ستانلس ستيل 413: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المقاوم للصدأ 413 مصنف كفولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي، ويشتهر بقوته العالية، ومقاومته المعتدلة للتآكل، وقدرته على التصلب من خلال المعالجة الحرارية. تشمل العناصر الرئيسية المضافة في الفولاذ المقاوم للصدأ 413 الكروم (Cr)، الذي يوفر مقاومة للتآكل والصلابة، والنيكل (Ni)، الذي يعزز المتانة وقابلية الانحناء. التركيبة النموذجية تشمل أيضًا الكربون (C)، الذي يساهم في القوة والصلابة، والمنغنيز (Mn) لتحسين القابلية للتصلب.

نظرة شاملة

يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 413 بخصائصه الميكانيكية الممتازة، بما في ذلك قوة الشد العالية ومقاومة التآكل الجيدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب المتانة والقوة. تشمل خصائصه الأساسية:

• قوة عالية: الهيكل المارتنسيتي يسمح بصلابة وقوة كبيرة، خاصة بعد المعالجة الحرارية.
• مقاومة معتدلة للتآكل: على الرغم من أنه ليس مقاومًا للتآكل مثل الدرجات الأوستنيتية، إلا أن 413 يقدم مقاومة مقبولة للتآكل الجوي وبعض المواد الكيميائية الخفيفة.
• قابلية تشغيل جيدة: يمكن معالجته بسهولة واللحام، على الرغم من أنه يجب توخي الحذر لتجنب التشقق.

المزايا:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن، مما يجعلها مثالية للتطبيقات الهيكلية.
- يمكن معالجتها حرارياً لتحقيق مستويات الصلابة المرغوبة.
- قابلية تشغيل جيدة بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى.

القيود:
- مقاومة أقل للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.
- عرضة لتصدع التآكل الناتج عن الضغط في بيئات معينة.
- تتطلب معالجة حرارية دقيقة لتجنب الهشاشة.

تاريخيًا، تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 413 في تطبيقات هندسية متنوعة، لا سيما في صناعات السيارات والطيران، حيث تكون القوة والوزن عوامل حاسمة. مكانته في السوق راسخة، مع توازن بين الأداء والتكلفة.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

منظمة المعايير	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	S41300	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI 413
AISI/SAE	413	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية مستخدمة بشكل شائع
ASTM	A276	الولايات المتحدة الأمريكية	المواصفات القياسية لقضبان الفولاذ المقاوم للصدأ
EN	1.4000	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة
JIS	SUS 413	اليابان	خصائص مماثلة ولكن قد تختلف في التركيب

يمكن أن تؤثر الفروقات بين هذه الدرجات المكافئة على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة، مثل مقاومة التآكل أو الخصائص الميكانيكية. على سبيل المثال، بينما UNS S41300 و AISI 413 مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في محتوى الكربون على القابلية للتصلب والمتانة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (رمز واسم)	نسبة التركيز (%)
C (الكربون)	0.10 - 0.15
Cr (الكروم)	12.0 - 14.0
Ni (النيكل)	0.50 - 1.00
Mn (المنغنيز)	0.50 - 1.00
Si (السيليكون)	0.50 كحد أقصى
P (الفوسفور)	0.04 كحد أقصى
S (الكبريت)	0.03 كحد أقصى

الدور الرئيسي للكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ 413 هو تعزيز مقاومة التآكل والصلابة. يساهم النيكل في المتانة وقابلية الانحناء، بينما يزيد الكربون من القوة والصلابة. يساعد المنغنيز في القابلية للتصلب، مما يضمن أن الفولاذ يمكن أن يحقق الخصائص الميكانيكية المرغوبة من خلال المعالجة الحرارية.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات القياسية - SI)	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمد	620 - 850 ميجا باسكال	90 - 123 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة الخضوع (0.2٪ إزاحة)	مخمد	450 - 600 ميجا باسكال	65 - 87 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
اطالة	مخمد	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مخمد	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
قوة التأثير (تشربي)	-196°C	30 جول	22 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين قوة الشد العالية وقوة الخضوع الفولاذ المقاوم للصدأ 413 مناسبًا للتطبيقات التي تتضمن تحميل ميكانيكي كبير، مثل المكونات الهيكلية وأجزاء الآلات. تعزز قدرته على الحفاظ على القوة عند درجات حرارة مرتفعة من فائدة الاستخدام في البيئات التي تتطلب ذلك.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة (الوحدات القياسية - SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7.75 جرام/سم³	0.28 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيل الحراري	20 °C	25 واط/م·ك	14.5 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·°F
السعة الحرارية النوعية	-	500 جول/كغ·ك	0.12 BTU/رطل·°F
مقاومة الكهرباء	-	0.73 ميكروأوم·م	0.73 ميكروأوم·بوصة

تساهم كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ 413 في قوته ودوامه، بينما تعتبر توصيله الحراري وسعته الحرارية النوعية هامة للتطبيقات التي تتضمن نقل الحرارة. تشير مقاومته الكهربائية إلى ملاءمته لبعض التطبيقات الكهربائية، على الرغم من أنه لا يُستخدم أساسًا للتوصيل الكهربائي.

