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

مقدمة

يختار المهندسون وفرق الشراء بشكل متكرر بين الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و430 عند الموازنة بين مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والتكلفة للمكونات المصنعة. تشمل سياقات القرار النموذجية معدات المطبخ وأجزاء الاتصال بالطعام (حيث تكون مقاومة التآكل والنظافة في غاية الأهمية) مقابل التطبيقات الزخرفية أو المغناطيسية حيث تكون التكلفة والاستجابة المغناطيسية أكثر أهمية.

التمييز الأساسي بين هذين الصنفين الشائعين هو استراتيجيات السبائك الخاصة بهما: 304 هو فولاذ مقاوم للصدأ أستنيتي يحتوي على النيكل ومُحسَّن لمقاومة التآكل الواسعة والمرونة، بينما 430 هو فولاذ مقاوم للصدأ فيريتيك منخفض النيكل مُحسَّن لمقاومة التآكل الفعالة من حيث التكلفة والاستجابة المغناطيسية. بسبب هذه الاختلافات، غالبًا ما يتم مقارنة 304 و430 حيث تكون المقايضات بين أداء التآكل، وقابلية التصنيع، والمغناطيسية ذات صلة بالتصميم والشراء.

1. المعايير والتسميات

تشمل المعايير الدولية الرئيسية التي تغطي 304 و430 ما يلي:

• ASTM / ASME:
• 304: ASTM A240 (لوح، ورقة)، A276 (بار)، A312 (أنبوب/أنبوب)
• 430: ASTM A240 (لوح، ورقة)، A376 / A480 مراجع
• EN (الأوروبية):
• 304 ≈ EN 1.4301 (المعروف أيضًا باسم X5CrNi18-10)
• 430 ≈ EN 1.4016 (المعروف أيضًا باسم X6Cr17)
• JIS (اليابانية): SUS304، SUS430
• GB (الصينية): 304 (06Cr19Ni10)، 430 (0Cr17)

نوع المادة: - 304: مقاوم للصدأ (أستنيتي) - 430: مقاوم للصدأ (فيريتيك)

كلاهما من الفولاذ المقاوم للصدأ؛ ليسا من الفولاذ الكربوني، أو الفولاذ الأدوات، أو الفولاذ السبائكي، أو HSLA.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يوفر الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية (نسبة الوزن) لصنفي 304 و430 التجاريين الشائعين في الحالة المعالجة حراريًا. هذه هي النطاقات المنشورة النموذجية؛ يجب استشارة شهادات المواد الفردية للحصول على قيم دقيقة.

عنصر	304 (نموذجي)	430 (نموذجي)
C	≤ 0.08	≤ 0.12
Mn	≤ 2.0	≤ 1.0
Si	≤ 0.75	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.04
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	18.0–20.0	16.0–18.0
Ni	8.0–10.5	≤ 0.75
Mo	— (عادة 0)	— (عادة 0)
V	—	—
Nb	—	—
Ti	—	—
B	—	—
N	trace	trace

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكروم (Cr) يوفر طبقة أكسيد سلبية لمقاومة التآكل. زيادة الكروم عمومًا تزيد من مقاومة الأكسدة/التآكل. - النيكل (Ni) يثبت الهيكل المكعب المركزي (الأستنيتي) في درجة حرارة الغرفة؛ يحسن المتانة، والمرونة، ومقاومة التآكل العامة. وجود النيكل هو الاختلاف الرئيسي الذي يجعل 304 غير مغناطيسي (في الحالة المعالجة حراريًا) و430 مغناطيسي (فيريتيك). - الكربون (C) يؤثر على القوة وإمكانية التحسس. الأنواع منخفضة الكربون (مثل 304L) تقلل من خطر ترسيب الكربيد. - المنغنيز (Mn) والسيليكون (Si) هما مزيلان للأكسدة ويؤثران بشكل معتدل على قابلية العمل الساخن والقوة. - قد تُستخدم الموليبدينوم والنيتروجين (غير موجودين بشكل كبير في هذين الصنفين) لتحسين مقاومة التآكل؛ غيابهم يحد من الأداء في البيئات الغنية بالكلور.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• 304: البنية المجهرية النموذجية هي أستنيتية بالكامل (FCC) في درجة حرارة الغرفة عند إنتاجها وفقًا للمواصفات. الأستنيت مستقر عند درجات الحرارة المحيطة بسبب النيكل. 304 لا يتصلب بالتبريد؛ يتم تقويته من خلال العمل البارد. العمليات الحرارية القياسية:
• التسخين (عادة 1010–1150 °م يتبعه تبريد سريع) يستعيد المرونة ويذيب الترسبات.
• التحسس (ترسيب الكربيد عند ~450–850 °م) قد يحدث خلال التعرض المطول، مما يعرض لخطر التآكل بين الحبيبات؛ تُستخدم الدرجات منخفضة الكربون (304L) أو المستقرة (321/347) لتجنب ذلك.
• التطبيع أو التبريد والتقسية ليست طرقًا قابلة للتطبيق لتصلب 304.
• 430: البنية المجهرية النموذجية هي فيريتيك (BCC) في درجة حرارة الغرفة. الفيريتيك مغناطيسي. 430 لا يمكن تقسيته بالتبريد والتقسية لتطوير المارتنسيت بنفس الطريقة التي تفعلها الفولاذات المارتنسيتية؛ مثل 304، يتم تقويته بشكل أساسي من خلال العمل البارد. الاستجابة الحرارية:
• يتم استخدام التسخين الحلولي والتطبيع لتخفيف الضغوط واستعادة المرونة.
• الدرجات الفيريتيكية عرضة لنمو الحبيبات والهشاشة فوق درجات حرارة معينة؛ التعرض المطول لدرجة حرارة 475 °م (نطاق هشاشة 475 °ف) يمكن أن يقلل من المتانة.
• 430 ليست عرضة لاستقرار الأستنيت، لذا تحافظ على الهيكل الفيريتيكي طوال المعالجة النموذجية.

