430 مقابل 439 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يختار المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين 430 و439 عند تحديد الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتك لتطبيقات يجب أن توازن بين مقاومة التآكل والتكلفة وقابلية التشكيل. تشمل سياقات القرار النموذجية الزخارف الخارجية أو لوحات الأجهزة حيث تهم مظهر السطح وقابلية اللحام والتكلفة، مقابل العوادم والخدمات ذات درجات الحرارة العالية حيث تكون استقرار الكروم ومقاومة التحسس أمرًا حاسمًا.

التمييز المعدني الأساسي هو أن 439 هو درجة فولاذ مقاوم للصدأ الفيريتك منخفض الكربون ومستقر بالتيتانيوم مصمم لتجنب ترسيب كربيد الكروم؛ بينما 430 هو درجة فولاذ مقاوم للصدأ الفيريتك غير المستقر مع كربون مسموح به أعلى. تجعل هذه الاستراتيجية من 439 مفضلًا حيث يُتوقع التعرض لدورات حرارية أو درجات حرارة قد تسبب التحسس، بينما تظل 430 خيارًا فعالًا من حيث التكلفة للعديد من البيئات المحيطة والمسببة للتآكل بشكل معتدل.

1. المعايير والتسميات

• 430: يُشار إليه عادةً بـ UNS S43000؛ موحد على نطاق واسع كـ EN 1.4016 / AISI 430 / JIS SUS 430؛ تشير مواصفات ASTM/ASME إليه في أشكال منتجات مختلفة (ورقة، شريط، لوح).
• 439: يُشار إليه عادةً بـ UNS S43900؛ موحد كـ EN 1.451 (يختلف حسب البلد) ويظهر في مواصفات الصناعة لتطبيقات مقاومة الحرارة وعوادم السيارات؛ المعادلات JIS/ASTM أقل انتشارًا ولكن بيانات المواد متاحة على نطاق واسع من الشركات المصنعة.

التصنيف: كلا من 430 و439 هما فولاذان مقاومان للصدأ الفيريتك (ليس أوستنيتي، ليس مارتنسيت، ليس HSLA أو فولاذ أدوات). هما درجات فولاذ مقاوم للصدأ سبائكي بشكل أساسي مع الكروم؛ 439 مستقر أيضًا بالتيتانيوم.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يوفر الجدول التالي نطاقات التركيب التمثيلية (وزن%) لمواصفات المنتجات التجارية الشائعة. هذه هي النطاقات النموذجية - يرجى الرجوع إلى المعيار المحدد أو شهادة المصنع للحدود الدقيقة لشكل المنتج ودرجة الحرارة المحددة.

عنصر	430 (وزن تمثيلي %)	439 (وزن تمثيلي %)
C	≤ 0.10–0.12	≤ 0.02–0.03
Mn	≤ 1.0	≤ 1.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.04	≤ 0.04
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	16.0–18.0	17.0–19.0
Ni	≤ 0.75	≤ 0.5–0.6
Mo	عادة 0	عادة 0
V	عادة 0	عادة 0
Nb	عادة 0	عادة 0
Ti	عادة 0	0.15–0.7 (مستقر)
B	عادة 0	عادة 0
N	أثر (≤ 0.10)	أثر (≤ 0.10)

