نيترونيك 50 الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المقاوم للصدأ Nitronic 50، المعروف أيضًا باسم XM-19، هو فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي عالي الأداء يتميز بقوته الاستثنائية ومقاومته للتآكل. يصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي، يتم سبكه بالأساس بكميات كبيرة من الكروم والنيكل والمنغنيز، مما يسهم في خصائصه الفريدة. تتميز هذه الدرجة من الفولاذ بشكل خاص بقوتها العالية ومقاومتها الممتازة للتآكل الناجم عن الحفر والشقوق، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب أداءً عالياً في مختلف الصناعات.

نظرة شاملة

يتميز Nitronic 50 بقوته العالية ومقاومته الممتازة للتآكل، خصوصاً في البيئات البحرية والكيماوية. العناصر الرئيسية المستخدمة في السبيكة تشمل:

• الكروم (Cr): يعزز مقاومة التآكل ويساهم في تكوين طبقة أكسيد واقية.
• النيكل (Ni): يحسن الصلابة والليونة، ويثبت الهيكل الأوستنيتي.
• المنغنيز (Mn): يزيد من القوة ويعزز مقاومة الأكسدة.

يؤدي الجمع بين هذه العناصر إلى فولاذ يظهر خصائص ميكانيكية متفوقة، بما في ذلك قوة الشد العالية وقوة العائد، إلى جانب الليونة والصلابة الجيدة.

المزايا:
- مقاومة استثنائية للتآكل، خاصة ضد الحفر الناتج عن الكلور.
- قوة عالية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الهيكلية.
- قابلية جيدة لللحام والتشكيل، مما يتيح تصنيعًا متعدد الاستخدامات.

العيوب:
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.
- قد تتطلب اعتبارات خاصة في التشغيل بسبب قوتها.

تاريخيًا، وجدت Nitronic 50 مكانها في صناعات مثل الطيران، والبحرية، ومعالجة المواد الكيميائية، حيث يمكن الاستفادة من خصائصها الفريدة بشكل كامل.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

منظمة المعايير	التعيين/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات
UNS	S20910	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI 316 ولكن مع قوة محسنة.
AISI/SAE	XM-19	الولايات المتحدة الأمريكية	معروفة بمقاومة تآكل متفوقة مقارنة بـ 304 و316.
ASTM	A240	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لصفائح وشرايط الفولاذ المقاوم للصدأ من الكروم والكروم-نيكل.
EN	1.3964	أوروبا	مكافئ لـ UNS S20910 مع اختلافات تركيبية طفيفة.
JIS	SUS 316L	اليابان	مقاومة تآكل مشابهة ولكن بقوة أقل.

غالبًا ما يتم مقارنة Nitronic 50 بفولاذ مقاوم للصدأ الآخر مثل AISI 316 و304. بينما تقدم هذه الدرجات مقاومة جيدة للتآكل، فإن Nitronic 50 يوفر قوة معززة وهو أكثر ملاءمة للتطبيقات عالية الضغط.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
Cr (الكروم)	19.0 - 21.0
Ni (النيكل)	9.0 - 12.0
Mn (المنغنيز)	5.0 - 7.0
N (النيتروجين)	0.10 - 0.20
Mo (الموليبدينوم)	0.0 - 0.5
C (الكربون)	0.0 - 0.03
Si (السيليكون)	0.0 - 1.0
P (الفوسفور)	0.0 - 0.045
S (الكبريت)	0.0 - 0.03

دور العناصر الأساسية في السبيكة:
- الكروم: يوفر مقاومة التآكل ويعزز قدرة الفولاذ على تحمل الأكسدة.
- النيكل: يحسن الصلابة والليونة، وهو أمر ضروري للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية.
- المنغنيز: يسهم في قوة الفولاذ ويساعد في تثبيت الهيكل الأوستنيتي.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبيريال)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	م Annealed	620 - 750 ميغا باسكال	90 - 109 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انحراف)	م Annealed	310 - 450 ميغا باسكال	45 - 65 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	م Annealed	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
الصلابة (Rockwell B)	م Annealed	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
قوة الأثر (Charpy)	-20 درجة مئوية	40 جول	30 قدم-باوند	ASTM E23

يجعل الجمع بين قوة الشد وقوة العائد العالية Nitronic 50 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت الحمل. وتوضح نسبة التمدد الجيدة أنه يسمح بالتشويه دون كسر.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبيريال)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.9 غرام/سم³	0.285 رطل/بوصة³
درجة الانصهار	-	1400 - 1450 درجة مئوية	2550 - 2640 درجة فهرنهايت
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	25 واط/م·ك	17.3 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·°F
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	500 جول/كجم·ك	0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.72 ميكرو أوم·م	0.72 ميكرو أوم·بوصة
معامل التمدد الحراري	20 - 100 درجة مئوية	16.5 x 10⁻⁶/ك	9.2 x 10⁻⁶/°F

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والتوصيل الحراري حاسمة للتطبيقات في البيئات التي تتطلب إدارة حرارية. تشير درجة الانصهار العالية نسبيًا إلى أداء جيد عند درجات الحرارة المرتفعة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3.5%	25°C / 77°F	ممتاز	مقاوم للحفر.
حمض الكبريتيك	10%	20°C / 68°F	جيد	خطر التآكل المحلي.
حمض الهيدروكلوريك	5%	25°C / 77°F	متوسط	ليس موصى به لتركيزات عالية.
مياه البحر	-	-	ممتاز	مثالي للتطبيقات البحرية.

