الفولاذ المقاوم للصدأ 403: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المقاوم للصدأ 403 يُصنف على أنه فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيت، معروف بشكل رئيسي بقوته العالية ومقاومته المتوسطة للتآكل. تشمل العناصر الفلزية الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 403 الكروم (12-14٪)، النيكل (حتى 1٪)، والكربون (0.15-0.40٪). توفر وجود الكروم مقاومة للتآكل، بينما يساهم الكربون في الصلابة والقوة. غالبًا ما يتم استخدام هذا النوع من الفولاذ في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة متوسطة للتآكل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية.

نظرة شاملة

يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 403 عدة خصائص مهمة تحدد استخدامه في التطبيقات الهندسية. يتمتع بخصائص ميكانيكية جيدة، بما في ذلك قوة شد عالية وصلابة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب متانة ومقاومة للاهتراء. بالإضافة إلى ذلك، تسمح مقاومته المتوسطة للتآكل باستخدامه في البيئات التي قد تتعرض للرطوبة وبعض العوامل المسببة للتآكل.

المزايا:
- قوة عالية: يمكن أن يتحمل الفولاذ المقاوم للصدأ 403 أحمالًا ميكانيكية كبيرة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الهيكلية.
- مقاومة متوسطة للتآكل: على الرغم من أنه ليس مقاومًا مثل الدرجات الأوستنيتيكية، إلا أنه يعمل بشكل جيد في البيئات الكيمائية الخفيفة.
- قابلية تشكيل جيدة: يمكن تشكيل هذا الفولاذ بسهولة وملحمه، مما يسهل استخدامه في العديد من عمليات التصنيع.

القيود:
- مقاومة أقل للتآكل: مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، يتمتع الفولاذ 403 بمقاومة أقل للتآكل النقطي وتآكل الشقوق.
- عرضة للكسر الناتج عن إجهاد التآكل: في بيئات معينة، قد يكون عرضة للإجهاد الناتج عن التآكل، مما قد يضر بسلامة الهيكل.

تاريخيًا، تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 403 في تطبيقات مثل شفرات التوربينات، ومكونات الصمامات، وغيرها من البيئات ذات الضغط العالي. مكانته في السوق مستقرة، حيث يوجد طلب مستمر في الصناعات التي تعطي الأولوية للقوة ومقاومة التآكل المتوسطة.

أسماء بديلة، مواصفات، ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	S40300	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 403
AISI/SAE	403	الولايات المتحدة الأمريكية	التسمية الشائعة الاستخدام
ASTM	A276	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لقضبان الفولاذ المقاوم للصدأ
EN	1.4006	أوروبا	فروق طفيفة في التركيب
JIS	SUS403	اليابان	خصائص مشابهة، تستخدم في التطبيقات اليابانية

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات المعادلة على الاختيار بناءً على متطلبات الأداء المحددة. على سبيل المثال، بينما يكون UNS S40300 و AISI 403 مرتبطين بشكل وثيق، يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في محتوى الكربون على الصلابة وقابلية التصنيع.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسب (%)
Cr (الكروم)	12.0 - 14.0
Ni (النيكل)	0.5 - 1.0
C (الكربون)	0.15 - 0.40
Mn (المنغنيز)	1.0 كحد أقصى
Si (السيليكون)	1.0 كحد أقصى
P (الفوسفور)	0.04 كحد أقصى
S (الكبريت)	0.03 كحد أقصى

الدور الرئيسي للكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ 403 هو تعزيز مقاومة التآكل، بينما يساهم الكربون في صلابة وقوة المواد. يتم إضافة المنغنيز والسيليكون لتحسين متانة ومرونة الفولاذ.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/المعاملة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات المتريه - وحدات SI)	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبريالية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمد	درجة حرارة الغرفة	520 - 700 ميجا باسكال	75 - 102 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (فرق 0.2٪)	مخمد	درجة حرارة الغرفة	280 - 450 ميجا باسكال	41 - 65 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مخمد	درجة حرارة الغرفة	20 - 30٪	20 - 30٪	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مخمد	درجة حرارة الغرفة	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
قوة التأثير	مخمد	-20 درجة مئوية	40 جول	29.5 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين قوة الشد وقوة العائد الفولاذ المقاوم للصدأ 403 مناسبًا للتطبيقات التي تتعرض لأحمال ميكانيكية كبيرة. تشير قيم التمدد وقوة التأثير إلى قابلية جيدة للثني، وهو أمر ضروري لمنع الفشل الهش تحت الضغط.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المتريه - وحدات SI)	القيمة (الوحدات الإمبريالية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.75 جرام/سم³	0.28 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1400 - 1450 درجة مئوية	2552 - 2642 درجة فهرنهايت
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	25 واط/م·ك	17.3 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	500 جول/كغم·ك	0.12 BTU/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.73 ميكرون·أوميتر	0.00043 أوميتر·بوصة

