المئوية الذرية أو الكسور الحجمية أو نسبة العنصر المتبقية في الغشاء الخامل. فإذا أظهرت شهادة المصنع 20.00% Cr و2.50% Mo و0.10% N، تُدرج تلك النسب المئوية الكتلية المبلَّغ عنها مباشرةً:

$$\mathrm{PREN}=20.00+3.3\left(2.50\right)+16\left(0.10\right)$$

$$\mathrm{PREN}=20.00+8.25+1.60=29.85$$

والترميز $\%\mathrm{Cr}$ هو اختصار لعبارة «محتوى الكروم بالنسبة المئوية الوزنية». وتوضح الأقواس أن المعامل يضرب الحد الكامل الخاص بالعنصر. وليس من الصحيح قراءة $3.3(\%\mathrm{Mo})$ على أنها 3.3% من الموليبدينوم، أو ضرب نتيجة PREN بأكملها في 3.3.

كما توجد صيغ بديلة للأنظمة السبيكية المحتوية على التنغستن، أو للمقارنات التي يُعامل فيها المنغنيز بوصفه عاملًا اختزاليًا. وقد أبلغ International Stainless Steel Forum في عام 2025 عن الصيغة المحتوية على التنغستن كما يلي:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

ويعني الترميز $0.5\%W$ أن نصف النسبة المئوية الوزنية للتنغستن يُضاف إلى حد الموليبدينوم قبل الضرب في 3.3. كما أبلغ ISSF عن الصيغة التالية:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

وهذه ليست تسميات متبادلة للمعادلة الأساسية. ويجب تحديد الصيغة المختارة عند الإبلاغ عن قيمة ما، ولا سيما بالنسبة إلى الدرجات المزدوجة الطور المحتوية على التنغستن أو المقارنات التقنية التي تطبق تعديل المنغنيز.

ولإجراء حساب ذي معنى، استخدم تركيب المنتج الفعلي أو منطقة اللحام الجاري تقييمها، وحافظ على جميع المدخلات على أساس النسبة المئوية الوزنية نفسه، واذكر المعادلة المستخدمة. وقد تنتج النطاقات الكيميائية في مواصفات الدرجة نطاقًا من قيم PREN الممكنة بدلًا من رقم واحد دقيق. وتُعد القيمة المحسوبة أداة مفيدة للفحص والمقارنة، لكنها ليست تصنيفًا عالميًا للتآكل.

كيفية حساب PREN خطوة بخطوة

يُحسب رقم المكافئ لمقاومة التنقر الشائع الاستخدام كما يلي:

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

هنا، يُعبَّر عن الكروم والموليبدينوم والنيتروجين كنِسَب مئوية وزنية، وليس ككسور أو نِسَب مئوية ذرية أو تركيزات كتلية في محلول. والنتيجة مؤشر عديم الأبعاد. وهي ليست نسبة مئوية ولا تحمل أي وحدات.

هذه المعادلة هي الصيغة التي أوردتها الرابطة البريطانية للفولاذ غير القابل للصدأ في عام 2025. وPREN هو مؤشر تجريبي قائم على التركيب، يُستخدم لترتيب أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ ومقارنتها فيما يتعلق بالتآكل الموضعي، ولا سيما التنقر، في البيئات المحتوية على الكلوريدات. وتشير القيمة المحسوبة الأكبر عمومًا إلى مقاومة أعلى في ظل ظروف قابلة للمقارنة. لكنها لا تتنبأ مباشرةً بعمر الخدمة، ولا تضمن جهد تنقر معينًا، ولا تحل محل اختبارات التآكل.

الحساب بسيط، أما اختيار أساس التركيب الصحيح فليس كذلك.

قراءة بيانات التركيب من مواصفة مادة

ابدأ بوثيقة المادة، وليس بجدول عام للدرجات. فقد تعرض شهادة اختبار المصنع، أو تحليل الصهيرة، أو مواصفة المنتج، أو المواصفة القياسية عدة أنواع مختلفة من المعلومات الكيميائية. وقد تورد الوثيقة تركيبًا اسميًا، أو مجالًا محددًا، أو قيمة قصوى مسموحًا بها، أو قيمة دنيا، أو التحليل المقاس لصهيرة معينة. وهذه القيم ليست قابلة للتبادل.

لنفترض، في تحليل افتراضي لصهيرة من الفولاذ غير القابل للصدأ، أن الشهادة تورد ما يلي:

• Cr: ‏22.10% وزنيًا
• Mo: ‏3.05% وزنيًا
• N: ‏0.185% وزنيًا

هذه الأرقام مُختلَقة لغرض التدريب على الحساب فقط. وهي لا تمثل تركيبًا قياسيًا، أو درجة مسجلة، أو بيانات منتج.

القيم ذات الصلة هي المحتويات المقاسة من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين. ولا يظهر النيكل في معادلة PREN الشائعة. وقد أوضحت جمعية مهندسي البترول هذه النقطة مباشرةً في عام 2025: فالنيكل غير مدرج في المعادلة. ولا يعني هذا الإغفال أن النيكل لا تأثير معدنيًا له؛ بل يعني أن التعبير التجريبي المختار لا يخصص حدًا مستقلًا للنيكل.

اقرأ الرموز بعناية. يشير “Cr” إلى الكروم، و“Mo” إلى الموليبدينوم، و“N” إلى النيتروجين. لا تستبدل بها المحتوى الكلي للسبيكة، أو توصيف المتبقي، أو قيمة مأخوذة من صهيرة مختلفة. وإذا أدرجت الشهادة للنيتروجين القيمة “<0.010”، فهذه ليست قيمة مقاسة تبلغ 0.010%، بل حد إبلاغ أو حد أعلى. وسيكون استخدام 0.010% في الحساب افتراضًا، ويجب تحديده على هذا الأساس.

ينبغي تدوين أساس المصدر بجانب النتيجة. فعلى سبيل المثال، تختلف عبارة «PREN محسوب من تحليل الصهيرة المبلَّغ عنه» اختلافًا جوهريًا عن عبارة «PREN محسوب من التركيب الاسمي». وإذا كانت الوثيقة لا تقدم سوى حدود المواصفة، فأبلغ عن هذه الحقيقة بدلًا من عرض النتيجة على أنها PREN المقاس للسبيكة.

انظر في حالة افتراضية ثانية مبنية على مجال مواصفة:

• Cr: ‏21.00–23.00% وزنيًا
• Mo: ‏2.50–3.50% وزنيًا
• N: ‏0.10–0.20% وزنيًا

لا ينتج هذا المجال تركيبًا واحدًا فريدًا، بل ينتج نطاقًا من قيم PREN المحسوبة الممكنة إذا غُيِّرت الحدود بصورة مستقلة.

عدد مكافئ مقاومة التنقر المحسوب

باستخدام القيم الدنيا المدرجة:

$$\%\mathrm{Cr}=21.00$$

$$3.3(\%\mathrm{Mo})=3.3\left(2.50\right)=8.25$$

$$16(\%N)=16\left(0.10\right)=1.60$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{lower}}=21.00+8.25+1.60=30.85$$

وباستخدام القيم العليا المدرجة:

$$\%\mathrm{Cr}=23.00$$

$$3.3(\%\mathrm{Mo})=3.3\left(3.50\right)=11.55$$

$$16(\%N)=16\left(0.20\right)=3.20$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{upper}}=23.00+11.55+3.20=37.75$$

إن المجال الناتج، من 30.85 إلى 37.75، هو غلاف رياضي يستند إلى الحدود المذكورة. وليس بالضرورة أن يكون النطاق الفعلي للصهائر، لأن عناصر السبيكة قد لا تبلغ جميع الحدود في الوقت نفسه، ولأن المواصفة قد تفرض قيودًا إضافية. ومع ذلك، فإنه يوضح سبب إمكانية أن تؤدي قيمة واحدة مستخلصة من القيم القصوى إلى المبالغة في القيمة المرتبطة بمادة معينة.

وتنتج القيم الاسمية نتيجة ثالثة. فإذا كان التركيب الاسمي الافتراضي هو Cr بنسبة 22.00%، وMo بنسبة 3.00%، وN بنسبة 0.15%، فإن:

$$\text{مساهمة الكروم}=22.00$$

$$\text{مساهمة الموليبدينوم}=3.3\left(3.00\right)=9.90$$

$$\text{مساهمة النيتروجين}=16\left(0.15\right)=2.40$$

$$\mathrm{PREN}=22.00+9.90+2.40=34.30$$

إن قيمة 34.30 هي نتيجة حساب مبني على التركيب الاسمي، وليست قياسًا لكل صهيرة بيعت أو أُنتجت ضمن مجال ذلك التركيب.

استبدال القيم دون تغيير الوحدات

يرتبط المعاملان 3.3 و16 بمدخلات معبر عنها كنِسَب مئوية وزنية. ويؤدي إدخال النسب المئوية في صورة كسور عشرية إلى تغيير النتيجة بمقدار عامل قدره 100، وهو خطأ شائع.

باستخدام تحليل الصهيرة الافتراضي أعلاه:

\[ \%Cr=22.10,\quad \%Mo=3.05,\quad \%N=0.185 \]

احسب كل مساهمة على حدة:

$$\text{مساهمة الكروم}=22.10$$

$$\text{مساهمة الموليبدينوم}=3.3\left(3.05\right)=10.065$$

$$\text{مساهمة النيتروجين}=16\left(0.185\right)=2.960$$

ثم اجمعها:

$$\mathrm{PREN}=22.10+10.065+2.960=35.125$$

وقبل الإبلاغ عن النتيجة، اختر قاعدة للتقريب وطبّقها بصورة متسقة.

ويتطلب الحساب نفسه، عند استخدام الكسور الكتلية العشرية، صيغة مختلفة للمعادلة. فعلى سبيل المثال، تعادل نسبة 22.10% وزنيًا من الكروم الكسر 0.2210، لكن إدخال 0.2210 مباشرةً في المعادلة المذكورة يعطي:

$$0.2210+3.3\left(0.0305\right)+16\left(0.00185\right)=0.35125$$

وهذه ليست اتفاقية PREN المعبر عنها في الصيغة المصدر. فالمعادلة تتطلب القيم 22.10 و3.05 و0.185، وليس 0.2210 و0.0305 و0.00185.

ويكتسب تحويل الوحدات أهمية أيضًا عندما يستخدم تقرير المختبر وحدة الأجزاء في المليون. فالنيتروجين بتركيز 1,850 جزءًا في المليون من حيث الكتلة يعادل 0.185% وزنيًا، لأن:

$$1850\mathrm{ppm}÷\mathrm{10,000}=0.185\%$$

ولا يجوز إدخال 0.185 في المعادلة إلا بعد إجراء هذا التحويل. أما التقرير الذي يورد نيتروجين بنسبة 0.0185%، فيعادل 185 جزءًا في المليون، وينتج مساهمة مختلفة للنيتروجين.

وبالنسبة إلى الفولاذ غير القابل للصدأ المحتوي على التنغستن، يورد المنتدى الدولي للفولاذ غير القابل للصدأ التعبير التالي:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

يجب وضع حد التنغستن داخل قوس الموليبدينوم. ولتركيب افتراضي بوضوح يتكون من Cr بنسبة 24.00%، وMo بنسبة 3.00%، وW بنسبة 2.00%، وN بنسبة 0.20%:

$$\text{مساهمة الكروم}=24.00$$

$$\text{حد Mo المعدل}=3.3(3.00+0.5(2.00\left)\right)=3.3\left(4.00\right)=13.20$$

$$\text{مساهمة النيتروجين}=16\left(0.20\right)=3.20$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=24.00+13.20+3.20=40.40$$

لا تستبدل PREN العادي بـ PRENW دون توضيح. اذكر التعبير المستخدم.

كما يورد ISSF صيغة معدلة للمنغنيز:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

وبالنسبة إلى القيم الافتراضية Cr بنسبة 22.00%، وMo بنسبة 3.00%، وN بنسبة 0.15%، وMn بنسبة 1.00%، تكون الحدود المنفصلة هي 22.00 و9.90 و2.40 و−1.00. ولذلك:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=22.00+9.90+2.40-1.00=33.30$$

ينبغي أن يتضمن التقرير اسم الصيغة وأساس التركيب.

التقريب والأرقام المعنوية وإعداد التقارير

احتفظ بالأرقام الإضافية أثناء إجراء الحساب، ثم قرّب النتيجة النهائية. وباستخدام تحليل الصهيرة الافتراضي، تكون النتيجة غير المقربة 35.125. ويؤدي الإبلاغ عن PREN بقيمة 35.13 إلى الحفاظ على منزلتين عشريتين؛ بينما يكون الإبلاغ عن PREN بقيمة 35.1 أكثر تحفظًا عندما لا تبرر بيانات التركيب الإبلاغ عن أجزاء من المئة.

ينبغي أن يعكس عدد الخانات المبلَّغ عنها دقة المدخلات. فإذا أُبلغ عن الكروم بوصفه 22% فقط، والموليبدينوم بوصفه 3%، والنيتروجين بوصفه 0.2%، فإن نتيجة مثل 35.127 تمثل دقة زائفة. وتكون العبارة المعقولة: «PREN المحسوب ≈35»، مع تحديد المدخلات الاسمية أو المقربة.

لا تقرّب كل مساهمة في وقت مبكر جدًا. ففي مثال تحليل الصهيرة، يؤدي تقريب مساهمة الموليبدينوم من 10.065 إلى 10.1، ومساهمة النيتروجين من 2.960 إلى 3.0، قبل الجمع، إلى الحصول على 35.1، في حين أن الاحتفاظ بالقيم يعطي 35.125. والفارق صغير هنا، لكن المقارنات القريبة من الحدود قد تتأثر بذلك.

ينبغي أن يحدد التقرير الكامل المعادلة ومصدر التركيب وقاعدة التقريب: «PREN = 35.13، محسوب باستخدام PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) من تحليل الصهيرة المبلَّغ عنه؛ المدخلات معبر عنها بنسبة مئوية وزنية؛ ومقربة إلى منزلتين عشريتين». وإذا استُخدمت القيم الاسمية، أو الحدود الدنيا أو العليا للمواصفة، فيجب ذكر ذلك صراحةً.