مقاومة التآكل

عامل تآكل	التركيز (%)	الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3%	25 °C / 77 °F	متوسطة	خطر التآكل
حمض الكبريتيك	10%	20 °C / 68 °F	ضعيفة	غير موصى به
حمض الأسيتيك	5%	25 °C / 77 °F	جيدة	مقاومة معتدلة
جو جوي	-	-	جيدة	مقاومة عامة للتآكل

يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 413 مقاومة معتدلة للتآكل، خاصة في البيئات الجوية. ومع ذلك، فهو عرضة لتآكل التآكل في البيئات الغنية بالكلوريد ويجب تجنبه في التطبيقات التي تشمل الأحماض القوية مثل حمض الكبريتيك. مقارنةً بالد درجات الأوستنيتية مثل 304 أو 316، فإن 413 لديه مقاومة أقل للتآكل ولكن يوفر قوة أعلى.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	الحرارة (°C)	الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °C	752 °F	مناسب للتعرض الطويل
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	600 °C	1112 °F	تعرض قصير الأجل
درجة حرارة التدرج	800 °C	1472 °F	خطر الأكسدة في درجات الحرارة الأعلى

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 413 بقوته وصلابته، على الرغم من أنه يمكن أن يحدث أكسدة إذا تعرض لفترات طويلة. تجعل أداء المادة في درجات الحرارة العالية مناسبة للتطبيقات في المبادلات الحرارية وأنظمة العادم.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز / فلکس الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER413	الأرجون	يفضل التسخين المسبق
MIG	ER413	خليط أرجون/CO2	قد تتطلب المعالجة الحرارية بعد اللحام

يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 413 باستخدام تقنيات قياسية، على الرغم من أن التسخين المسبق غالبًا ما يُوصى به لتجنب التشقق. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين المتانة.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	الفولاذ المقاوم للصدأ 413	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	قابلية تشغيل معتدلة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد لتحقيق أفضل النتائج

تعتبر قابلية التشغيل معتدلة، ومن الضروري استخدام الأدوات وسرعات القطع المناسبة لتحقيق النتائج المثلى. قد تشمل التحديات العمل الشاق وتآكل الأداة.

قابلية التشكيل

يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ 413 قابلية تشكيل محدودة بسبب قوته العالية. يمكن أن يكون التشكيل البارد ممكنًا ولكنه قد يتطلب قوى كبيرة، بينما يكون التشكيل الساخن أكثر قابلية. يمكن أن تؤثر ظاهرة العمل الشاق على أنصاف الزوايا وعملية التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية العلاج	نطاق الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للتشبع	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التمرير	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 ساعة	هواء أو ماء	تقليل الصلابة، تحسين القابلية للانحناء
التصلب	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 دقيقة	زيت أو هواء	زيادة الصلابة والقوة
التزويد	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على التركيب الدقيق وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 413. تعمل عملية التمرير على تليين المادة، بينما يزيد التصلب من القوة. يعتبر التزويد بالغ الأهمية لتحقيق توازن بين الصلابة والمتانة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
السيارات	مكونات المحرك	قوة عالية، مقاومة للتآكل	متانة تحت الضغط
الطيران	أنظمة الهبوط	نسبة عالية من القوة إلى الوزن	تكامل هيكلي حاسم
النفط والغاز	عمود المضخة	مقاومة للتآكل، قوة	الأداء في البيئات القاسية
الأدوات	أدوات القطع	صلابة، مقاومة للتآكل	طول العمر والأداء

تطبيقات أخرى تشمل:

• الأجهزة البحرية: بسبب مقاومته المعتدلة للتآكل.
• المثبتات: حيث تكون القوة حاسمة.
• الصمامات والتركيبات: في تطبيقات صناعية متنوعة.

تم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 413 لهذه التطبيقات بسبب تركيبه الفريد من القوة والصلابة والمقاومة المعتدلة للتآكل، مما يجعله مناسبًا للبيئات التي تتطلب ذلك.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ المقاوم للصدأ 413	AISI 304	AISI 316	ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو المساومة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	متوسطة	متوسطة	يوفر 413 قوة متفوقة
الجانب الرئيسي للمقاومة للتآكل	متوسطة	ممتازة	ممتازة	413 أقل مقاومة للتآكل
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	جيدة	يتطلب 413 التسخين المسبق
قابلية التشغيل	معتدلة	جيدة	معتدلة	413 أصعب في التشغيل
قابلية التشكيل	محدودة	جيدة	جيدة	413 أقل قابلية للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أعلى	413 فعال من حيث التكلفة بالنسبة للقوة
التوفر النموذجي	شائع	شائع	شائع	جميع الدرجات متاحة على نطاق واسع

عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 413، تشمل الاعتبارات فعالية التكلفة، والتوفر، ومتطلبات التطبيق المحددة. تجعل خصائصه الفريدة مناسبة للتطبيقات التي تكون فيها القوة هي الأهم، بينما يجب أخذ قيوده في مقاومة التآكل بعين الاعتبار في البيئات المعرضة للتآكل الشديد.

باختصار، الفولاذ المقاوم للصدأ 413 هو مادة متعددة الاستخدامات توفق بين القوة، وقابلية التشغيل، ومقاومة التآكل المعتدلة، مما يجعله خيارًا شائعًا في تطبيقات هندسية متنوعة.