كيف تؤثر السبائك على السلوك: - يوفر محتوى الكروم الفيلم الساكن لمقاومة التآكل؛ كلا الدرجتين لهما محتوى كروم مشابه وبالتالي مقاومة أساسية قابلة للمقارنة للبيئات المؤكسدة. - يزيد الكربون من القوة من خلال الحل الصلب وتكوين الكربيد ولكنه يعزز ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبوب عند التعرض لدرجات حرارة تحسسية؛ يمكن أن يزيد الكربون الأعلى في 430 من القوة ولكنه يزيد من خطر التحسس. - يرتبط التيتانيوم في 439 بالكربون والنيتروجين كـ TiC/TiN، مما يمنع تكوين كربيدات الكروم ويحسن المقاومة للتآكل بين الحبوب بعد التعرض الحراري (اللحام، دورات العادم). - يعني انخفاض محتوى النيكل أن كلاهما فيريتيك (ليس أوستنيتي) ويظهران موصلية حرارية جيدة واستجابة مغناطيسية ولكن مع صلابة أقل مقارنة بالأوستنيتيك عند درجات الحرارة المنخفضة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - كلا من 430 و439 هما في الغالب فيريتيك (مكعب مركزي الجسم، BCC) في الحالة المعالجة. يختلف حجم الحبوب وتجمعات الترسيب مع المعالجة ومحتوى الكربون/التيتانيوم. - قد يحتوي 430 على كربيدات الكروم ($\text{Cr}_{23}\text{C}_6$) أو ترسيبات M23C6 عند حدود الحبوب إذا تعرض لدرجات حرارة تتراوح بين 450–850 °م؛ تؤدي هذه الترسيبات إلى استنفاد محلي للكروم واحتمال حدوث تآكل بين الحبوب. - تطور 439 ترسيبات كربيد/نيتريد التيتانيوم التي تحتجز الكربون والنيتروجين، مما يقلل من القوة الدافعة لتكوين كربيدات الكروم ويستقر كيمياء حدود الحبوب.

استجابة المعالجة الحرارية: - لا يمكن تقوية الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتك من خلال التبريد التقليدي من مجال الأوستنيت لأنه لا يتحول إلى مارتنسيت؛ يتم تحديد الخصائص الميكانيكية بشكل أساسي من خلال العمل البارد والتسخين. - العلاجات الشائعة: معالجة الحل (لإذابة الترسيبات واستعادة اللدونة)، معالجة تخفيف الإجهاد، والمعالجة العادية. تستفيد الدرجات المستقرة مثل 439 من معالجة الحل التي تحافظ على كربيدات مرتبطة بالتيتانيوم وتقلل من خطر التحسس. - يمكن أن تؤدي التعرضات الحرارية بالقرب من 475 °م إلى هشاشة في الفيريتك (هشاشة 475 °م). يجب أخذ كلا الدرجتين في الاعتبار لفقدان الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة تحت الخدمة المطولة في ذلك النطاق. - تعمل المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة + التسخين المنضبط) على تحسين بنية الحبوب ويمكن أن تحسن توازن القوة/اللدونة في كلا الدرجتين؛ يبسط الكربون المنخفض في 439 تحقيق لدونة جيدة بعد التشكيل.

4. الخصائص الميكانيكية

تظهر الخصائص الميكانيكية التمثيلية للورق/الشريط المعالج (نطاقات تجارية نموذجية) نوعيًا وكنطاقات واسعة - القيم الفعلية تعتمد على شكل المنتج، والسماكة، ودرجة الحرارة.

الخاصية (معالجة، ورقة)	430 (نموذجي)	439 (نموذجي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	~400–550 (نطاق واسع)	~380–520 (نطاق واسع)
قوة الخضوع (0.2% انحراف، ميغاباسكال)	~200–300	~180–280
التمدد (%)	~20–35	~20–35
صلابة التأثير (درجة حرارة الغرفة، نوعية)	متوسطة	متوسطة إلى أفضل قليلاً بعد الدورات الحرارية
الصلابة (HB أو HRB، نوعية)	متوسطة	متوسطة (غالبًا أقل قليلاً بسبب انخفاض C)

التفسير: - يمكن أن تظهر 430 قوة أعلى قليلاً في بعض درجات الحرارة بسبب الكربون الأعلى وأي ترسيب كربيدي، ولكن ذلك يمكن أن يأتي على حساب تقليل مقاومة التآكل عند درجات الحرارة التحسسية. - 439 عمومًا قابل للمقارنة في اللدونة والصلابة في الحالة المعالجة وغالبًا ما يُفضل حيث يُتوقع تكرار الدورات الحرارية أو اللحام لأن استقرار التيتانيوم يقلل من استنفاد الكروم ويحافظ على الصلابة بعد التعرض الحراري.