وأخيرًا، لا يُعد الحساب عملية تحقق. إذ تحدد ASTM G48 طرائق مختبرية لمقارنة الفولاذ غير القابل للصدأ والسبائك ذات الصلة من حيث مقاومتها لبدء التنقر والتآكل الشقّي في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. كما يعتمد الأداء الفعلي على البنية المجهرية، والشوائب، واللحام، وحالة السطح، ودرجة الحرارة، وتركيز الكلوريد، وتوافر الأكسجين، وهندسة الشق. ويساعد PREN في مقارنة الإمكانات القائمة على التركيب، لكنه لا يحاكي كل بيئة من بيئات الخدمة.

لماذا يهمّ الكروم والموليبدينوم والنيتروجين

يُحسب رقم المكافئ لمقاومة التنقر المستخدم على نطاق واسع كما يلي:

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

تمثّل نسب العناصر السبائكية نسبًا مئوية من حيث الوزن. ويمنح هذا الحساب الكروم والموليبدينوم والنيتروجين معاملات مختلفة، لأن كل عنصر ارتبط، من خلال المقارنات التجريبية، بمقاومة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الموضعي الناجم عن الكلوريدات. ولا تمثل هذه الصيغة قانونًا آليًا، كما أنها لا تحوّل التركيب مباشرةً إلى تنبؤ بعمر الخدمة. بل هي مؤشر قائم على التركيب لترتيب السبائك أو مقارنتها.

أعطت British Stainless Steel Association هذه الصيغة في عام 2025، بينما تصف Outokumpu مصطلحَي «PRE أو PREN» بأنهما مؤشر قائم على التركيب يُستخدم لترتيب أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ومقارنتها من حيث مقاومتها للتآكل التنقري. ويُعد اتجاه المقارنة مفيدًا: فالقيمة المحسوبة الأعلى تقترن عمومًا بمقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريدات. ومع ذلك، يظل الرقم جزءًا واحدًا فقط من التقييم. إذ يمكن للبنية المجهرية، والمعالجة الحرارية، وحالة السطح، والشوائب، واللحام، وهندسة الفجوات، ودرجة الحرارة، وتركيز الكلوريدات، ودرجة الحموضة، والظروف المؤكسدة، والتدفق أن تغيّر الأداء الفعلي.

الكروم وتكوّن الغشاء السلبي

يُعد الكروم الحد الأول في المعادلة لأنه يوفر الأساس الكيميائي للسلبية في الفولاذ المقاوم للصدأ. فعندما تتعرض سبيكة من الحديد والكروم للهواء أو لبيئة مائية، يحفّز الكروم الموجود على السطح تكوّن غشاء سلبي رقيق غني بالأكاسيد وملتصق بالسطح. ويقلل هذا الغشاء بشدة معدل ذوبان السبيكة الواقعة تحته مقارنةً بالحديد غير المسبوك أو بالفولاذ الكربوني العادي. ولذلك فإن الفولاذ المقاوم للصدأ ليس محصّنًا ضد التآكل؛ إذ يعتمد سلوكه المفيد على تكوّن الغشاء، وبقائه ملتصقًا، وقدرته على إصلاح نفسه بعد الأضرار الطفيفة.

وترتبط عتبة الكروم المألوفة، البالغة نحو 10.5%، بتعريف الفولاذ المقاوم للصدأ في العديد من السياقات التقنية، رغم أن السلوك الدقيق يعتمد على كيمياء السبيكة والبيئة. وتؤدي زيادة الكروم عمومًا إلى تعزيز القدرة على تكوين الغشاء السلبي والحفاظ عليه، ولهذا يحصل الكروم على معامل قدره 1 في صيغة PREN الأساسية. ولا ينبغي تفسير هذا المعامل على أنه دليل على أن الكروم أقل أهمية من الموليبدينوم أو النيتروجين في جميع الظروف. فالكروم يؤسس الحالة السلبية التي تعمل في ظلها تأثيرات العناصر السبائكية الأخرى.

يبدأ التآكل الموضعي عندما تصبح مساحة صغيرة من السطح السلبي غير مستقرة. ويمكن لأيونات الكلوريد أن تتركز عند العيوب أو الشوائب أو الفجوات أو المناطق المتضررة، وقد تؤدي الخلية الكهروكيميائية الناتجة إلى نمو حفرة حتى مع بقاء معظم السطح في حالة سلبية. ويمكن لارتفاع محتوى الكروم أن يحسّن مقاومة السبيكة لهذا التحول، لكن إجمالي محتوى الكروم لا يصف توزيعه بالكامل. فالكروم المرتبط بنيتريدات الكروم أو كربيداته لا يعادل، عند السطح المتأثر، الكروم المتاح في المصفوفة المحيطة. وهذا أحد أسباب قدرة التحسس، أو ممارسات اللحام السيئة، أو المعالجة الحرارية غير الملائمة على إحداث تآكل موضعي رغم ارتفاع قيمة PREN الاسمية إلى حدٍّ معتبر.

تعتمد الدرجات الفريتية مثل EN 1.4016، المعروفة عادةً باسم X6Cr17، اعتمادًا كبيرًا على الكروم لتحقيق السلبية، لكنها تحتوي على قدر ضئيل من الموليبدينوم والنيتروجين أو لا تحتوي عليهما مقارنةً بالدرجات الأعلى سبكًا. وتوضح الدرجات الأوستنيتية مثل EN 1.4301، X5CrNi18-10، وEN 1.4404، X2CrNiMo17-12-2، سبب ضرورة النظر إلى الكروم مع بقية التركيب. إذ تحتوي الدرجة الأخيرة على الموليبدينوم إلى جانب الكروم، ولذلك تكون قيمة PREN المحسوبة لها أعلى من قيمة سبيكة نموذجية من نوع 304. وتبقى هذه المقارنة إرشادية وليست مطلقة.

الموليبدينوم ومقاومة الانهيار الموضعي

يُمنح الموليبدينوم معاملًا قدره 3.3 في الصيغة الشائعة:

$$3.3(\%\mathrm{Mo})$$

ويعكس هذا الترجيح ارتباطه التجريبي القوي بمقاومة بدء الحفر وانتشارها في البيئات الحاوية على الكلوريدات. ولا يجعل الموليبدينوم الغشاء السلبي «أكثر سماكة» فحسب. فعادةً ما يُناقش تأثيره من حيث تحسين استقرار الحالة السلبية وإصلاحها في المواقع التي بدأ فيها الكلوريد بالهجوم، وكذلك تقليل شدة الذوبان الموضعي. وتختلف الآلية الدقيقة باختلاف بنية السبيكة والجهد والبيئة، ولذلك ينبغي التعامل مع هذا المعامل بوصفه عاملًا تجريبيًا للمقارنة، لا مقياسًا عامًا للفعل الفيزيائي للموليبدينوم.

وتكتسب هذه التفرقة أهمية عند مقارنة الدرجات. فـ EN 1.4404، X2CrNiMo17-12-2، تحتوي على نحو 2% من الموليبدينوم ضمن مجال تركيبها المحدد، في حين أن EN 1.4301، X5CrNi18-10، لا تعتمد عمدًا على الموليبدينوم في مقاومتها للتآكل. ويمنح الحساب الاسمي باستخدام تركيب كيميائي تمثيلي الدرجة المحتوية على الموليبدينوم قيمة PREN أعلى. وتتوافق هذه النتيجة مع ميزتها المعتادة في البيئات المحتوية على الكلوريدات، لكنها لا تضمن الحصانة من التنقر، ولا سيما في محاليل الكلوريد الدافئة والمركزة أو تحت الترسبات وداخل الفجوات.

ويظهر الموليبدينوم أيضًا في أنواع الفولاذ الفريتية والأوستنيتية والمزدوجة المقاومة للصدأ. وفي الدرجات المزدوجة، يسهم هذا العنصر في المقاومة العالية للتآكل الموضعي المرتبطة بتراكيب مثل EN 1.4462، X2CrNiMoN22-5-3. ومع ذلك، يمكن أن يختلف السلوك المقاس للحام في فولاذ مزدوج أو للمنطقة المتأثرة بالحرارة عن سلوك المعدن الأساسي الملدّن بالمحلول بصورة صحيحة. فكل من توازن الأطوار، والأطوار بين المعدنية، وتوزيع النيتروجين، وتقسيم الكروم والموليبدينوم بين المناطق، عوامل مهمة. ولا يستطيع حساب التركيب الكلي اكتشاف تلك الظروف الموضعية.

يورد International Stainless Steel Forum صيغة تحتوي على التنغستن:

$$\mathrm{PRENW}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

وهنا يُمنح التنغستن نصف إسهام الموليبدينوم داخل الحد المرتبط بالموليبدينوم. كما يورد ISSF صيغة معدّلة للمنغنيز:

$$\mathrm{PRENMn}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

وتوضح هذه الصيغ البديلة أن اصطلاحات PREN ليست تسميات قابلة للتبادل. وينبغي تحديد الصيغة المختارة، ولا سيما في السبائك المحتوية على التنغستن أو السبائك العالية المنغنيز.

النيتروجين في تصميم سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ

يمتلك النيتروجين أكبر معامل في المعادلة الشائعة، وهو 16:

$$16(\%N)$$

ولا يعني هذا المعامل الكبير أن النيتروجين أهم بستة عشر ضعفًا من الكروم في كل حدث ميتالورجي. فهو يسجل إسهامًا تجريبيًا لكل وحدة من النسبة المئوية الوزنية في السبائك وبيانات الاختبارات التي طُوّرت الصيغة على أساسها. ويمكن للنيتروجين أن يحسّن مقاومة التآكل الموضعي، ويزيد استقرار الطور الأوستنيتي، ويؤثر في توازن الأطوار في أنواع الفولاذ المزدوجة المقاومة للصدأ. وتجعل هذه التأثيرات النيتروجين ذا أهمية خاصة في تصميم السبائك الحديثة.

وفي أنواع الفولاذ المزدوجة المقاومة للصدأ، يساعد النيتروجين على تثبيت الطور الأوستنيتي، بينما يدعم الكروم والموليبدينوم مقاومة التآكل في الطور الفريتي. وليس الهدف مجرد الوصول إلى قيمة مرتفعة للنيتروجين. إذ يجب أن تحافظ السبيكة على توازن مناسب بين الفريت والأوستنيت بعد التصنيع واللحام والتبريد. ويمكن لفقدان النيتروجين أو إعادة توزيعه أثناء اللحام أن يؤثر في معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة، في حين قد يؤدي التعرض الحراري المفرط إلى تكوين رواسب غير مرغوبة تستهلك الكروم أو الموليبدينوم من المصفوفة المحيطة. وبالتالي، يمكن لدرجة مزدوجة ذات قيمة PREN محسوبة مرتفعة أن تعاني مع ذلك من هجوم موضعي إذا كانت بنيتها المجهرية الناتجة عن المعالجة غير صحيحة.

ويسهم النيتروجين أيضًا في مقاومة التآكل ومتانة الدرجات الأوستنيتية العالية السبك. ففي سبيكة مثل EN 1.4410، X2CrNiMoN25-7-4، يمثل النيتروجين جزءًا من تركيب متوازن بعناية يحتوي على كميات كبيرة من الكروم والموليبدينوم. ويعمل دوره مقترنًا بهذين العنصرين، ولا يمكن فصله عنهما عمليًا أثناء الخدمة. وقد تؤدي إضافة النيتروجين الاسمية نفسها إلى نتائج مختلفة تبعًا لبقائه مذابًا في المصفوفة، أو تكوّنه في صورة نيتريدات، أو تأثره بالتركيب الكيميائي المنفصل موضعيًا.

ولا يندرج النيكل ضمن معادلة PREN الأساسية، كما ذكرت Society of Petroleum Engineers في عام 2025. ولا يجعل هذا الحذف النيكل غير مهم ميتالورجيًا. فالنيكل يؤثر في استقرار الأوستنيت، وتوازن الأطوار، وسلوك التحول، والأداء العام من حيث مقاومة التآكل، غير أن المؤشر الأساسي أُنشئ حول حدود التركيب الرئيسية المستخدمة لمقارنة مقاومة التآكل الموضعي. ولذلك لا يمكن إضافة النيكل إلى الصيغة لمجرد كونه عنصرًا سبائكيًا مهمًا في الفولاذ المقاوم للصدأ.

ويمثل حساب PREN والتحقق من مقاومة التآكل مهمتين منفصلتين. إذ تحدد ASTM G48 طرائق مخبرية لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة من خلال قياس مقاومتها لبدء التآكل التنقري وتآكل الفجوات في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. ويمكن لهذه الاختبارات تمييز المواد في ظروف مضبوطة، لكنها لا تحاكي كل محلول كلوريدي أو ترسب أو لحام أو تشطيب سطحي أو درجة حرارة تشغيل. ويساعد PREN في تنظيم مقارنات السبائك، لكنه لا يحل محل اختبارات ASTM G48، أو الأدلة الميدانية، أو تقييم بيئة الخدمة الفعلية.

PRENW: المتغير المحتوي على التنغستن

صيغة PRENW

عدد مكافئ مقاومة التنقر المحتوي على التنغستنعدد مكافئ مقاومة التنقر المحتوي على التنغستن اصطلاح لعدد مكافئ مقاومة التنقر في السبائك المحتوية على التنغستن، تُضاف فيه نصف النسبة المئوية الوزنية للتنغستن إلى حد الموليبدينوم قبل الضرب في 3.3.

تكون صيغة العدد المكافئ لمقاومة التنقر المحتوي على التنغستن كما يلي:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

جميع قيم التركيب هي نسب مئوية وزنية. وقد أوردت British Stainless Steel Association (BSSA) وInternational Stainless Steel Forum (ISSF) والبحث المنشور في دورية Metals عام 2021 هذه الصيغة باعتبارها متغيرًا يُستخدم لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ التي تحتوي على التنغستن. وهي ليست بديلًا ينبغي تطبيقه تلقائيًا على كل تركيب من تراكيب الفولاذ المقاوم للصدأ.

الصيغة الاعتيادية التي نوقشت في مواضع أخرى من هذه المقالة هي:

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

يقتصر الاختلاف على طريقة التعامل مع التنغستن. ويظل الكروم والموليبدينوم والنيتروجين هي الحدود الفعالة، في حين يبقى النيكل خارج كلتا الصيغتين. وقد ذكرت Society of Petroleum Engineers في عام 2025 أن النيكل غير مدرج في معادلة PREN. ولا يعني هذا الإغفال أن النيكل ليست له أهمية ميتالورجية. فالنيكل يؤثر في توازن الأطوار، وتكوّن الأوستنيت، والخواص الميكانيكية، وسلوك التآكل في البنى المجهرية المعينة. والمقصود فقط أن النيكل لا يُسند إليه معامل في هذا المؤشر التجريبي.

