304 مقابل 202 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و202 هما درجات أوستنيتية شائعة تستخدم في مجالات التصنيع، والهندسة المعمارية، ومعالجة الأغذية، وسوق المنتجات الاستهلاكية. غالبًا ما يقرر المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بينهما عند الموازنة بين مقاومة التآكل، والأداء الميكانيكي، وقابلية اللحام، وتكلفة الوحدة. تشمل سياقات القرار النموذجية تحديد المواد لمعدات الاتصال بالطعام الداخلية، أو الزخارف المعمارية، أو المكونات الهيكلية حيث تدفع قيود الميزانية الاختيار نحو خيارات منخفضة النيكل.
الفرق الرئيسي بين 304 و202 هو استراتيجيات السبائك: يستخدم 304 نيكل أعلى وكروم قياسي لضمان مقاومة تآكل قوية وميكروهيكل أوستنيتي مستقر، بينما يقلل 202 من محتوى النيكل (ويزيد من المنغنيز والنيتروجين) لتحقيق بديل منخفض التكلفة مع مقاومة تآكل مخفضة بعض الشيء ولكن بقوة مماثلة. هذه المقايضة - تكلفة المادة مقابل أداء التآكل وسلوك العملية - تدفع معظم المقارنات المباشرة.
1. المعايير والتسميات
- 304
- التسميات الشائعة: AISI 304، UNS S30400، EN 1.4301 (و304L كـ 1.4306)، JIS SUS304، GB 06Cr19Ni10.
- التصنيف: فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي (مقاوم للصدأ).
-
المعايير النموذجية: ASTM A240/A480 (الألواح والأوراق)، ASME SA240، سلسلة EN 10088.
-
202
- التسميات الشائعة: AISI 202، UNS S20200، EN (غير موحد على نطاق واسع في أوروبا، وغالبًا ما يتم تحديده بواسطة المعايير الوطنية)، JIS SUS202 المعادلات في بعض الأسواق، GB 202.
- التصنيف: فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي (مقاوم للصدأ)، غالبًا ما يتم تسويقه كدرجة أوستنيتية منخفضة النيكل.
- المعايير النموذجية: تستخدم في المنتجات الورقية/الملفوفة والمشكلة؛ توجد نطاقات مواصفات خاصة في مناطق مختلفة.
كلا الدرجتين هما فولاذان مقاومان للصدأ (مقاومان للتآكل) بدلاً من فولاذ الكربون أو السبائك أو الأدوات أو HSLA.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
يوضح الجدول أدناه التركيب الاسمي أو نطاق التركيب (وزن %) للدرجات المتاحة تجاريًا. تختلف القيم حسب المعيار والحرارة؛ استخدم شهادة المصنع ذات الصلة للمشتريات.
| عنصر | 304 (نطاقات نموذجية، وزن %) | 202 (نطاقات نموذجية، وزن %) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.15 |
| Mn | ≤ 2.0 | 5.5 – 7.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 18.0 – 20.0 | 17.0 – 19.0 |
| Ni | 8.0 – 10.5 | 4.0 – 6.0 |
| Mo | ≤ 0.08 | ≤ 0.20 |
| V | trace/none | trace/none |
| Nb (Cb) | typically none | typically none |
| Ti | typically none | typically none |
| B | trace | trace |
| N | ≤ 0.10 | up to ~0.25–0.45 (varies) |
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يوفر الكروم (Cr) الفيلم الأكسيدي الساكن ومقاومة التآكل العامة؛ كلا الدرجتين لهما محتوى كروم مشابه. - يثبت النيكل (Ni) المرحلة الأوستنيتية ويعزز القابلية للتشكيل ومقاومة التآكل؛ يحتوي 304 على نيكل أكثر بكثير من 202. - يستخدم المنغنيز (Mn) والنيتروجين (N) في 202 لتثبيت الأوستنيت بدلاً من بعض النيكل وزيادة القوة من خلال تقوية الحل الصلب. - يؤثر الكربون على القوة ومخاطر التحسس؛ غالبًا ما يكون لدى 202 حد كربون أعلى قليلاً. تُستخدم المتغيرات منخفضة الكربون (مثل 304L) لتقليل التحسس أثناء اللحام. - تؤثر العناصر الثانوية والشوائب (P، S) على قابلية التشغيل والتآكل المحلي.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهيكل النموذجي (كما تم تصنيعه)
- كلا 304 و202 هما بشكل رئيسي أوستنيتي (مكعب مركزي الوجه) في الحالة المعالجة. تعتمد استقرار الأوستنيت على محتوى Ni وMn وN.