5. قابلية اللحام

تتركز اعتبارات قابلية اللحام على معادل الكربون واستراتيجية الاستقرار: - مستوى الكربون له تأثير من الدرجة الأولى على الميل لتشكيل هياكل مجهرية صلبة وهشة في منطقة التأثير الحراري وعلى القابلية للتحسس. - 430، مع كربون مسموح به أعلى، لديه ميل أعلى نحو ترسيب كربيد الكروم عند دورات التسخين والتبريد، مما يجعل تآكل ما بعد اللحام وحساسية منطقة التأثير الحراري اعتبارًا. - يحسن الكربون المنخفض في 439 واستقرار التيتانيوم المقاومة للتحسس ويجعله أكثر تحملًا لدورات اللحام الحرارية، خاصة حيث تكون مقاومة تآكل ما بعد اللحام مطلوبة.

مؤشرات قابلية اللحام المفيدة (للتفسير النوعي): - معادل الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Dearden–Stobbs/Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى قابلية لحام أسهل مع خطر أقل من تشقق منطقة التأثير الحراري؛ تساهم الكربون المنخفضة في 439 والمساهمات المستقرة في تقليل هشاشة منطقة التأثير الحراري وخطر التآكل بين الحبوب. - يتم لحام كلا الدرجتين عادةً بواسطة TIG وMIG/MAG وطرق المقاومة؛ يجب التحكم في درجات حرارة التسخين المسبق ودرجات الحرارة بين الطبقات لتجنب الهشاشة ونمو الحبوب المفرط. عادةً ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام غير عملية للعديد من التجميعات، لذا فإن اختيار المادة المضافة والعملية مهم.

6. التآكل وحماية السطح

• كلاهما فولاذان مقاومان للصدأ الفيريتك ويعتمدان على الكروم لفيلم أكسيد ساكن.
• 430: كافٍ للبيئات الداخلية، والبيئات الصناعية الخفيفة، والتطبيقات الزخرفية؛ أقل مقاومة من الدرجات الأوستنيتية في البيئات المحتوية على الكلور وعرضة للتآكل بين الحبوب إذا تم تحسسه.
• 439: مستقر بالتيتانيوم وكربون منخفض - مقاومة أفضل للتآكل بين الحبوب بعد اللحام أو التعرض الحراري؛ يُستخدم عادةً في أنظمة عوادم السيارات وغيرها من البيئات المؤكسدة ذات درجات الحرارة العالية.

متى تستخدم مؤشرات التآكل: - PREN (عدد مقاومة التآكل المحلي) مفيد لتقييم المقاومة للتآكل المحلي حيث تلعب الموليبدينوم أو النيتروجين أدوارًا: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - بالنسبة لـ 430 و439، عادةً ما يكون الموليبدينوم غائبًا والنيتروجين منخفضًا جدًا، لذا فإن PREN له فائدة محدودة - كلاهما له PREN منخفض نسبيًا مقارنةً بالسبائك المزدوجة/الأوستنيتية المحتوية على الموليبدينوم. وبالتالي، فإن PREN ليس مقياسًا حاسمًا لهذه الدرجات.

الحماية غير المقاومة للصدأ: - عندما يتم النظر في الفولاذ الكربوني غير المقاوم للصدأ بدلاً من ذلك، فإن المجلفن والطلاءات العضوية هي المعتادة؛ بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتك، يمكن أن يؤدي إنهاء السطح (التلميع أو التمرير) والطلاءات إلى إطالة العمر في البيئات العدوانية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل: كلا الدرجتين تظهران قابلية تشكيل جيدة في الحالة المعالجة؛ الفيريتك لديها تصلب أقل من الأوستنيتي وتحتاج إلى تعديلات في الأدوات (مثل، أنصاف انحناءات أكبر للانحناءات الضيقة).
• قابلية السحب: نموذجية للوح الأجهزة والزخارف؛ يحسن الكربون المنخفض في 439 وتقليل ترسيب الكربيد قابلية السحب عندما يُتوقع التعرض الحراري اللاحق.
• قابلية التشغيل: الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتك عمومًا أكثر تحديًا في التشغيل من الفولاذ الكربوني القابل للقطع ولكن أسهل من العديد من الأوستنيتيك. تعمل 430 بشكل معقول مع أدوات الكربيد؛ يمكن أن يحسن الكربون المنخفض في 439 عمر الأداة بشكل طفيف.
• إنهاء السطح: كلاهما يأخذ تشطيبات زخرفية؛ يقلل استقرار 439 من خطر التآكل بعد التشكيل المرتبط بالحرارة ولكنه لا يؤثر على التشطيب السطحي القابل للتحقيق.