لذلك، فإن PRENW أداة للمقارنة القائمة على التركيب، وليست تصنيفًا عالميًا لمقاومة التآكل. وتصف Outokumpu قيمة PRE، أو PREN، بأنها مؤشر يُستخدم لترتيب أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ومقارنتها من حيث مقاومة التنقر. كما يذكر بحث Metals المنشور عام 2021 أن ارتفاع قيمة PREN يتوافق عمومًا مع مقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريد. وكلمة «عمومًا» مهمة هنا. فالقيمة ترتب التراكيب وفق الاصطلاح المستخدم، لكنها لا تحسب مباشرةً عمر الخدمة، ولا جهد التنقر المضمون، ولا تركيز الكلوريد الآمن.

ويكون اصطلاح احتساب التنغستن ذا صلة خاصة عند مقارنة عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ التي يُضاف إليها التنغستن عمدًا كعنصر سبائكي. وقد تشمل هذه المقارنات درجات مزدوجة وفريتية، إضافةً إلى أنواع أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي السبك. وينبغي أن يستخدم الحساب التركيب المعتمد أو المحدد للدرجة، وأن يطبق الاصطلاح نفسه على كل سبيكة تجري مقارنتها. فخلط قيمة PREN القياسية لفولاذ معين بقيمة PRENW لفولاذ آخر قد ينشئ فرقًا ظاهريًا ناتجًا عن الصيغة، لا عن المادة نفسها.

على سبيل المثال، لننظر في تركيب افتراضي يحتوي على 25.0% من Cr، و3.0% من Mo، و0.7% من W، و0.25% من N. وفق الصيغة الاعتيادية التي تتجاهل التنغستن، تكون النتيجة:

$$25.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.25\right)$$

$$=25.0+9.9+4.0=38.9$$

أما وفق PRENW، فتعطي الصيغة للتركيب نفسه:

$$25.0+3.3(3.0+0.5(0.7\left)\right)+16\left(0.25\right)$$

$$=25.0+3.3\left(3.35\right)+4.0$$

$$=25.0+11.055+4.0=40.055$$

ويبلغ الفرق 1.155 وحدة مؤشر. وهذا الفرق هو المساهمة المسندة إلى 0.7% من التنغستن وفق هذا الاصطلاح، وليس زيادة مقاسة في درجة الحرارة الحرجة للتنقر أو تنبؤًا مباشرًا بأداء المادة في الموقع.

مساهمة 0.5W داخل حد الموليبدينوم

من السهل إساءة قراءة موضع $0.5\%W$ داخل القوسين. فهذا لا يعني أن التنغستن يسهم بمقدار 0.5 وحدة PREN لكل نقطة مئوية وزنية. إذ إن الحد الموجود بين القوسين يُضرب بالكامل في 3.3.

ويؤدي نشر المعادلة جبريًا إلى توضيح الأوزان:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3\%\mathrm{Mo}+3.3(0.5\%W)+16\%N$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3\%\mathrm{Mo}+1.65\%W+16\%N$$

وبالتالي، تسهم كل زيادة قدرها نقطة مئوية واحدة من التنغستن، ضمن هذا الاصطلاح، بمقدار 1.65 وحدة PREN. ويحصل تركيب يحتوي على 0.5% من W على حد تنغستن مقداره:

$$1.65\left(0.5\right)=0.825$$

أما التركيب الذي يحتوي على 1.0% من W فيحصل على 1.65 وحدة. وعند 2.0% من W، تبلغ المساهمة 3.30 وحدات. وهذا المعامل اصطلاح مخصص للحساب المقارن؛ ولا ينبغي تفسيره على أنه دليل على أن التنغستن والموليبدينوم يُحدثان تأثيرات متطابقة في كل سبيكة أو توازن أطوار أو بيئة كلوريدية.

ويكتسب هذا التمييز أهمية لأن الصيغة تختزل عدة تأثيرات ميتالورجية في رقم واحد. فقد يؤثر التنغستن في استقرار الأغشية السلبية وكيميائها، ولا سيما بالاقتران مع الكروم والموليبدينوم، إلا أن الاستجابة تعتمد أيضًا على الانفصال، والشوائب غير المعدنية، والمعالجة الحرارية، وتوزيع الأطوار، وحالة السطح، والبيئة المحلية. ففي أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة، على سبيل المثال، قد لا تكون محتويات السبيكة في الفريت والأوستنيت متطابقة. ولا يستطيع إدخال التركيب الكلي في PRENW إظهار ما إذا كان أحد الأطوار مستنزفًا محليًا من الكروم أو الموليبدينوم أو النيتروجين.

كما أن الصيغة لا تحول التنغستن إلى موليبدينوم داخل السبيكة نفسها. فالفولاذ الذي يحتوي على 3% من Mo و1% من W ليس مكافئًا كيميائيًا من جميع النواحي لفولاذ يحتوي على 3.5% من Mo. إذ تسند PRENW إلى التركيبين المساهمة التدريجية نفسها في المؤشر لهذين الحدين؛ فالقيمة 3.3(3.0 + 0.5) تساوي 11.55، لكن كيمياء الأطوار، وتاريخ التصنيع، واستجابة التآكل الموضعي قد تظل مختلفة.

ولهذا السبب، ينبغي إظهار العمليات الحسابية عند الإبلاغ عن PRENW. فكتابة عبارة «تبلغ قيمة PREN للدرجة 40» فقط تخفي ما إذا كان الحساب قد استخدم 1.65W، أو لم يتضمن حدًا للتنغستن، أو اتبع اصطلاحًا منشورًا آخر. وينبغي أن يحدد التقرير الشفاف الصيغة المستخدمة، وأن يسرد أساس التركيب، وأن يحتفظ بعدد كافٍ من المنازل العشرية أثناء الحساب، وأن يوضح ما إذا كانت النتيجة هي PREN أم PRENW.

متى ينبغي تحديد اصطلاح احتساب التنغستن

ينبغي تحديد اصطلاح احتساب التنغستن كلما أُدرج التنغستن في الحساب، وكلما أطلق مصدر ما على قيمة اسم PRENW، وكلما جرت مقارنة درجات تحتوي على إضافات مهمة من التنغستن بدرجات لا تحتوي عليه أو تحتوي على كميات قليلة منه. ويكتسب ذلك أهمية خاصة في المواصفات ونشرات البيانات الفنية التي تغطي أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة المحتوية على التنغستن، بما في ذلك التسميات مثل UNS S32760، حيث يتضمن التركيب المحدد تنغستن. وتظل مواصفة المنتج الدقيقة هي المرجع الحاكم للتركيب المسموح به؛ ولا ينبغي أن يحل الوصف الاسمي للدرجة محل قيم تحليل الصهيرة المستخدمة في الحساب.

كما ينبغي أن يظهر هذا التحديد في التقارير الفنية، ووثائق اختيار المواد، ومقارنات اختبارات التآكل. ويمكن أن ترد صياغة واضحة على النحو الآتي: «حُسبت PRENW وفقًا للصيغة %Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16(%N)، باستخدام قيم تحليل الصهيرة بالنسبة المئوية الوزنية». وإذا لم يُدرج التنغستن، فينبغي التصريح باستخدام الصيغة الشائعة بدلًا من ذلك: «حُسبت PREN وفقًا للصيغة %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N)». ولا ينبغي إضافة تصحيح للتنغستن دون تصريح لمجرد أن الدرجة تحتوي على كمية قابلة للكشف من W.

وهذه النقطة الأخيرة أساسية. فما زال اصطلاح PREN الشائع هو الاصطلاح الصحيح لكثير من مقارنات الفولاذ المقاوم للصدأ، بما في ذلك المقارنات التي لا يوجد فيها التنغستن أو لا يُعامل فيها بوصفه حدًا مساهمًا. كما تورد ISSF صيغة معدلة للمنغنيز، هي PRENMn:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

إن وجود كل من PRENW وPRENMn يوضح أن «PREN» ليست معادلة واحدة ثابتة في جميع المنشورات. وتبين اللاحقة للقارئ أي اصطلاح للتركيب قد اختير. وإذا أعطى مصدر ما قيمة غير ملحقة لدرجة تحتوي على التنغستن، فينبغي التحقق من أساس الحساب بدلًا من التخمين.

وأخيرًا، تظل PRENW مؤشرًا لترتيب مقاومة التآكل الموضعي في الظروف المحتوية على الكلوريد، وليست إثباتًا لصلاحية مكوّن ما أثناء الخدمة. وتحدد ASTM G48 طرقًا مخبرية لمقارنة الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة، من خلال قياس مقاومتها لبدء التنقر والتآكل الشقي في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. ويمكن لهذه الاختبارات أن تدعم مقارنة قائمة على الحساب، لكنها لا تحاكي كل توليفات درجة الحرارة، ونشاط الكلوريد، والترسبات، واللحام، والشقوق، وتوافر الأكسجين، والضرر الميكانيكي الموجودة أثناء الخدمة.

وقد تدعم قيمة PRENW الأعلى توقع مقاومة أكبر ضمن مجموعة مقارنة ذات صلة. لكنها لا تضمن أن تقاوم درجة تحتوي على التنغستن الهجوم في كل بيئة كلوريدية، كما لا تلغي الحاجة إلى الاختبار ومراجعة التصميم. حدّد المتغير المستخدم، وأظهر العمليات الحسابية، وتعامل مع النتيجة بوصفها دليلًا تجريبيًا—لا تصنيفًا عالميًا لمقاومة التآكل.

PRENMn ومعالجة المنغنيز

إن PRENMn هو صيغة معدَّلة بالمنغنيز من رقم مكافئ مقاومة التنقّر. ولا يهدف إلى إعادة تعريف PREN لكل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، بل إلى توفير مقارنة بديلة قائمة على التركيب عندما يُعامل المنغنيز بوصفه عاملًا يقلل مقاومة التآكل الموضعي. وتكتسب هذه التفرقة أهميتها لأن المنغنيز يوجد في كثير من تراكيب الفولاذ المقاوم للصدأ، لكنه غائب عن معادلة PREN الشائعة.

يبقى PREN مؤشرًا تجريبيًا. فالقيمة الأعلى تقترن عمومًا بمقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريد، كما ورد في بحث Metals المنشور عام 2021، لكن الرقم ليس تنبؤًا بعمر الخدمة، ولا جهد تنقّر مضمونًا، ولا بديلًا عن اختبارات التآكل. ويغيّر حدّ المنغنيز المؤشر المحسوب، لكنه لا يحوّل الحساب إلى نموذج مباشر للتآكل.

صيغة PRENMn الصادرة عن ISSF

يورد المنتدى الدولي للفولاذ المقاوم للصدأ (ISSF) الصيغة المعدَّلة بالمنغنيز على النحو الآتي:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

وهذه هي الصيغة الدقيقة التي قدمتها ISSF في منشورها لعام 2025 بعنوان Duplex Stainless Steels. ويُعبَّر عن الكروم والموليبدينوم والنيتروجين والمنغنيز بنسب مئوية وزنية. ويُطرح محتوى المنغنيز مباشرةً، بمعامل مقداره واحد.

وتنتج هذه الصيغة قيمة أقل من الصيغة الشائعة عند استخدام التحليل الكيميائي نفسه:

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

وقد نشرت جمعية الفولاذ البريطاني المقاوم للصدأ هذه المعادلة الشائعة عام 2025. وهي لا تخصص حدًا مباشرًا للمنغنيز. ولا يرجع ذلك إلى أن المنغنيز لا أهمية معدنية له؛ فالمنغنيز يمكن أن يؤثر في استقرار الأوستنيت، وقابلية ذوبان النيتروجين، وتوازن الأطوار، والشوائب، وتركيب الغشاء السلبي. كما تعتمد آثاره في التآكل الموضعي على منظومة السبيكة الأوسع وتاريخ المعالجة. إن صيغة PREN الشائعة ليست سوى اصطلاح تجريبي راسخ تتركز حدوده الرئيسية في الكروم والموليبدينوم والنيتروجين.

لنفترض تحليلًا لفولاذ يحتوي على 22.0% Cr و3.0% Mo و0.18% N و2.0% Mn. يكون الحساب الشائع كما يلي:

$$22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)=34.38$$

وبتطبيق صيغة PRENMn الصادرة عن ISSF نحصل على:

$$22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)-2.0=32.38$$

تصف القيمتان الصهيرة نفسها، لكنهما ليستا المؤشر نفسه. ووصف كلتيهما ببساطة بأنهما «PREN 34.4» و«PREN 32.4» من دون تسمية المعادلات يهيئ لمقارنة زائفة.

وتكتسب هذه المعالجة أهمية خاصة عند مقارنة عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، والحديدي، وغيرها، ذات مستويات مختلفة من المنغنيز. فعلى سبيل المثال، غالبًا ما يُناقش UNS S32205، المعروف عادةً باسم الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205، باستخدام علاقة PREN التقليدية. ويمكن أيضًا حساب قيمة معدَّلة بالمنغنيز إذا جرى اختيار هذا الاصطلاح صراحةً. ولا ينبغي عرض أي من النتيجتين بوصفها التصنيف الجوهري الوحيد لمقاومة التآكل للدرجة. إذ تعتمد الاستجابة الفعلية على توازن الأطوار، والانفصال، والمعالجة الحرارية، وحالة السطح، والبنية المجهرية لمنطقة اللحام، وبيئة الكلوريد.

لا يظهر النيكل في معادلة PREN الشائعة ولا في معادلة PRENMn الصادرة عن ISSF. وتذكر جمعية مهندسي البترول أن «النيكل غير مدرج في المعادلة». ولا يعني هذا الإغفال أن النيكل غير مهم من الناحية المعدنية. فالنيكل يؤثر في استقرار الأطوار وفي التوازن بين الطورين الحديدي والأوستنيتي، من بين تأثيرات أخرى، إلا أن عائلة معادلات PREN لا تمنحه معاملًا عدديًا.

لماذا يجب تسمية صيغ المعادلات المختلفة

إن PRENMn وPREN العادي وPRENW المحتوي على التنغستن اصطلاحات مترابطة، لكنها ليست معادلات قابلة للتبادل. وتورد ISSF صيغة PRENW كما يلي:

$${\mathrm{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

ومن ثم يُضرب حدّ التنغستن في 0.5 داخل القوس المكافئ للموليبدينوم، في حين يُطرح المنغنيز في PRENMn خارج القوس. أما التقرير الذي يذكر فقط «PREN = 40»، فيترك دون إجابة سؤال العلاقة التي أنتجت الرقم.