- يمتلك 202 نسبة Mn/N أعلى وNi أقل؛ قد يكون الأوستنيت فيه أقل استقرارًا قليلاً عند درجات حرارة مرتفعة وأثناء العمل البارد الشديد، لكنه يبقى أوستنيتي عند درجة حرارة الغرفة للتركيبات القياسية.
-
الفريت دلتا ضئيل في هذه التركيبات تحت التبريد العادي؛ يمكن أن تقدم بعض طرق المعالجة كميات صغيرة من الفريت.
-
استجابة للمعالجات الحرارية/الميكانيكية الشائعة
- التسخين (معالجة الحل): نموذجي لكلا الدرجتين عند ~1000–1150 °م يتبعه تبريد سريع لذوبان الكربيدات وإعادة ضبط الميكروهيكل. كلاهما يستعيدان اللدونة ومقاومة التآكل بعد التسخين الحل.
- العمل البارد (الدرفلة، السحب، الانحناء): كلاهما يقوى مع العمل البارد؛ 202، بسبب محتوى Mn وN الأعلى، غالبًا ما يحقق مستويات قوة أعلى بعد العمل البارد عند نفس التشوه.
- الشيخوخة/الترسيب: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لا يتصلب بواسطة التبريد التقليدي؛ يمكن أن يؤدي التعرض المطول في نطاق 400–850 °م إلى مراحل هشة (كربيدات، مرحلة سيغما) تقلل من المتانة ومقاومة التآكل - 304 أكثر مقاومة لترسيب المعادن البينية بسبب محتوى النيكل الأعلى.
- التطبيع/التبريد والتقسية: غير قابلة للتطبيق كطرق تقوية للدرجات الأوستنيتية؛ لا تستجيب للتصلب المارتنسيتي مثل الفولاذ الكربوني.
4. الخصائص الميكانيكية
يوفر الجدول التالي نطاقات تمثيلية لأشكال المنتجات المعالجة، المعالجة حراريًا (الأوراق، الألواح، أو الملفات المدرفلة على البارد). تعتمد الخصائص الفعلية على العمل البارد، والسماكة، والمعالجة الحرارية.
| الخاصية | 304 (معالجة حرارية، نموذجية) | 202 (معالجة حرارية، نموذجية) |
|---|---|---|
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ~500 – 700 | ~520 – 760 |
| قوة الخضوع (0.2% انزلاق، ميغاباسكال) | ~200 – 350 | ~240 – 420 |
| التمدد (%) | ~40 – 60 | ~30 – 50 |
| صلابة التأثير (طاقة الشق، نوعية) | جيدة، كسر لدن | عادة جيدة ولكن يمكن أن تكون أقل بعد العمل البارد |
| الصلابة (HRB أو HV) | ~70 – 95 HRB (معالجة حرارية) | أعلى قليلاً في المتوسط بسبب ميل العمل الصلب |
التفسير: - يميل 202 إلى تحقيق قوة أعلى - خاصة بعد العمل البارد - بسبب تقوية الحل الصلب الأعلى من Mn وN. غالبًا ما تكون قوة الخضوع وقوة الشد أعلى لـ 202 في ظروف مماثلة. - يظهر 304 عادةً لدونة أعلى وأفضل احتفاظ بالمتانة بعد التعرض الحراري أو اللحام بسبب محتوى النيكل الأعلى واستقرار الأوستنيت الأكبر. - يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار الحالة كما تم تزويدها: قد يتجاوز 304 المعالج باردًا 202 المعالج حراريًا في القوة، لكن 202 المعالج باردًا سيكون عمومًا أقوى من 304 المعالج بنفس الطريقة.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي جيدة عمومًا، لكن الحساسية تعتمد على مستوى الكربون، والسبائك التي تؤثر على قابلية التصلب، والقدرة على التآكل بين الحبيبات.
الصيغ الرئيسية المستخدمة لتقييم مخاطر قابلية اللحام (تفسير نوعي):
-
معادل الكربون (طريقة IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ تشير قيمة أعلى لـ $CE_{IIW}$ إلى زيادة قابلية التصلب ومخاطر التشقق المحتملة في بعض الفولاذ؛ بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، تُستخدم هذه العناصر بشكل مختلف، لكن الصيغة تعطي مفهومًا مقارنًا.