8. التطبيقات النموذجية

430 – الاستخدامات النموذجية	439 – الاستخدامات النموذجية
لوحات الأجهزة، الزخارف، لوحات العمارة الداخلية، شفاطات المطبخ، الزخارف الزخرفية	مكونات عوادم السيارات، أجزاء كاتم الصوت، أنابيب مموجة ذات درجات حرارة عالية
معدات المطبخ وتركيبات خدمات الطعام حيث تكون التكلفة عاملًا والبيئة غير محتوية على الكلور	مكونات معرضة للحرارة حيث يحدث التحسس أو تكرار الدورات الحرارية
لافتات داخلية زخرفية وأقفاص	محارق صناعية، مبادلات حرارية في البيئات المؤكسدة (حيث يكون استقرار التيتانيوم مفيدًا)

منطق الاختيار: - اختر 430 للتطبيقات الحساسة من حيث التكلفة، الزخرفية، أو المسببة للتآكل بشكل معتدل مع دورات حرارية محدودة. - اختر 439 لأنظمة العوادم، والخدمات ذات درجات الحرارة العالية المتكررة، والتطبيقات حيث تكون مقاومة تآكل منطقة التأثير الحراري مهمة.

9. التكلفة والتوافر

• 430 هو واحد من أكثر درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتك شيوعًا - متاح على نطاق واسع في شكل ورقة، شريط، ولفائف؛ عادةً ما تكون تكلفته أقل من الدرجات المستقرة أو السبائكية.
• 439 أقل انتشارًا ومخصص للأسواق المحددة (عوادم السيارات، أجزاء مقاومة الحرارة)؛ تكلفة الوحدة عادةً أعلى من 430 بسبب إضافات الاستقرار وحجم الإنتاج المستهدف.
• التوافر حسب شكل المنتج: 430 لديه توافر أوسع من المصانع والموزعين على مستوى العالم؛ يعتمد توافر 439 على موردي الأوراق الصناعية والسيارات الإقليميين وقد يتم توفيره في قياسات محددة أو لفات خاصة.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (تقييمات نوعية: جيد / متوسط / محدود)

المعيار	430	439
قابلية اللحام (عملية)	متوسطة (تحتاج إلى التحكم لمنطقة التأثير الحراري)	جيدة (مستقرة، كربون أقل)
القوة–الصلابة (معالجة)	قوة متوسطة؛ صلابة متوسطة	صلابة قابلة للمقارنة؛ أفضل قليلاً بعد الدورات الحرارية
مقاومة التآكل (عامة)	جيدة في البيئات الخفيفة	جيدة في البيئات الخفيفة؛ أفضل ضد التآكل بين الحبوب بعد التعرض الحراري
التكلفة	أقل (متاحة على نطاق واسع)	أعلى (متخصصة، مستقرة)

التوصيات: - اختر 430 إذا كانت التكلفة، ومقاومة التآكل العامة الداخلية، والتوافر الواسع هي الأولويات، ولن يتعرض الجزء لدورات حرارية تحسسية أو بيئات كلور عدوانية. - اختر 439 إذا كان الجزء سيتعرض لدرجات حرارة عالية، أو دورات حرارية متكررة، أو لحام مكثف حيث يجب تجنب ترسيب كربيد الكروم والتآكل بين الحبوب؛ يجعل استقرار التيتانيوم ومحتوى الكربون المنخفض في 439 الخيار الأكثر أمانًا لأنظمة العوادم والتجميعات المعرضة للحرارة.

ملاحظة ختامية: يجب أن يأخذ الاختيار الدقيق في الاعتبار شكل المنتج، والشهادات المطلوبة للخصائص الميكانيكية، وإجراءات اللحام، والتعرض البيئي. تحقق دائمًا من شهادة المصنع والمعيار المادي للدفعة المحددة لتأكيد الحدود الكيميائية ونتائج الاختبار الميكانيكي للتطبيق المقصود.