ويجب أن يصاحب المعادلةَ أيضًا أساسُ التركيب الكيميائي. وينبغي أن يوضح الحساب ما إذا كانت المدخلات تمثل الحدود الاسمية للدرجة، أو كيمياء المنتج المحددة، أو تحليل الصهيرة، أو تحليل التحقق، أو التركيب المحلي المقاس. فكثيرًا ما تسرد المعايير ونشرات البيانات نطاقات، لا نتيجة كيميائية واحدة. وقد يؤدي استبدال نقطة المنتصف بكل نطاق إلى تقدير ملائم، لكنه لا يعادل الحساب انطلاقًا من تحليل الصهيرة المعتمد. ويستحق النيتروجين عناية خاصة لأن التغيرات الصغيرة فيه تُضرب في 16، بينما يُضرب الموليبدينوم في 3.3.

وتحتاج الوحدات إلى الانضباط نفسه. فهذه الصيغ تستخدم النسب المئوية الوزنية، لا الكسور الكتلية المكتوبة على هيئة أعداد عشرية. وإدخال 0.22 بدلًا من 22% Cr يخفض إسهام الكروم بما يقارب مرتبتين عشريتين. وترمز الصيغة «%Cr» ضمن اصطلاح الحساب هذا إلى محتوى الكروم بالنسبة المئوية من الكتلة.

ويجب كذلك التصريح بالتقريب. فإذا قُرّبت كل قيمة من قيم التركيب قبل الحساب، فقد تختلف النتيجة عن حساب يحتفظ بالأرقام التحليلية حتى الخطوة النهائية. ولذلك يحدد التقرير المفيد المعادلة، ومصدر التركيب وأساسه، وتاريخ الحساب أو مراجعة الوثيقة عند الاقتضاء، وقاعدة التقريب النهائية. فعبارة «PRENMn = 32.4، معادلة ISSF، النسبة المئوية الوزنية لتحليل الصهيرة، مقربة إلى منزلة عشرية واحدة» قابلة لإعادة الإنتاج. أما عبارة «PREN نحو 32» فليست كذلك.

ولا ينبغي تفسير طرح المنغنيز بوصفه تصحيحًا عالميًا يجب تطبيقه على كل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. فصيغة ISSF هي اصطلاح تجريبي لإطار مقارنة معين. وتطبيقها على درجة أوستنيتية غنية بالنيكل، أو درجة حديدية، أو درجة مزدوجة، لا يلغي الفروق في البنية المجهرية وتاريخ التآكل. كما أنها لا تثبت أن المنغنيز يقلل مقاومة التنقّر بمقدار نقطة PREN واحدة بالضبط مقابل كل زيادة قدرها واحد في المائة وزنيًا في كل بيئة.

مقارنة النتائج المحسوبة وفق اصطلاحات مختلفة

لا تكون المقارنة ذات معنى إلا عندما يُمرَّر التحليل الكيميائي نفسه عبر معادلات محددة بوضوح. فلنفترض أن سبيكة تحتوي على 25.0% Cr و4.0% Mo و0.30% N و2.0% Mn و0.5% W. تكون قيمة PREN الشائعة:

$$25.0+3.3\left(4.0\right)+16\left(0.30\right)=40.60$$

وتكون النتيجة المعدَّلة بالمنغنيز:

$$40.60-2.0=38.60$$

أما النتيجة المحتوية على التنغستن فهي:

$$25.0+3.3(4.0+0.5\times 0.5)+16\left(0.30\right)=41.425$$

وبتقريبها إلى منزلة عشرية واحدة تصبح القيم 40.6 و38.6 و41.4. وينشأ التفاوت من الاصطلاح، لا من ثلاثة أنواع مختلفة من الفولاذ. وقد يؤدي الإبلاغ عن الأرقام دون تسمياتها إلى إظهار PRENW كما لو أنه يدل على مقاومة أعلى من PRENMn، مع أن الصيغ تجيب عن أسئلة مقارنة تجريبية مختلفة.

وللسبب نفسه، ينبغي أن يدرج جدول يقارن بين UNS S32750 وUNS S32205 وUNS S31603 المعادلةَ في العنوان أو في ملاحظة قريبة. أما جدول «قيم PREN» الذي يخلط بين PREN التقليدي وPRENW وPRENMn، فهو غير سليم منهجيًا ما لم تُسمَّ كل قيمة. وقد يتغير الترتيب نفسه، ولا سيما عندما تكون للدرجات محتويات متقاربة من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين، لكن مستويات مختلفة من التنغستن أو المنغنيز.

ولا يزال الحساب بحاجة إلى التحقق. إذ يحدد ASTM G48 طرقًا مخبرية لمقارنة الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة، من خلال قياس مقاومة بدء التنقّر والتآكل الشقّي في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. ويمكن لتلك الاختبارات مقارنة العينات وفق إجراءات مضبوطة، لكنها لا تحاكي كل بيئة من بيئات الخدمة. فقد يغير تركيز الكلوريد، ودرجة الحرارة، وإتاحة الأكسجين، والرواسب، والشقوق، واللحام، وتشطيب السطح، وزمن التعرض النتيجة.

ولذلك ينبغي الإبلاغ عن PRENMn بوصفه مؤشرًا محدد الهوية، لا تصنيفًا عالميًا لمقاومة التآكل. استخدم معادلة ISSF عندما يكون هذا الاصطلاح مقصودًا، واحتفظ بمعادلة PREN الشائعة حيث تكون هي أساس المقارنة الراسخ، ولا تضع نتائج الصيغ المختلفة في ترتيب واحد من دون إظهار كيفية حساب كل رقم.

PREN عبر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتي وثنائي الطور وغيرها

يُستخدم الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN) عبر عدة عائلات من الفولاذ المقاوم للصدأ، بما في ذلك الدرجات الفيريتية وثنائية الطور والأوستنيتية والمارتنسيتية. ولا يجعل هذا الاستخدام الشائع من PREN تصنيفًا عالميًا لمقاومة التآكل. فهو يظل مؤشرًا تجريبيًا قائمًا على التركيب، يُستخدم لمقارنة المقاومة المحتملة للتآكل الموضعي في الظروف المحتوية على الكلوريدات.

الحساب الشائع الاستخدام هو:

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

تُدرج نسب الكروم والموليبدينوم والنيتروجين على أساس النسبة المئوية الوزنية. وقد عرضت جمعية الفولاذ المقاوم للصدأ البريطانية هذه الصيغة في شرحها لحسابات PREN لعام 2025. وتشير النتيجة الأعلى عمومًا إلى مقاومة أكبر للتنقر الناجم عن الكلوريدات، لأن الموليبدينوم والنيتروجين يساهمان بدرجة كبيرة في القيمة المحسوبة، إضافة إلى الكروم. كما تصف ورقة عام 2021 المنشورة في دورية Metals التابعة لـ MDPI العلاقة نفسها، إذ تربط ارتفاع PREN بزيادة المقاومة للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريدات.

لا يمثل هذا الرقم جهد التنقر، ولا تنبؤًا بعمر الخدمة، ولا حدًا للقبول أو الرفض. وتصف Outokumpu مصطلحَي «PRE أو PREN» بأنهما «مؤشر قائم على التركيب يُستخدم لترتيب أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ومقارنتها من حيث مقاومتها لتآكل التنقر». وهذه الصياغة مهمة؛ إذ يقارن PREN بين التراكيب وفق تفسير محدد، لكنه لا يعيد تمثيل تأثيرات اللحام، أو تلوث السطح، أو المعالجة الحرارية، أو الشقوق، أو الترسبات، أو درجة الحرارة، أو الحموضة، أو تركيز الأكسجين، أو التدفق.

يُحذف النيكل من تعبير عدد مكافئ مقاومة التنقر الشائع، رغم تأثيره في توازن الأطوار وخصائص معدنية وتآكلية أخرى. Limited evidence

لا يُدرج النيكل في المعادلة الشائعة. وقد أوضحت جمعية مهندسي البترول هذه النقطة صراحةً في عام 2025. ومع ذلك، يؤثر النيكل في استقرار الأطوار، وتكوّن الأوستنيت، والمتانة، وسلوك التآكل العام، إلا أن غيابه عن الصيغة يمنع اعتبار PREN وصفًا كاملًا للسبيكة.

أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتي

يمتلك الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتي مصفوفة فيريتية مكعبة مركزية الجسم، ويُصمَّم عمومًا باستخدام الكروم بوصفه عنصر السبك الرئيسي. وقد تحتوي تركيباته أيضًا على الموليبدينوم أو النيتروجين أو التيتانيوم أو النيوبيوم أو إضافات أخرى، بحسب الدرجة وظروف الخدمة المقصودة. وبما أن معادلة PREN الشائعة تستخدم الكروم والموليبدينوم والنيتروجين، فيمكن حسابها للدرجات الفيريتية بالطريقة نفسها المتبعة مع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى.

يفيد هذا الحساب في وضع التركيبات الفيريتية على مقياس مقارن. لكنه لا يلغي الخصائص الفلزية التي تميز الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتي عن الفولاذ الأوستنيتي أو ثنائي الطور. فقد تستجيب الدرجات الفيريتية بصورة مختلفة للحام، والتعرض الحراري، وتضرر السطح، حتى عندما تكون قيم PREN المحسوبة لها مماثلة لقيم درجات تنتمي إلى عائلة أخرى. ويمكن لبنية الحبيبات، والرواسب، وكيمياء منطقة اللحام، وحالة الغشاء الخامل، أن تؤثر جميعًا في بدء التنقر الملحوظ.

تشمل العائلة الفيريتية تسميات مثل EN 1.4003 وEN 1.4016 وEN 1.4521، كما تغطي معايير وطنية أو إقليمية أو خاصة بالمنتجات تركيبات فيريتية ذات محتوى أعلى من عناصر السبك. ولا ينبغي التعامل مع هذه التسميات بوصفها أسماء قابلة للتبادل لفئة واحدة من حيث مقاومة التآكل. فكل تسمية تشير إلى مجال كيميائي محدد وتعيين معين للمنتج، وينبغي أن يستخدم حساب PREN الفعلي التركيب المنطبق على المادة قيد التقييم.

قد توفر تسمية الدرجة الاسمية نطاقًا بدلًا من تحليل دقيق واحد. وبالتالي، يمكن لدفعتين تستوفيان المواصفة نفسها أن تنتجا قيمتين محسوبتين مختلفتين قليلًا لـ PREN. وإذا قدمت شهادة المورد محتويات الكروم والموليبدينوم والنيتروجين المقاسة، فيمكن إدخال هذه القيم في المعادلة. أما إذا كانت القيم الاسمية أو القصوى فقط متاحة، فستكون النتيجة تقديرًا مرتبطًا بتلك الافتراضات.

كما توضح أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتي سبب أهمية حالة السطح. فالتجليخ، والتخليل، والتلميع، والتعرض لتلوث الحديد، يمكن أن تغير السطح الملامس لمحلول كلوريدي دون أن تغير PREN للكتلة الأساسية. وقد يبدأ الهجوم على سطح متضرر ميكانيكيًا أو ملوث في وقت أبكر من سطح نظيف ومعالج على النحو الصحيح، حتى إذا كانا مصنوعين من الصهارة نفسها من الفولاذ. ولا يستطيع PREN احتساب هذا الاختلاف.

ويعرض الدليل الخاص بالفولاذ الفيريتي الذي نشره المنتدى الدولي للفولاذ المقاوم للصدأ (ISSF) PREN بوصفه إحدى الطرق المرتبطة بالتركيب لمناقشة مقاومة التآكل الموضعي عبر منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ. ولذلك ينبغي قراءته كأداة للمقارنة، لا كدليل على أن كل درجة فيريتية ذات رقم محسوب معين ستتصرف بالطريقة نفسها في الخدمة.

أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور

يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور على طورين: الفيريتي والأوستنيتي. ولا يعتمد أداؤه على الكيمياء الكلية فحسب، بل يعتمد أيضًا على توازن هذين الطورين وتوزيعهما وحالتهما. وتشمل عائلة الفولاذ ثنائي الطور تسميات مثل EN 1.4462 والتسميتين المقابلتين من نظام UNS، وهما UNS S31803 وUNS S32205، شريطة أن يحدد معيار المنتج المعين قابليتهما للتطبيق. وتستخدم الدرجات ثنائية الطور الأقل سبكًا والأعلى سبكًا تسميات دقيقة أخرى. ولا تلغي التسمية وحدها الحاجة إلى التحقق من المتطلبات الكيميائية ومتطلبات المنتج المنطبقة.

ويشيع استخدام PREN بصفة خاصة في مناقشات الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور، لأن النيتروجين والكروم والموليبدينوم عناصر مهمة لمقاومته للتآكل الموضعي. فالنيتروجين يدعم تكوّن الأوستنيت ويسهم بمعامل كبير في المعادلة. ويسهم الموليبدينوم والكروم من خلال الحدين الآخرين. وبالنسبة إلى التركيبات ثنائية الطور المحتوية على التنغستن، تورد وثيقة ISSF لعام 2025 الخاصة بالفولاذ ثنائي الطور الصيغة البديلة التالية:

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

هنا يُدرج التنغستن بنصف نسبته الوزنية ضمن الحد المرتبط بالموليبدينوم. ولا يجوز خلط هذه الصيغة اعتباطيًا بحساب PREN العادي. وينبغي أن توضح القيمة المبلغ عنها ما إذا كان قد استُخدم PREN أو PREN${}_W$.

وتورد وثيقة ISSF نفسها أيضًا صيغة معدلة للمغنيز:

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

ويعكس هذا الشكل محاولة لأخذ المغنيز في الحسبان عند إجراء مقارنات تتضمن تركيبات ثنائية الطور. وهو ليس المؤشر نفسه المستخدم في الصيغة التقليدية. ولذلك ينبغي وسم النتيجة العددية المحسوبة باستخدام PREN${}_{\mathrm{Mn}}$ بهذه الصفة، لأن مقارنتها مباشرةً بقيمة PREN تقليدية غير موصوفة قد تخلق انطباعًا زائفًا بالدقة.