-
رقم معادل مقاومة التآكل (للتآكل بدلاً من تشقق اللحام): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
-
Pcm (مؤشر قابلية اللحام المستخدم أكثر للفولاذ الكربوني، لكن مفهوم مفيد): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي لـ 304 مقابل 202: - يظهر 304 عادةً قابلية لحام جيدة جدًا مع المعادن المالئة القياسية (مثل 308L لـ 304) ومخاطر منخفضة من التشقق الساخن والتحسس بعد اللحام عند استخدام الإجراءات الصحيحة. يتم استخدام التحكم في الكربون (304L) حيث تكون التحسس مصدر قلق. - يلحم 202 بشكل مقبول مع الطرق الشائعة، لكن انخفاض محتوى النيكل يزيد من مخاطر بعض المشاكل المتعلقة باللحام، مثل انخفاض اللدونة قليلاً في منطقة التأثير الحراري وزيادة القابلية لبعض أشكال التآكل المحلي في البيئات العدوانية. - التنظيف قبل وبعد اللحام، واختيار المالئ المناسب، وتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة التحسس هي ضوابط قياسية. بالنسبة للتطبيقات الحرجة، قم بإجراء تأهيل إجراءات اللحام واختبار التآكل على التجميعات الملحومة.
6. التآكل وحماية السطح
- سلوك مقاوم للصدأ
- يعتمد كل من 304 و202 على فيلم أكسيدي ساكن غني بالكروم لمقاومة التآكل. يوفر 304، مع النيكل الأعلى، عمومًا مقاومة تآكل عامة أفضل، وأداء أفضل في البيئات المحتوية على الكلور، وقابلية تشكيل أفضل دون تشققات سطحية قد تؤثر على السلبية.
-
يمتلك 202 مقاومة تآكل مقبولة للعديد من البيئات الداخلية والمعتدلة التآكل (الزخارف الزخرفية، الأجهزة الداخلية، مكونات HVAC)، لكنه غير موصى به للبيئات الغنية بالكلور (الساحلية، البحرية، مجاري العمليات المكلورة) حيث يُفضل 304 أو درجات سبائك أعلى.
-
استخدام PREN (حيثما ينطبق)
- لتقييم تآكل التآكل، استخدم: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
-
يتم تطبيق PREN بشكل أكثر شيوعًا على الدرجات المزدوجة والأوستنيتية التي تحتوي على Mo وN مرتفعة؛ سيوضح لماذا 304 (منخفض Mo، منخفض N) و202 (منخفض Mo، معتدل N) كلاهما محدود في البيئات الغنية بالكلور الشديدة.
-
حماية السطح للفولاذ غير المقاوم للصدأ (غير قابلة للتطبيق هنا)
- إذا كانت مواصفات المشروع تتطلب الطلاء أو الطلاء، لاحظ أن هذه استراتيجيات منفصلة تستخدم للفولاذ غير المقاوم للصدأ؛ بالنسبة للدرجات المقاومة للصدأ، فإن إنهاء السطح ومعالجات التمرير هي طرق الحماية الأساسية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل والانحناء:
- يمتلك 304 قابلية تشكيل ممتازة، وقدرة على السحب العميق، وخصائص ارتداد بسبب النيكل الأعلى والأوستنيت المستقر - مفضل حيث يتطلب التشكيل المعقد.
-
يمكن تشكيل 202 ولكن لديه معدل عمل صلب أعلى؛ يجب أن تتكيف القوالب والأدوات مع زيادة قوى التشكيل وقد تكون هناك حاجة لدورات تسخين أكثر تكرارًا للتشكيل في الزوايا الضيقة.
-
قابلية التشغيل:
- عادةً ما تكون الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أقل قابلية للتشغيل من الفولاذ الكربوني. تجعل القوة الأعلى لـ 202 وميل العمل الصلب من التشغيل أكثر تحديًا قليلاً من 304؛ ومع ذلك، نظرًا لأن 202 غالبًا ما يحتوي على حدود كبريت أعلى في بعض المتغيرات التجارية (تحسين قابلية التشغيل)، تعتمد النتائج في العالم الحقيقي على مواصفات المنتج.
-
استخدم أدوات مناسبة (أقراص كربيد، زاوية إيجابية عالية)، سائل تبريد، وتغذية/سرعات محافظة للحصول على نتائج متسقة.
-
إنهاء السطح:
- كلاهما يتطلب التلميع، والمعالجة الحمضية، ومعالجات التمرير كمعايير. يقبل 304 التشطيبات الشائعة (2B، BA، No.4) مع نتائج متوقعة؛ قد يظهر 202 سلوكًا مختلفًا قليلاً في النقش ويتطلب الانتباه للحفاظ على مظهر موحد في التطبيقات الزخرفية.