تساهم كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ 403 في وزنه وقوته، بينما تشير نقطة انصهاره إلى استقرار حراري جيد. تعتبر الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية مهمة للتطبيقات التي تشمل انتقال الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التراكيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3-5%	25°C/77°F	متوسطة	خطر التآكل النقطي
حمض الكبريتيك	10%	20°C/68°F	ضعيفة	غير موصى به
حمض الأسيتيك	5%	25°C/77°F	جيدة	مقاومة متوسطة
مياه البحر	-	25°C/77°F	متوسطة	عرضة لتآكل الشقوق

يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ 403 مقاومة متوسطة لمجموعة متنوعة من البيئات المسببة للتآكل. يعمل بشكل جيد في الظروف الحمضية الخفيفة، مثل حمض الأسيتيك، لكنه يتعرض للتآكل النقطي في البيئات الغنية بالكلوريد. بالمقارنة مع الدرجات الأوستنيتيكية مثل 304 أو 316، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ 403 يتمتع بمقاومة تآكل أقل، لا سيما في البيئات العدوانية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	600 °C	1112 °F	مناسب للتطبيقات عالية الحرارة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	650 °C	1202 °F	يمكن أن يتحمل التعرض القصير
درجة حرارة التآكل	700 °C	1292 °F	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة الحرارة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 403 بقوته ولكن قد يتعرض للأكسدة. أداؤه في التطبيقات عالية الحرارة عمومًا جيد، ولكن يجب الحرص على تجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز حد التآكل الخاص به.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/التدفق الحامي النموذجي	ملاحظات
TIG	ER403	الأرجون	يوصى بالتسخين المسبق
MIG	ER308	الأرجون + CO2	قد تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام ضرورية

عمومًا، يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 403، ولكن يُنصح بالتسخين المسبق للحد من خطر التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية اللاحقة لعملية اللحام الخصائص الميكانيكية للملحوم.

قابلية التصنيع

معامل التصنيع	[الفولاذ المقاوم للصدأ 403]	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التصنيع النسبي	60%	100%	يتطلب أدوات حادة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقية	50 م/دقية	يمكن تعديلها حسب ارتداء الأداة

يمتاز الفولاذ المقاوم للصدأ 403 بقابلية تصنيع متوسطة. يتطلب أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتحقيق نتائج مثالية.

قابلية الشكل

يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ 403 باردة وساخنة، ولكنه يظهر صلابة عمل. يجب مراعاة الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء أثناء عمليات التشكيل لتجنب التشقق.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي/النتيجة المتوقعة
التلدين	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 ساعة	هواء أو ماء	تخفيف، تحسين المرونة
التصلب	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 دقيقة	زيت أو هواء	زيادة الصلابة

أثناء المعالجة الحرارية، يخضع الفولاذ المقاوم للصدأ 403 لتحولات معدنية تعزز خصائصه الميكانيكية. يعمل التلدين على تليين المادة، في حين يزيد التصلب من قوتها وصلابتها.

التطبيقات النموذجية واستخداماتها النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
الفضاء الجوي	مكونات التوربينات	قوة عالية، مقاومة متوسطة للتآكل	التحمل تحت الضغط
السيارات	صمامات العادم	مقاومة درجات الحرارة العالية، القوة	الأداء في الظروف القاسية
النفط والغاز	محاور المضخات	مقاومة للاهتراء، القوة	موثوقية في البيئات المت demanding

تشمل التطبيقات الأخرى:
- مكونات الصمامات
- المعدات البحرية
- معدات معالجة الطعام

يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 403 لهذه التطبيقات نظرًا لمزيجه من القوة ومقاومة التآكل المتوسطة وقابلية تشكيله الجيدة، مما يجعله مناسبًا للبيئات المت demanding.

اعتبارات مهمة، ومعايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ المقاوم للصدأ 403	الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304	الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 316	ملاحظة مختصرة عن الإيجابيات/السلبيات أو الموازنة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قابلية جيدة للثني	مقاومة ممتازة للتآكل	403 أقوى لكنه أقل قابلية للثني
الجانب الرئيسي للتآكل	مقاومة متوسطة	مقاومة ممتازة	مقاومة فائقة	403 أقل ملاءمة للبيئات القاسية
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	جيدة	يحتاج 403 إلى تسخين مسبق
قابلية التصنيع	متوسطة	جيدة	متوسطة	403 أقل قابلية للتصنيع من 304
قابلية الشكل	متوسطة	جيدة	متوسطة	403 له قابلية تشكيل محدودة
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أعلى	403 اقتصادي بناءً على القوة
التوافر النموذجي	شائع	شائع جدًا	شائع	403 متاح بسهولة

عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 403، تشمل الاعتبارات فعاليته من حيث التكلفة، توافره، وملاءمته لتطبيقات معينة. بينما يقدم قوة عالية، إلا أن مقاومته للتآكل ليست قوية مثل تلك الخاصة بالدرجات الأوستنيتيكية. لذلك، من الضروري تقييم البيئة التشغيلية والمتطلبات الميكانيكية قبل اتخاذ القرار.