وتوضح فلزية الفولاذ ثنائي الطور بصفة خاصة حدود الاعتماد على رقم واحد. فقد يغير اللحام توازن الفيريت–الأوستنيت في معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة. وقد يؤدي الفيريت الزائد، أو التبريد غير الملائم، أو الترسب أثناء التعرض الحراري، إلى خفض مقاومة التآكل الموضعي حتى عندما ينتج عن كيمياء المعدن الأساسي قيمة PREN مرتفعة. وعلى العكس، يمكن لإجراء تصنيع مضبوط أن يحافظ على توازن أطوار وحالة سطح أكثر ملاءمة.

كما أن المعالجة الحرارية مهمة. إذ تُصنَّع المنتجات ثنائية الطور وتُعالَج بالمحلول في ظروف تهدف إلى ضبط توازن الأطوار وتجنب الأطوار البينفلزية الضارة. ويمكن لطور سيغما والرواسب المرتبطة به أن يستهلكا الكروم والموليبدينوم موضعيًا، مما ينشئ مناطق ذات مقاومة أقل مما يوحي به تركيب الكتلة الأساسية. ولا يستطيع PREN المحسوب من الشهادة اكتشاف هذا الاستنزاف المجهري للبنية.

وتصف وثيقة ISSF الخاصة بالفولاذ ثنائي الطور أيضًا القيمة الأعلى بأنها تشير، بصورة شبه كمية، إلى مقاومة أكبر للتآكل الموضعي في الترب الحاملة للكلوريدات. وتكمن أهمية القيد «شبه كمية» في أنه يؤكد أن المؤشر يدعم الترتيب المقارن، لكنه لا يحدد حدًا عالميًا ينطبق على كل تربة أو ماء بحر أو تيار عملية أو هندسة شقوق.

لماذا يغير اختلاف عائلة الدرجة تفسير PREN

لا تكتسب قيمة PREN معناها إلا عند اقترانها بعائلة الفولاذ المقاوم للصدأ، والمواصفة، والحالة، والبيئة المقصودة. فحساب المؤشر العددي نفسه لفولاذ فيريتي وفولاذ ثنائي الطور لا يضمن أداءً متساويًا في مقاومة التنقر. إذ تختلف بنيتهما الطورية، كما تختلف استجابتهما للحام، وتختلف قابليتهما للترسب أو اختلال توازن الأطوار.

وينطبق التحذير نفسه عند مقارنة درجة ثنائية الطور بدرجة أوستنيتية أو مارتنسيتية. فالصيغة الشائعة تتعامل مع عناصر محددة بوصفها مساهمات موزونة، لكنها لا تشمل النيكل أو النحاس أو السيليكون أو الكربون أو تشطيب السطح أو بنية الحبيبات أو تاريخ التصنيع. كما أنها لا تحدد ما إذا كان التركيب المبلغ عنه يمثل تحليل الصهارة أو تحليل المنتج أو قيمة اسمية.

ويتطلب التحقق إجراء الاختبارات وإعمال الحكم الهندسي. وتحدد ASTM G48:2011 طرقًا مخبرية لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة، وذلك بقياس مقاومتها لبدء التنقر والتآكل الشقّي في ظروف محددة باستخدام كلوريد الحديديك. وتوفر هذه الطرق مقارنات مضبوطة، إلا أن كلوريد الحديديك ليس نموذجًا كاملًا لكل بيئة تشغيل. فقد يختلف محلول العملية الحامل للكلوريدات في درجة الحرارة أو الأس الهيدروجيني أو القدرة المؤكسدة أو سلوك البلل؛ وقد يتعرض مكوّن مدفون للترسبات والتهوية التفاضلية؛ كما قد تحتوي مجموعة ملحومة على عدة مناطق متميزة فلزيًا.

ولهذا السبب، يكون الإبلاغ عن PREN أكثر قابلية للدفاع عنه عندما يُرفق بالصيغة، وأساس التركيب، وحالة المادة. فعبارة «PREN 40» من دون هذه التفاصيل غير مكتملة. وتحدد المقارنة المفيدة ما إذا كانت القيمة هي PREN التقليدي أو PREN${}_W$ أو PREN${}_{\mathrm{Mn}}$، وتذكر تسمية الدرجة، وتوضح ما إذا كانت الكيمياء اسمية أو مقاسة، وتفصل بين حسابات المعدن الأساسي وتقييم اللحام أو المنطقة المتأثرة بالحرارة.

وعند استخدامه بهذه الطريقة المنضبطة، يتيح PREN مناقشة الفولاذ الفيري وثنائي الطور وأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى على مقياس تركيبي مشترك. لكنه لا يجعل هذه العائلات متكافئة فلزيًا، ولا يمكنه أن يحل محل الاختبارات عندما تكون عواقب التآكل الموضعي خطيرة.

النيكل، وتصميم السبائك، وسوء الفهم الشائع

لماذا يغيب النيكل عن المعادلة الشائعة

الحساب الشائع هو:

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

تمثل محتويات عناصر السبيكة نسباً مئوية وزنية. فتحصل عناصر الكروم والموليبدينوم والنيتروجين على حدود في المعادلة، بينما لا يحصل النيكل عليها. وقد ذكرت Society of Petroleum Engineers ذلك صراحةً في مناقشتها لعام 2025 لاختيار المواد: «النيكل غير مدرج في المعادلة». وهذا ليس حذفاً عرضياً أو فجوة مطبعية في الصيغة.

والسبب هو أن PREN مؤشر تجريبي محدود، وليس وصفاً عددياً كاملاً لعلم تعدين الفولاذ المقاوم للصدأ. وقد طُوّر المؤشر لمقارنة ميل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ إلى التآكل الموضعي، ولا سيما التنقر، في الظروف المحتوية على الكلوريد. وفي الصيغة الشائعة، يمثل الكروم المساهمة الرئيسية في تكوين الغشاء السلبي، بينما يزيد الموليبدينوم والنيتروجين عموماً من مقاومة الانهيار الموضعي. أما المعاملان—3.3 للموليبدينوم و16 للنيتروجين—فهما عاملان تجريبيان للترجيح، وليسا ثابتين فيزيائيين عالميين.

وتورد British Stainless Steel Association المعادلة بهذه الصيغة تحديداً في شرحها لعام 2025 لحسابات PREN. وتشير قيمة محسوبة أعلى عادةً إلى مقاومة أكبر للهجوم الموضعي في البيئات الحاملة للكلوريد، وفقاً لما أوردته ورقة عام 2021 في Metals، لكن كلمة «عادةً» مهمة هنا. إذ يرتب PREN التركيبات ضمن مخطط مقارنة محدد؛ ولا يحسب عمر خدمة، أو جهداً مضموناً لبدء التنقر، أو درجة حرارة دنيا مضمونة لحدوث الهجوم.

وتعزز الصيغ البديلة فكرة أن PREN عائلة من صيغ المقارنة التجريبية، وليس نموذجاً كاملاً للتآكل. ويورد International Stainless Steel Forum الصيغة التالية:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

وهي صيغة للسبائك المحتوية على التنغستن، وكذلك:

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

وهي صيغة معدلة وفقاً للمنغنيز. ويظل النيكل غائباً عن كلتا الصيغتين المبلغ عنهما. ولا يؤدي تغيير المعادلة لاستيعاب التنغستن أو المنغنيز إلى تحويل PREN إلى درجة عامة لأداء السبيكة؛ بل يغير فقط المقارنة التجريبية المستخدمة لمجموعة معينة من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ أو لتفسير معين للتركيب.

وتوضح عملية حساب بسيطة لماذا ينبغي ألا تُقرأ الحسابات الخالية من النيكل على أنها تعدين خالٍ من النيكل. فباستخدام تراكيب اسمية تقريبية، يعطي الفولاذ المقاوم للصدأ Type 304، المحتوي على 18% وزناً من Cr، ومن دون حد مقصود لـ Mo، و0.08% وزناً من N، قيمة PREN شائعة تبلغ نحو 19.3. أما الفولاذ المقاوم للصدأ Type 316L، المحتوي على 17% وزناً من Cr، و2.5% وزناً من Mo، و0.05% وزناً من N، فيعطي نحو 26.1. والنيكل موجود في كلتا الدرجتين، لكن نسبته لا تدخل في الحساب. وينشأ الفرق بين قيم PREN التوضيحية هذه من الحدود التي صُممت المعادلة لترجيحها، وليس من الادعاء بأن النيكل لا يؤثر في أي من السبيكتين.

كما أن التركيب ليس هو نفسه حالة المادة. فقد يؤثر الانفصال، والشوائب، والمعالجة الحرارية، والدورات الحرارية للحام، وتلوث السطح، وتوازن الأطوار، وتشطيب السطح في أداء التآكل الموضعي. وقد لا تتصرف صهرتان لهما قيم PREN اسمية متشابهة بالطريقة نفسها في الاختبار أو أثناء الخدمة. ويحدد ASTM G48:2011 طرقاً مخبرية لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة، وذلك بقياس مقاومتها لبدء التنقر وتآكل الشقوق في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. ويمكن لهذا الاختبار أن يثبت صلاحية مقارنة وفق الإجراء المختار، لكنه لا يجعل معادلة PREN بديلاً عن الاختبار.

الدور التعديني للنيكل في مقابل نطاق PREN

لِلنيكل دور تعديني رئيسي، رغم عدم وجود حد خاص به في معادلة PREN الشائعة. ففي أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدية-الكرومية-النيكلية، يعمل النيكل على تثبيت الطور الأوستنيتي. ويُعد Type 304، المعين وفق UNS بالرمز S30400، فولاذاً أوستنيتياً مقاوماً للصدأ، إذ يدعم توازن الكروم والنيكل فيه بنية أوستنيتية عبر نطاق واسع من ظروف المعالجة. أما Type 316L، المعين وفق UNS بالرمز S31603، فيستخدم النيكل بوصفه جزءاً من توازن الأطوار، مع إضافة الموليبدينوم لتحسين مقاومته للتآكل الموضعي مقارنةً بعائلة 18Cr-8Ni القياسية.

ويؤثر هذا الدور الطوري في أكثر من مجرد البنية البلورية. فالنيكل يؤثر في المتانة، ولا سيما عند درجات الحرارة المنخفضة؛ والليونة؛ والتصلب بالتشغيل؛ والاستجابة المغناطيسية؛ وسلوك التشكيل على الساخن والبارد؛ والتوازن بين الفيريت والأوستنيت أثناء اللحام. وفي الدرجات الأوستنيتية، يساعد وجود كمية كافية من النيكل على كبح التحول غير المرغوب فيه إلى الفيريت أو المارتنسيت أثناء المعالجة، رغم أن توازن الأطوار النهائي يعتمد على التركيب الكلي والتاريخ الحراري. كما يتفاعل النيكل مع الكربون والنيتروجين والمنغنيز والكروم والموليبدينوم. ولذلك فهو جزء من تصميم السبيكة حتى عندما لا يمنحه مؤشر تآكل معين أي معامل عددي.

ويتضح التباين بجلاء في أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ مزدوج الطور. فدرجة مثل 2205، التي تُعيَّن عادةً وفق UNS بالرمز S32205 أو S31803 تبعاً للمنتج والتعيين المحددين، مصممة بحيث تحتوي على الفيريت والأوستنيت معاً. ويساعد النيكل على تحديد نسبة الأوستنيت، بينما تسهم عناصر الكروم والموليبدينوم والنيتروجين بقوة في مقاومة التآكل الموضعي. ويكتسب النيتروجين أهمية خاصة لأنه يدعم تكوين الأوستنيت ويزيد من متانة السبيكة، كما يظهر بمعامل كبير في صيغة PREN. ولا يلتقط حساب PREN سوى جوانب مختارة من ذلك التصميم.

وتُظهر الدرجات الفريتية القيد نفسه من اتجاه آخر. فـ Type 430، المعين وفق UNS بالرمز S43000، يحتوي على قدر قليل من النيكل أو لا يحتوي على نيكل مقصود الإضافة مقارنةً بالدرجات الأوستنيتية، ومع ذلك لا يمكن استنتاج سلوكه التآكلي من محتوى النيكل وحده. فبنيته الفريتية، ومستوى الكروم، وحالة السطح، والشوائب، والبيئة، كلها عوامل مهمة. ولا يعني التركيب الخالي من النيكل أو المنخفض النيكل تلقائياً مقاومة منخفضة للتآكل الموضعي، كما أن التركيب المحتوي على النيكل لا يعني تلقائياً قيمة PREN مرتفعة.

وقد يؤثر النيكل أيضاً في سلوك التآكل خارج نطاق مقارنة التنقر الضيق. فهو يؤثر في معدلات التآكل العام في بعض الأوساط الحمضية والقلوية، وفي مقاومة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في بيئات معينة، والسلوك المرتبط بالهيدروجين، والتعب التآكلي، واستقرار حالات السطح السلبية أو النشطة. وهذه التأثيرات تعتمد على البيئة. ولذلك لا يمكن لمعامل واحد للنيكل أن يمثلها جميعاً تمثيلاً أميناً، كما أن إدخال معامل له في الصيغة الشائعة من دون أساس موثق سيؤدي إلى دقة زائفة.

ولهذا يصف شرح Outokumpu لعام 2025 PRE أو PREN بأنه مؤشر قائم على التركيب يُستخدم لترتيب أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ومقارنتها من حيث مقاومة التآكل بالتنقر. وعبارتا «الترتيب والمقارنة» تحددان النطاق الفعلي. فالصيغة مفيدة تحديداً لأنها ضيقة بما يكفي لدعم مقارنة تقريبية، لا لأنها تتنبأ بكل خاصية من خصائص السبيكة.

تجنب الادعاء بأن العناصر المستبعدة غير مهمة

العنصر المستبعد ليس عنصراً غير ذي صلة، بل هو عنصر لا يمنحه المؤشر المختار درجة. وينبغي توضيح هذا الفرق صراحةً كلما عُرض PREN.

إن غياب النيكل يعني فقط أن مؤشر مقاومة التنقر التجريبي الشائع لا يخصص للنيكل حداً مباشراً. ولا يعني ذلك أن النيكل لا يؤدي دوراً في استقرار الأطوار، أو الخواص الميكانيكية، أو قابلية اللحام، أو سلوك التآكل الأوسع. كما لا يعني أن PREN يستطيع مقارنة كل عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ بالدرجة نفسها من الثقة. فالمقارنة بين الدرجات الأوستنيتية والفريتية ومزدوجة الطور يجب أن تراعي اختلاف بنياتها المجهرية وتواريخ معالجتها، حتى عند تطبيق الحساب نفسه على كل تركيب.