8. التطبيقات النموذجية
| 304 (الاستخدامات النموذجية) | 202 (الاستخدامات النموذجية) |
|---|---|
| معدات معالجة الطعام، الأحواض، والأجهزة المطبخية | زخارف زخرفية، عناصر معمارية داخلية، مكونات منزلية منخفضة التكلفة |
| معدات العمليات الكيميائية في البيئات المعتدلة التآكل | لوحات المصاعد، الكسوة الداخلية، الأنابيب والمثبتات غير الحرجة |
| مبادلات حرارية، تطبيقات التبريد، التركيبات الصحية | قطع مصنعة للاستخدام العام حيث تكون قيود التكلفة هي الأساسية |
| المثبتات والتركيبات التي تتطلب مقاومة أفضل للتآكل | خارج الأواني منخفضة التكلفة، قنوات HVAC (في البيئات غير التآكلية) |
مبررات الاختيار: - اختر 304 عندما تكون مقاومة التآكل، والمتانة على المدى الطويل في الظروف الرطبة أو المعتدلة العدوانية، أو التجميعات الملحومة المعقدة مطلوبة. - اختر 202 عندما تكون تكلفة المادة الأولية قيدًا سائدًا والبيئة غير عدوانية (داخلية، جو مسيطر عليه) وقوة أعلى بتكلفة أقل مقبولة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة
- عادةً ما تكون 202 أقل تكلفة لكل كيلوغرام من 304 لأنها تستبدل المنغنيز والنيتروجين بجزء من محتوى النيكل. النيكل عنصر سبيكة عالي التكلفة، لذا تميل الدرجات منخفضة النيكل إلى التسويق كبدائل اقتصادية.
-
تتقلب أسعار السوق مع قيم النيكل والقصاصات المقاومة للصدأ؛ يمكن أن يتسع الفارق النسبي لـ 304 بشكل كبير في فترات ارتفاع أسعار النيكل.
-
التوافر
- 304 متوفر عالميًا في الألواح، والملفات، والألواح، والشرائط، والأنابيب، والمثبتات. عادةً ما تكون أوقات التسليم قصيرة للأشكال القياسية للمنتجات.
- 202 متوفر على نطاق واسع في العديد من الأسواق للألواح والملفات ولكن قد يكون أقل شيوعًا في أشكال المنتجات المتخصصة أو المعايير الدولية المحددة. تأكد من التوافر للطلبات الكبيرة أو الأبعاد المتخصصة.
10. الملخص والتوصية
| الفئة | 304 | 202 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة مع الإجراءات القياسية؛ مخاطر تحسس أقل باستخدام 304L | جيدة ولكن تتطلب ضوابط عملية؛ مخاطر أعلى من تقليل لدونة HAZ في بعض الحالات |
| توازن القوة والمتانة | لدونة جيدة ومتانة؛ قوة معتدلة | قوة أعلى عند العمل؛ يمكن أن تكون المتانة أقل بعد العمل البارد الشديد |
| التكلفة | أعلى (بسبب محتوى النيكل) | أقل (مخفض النيكل، مستبدل المنغنيز/النيتروجين) |
| مقاومة التآكل | أفضل مقاومة عامة ومقاومة للكلور | كافية للبيئات الداخلية/المعتدلة؛ غير مناسبة للتعرض العدواني للكلور |
| قابلية التشكيل | ممتازة (مفضلة للسحب العميق) | جيدة ولكن مع عمل صلب أعلى؛ تحتاج الأدوات إلى اهتمام |
التوصيات الختامية: - اختر 304 إذا كانت مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل الفائقة، والتوافر العالمي الثابت، والمتانة على المدى الطويل في البيئات المعتدلة العدوانية أمرًا حاسمًا. إنه الخيار الأكثر أمانًا لتطبيقات الاتصال بالطعام، والنظافة، والتعرض للساحل/البحر. - اختر 202 إذا كانت تكلفة المادة الأولية دافعًا رئيسيًا، وكانت بيئة الخدمة غير عدوانية (داخلية، غير كلورية)، وكانت القوة الأعلى عند البناء أو محتوى النيكل الأقل مقبولة. تحقق من خلال اختبار التآكل المحدد للتطبيق وتأكيد مواصفات المورد للنيتروجين والمنغنيز والكبريت لضمان قابلية التشغيل المطلوبة وإنهاء السطح.
ملاحظة نهائية: حدد دائمًا الشكل المطلوب للمنتج، وإنهاء السطح، وحالة الخصائص الميكانيكية (معالجة حرارية مقابل معالجة باردة)، والمعيار القابل للتطبيق في أوامر الشراء. بالنسبة للتجميعات الملحومة والمكونات الحرجة، قم بإجراء تأهيل إجراءات اللحام، وعندما تكون مقاومة التآكل مصدر قلق للسلامة أو دورة الحياة، قم بإجراء اختبار تآكل محدد للتطبيق بدلاً من الاعتماد فقط على المقارنات العامة للدرجات.