يظهر Nitronic 50 مقاومة ممتازة للحفر والتآكل الناتج عن الشقوق، خاصة في البيئات المحتوية على الكلور، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات البحرية. ومع ذلك، قد يكون عرضة للتآكل المحلي في الأحماض القوية، مما يجب أخذه في الاعتبار في تصميم التطبيقات.

عند مقارنتها بدرجات مثل AISI 316، تقدم Nitronic 50 مقاومة متفوقة للحفر وانكسارات التآكل الناتج عن الضغط، خاصة في البيئات المالحة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
درجة الحرارة القصوى للخدمة المستمرة	800 °C	1472 °F	مناسب للتطبيقات عالية الحرارة.
درجة الحرارة القصوى للخدمة المتقطعة	900 °C	1652 °F	يمكن أن يتحمل التعرض قصير الأمد لدرجات حرارة عالية.
درجة حرارة التآكل	1000 °C	1832 °F	يبدأ بفقدان القوة فوق هذه الدرجة.

يحافظ Nitronic 50 على قوته ومقاومته للتآكل عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في البيئات عالية الحرارة. ومع ذلك، يجب اتخاذ الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تزيد عن 800 °C، مما يمكن أن يؤدي إلى التآكل وفقدان الخصائص الميكانيكية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الإضافي الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/السائل للحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER309L	أرجون	جيد للأقسام الرقيقة.
MIG	ER308L	أرجون + CO2	مناسب للأقسام السميكة.
SMAW	E309L	-	يتطلب تسخينًا مسبقًا للأقسام السميكة.

يعتبر Nitronic 50 عمومًا أنه يمتلك قابلية لحام جيدة. ومع ذلك، قد يكون من الضروري التسخين المسبق للأقسام السميكة لتجنب التصدع. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	Nitronic 50	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	50	100	يتطلب سرعات قطع أبطأ.
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	30 م/دقيقة	60 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج.

يمكن أن يكون تشغيل Nitronic 50 تحديًا بسبب قوته. من المستحسن استخدام أدوات الكربيد وسرعات القطع الأبطأ لتحقيق أفضل النتائج.

قابلية التشكيل

يظهر Nitronic 50 قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، بسبب قوته العالية، يجب توخي الحذر لتجنب العمل الصلب أثناء عمليات التشكيل الباردة. يجب الالتزام بالأبعاد المنحنية الموصى بها لمنع التصدع.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	وقت النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
معالجة الحل	1040 - 1120 °C / 1900 - 2050 °F	30 دقيقة	هواء أو ماء	يذوب الكربيدات، يعزز مقاومة التآكل.
تخفيف الضغط	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 ساعة	هواء	يقلل الضغوط المتبقية.

خلال المعالجة الحرارية، يخضع Nitronic 50 لتحولات معدنية تعزز بنيته الدقيقة وخصائصه. تُعتبر معالجة الحل، بشكل خاص، حرجة لتعظيم مقاومة التآكل والأداء الميكانيكي.

التطبيقات الشائعة والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
الطيران	مكونات الطائرات	قوة عالية، مقاومة للتآكل	حرج للسلامة والأداء.
البحرية	بناء السفن	مقاومة ممتازة لمياه البحر	ضروري لطول العمر والمتانة.
معالجة المواد الكيميائية	مكونات المضخات والصمامات	مقاومة للمواد الكيميائية العدوانية	يضمن الموثوقية في البيئات القاسية.
النفط والغاز	المنصات البحرية	قوة عالية ومقاومة للتآكل	حيوية للسلامة الهيكلية.

تتضمن التطبيقات الأخرى:
- الأجهزة الطبية
- معدات معالجة الطعام
- التطبيقات المعمارية

يتم اختيار Nitronic 50 لهذه التطبيقات بسبب تركيبه الفريد من القوة ومقاومة التآكل، مما يكون حاسماً في البيئات التي لا يمكن فيها تحمل الفشل.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	Nitronic 50	AISI 316	الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج	ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو المقايضات
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة متوسطة	قوة عالية	تقدم Nitronic 50 قوة متفوقة.
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	ممتاز	جيد	ممتاز	تتفوق Nitronic 50 في البيئات المحتوية على الكلور.
قابلية اللحام	جيدة	جيدة	متوسطة	يمكن لحام جميع الدرجات، ولكن قد يتطلب Nitronic 50 تسخينًا مسبقًا.
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	يعتبر Nitronic 50 أصعب في التشغيل مقارنةً بـ AISI 316.
قابلية التشكيل	جيدة	جيدة	متوسطة	يمكن تشكيل جميع الدرجات، ولكن يتطلب Nitronic 50 أخذ الحذر لتجنب العمل الصلب.
تكلفة التقريب النسبي	أعلى	متوسطة	أعلى	قد تؤثر اعتبارات التكلفة على الاختيار.
التوفر النموذجي	متوسطة	عالية	متوسطة	يتوفر AISI 316 بشكل أكثر شيوعًا.

عند اختيار Nitronic 50، تشمل الاعتبارات جدواه الاقتصادية، وتوفره، ومتطلبات التطبيق المحددة. يجعل تركيبه الفريد مناسبًا للتطبيقات المتخصصة حيث يكون الأداء حاسمًا، على الرغم من تكلفته الأعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر شيوعًا.

باختصار، الفولاذ المقاوم للصدأ Nitronic 50 (XM-19) هو مادة عالية الأداء تتفوق في البيئات التحديات، مما يجعله خيارًا مفضلًا في الصناعات حيث تكون القوة ومقاومة التآكل ذات أهمية قصوى.