ولا ينبغي فصل القيمة المحسوبة عن البيئة. إذ يمكن لتركيز الكلوريد، ودرجة الحرارة، والحموضة، وتوافر الأكسجين، والترسبات، والشقوق، والجريان، والنشاط الميكروبيولوجي، والاقتران الجلفاني، أن تغير احتمال الهجوم الموضعي وشدته. ويصف International Stainless Steel Forum القيمة الأعلى بأنها تشير، على نحو شبه كمي، إلى مقاومة أكبر للتآكل الموضعي في الترب الحاملة للكلوريد. وتحد عبارة «شبه كمي» من نطاق الادعاء. فخدمة التربة ليست مماثلة لمياه البحر، أو لمجرى معالجة ساخن يحتوي على الكلوريد، أو لاختبار مخبري بكلوريد الحديديك.

لذلك يمكن لـ PREN أن يدعم مقارنة أولية للمواد، ولا سيما عندما تنتمي الدرجات إلى عائلات مترابطة وتكون تراكيبها معروفة. لكنه لا يستطيع إثبات أن مكوناً ما سيعيش مدة أطول من مكون آخر في كل بيئة كلوريدية. فقد يتعرض material ذو قيمة PREN أعلى للتنقر بسبب عيب في اللحام، أو سطح ملوث، أو شائبة، أو شق غير متوقع، أو درجة حرارة تقع خارج أساس المقارنة. وعلى العكس، قد يؤدي grade ذو قيمة PREN أقل أداءً كافياً عندما تظل الكلوريدات ودرجة الحرارة وزمن التعرض محدودة.

والقراءة السليمة ضيقة النطاق لكنها مفيدة: يغيب النيكل عن المعادلة لأن هذا المؤشر المعين بُني حول حدود تركيبية مختارة ترتبط بمقاومة التآكل الموضعي. ولا يزال مصممو السبائك يحتاجون إلى النيكل للتحكم في تكوين الأطوار وتوازن الخصائص. كما لا يزال المهندسون يحتاجون إلى المعايير وضوابط التصنيع واختبارات التآكل—مثل الإجراءات المحددة في ASTM G48—عندما يعتمد قرار الخدمة على الأداء الفعلي، لا على ترتيب قائم على التركيب.

PREN في مقابل اختبار ASTM G48

يجيب كل من PREN وASTM G48 عن سؤالين مرتبطين لكن مختلفين. إذ يُحسب PREN من التركيب الكيميائي، بينما ينتج ASTM G48 استجابة تجريبية من عينة معينة عُرضت وفق إجراء مخبري محدد. ويُعد التعامل مع الاثنين على أنهما قابلان للاستبدال مصدراً شائعاً للمقارنات السيئة للتآكل.

والصيغة المستخدمة على نطاق واسع هي:

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

يُدرج الكروم والموليبدينوم والنيتروجين كنِسَب مئوية وزنية. والنتيجة بلا أبعاد. وهو مؤشر تجريبي لترتيب أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ بحسب مقاومتها المتوقعة للتآكل الموضعي في البيئات المحتوية على الكلوريد، وليس قياسًا مباشرًا لمعدل التآكل أو عمر الخدمة أو جهد التنقّر. وقد أوردت جمعية الفولاذ المقاوم للصدأ البريطانية هذه الصيغة في شرحها لحسابات PREN المنشور عام 2025.[4][4] How to Optimize Tubing Material Selections Using PREN Value. Society of Petroleum Engineers. Journal of Petroleum Technology, 2025.

كما أن المعادلة لا تتضمن النيكل. وقد ذكرت جمعية مهندسي البترول في عام 2025 أن «النيكل غير مُدرج في المعادلة». ولا يعني هذا الإغفال أن النيكل ليست له أهمية ميتالورجية. فالنيكل يؤثر في توازن الأطوار، واستقرار الأوستنيت، والمتانة، وسلوك التآكل العام، ولا سيما في الدرجات ثنائية الطور والأوستنيتية. والمقصود فقط أن النيكل لا يُسند إليه معامل في مؤشر مقاومة التنقّر هذا تحديدًا.

كما يورد المنتدى الدولي للفولاذ المقاوم للصدأ تعبيرين مرتبطين. بالنسبة إلى السبائك المحتوية على التنغستن:

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

وبالنسبة إلى الصيغة المعدّلة بالمنغنيز:

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

يمكن لهذه الصيغ البديلة أن تغيّر الترتيب العددي، ولا سيما بالنسبة إلى أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائية الطور أو التركيبات التي تحتوي على كميات كبيرة من التنغستن أو المنغنيز. ولذلك يحتاج الرقم المُبلّغ عنه إلى ذكر صيغته، وليس إلى الاكتفاء بتسميته «PREN».

ما الذي صُمم ASTM G48 لمقارنته

يُعد ASTM G48 معيارًا لاختبارات مخبرية لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة من حيث مقاومتها لبدء التآكل بالتنقّر والتآكل الشقّي في ظروف محددة من كلوريد الحديديك. وقد وصفت ASTM International هذا الغرض في إصدار عام 2011 من ASTM G48. ولا يحسب المعيار مؤشرًا للتركيب الكيميائي؛ بل يعرّض العينات لبيئة كلوريدية شديدة العدوانية ويسجل ما إذا بدأ التآكل الموضعي، وتحت أي ظروف.

وهذا الفرق مهم. إذ يمكن لشهادة المصنع أن توفر محتويات الكروم والموليبدينوم والنيتروجين والعناصر الكيميائية الأخرى التي يُحسب منها PREN. لكنها لا يمكن أن توفر درجة الحرارة الحرجة للتنقّر وفق ASTM G48 أو فقدان الكتلة. وعلى العكس، فإن نتيجة G48 تخص حالة المادة وإجراء الاختبار اللذين خضعت لهما؛ ولا يمكن تحويلها تلقائيًا إلى قيمة PREN عامة.

يتضمن ASTM G48 طرائق تتناول التآكل بالتنقّر والتآكل الشقّي، ومنها الطريقة A لاختبارات التنقّر بكلوريد الحديديك، والطريقة B لاختبارات التآكل الشقّي بكلوريد الحديديك. كما تتناول طرائق أخرى في المعيار تحديدات تعتمد على درجة الحرارة، مثل درجة الحرارة الحرجة للتنقّر أو درجة الحرارة الحرجة للتآكل الشقّي. ويجب ذكر الإصدار والطريقة المنطبقين، لأن عبارة «اختُبر وفق ASTM G48» غير مكتملة بحد ذاتها.

قد تكون النتيجة النموذجية اجتياز الاختبار أو الإخفاق فيه عند درجة حرارة ومدة تعرّض محددتين، أو تحديد درجة الحرارة الحرجة للتنقّر، أو درجة الحرارة الحرجة للتآكل الشقّي، أو تسجيل ملاحظة عن حدوث هجوم بعد التعرّض. ويعتمد شكل الإبلاغ على الطريقة المستخدمة. فالعينة التي تظل خالية من التنقّرات المرئية عند درجة حرارة معينة لم تثبت أنها ستقاوم كل محلول كلوريدي أثناء الخدمة، كما أن العينة التي تتنقّر في كلوريد الحديديك لا تكون قد تنبأت بالضرورة بدرجة الحرارة أو الجهد الدقيقين اللذين ستفشل عندهما في مجرى عملية صناعية.

ويُعد ASTM G48 مفيدًا بوجه خاص لمقارنة درجات مثل UNS S30400، المعروفة عادةً بالنوع 304؛ وUNS S31603، المعروفة عادةً بالنوع 316L؛ وUNS S32205، المعروفة عادةً بالفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور 2205؛ والدرجات الأعلى سبكًا مثل UNS S32750، المعروفة عادةً بالفولاذ المقاوم للصدأ فائق الثنائية 2507. ولا تكون هذه المقارنات ذات دلالة إلا عند ضبط العينات والتحضير وظروف الاختبار. فعلى سبيل المثال، قد تعكس المقارنة بين صفيحة مُلدّنة بالمحلول وأنبوب ملحوم حالة المنطقة المتأثرة بالحرارة أو قشور السطح أو تاريخ التصنيع بقدر ما تعكس كيمياء الدرجة الاسمية.

والاختبار أداة للفرز والمقارنة، وليس نموذجًا مصغرًا لمنشأة تشغيلية. فكلوريد الحديديك شديد العدوانية عمدًا، ويمكنه إحداث هجوم موضعي بسرعة. وتساعد شدته على التمييز بين السبائك في المختبر، لكنه لا يحاكي جميع تراكيب محتوى الأكسجين، والأس الهيدروجيني، ونشاط الكلوريد، والتدفق، والترسبات، والأغشية الحيوية، والضغط، ودرجة الحرارة، والجهد الكهروكيميائي الموجودة في المعدات.

ظروف المختبر باستخدام كلوريد الحديديك

يستخدم اختبار كلوريد الحديديك محلول كلوريد مؤكسدًا، يُحضّر عادةً من سداسي هيدرات كلوريد الحديديك، FeCl₃·6H₂O، بالتركيز والحجم المحددين في إجراء ASTM G48 المنطبق. وليس المحلول مجرد «ماء مالح». إذ تزيد أيونات الحديديك من الطبيعة المؤكسدة للتعرّض، في حين يساعد الكلوريد على تفكك الغشاء الخامل وتثبيت المناطق الأنودية الصغيرة المرتبطة بنمو التنقّر.

وتُعد درجة الحرارة متغيرًا رئيسيًا من متغيرات الضبط. فبعض طرائق G48 تعرّض العينات لدرجة حرارة ثابتة طوال مدة محددة، بينما تزيد طرائق أخرى درجة الحرارة أو تقيّمها بطريقة أخرى لتحديد قيمة حرجة. ويمكن أن تؤثر مدة التعرّض، وتحضير المحلول، وترتيب الوعاء، واتجاه العينة في النتيجة المرصودة. وتشير درجة الحرارة الحرجة الأعلى للتنقّر عمومًا إلى مقاومة أفضل ضمن نظام الاختبار نفسه، ولكن فقط عند استخدام الطريقة ومعايير الإبلاغ نفسيهما.

وتتسم حالة السطح بالأهمية نفسها. فالجلخ، والتلميع، والتخليل، والتخميل، وتلوّن السطح بالحرارة، والجسيمات المنغرزة، والخدوش، وتلوث السطح، كلها تغيّر المواقع التي يمكن أن يبدأ عندها الهجوم. وقد يختلف أداء الفولاذ المقاوم للصدأ ذي تغيّر لون اللحام أو قشور الأكسيد عن أداء السبيكة الاسمية نفسها بعد التنظيف المناسب. ولذلك ينبغي أن تحدد النتيجة تشطيب السطح وإجراء التنظيف، بدلًا من عرض تعيين الدرجة وحده.

ويضيف اختبار الشقوق متغيرًا آخر هو مُنشئ الشق. إذ تُنشئ حلقة محمّلة أو تركيبة أخرى محددة منطقة محدودة الوصول إلى الأكسجين، حيث تصبح إعادة إصلاح الغشاء الخامل أكثر صعوبة. ويؤثر ضغط التلامس، واقتران المواد، والهندسة، وطريقة التجميع في شدة الهجوم وموقعه. ولا ينبغي دمج نتائج التنقّر ونتائج التآكل الشقّي. فقد تُظهر سبيكة ما قدرًا قليلًا من التنقّر على السطح الحر، بينما يتطور التآكل تحت مُنشئ الشق.

وبعد التعرّض، تُفحص العينة وفق معايير الطريقة. وقد يشمل ذلك الفحص البصري، والتنظيف قبل التقييم، وقياس عمق التنقّرات، أو تقييم التآكل الشقّي. ويجب أن يوضح التفسير ما الذي عُدّ إخفاقًا. فعبارة «لا يوجد تآكل» قد تعني عدم وجود هجوم مرئي وفق إجراء فحص معين؛ ولا تعني غياب التغيرات الكهروكيميائية.

لماذا قد يختلف الترتيب المحسوب عن الاستجابة في الاختبار

يُعد PREN أداة مفيدة للمقارنة الأولية، لأن كيمياء السبيكة تؤثر في استقرار الغشاء الخامل. وقد أفادت الورقة المنشورة عام 2021 في Metals بأن ارتفاع PREN يتوافق عمومًا مع مقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريد. كما يصف المنتدى الدولي للفولاذ المقاوم للصدأ القيمة الأعلى بأنها مؤشر شبه كمي على مقاومة أكبر للتآكل الموضعي في الترب الحاملة للكلوريد. وتُعد عبارة «شبه كمي» هي القيد المهم هنا.

وتتعامل الحسابات مع التركيب بوصفه المدخل المتحكم، بينما يختبر ASTM G48 مادة فعلية ذات بنية مجهرية وسطح محددين. ويمكن لتوزع العناصر أثناء التصلب، والأطوار بين الفلزية، والنتريدات المترسبة، والمناطق المستنزفة من الكروم، وتوازن الفريت والأوستنيت، وتاريخ المعالجة الحرارية، أن تغيّر سلوك التآكل الموضعي من دون تغيير تعيين الدرجة الاسمية. وهذا مهم بصفة خاصة في أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائية الطور، حيث قد يختلف توازن الأطوار وتوزيع الكروم والموليبدينوم والنيتروجين بين الفريت والأوستنيت.

كما يمكن لحالة التصنيع أن تعكس الترتيب المتوقع. فقد تبدأ سبيكة ذات PREN مرتفع في التآكل بسبب تغيّر لون السطح بالحرارة الناتج عن اللحام، أو التخليل غير الجيد، أو المعالجة الحرارية غير الملائمة، قبل سبيكة ذات PREN أقل وسطح نظيف ومُخمل جيدًا. وقد تكون للصفيحة والقضيب والأنابيب ومعدن اللحام تواريخ حرارية مختلفة. وقد يكون التحليل الكيميائي المستخدم لحساب PREN نطاقًا اسميًا للمواصفة، في حين تحتوي عينة G48 على التركيب الموضعي الفعلي والعيوب الموجودة في ذلك المنتج.

وتُدخل الصيغة نفسها مصدرًا آخر للاختلاف. فللنيتروجين معامل مقداره 16، ولذلك يمكن لفارق تحليلي أو مواصفاتي صغير أن يؤثر بدرجة كبيرة في القيمة المحسوبة. وقد تُقارن الدرجات المحتوية على التنغستن باستخدام PREN_W بدلًا من تعبير PREN الأساسي. كما أن تطبيق معادلة PREN_Mn المعدّلة بالمنغنيز على سبيكة، وتطبيق المعادلة الأساسية على سبيكة أخرى، يجعل الترتيب غير متسق ما لم يُذكر السبب بوضوح.

ولا يمثل PREN ولا G48 ظروف الخدمة تمثيلًا كاملًا. فقد تنطوي مياه البحر الطبيعية، مثلًا، على التلوث الحيوي والترسبات وتغير تركيز الأكسجين؛ وقد تنطوي عملية الكلوريد الساخنة على كيمياء حمضية وتبخر وإجهاد شد؛ وقد تتطلب معدات الخدمة في البيئات الحامضية تقييمًا منفصلًا للتشقق الإجهادي بالكبريتيد وتأثيرات الهيدروجين. ولا يحل G48 محل هذه التقييمات.

ولذلك ينبغي أن يقدم التقرير المفيد تقنيًا كلًا من المؤشر والأدلة التي يستند إليها: تعبير PREN الدقيق، وقيمة كل عنصر والأساس التحليلي لها؛ وتعيين السبيكة وشكل المنتج؛ وإصدار ASTM G48 وطريقته؛ وتركيز كلوريد الحديديك ودرجة الحرارة ومدة التعرّض؛ واتجاه العينة وتشطيب السطح؛ وتركيبة الشقوق عند الاقتضاء؛ والمعيار المستخدم لتحديد الهجوم. ومن دون هذه التفاصيل، قد يخلق رقم PREN ونتيجة G48 دقة زائفة.

والتفسير السليم محدود لكنه مفيد: يساعد PREN على فرز التركيبات وترتيبها، بينما يوضح ASTM G48 كيفية استجابة عينة محضّرة لتعرّض مخبري مُسرّع ومحدد. ولا يمثل أي من الرقمين تصنيفًا عالميًا لمقاومة التآكل.

حدود PREN في بيئات الخدمة الفعلية

لا يكون PREN مفيدًا إلا إذا حُصر معناه بدقة. فالتعبير الشائع، PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N)، يحوّل نسب عناصر السبيكة المختارة، المعبَّر عنها كنسب مئوية وزنية، إلى مؤشر تجريبي للمقارنة. وتشير القيمة الأعلى عمومًا إلى مقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريد، كما ورد في ورقة Metals لعام 2021. لكنه لا يحدد عمرًا تشغيليًا، ولا يضمن جهد التنقر، ولا يثبت أن أحد المكونات سيظل صالحًا للخدمة مدة أطول من مكوّن آخر في كل منشأة أو في كل ظروف التعرض البحري.

وهذا التمييز مهم لأن PREN يرتّب التركيب الكيميائي الاسمي، في حين يحدث التآكل على سطح فعلي وفي بيئة فعلية. فقد يحتوي السطح على أكسيد أو قشور أو تغير لون اللحام أو حديد منغرس أو شوائب أو ترسبات. وقد تكون البيئة راكدة بدلًا من أن تكون مهواة، أو ساخنة بدلًا من أن تكون عند درجة الحرارة المحيطة، أو مركزة داخل شق بدلًا من أن تكون مساوية للمحلول السائب. ولا يستطيع PREN ترميز كل تلك الظروف.

كما يورد المنتدى الدولي للفولاذ غير القابل للصدأ (ISSF) صيغًا معدلة، منها PRENW = %Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16(%N) للسبائك المحتوية على التنغستن، و PRENMn = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) − %Mn. وتؤكد هذه البدائل القيد نفسه: إذ تعتمد النتيجة على الصيغة التجريبية المختارة وعلى التركيب المستخدم. ولا يدخل النيكل في المعادلة التقليدية، كما ذكرت جمعية مهندسي البترول في عام 2025، رغم أن النيكل لا يزال يؤثر في استقرار الأطوار والبنية وسلوك التآكل. ولا يمكن لرقم واحد أن يحل محل الفحص الفلزي والاختبارات ذات الصلة بظروف الخدمة.

تركيز الكلوريد ودرجة الحرارة وظروف الأكسجين

ليس الكلوريد حالة تعرض واحدة وثابتة. فقد يختلف تركيزه عند سطح المعدن اختلافًا كبيرًا عن التركيز المقاس في الماء المحيط. ويمكن للتبخر أن يركز الكلوريد في غشاء رطب رقيق. كما قد تحتفظ ترسبات الملح بالرطوبة ملاصقة لجدار أنبوب أو وعاء. وقد يتطور في شق يقع أسفل حشية أو شفة أو دعامة أو ترسب تركيب كيميائي يختلف عن السائل السائب، مع زيادة الحموضة وتغير نشاط الكلوريد. ولا يحسب PREN هذه التغيرات.

وتضيف درجة الحرارة متغيرًا رئيسيًا آخر. فرفع درجة الحرارة يجعل انهيار الغشاء الخامل أسهل عادةً، وقد يسرّع انتشار تنقر موجود مسبقًا. وقد تظل درجة معينة خاملة في محلول كلوريد بارد ومتدفق، لكنها تتعرض للهجوم عندما يوجد الكلوريد نفسه أسفل العزل أو داخل خط معالجة ساخن. ومع ذلك، لا يمكن تطبيق تصحيح حراري واحد على PREN عبر أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ الفريتي والأوستنيتي والمزدوج، لأن بنية السبيكة وحالة السطح وكيمياء المحلول تؤثر أيضًا في النتيجة.

وقد يقلل الجريان المخاطر أو يزيدها. فالسائل المتحرك قد يزيل الترسبات ويمنع خلايا التركيز الراكدة، لكن السرعة العالية أو المواد الصلبة العالقة أو الاضطراب قد تتلف الغشاء الخامل. ويمكن للتآكل بالتعرية أن يكشف معدنًا جديدًا مرارًا، في حين قد يظل الجزء غير المتدفق راكدًا كيميائيًا. ولا تكشف مقارنة PREN أيًّا من هذه الظروف الهيدروليكية قائم فعليًا.

وتتسم ظروف الأكسجين بالأهمية نفسها. يعتمد الفولاذ غير القابل للصدأ على غشاء خامل رقيق غني بالكروم، ويساعد توافر الأكسجين على تكوّن هذا الغشاء وإصلاحه. ولذلك قد يتصرف سطح جيد التهوية وشق يفتقر إلى الأكسجين بصورة مختلفة، حتى عندما يتلامسان مع السائل نفسه. وقد يجعل اختلاف التهوية المنطقة الأقل احتواءً على الأكسجين أنوديةً بالنسبة إلى السطح المكشوف. ويمكن للترسبات أن تُنشئ هذا الفصل، وكذلك الأغشية الحيوية والعزل والطمي والرواسب. وفي الوقت نفسه، قد يدعم الماء الغني بالأكسجين تفاعلًا كاثوديًا قويًا خارج التنقر، مما يزيد القوة الدافعة للذوبان الموضعي بمجرد أن يصبح موقع صغير نشطًا.[5][5] Stainless Steel Pipe. International Stainless Steel Forum. International Stainless Steel Forum publication, 2025.

ولهذا السبب، ينبغي ألا يُعامل PREN على أنه تصنيف عالمي لمقاومة الكلوريد. فالمعيار ASTM G48، الذي صدر أول مرة في النسخة المشار إليها لعام 2011، يحدد طرقًا مخبرية لمقارنة أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ والسبائك ذات الصلة من حيث بدء التآكل بالتنقر والتآكل الشقي تحت ظروف محددة لكلوريد الحديديك. وهذه الاختبارات مقارنات مضبوطة، وليست نسخًا مطابقة لكل حالة تعرض لمياه البحر أو مياه المعالجة أو التربة أو الغلاف الجوي. ويصف ISSF ارتفاع PREN بأنه يدل، بصورة شبه كمية، على مقاومة أكبر للتآكل الموضعي في الترب الحاملة للكلوريد؛ وتُعد عبارة «شبه كمية» هي القيد المهم. فالمؤشر يدعم الترتيب المقارن، لكنه لا يقدم حدًا عالميًا يحدد مدى ملاءمة الخدمة.

حالة السطح والشوائب وتلف الغشاء الخامل

تستخدم القيمة المحسوبة عادةً التركيب السائب أو التركيب المحدد. ويبدأ التآكل عند السطح، حيث قد يختلف التركيب الكيميائي عن تحليل الصهر. وقد يكون لمكوّن من الفولاذ غير القابل للصدأ الدرجة الاسمية الصحيحة، لكنه يظل ضعيف الأداء بعد التصنيع إذا حمل سطحه حديدًا حرًا أو بقايا جلخ من الفولاذ الكربوني أو أكاسيد لحام أو تغير لون حراري أو قشورًا أو ملوثات أخرى. ويمكن لهذه المواد أن تعطل التخميل أو تنشئ خلايا كهروكيميائية موضعية.

ويُعد تلوث الحديد مثالًا مألوفًا. فقد تنقل الأدوات المصنوعة من الفولاذ الكربوني وأجهزة الرفع والفرش السلكية جسيمات الحديد إلى الفولاذ غير القابل للصدأ. وقد تصدأ الجسيمات وتلطخ السطح، لكن التلطخ وحده لا يماثل تنقر الركيزة المصنوعة من الفولاذ غير القابل للصدأ. والأهم من ذلك أن التلوث قد يتداخل مع تكوّن غشاء خامل متجانس ويجعل الفحص صعبًا. وقد يعيد التخليل والتشطيب الميكانيكي المناسب والتخميل الكيميائي السطح إلى حالة أنظف، لكن ملاءمة هذه المعالجات تعتمد على الدرجة والهندسة وضوابط العملية. ولا يستطيع PREN أن يبين ما إذا كانت تلك الضوابط قد طُبقت.

كما تغير الخشونة ظروف التعرض. فقد تحتفظ المنخفضات بمحلول الكلوريد والترسبات، في حين قد تعمل الخدوش كمواقع لبدء التآكل إذا احتوت على معدن مفلوق أو جسيمات منغرسة. وللسطح المصقول والسطح المجلو بشدة المصنوعين من الفولاذ غير القابل للصدأ 316L نفسه قيمة PREN الاسمية نفسها، لكنهما لا يقدمان العدد نفسه من العيوب للبيئة. وقد يحتاج السطح الذي تعرض للسحج أثناء التركيب إلى وقت لإعادة التخميل قبل تعرضه لظروف كلوريد شديدة.

وتشكل الشوائب غير المعدنية سببًا آخر لحدود الاعتماد على رقم التركيب السائب. فقد تصبح شوائب الكبريتيد وشوائب الأكسيد وتجمعات الشوائب المعقدة مواقع مفضلة لبدء التآكل. ويهم كل من تركيبها الكيميائي وحجمها وتوزيعها وقربها من السطح. ولا يضمن الموليبدينوم والنيتروجين في متوسط تركيب السبيكة أن تتمتع كل منطقة مجهرية بالمقاومة نفسها التي تتمتع بها المصفوفة. وقد تتصرف مجموعة شوائب نظيفة ودقيقة بصورة مختلفة عن مجموعة أخشن أو أكثر تفاعلية في الدرجة الاسمية نفسها.

وقد يكون تلف الغشاء الخامل ميكانيكيًا أو كيميائيًا أو حراريًا. إذ تكشف ملامسة الانزلاق والصدمات والتكهف والتعرية معدنًا جديدًا. وقد تمنع الترسبات الحمضية أو بقايا التنظيف إعادة التخميل بسرعة. وعندئذ يمكن للكلوريد المحتجز أسفل طلاء أو حشية متضررة أن يهاجم مساحة صغيرة، بينما يظل سطح الفولاذ غير القابل للصدأ المحيط خاملًا. وبمجرد تشكل حفرة تنقر، يصبح داخلها بيئة كهروكيميائية محصورة؛ إذ تتحلل أيونات المعدن مائيًا، وتزداد الحموضة، وينتقل الكلوريد إلى داخل التجويف. ولا يزال لترتيب السبائك الأصلي أهميته، لكن بدء التآكل وانتشاره يعتمدان الآن على ظروف موضعية لا يصفها PREN.

اللحام والمناطق المتأثرة بالحرارة والتركيب الموضعي

يوضح اللحام بجلاء خاص الفجوة بين التركيب الاسمي وسلوك الخدمة. فالتجميعة الملحومة ليست سبيكة موحدة واحدة، بل قد تحتوي على معدن الأساس ومعدن اللحام وحد الاندماج ومنطقة واحدة أو أكثر متأثرة بالحرارة (HAZ)، ولكل منها تاريخ حراري مختلف، وأحيانًا تراكيب مختلفة. وقد تكون قيمة PREN لمعدن حشو اللحام مختلفة عن قيمة درجة المعدن الأصلي، في حين يغير التخفيف التركيب النهائي لمعدن اللحام.

وبالنسبة إلى أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ المزدوج، مثل UNS S32205، التي يُشار إليها عادةً بالدرجة 2205، يجب أن تحافظ الدورة الحرارية للحام على توازن مناسب بين الفريت والأوستنيت. فقد يؤدي فرط الفريت أو فرط الأوستنيت أو الأطوار الثانوية الضارة إلى تغيير سلوك التآكل الموضعي، حتى عندما يعطي التركيب الكيميائي السائب المعتمد قيمة PREN مرتفعة. ويمكن للتبريد السريع أو مدخل الحرارة المفرط أو درجة الحرارة غير المناسبة بين التمريرات أو ضعف الحماية بالغاز أن يؤثر في ذلك التوازن. وفي بعض الظروف، قد تتكون نتريدات الكروم أو أطوار بين فلزية مثل سيغما، مما يستنزف المناطق المجاورة من الكروم أو الموليبدينوم. وقد تكون المنطقة المستنزفة أكثر عرضة للهجوم بكثير مما يوحي به التركيب المتوسط.

وتواجه الدرجات الأوستنيتية مخاوف تتعلق باللحام أيضًا. وبالنسبة إلى 304L و316L، تقلل التسميات منخفضة الكربون من خطر التحسس الناتج عن كربيدات الكروم أثناء اللحام، لكن انخفاض الكربون لا يزيل كل مخاطر التصنيع. فقد تترك المعالجة الحرارية غير الصحيحة أو التلوث أو تغير اللون الحراري المفرط أو إجراء اللحام غير المضبوط جيدًا سطحًا يحتاج إلى التنظيف وإعادة المعالجة. ولا ينبغي تقييم مكوّن من 316L ملحوم اعتمادًا على PREN المحسوب من شهادة المصنع وحدها.

وقد تتطور في أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ الفريتي حبيبات خشنة أو تغيرات أخرى في المنطقة المتأثرة بالحرارة تؤثر في المتانة والاستجابة للتآكل. وقد يؤدي تجمد معدن اللحام إلى حدوث انفصال في التركيب، ولذلك لا تتطابق بالضرورة المناطق الواقعة بين التغصنات مع التحليل الاسمي. وتكون هذه التغيرات الموضعية صغيرة من حيث الحجم، لكنها مهمة إذا شكلت مسارًا مستمرًا أو وقعت في موقع معرض للإجهاد والانكشاف بدرجة كبيرة.

ولذلك يُعد تنظيف ما بعد اللحام جزءًا من التحكم في التآكل، وليس مجرد عمل لتحسين المظهر. فقد تؤدي إزالة التغير الحراري في اللون والملوثات إلى استعادة سطح خامل غني بالكروم، لكن يجب أن تتوافق المعالجة مع درجة الفولاذ غير القابل للصدأ وإجراء التصنيع. وينبغي أن يراعي الفحص أقدام اللحام والشقوق والنحت السفلي ونقص الاندماج وبقايا الخبث والمناطق التي يمكن أن تتجمع فيها الترسبات.

لا يزال PREN ذا قيمة عند مقارنة درجات مثل 316L وUNS S32205 والفولاذ المزدوج الأعلى سبكًا في ظل افتراضات متشابهة. لكنه يصبح مضللًا عند استخدامه كقاعدة قبول مستقلة لمكوّن ملحوم أو ملوث أو معقد هندسيًا. يحدد التركيب ترتيبًا ابتدائيًا. أما أداء الخدمة فيعتمد على البيئة والسطح والبنية المجهرية التي تصل فعليًا إلى الكلوريد.

كيفية الإبلاغ عن حساب PREN بمسؤولية

لا تكون قيمة PREN ذات معنى إلا عندما يمكن إعادة بناء طريقة حسابها. إن الإبلاغ عن «PREN 40» من دون تحديد التركيب الكيميائي أو المعادلة أو الوحدات أو المصدر ليس نتيجة تقنية؛ بل هو مقارنة غير مدعومة. PREN هو مؤشر تجريبي قائم على التركيب، ويُستخدم لترتيب أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في الظروف المحتوية على الكلوريد. وهو ليس تصنيفًا عالميًا لمقاومة التآكل، ولا جهدًا مضمونًا لبدء التنقر، ولا تنبؤًا بعمر الخدمة.

تذكر جمعية الفولاذ المقاوم للصدأ البريطانية الصيغة الشائعة الاستخدام على النحو التالي:

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

تُدخل نسب الكروم والموليبدينوم والنيتروجين كنسب مئوية وزنية. والنتيجة بلا أبعاد، رغم أنها توصف غالبًا بصورة غير رسمية بأنها «رقم PREN». ولا تتضمن المعادلة النيكل. وتحدد جمعية مهندسي البترول هذا الإغفال تحديدًا، وهو أمر مهم لأن محتوى النيكل غالبًا ما يكون بارزًا في تسمية درجة الفولاذ المقاوم للصدأ أو في ورقة بياناته، رغم أنه لا يسهم مباشرة في هذا الحساب بعينه.

تحديد المعادلة والمتغير المستخدم

أول متطلبات الإبلاغ هو بيان المعادلة الدقيقة المستخدمة. فمصطلح «PREN» لا يشير إلى صيغة واحدة موحدة تمامًا عبر جميع عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ والمنشورات التقنية.

بالنسبة إلى صيغة الكروم-الموليبدينوم-النيتروجين الشائعة، ينبغي الإبلاغ عما يلي:

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

وبالنسبة إلى السبائك المحتوية على التنغستن، يورد المنتدى الدولي للفولاذ المقاوم للصدأ (ISSF، 2025) ما يلي:

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

وبالنسبة إلى الصيغة المعدلة وفقًا للمنغنيز، يورد ISSF ما يلي:

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

هذه التسميات ليست قابلة للتبادل. ويجب أن يوضح التقرير الذي يذكر «PREN 39» ما إذا كانت النتيجة هي PREN أو PREN_W أو PREN_Mn. وإلا فلن يتمكن مهندس آخر من إعادة إنتاج الرقم أو تحديد ما إذا كانت القيمتان قد حُسبتا على الأساس نفسه.

ينبغي أن تعكس الصيغة المختارة غرض المقارنة والاتفاقية المعتمدة في المواصفة أو المنظمة أو وثيقة المشروع الحاكمة. وقد تكون الصيغة العادية مناسبة لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والحديدي والمزدوج الشائعة عندما يستخدم المصدر هذه الاتفاقية. وقد تتطلب درجة مزدوجة محتوية على التنغستن النظر صراحةً في صيغة PREN_W. ولا ينبغي إدراج الصيغة المعدلة وفقًا للمنغنيز لمجرد ظهور المنغنيز في التحليل الكيميائي؛ بل يجب تحديدها بوصفها اختيارًا مقصودًا للمعادلة.

ينبغي أن يوضح الحساب التطبيقي كل حد من الحدود. فبالنسبة إلى تركيب اسمي توضيحي يتكون من 22.0% Cr و3.0% Mo و0.18% N:

$$\text{PREN}=22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)=34.68$$

إذا أُبلغ عن النتيجة على أنها 34.7، فينبغي أن يذكر التقرير أنه جرى تقريبها إلى منزلة عشرية واحدة. فقد يؤثر التقريب في المقارنات المتقاربة. ويؤدي اختلاف قدره 0.01 نقطة مئوية فقط في النيتروجين إلى تغيير نتيجة PREN الشائعة بمقدار 0.16، في حين يؤدي اختلاف قدره 0.10 نقطة مئوية في الموليبدينوم إلى تغييرها بمقدار 0.33.

كما يجب فصل المعادلة عن تفسيرها. فقد ربطت ورقة Metals لعام 2021 قيم PREN الأعلى بمقاومة أكبر للهجوم الموضعي في المحاليل المحتوية على الكلوريد، إلا أن هذه العلاقة شبه كمية. ولا تثبت أن فولاذًا ذا PREN يبلغ 40 سيقاوم بيئة معينة لمدة تعادل ضعف مدة مقاومة فولاذ ذي PREN يبلغ 20، أو أن كل فولاذ يتجاوز حدًا معينًا سينجح في تلبية متطلبات الخدمة.

مصدر التركيب والأساس التحليلي

لا يكون الحساب أكثر موثوقية من التركيب المُدخل فيه. ويجب أن يحدد التقرير ما إذا كان يستخدم تحليل الصهيرة، أو تحليل المنتج، أو تقرير اختبار مواد معتمدًا، أو نتيجة مختبر مستقل، أو قيمًا اسمية مأخوذة من جدول درجات.

تأتي تسمية الدرجة أولًا. فعلى سبيل المثال، اكتب UNS S31603، وليس «316L» فحسب، عندما تكون تسمية UNS هي المعرّف المعتمد. وإذا كانت المادة محددة وفقًا لـ ASTM A240، فاذكر تلك المواصفة وشكل المنتج عند الاقتضاء. وبالنسبة إلى المواد المزدوجة، ميّز بين تسميات مثل UNS S31803 وUNS S32205 بدلًا من اعتبار «2205» هوية مكتملة للمادة. فقد يشمل الاختصار التجاري نفسه متطلبات مواصفات مختلفة، وقد لا تكون حدود التركيب الكيميائي متطابقة.

بعد ذلك، اذكر ما إذا كانت المدخلات اسمية أم مقاسة. فالحساب الاسمي القائم على تركيب درجة مقرب مفيد للمقارنة الأولية، لكنه لا يمثل PREN لصهيرة معينة. وقد ينتج تحليل صهيرة مقاس قيمة مختلفة مع بقائها بالكامل ضمن حدود التركيب المحددة. ويكتسب ذلك أهمية خاصة بالنسبة إلى النيتروجين والموليبدينوم لأن معامليهما مرتفعان نسبيًا.

ينبغي أن يذكر التقرير أن جميع قيم عناصر السبك معطاة بالنسبة المئوية الوزنية، وليس على هيئة كسور كتلية معبَّر عنها بأعداد عشرية. ويُعد إدخال النيتروجين بوصفه 0.18 wt% صحيحًا للمعادلة أعلاه؛ أما إدخال 18% فسوف ينتج قيمة غير معقولة. وإذا أبلغ المختبر عن 1,800 ppm من النيتروجين، فيجب تحويلها إلى 0.18 wt% قبل الحساب. وسجّل درجة الدقة التي وفرها المصدر بدلًا من اختلاق أرقام إضافية. فلا ينبغي عرض نتيجة محسوبة من تركيب كيميائي مذكور بدقة أقرب إلى 0.1% على أنها 36.274.

يمكن أن يتبع السجل القابل لإعادة الإنتاج التنسيق الآتي:

الدرجة والتسمية: UNS S32205، مواصفة المنتج وشكل المنتج أساس التركيب: تحليل الصهيرة من تقرير اختبار المواد، أو حدود المواصفة الاسمية المدخلات، wt%: Cr = __؛ Mo = __؛ N = __؛ W = __ عند الاقتضاء؛ Mn = __ عند الاقتضاء المعادلة: PREN أو PREN_W أو PREN_Mn، مكتوبة بالكامل الحساب: القيم المستبدلة والعمليات الحسابية النتيجة: __، مقربة إلى __ من المنازل العشرية المصدر: رقم الوثيقة، المراجعة، رقم الصهيرة، طريقة المختبر، أو جدول المواصفة أدلة التحقق: طريقة ASTM G48، ودرجة حرارة الاختبار، وتركيز كلوريد الحديديك، وزمن التعرض، وحالة العينة، والنتيجة المرصودة

عند استخدام حدود المواصفة، يجب إجراء الحساب بعناية. فقد يكون «الحد الأدنى لـ PREN» المكوَّن من الحد الأدنى للكروم والحد الأدنى للموليبدينوم والحد الأدنى للنيتروجين محافظًا رياضيًا بالنسبة إلى هذه الحدود، لكنه قد لا يقابل صهيرة فعلية. وإذا كان للنيتروجين حد أدنى فقط واستخدم التقرير هذا الحد الأدنى، فيجب التصريح بذلك. وإذا استُخدم الحد الأقصى للمنغنيز في PREN_Mn، فيجب تحديد هذه المعالجة أيضًا. ولا ينبغي وصف تقدير قائم على الحدود بأنه أداء مقاس.

ربط PREN بالاختبارات وأدلة التصميم

ينبغي أن يدعم PREN مقارنة المواد، لا أن يحل محل التأهيل أو تحليل التصميم. ويصف المنتدى الدولي للفولاذ المقاوم للصدأ القيم الأعلى بأنها تشير، بصورة شبه كمية، إلى مقاومة أكبر للتآكل الموضعي في الترب الحاملة للكلوريد. وهذه الصياغة مهمة: فالمؤشر يحدد اتجاه المقارنة، ولا يقدم حد قبول أو رفض عالميًا.

توفر ASTM G48 طرقًا مختبرية لمقارنة أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك ذات الصلة، وذلك بتعريض العينات لمحلول كلوريد الحديديك في ظروف محددة. وتتناول المواصفة بدء التنقر والتآكل الشقي، مع تأثر النتيجة بالطريقة المختارة ودرجة الحرارة وفترة التعرض وتحضير العينة ومعايير القبول. ولذلك فإن الإبلاغ عن أن العينة «اجتازت G48» يظل ناقصًا ما لم يحدد الطريقة وظروف الاختبار. وترتبط ASTM G48 Method A عادةً باختبار التآكل التنقري، في حين تتناول طرق ASTM G48 الأخرى تقييم التآكل الشقي.

كما يجب ربط أدلة الاختبار بحالة المادة. فقد تتصرف العينات الملحومة والمخمّرة بالمحلول بصورة مختلفة عن الصفيحة الأصلية. ويمكن أن تغير نعومة السطح، والتلوّن الحراري، والتلوث الناتج عن التصنيع، والشوائب، وتوازن الأطوار في الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، والمعالجة اللاحقة للحام، سلوك التآكل الموضعي من دون تغيير تسمية الدرجة الاسمية. ولا يستطيع PREN المحسوب من التركيب الكيميائي الكلي أن يلتقط كل هذه العوامل.

وينبغي أن ترد أدلة تصميم الخدمة إلى جانب الحساب. اذكر تركيز الكلوريد، ودرجة الحرارة، والتعرض للأكسجين، ودرجة الحموضة، وظروف الشقوق، ونظام الجريان، والترسبات، ومواد التنظيف الكيميائية، وحالة اللحام المتوقعة عندما تكون هذه العوامل ذات صلة. فقد يحتل فولاذ مرتبة أعلى وفقًا لـ PREN، ومع ذلك يتعرض للهجوم في شق ساخن راكد وحمضي. وعلى العكس، قد يؤدي فولاذ ذو قيمة محسوبة أقل أداءً مقبولًا في بيئة أقل شدة.

لذلك تُصاغ الخلاصة المسؤولة على النحو الآتي: يعطي التركيب المقاس أو الاسمي قيمة PREN محسوبة من نوع محدد؛ وتدعم هذه القيمة مقارنة نسبية مع درجات مسماة على أساس المعادلة نفسها؛ بينما توفر ASTM G48 أو الأدلة الخاصة بالخدمة تحققًا مستقلًا. وإن إبقاء هذه العبارات الثلاث منفصلة يمنع الخلط بين مؤشر قائم على التركيب وضمان لمقاومة التآكل.

المراجع

1. [1]International Stainless Steel Forum. Duplex Stainless Steels. International Stainless Steel Forum publication, 2025. https://worldstainless.org/wp-content/uploads/2025/02/ISSF_Duplex_Stainless_Steels.pdf
2. [2]Metals authors. Localized corrosion resistance and PREN relationship. Metals, 2021. https://www.mdpi.com/2075-4701/11/5/836
3. [3]ASTM International. Standard test methods for pitting and crevice corrosion resistance of stainless steels. ASTM G48, 2011. https://store.astm.org/g0048-11.html
4. [4]Society of Petroleum Engineers. How to Optimize Tubing Material Selections Using PREN Value. Journal of Petroleum Technology, 2025. https://jpt.spe.org/how-optimize-tubing-material-selections-using-pren-value
5. [5]International Stainless Steel Forum. Stainless Steel Pipe. International Stainless Steel Forum publication, 2025. https://worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Stainless_Steel_Pipe.pdf