باختصار، 304 يقدم بنية أستنيتية تقاوم تشكيل المرحلة الهشة في درجة حرارة الغرفة وتحافظ على متانة عالية؛ 430 هو فيريتيك ويجب معالجته مع الانتباه لنمو الحبيبات والهشاشة.

4. الخصائص الميكانيكية

الجدول أدناه يسرد نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية للمواد التجارية المعالجة حراريًا؛ هذه هي نطاقات دالة وتعتمد على شكل المنتج ودرجة المعالجة الدقيقة.

الخاصية (معالجة حرارية)	304 (نموذجي)	430 (نموذجي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	~480–720	~450–600
قوة الخضوع 0.2% (ميغاباسكال)	~170–300	~200–300
التمدد (% في 50 مم)	~40–60	~20–35
أثر شاري (درجة حرارة الغرفة)	عمومًا مرتفع، متانة جيدة	أقل من 304؛ متانة معتدلة
الصلابة (HB)	~120–200	~120–200

التفسير: - 304 عمومًا يظهر مرونة أعلى ومتانة تأثير فائقة بسبب هيكله الأستنيتي ومحتوى النيكل. - يمكن أن تتداخل نطاقات قوة الخضوع؛ قد يظهر 430 قوة خضوع مماثلة أو أعلى قليلاً في بعض أشكال المنتجات ولكن عادةً مع تمدد ومتانة أقل. - 304 هو الخيار الأكثر مرونة ومتانة للتشكيل الشديد وتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة؛ يمكن أن يكون 430 مقبولًا حيث تكون متطلبات المرونة ومقاومة التأثير معتدلة.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على المعادل الكربوني والميول للتشقق، ونمو الحبيبات، والتحسس. تشمل المؤشرات التمثيلية المستخدمة في تقييم قابلية اللحام ما يلي:

• المعادل الكربوني (IIW):
  $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• مؤشر Pcm الأكثر تعقيدًا:
  $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - 304: قابلية لحام ممتازة بشكل عام. الهيكل الأستنيتي لا يتحول إلى مراحل هشة عند التبريد، لذا فإن خطر التشقق البارد الناتج عن التحولات المارتنسيتية منخفض. ومع ذلك، يمكن أن تتسبب دورات اللحام الحرارية في حدوث تحسس (ترسيب الكربيد) في نطاق 450–850 °م؛ يُستخدم التسخين الحلولي بعد اللحام أو استخدام درجات منخفضة الكربون (304L) أو المستقرة عندما تكون التآكل في منطقة التأثير الحراري مصدر قلق. اختيار معدن اللحام ومطابقة الحشو بسيطة (مثل، حشوات ER304/308). - 430: قابلة للحام ولكن مع تحذيرات. الهيكل الفيريتيكي يمكن أن يتعرض لنمو الحبيبات وتقليل المرونة في منطقة التأثير الحراري؛ قد يُوصى بالتسخين المسبق ودرجات حرارة التحكم بين الطبقات للأقسام السميكة للحد من الضغوط الحرارية. يقلل محتوى الكربون والسبائك المنخفض في 430 من مخاوف القابلية للتصلب، ولكن طبيعته الفيريتيكية يمكن أن تسبب مشاكل في دلتا-فيريتيك/الهشاشة في ظروف قاسية. يجب أن تأخذ سبائك الحشو واختيار العملية في الاعتبار الاختلافات في التمدد الحراري والتوافق المعدني.

لا يتم توفير حساب رقمي للمعادل الكربوني أو Pcm هنا، ولكن هذه الصيغ توضح العوامل التي تؤثر على قابلية اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

كلا من 304 و430 هما فولاذان مقاومان للصدأ (يشكلان فيلم أكسيد الكروم السلبي)، لكن سلوكهما في التآكل يختلف في التفاصيل.

• 304: مقاومة جيدة للتآكل العام في العديد من البيئات بما في ذلك التعرض الجوي، ومعالجة الطعام، والمواد الكيميائية الخفيفة. 304 أكثر مقاومة لهجوم الكلور والتآكل العام مقارنةً بـ 430 بسبب محتوى النيكل الأعلى والبنية الأستنيتية المستقرة. ومع ذلك، في البيئات الغنية بالكلور (البحرية، رش مياه البحر)، يمكن أن يعاني 304 من التآكل النقطي وتآكل الشقوق؛ تُفضل الدرجات المحتوية على الموليبدينوم (مثل 316) في تلك الحالات. يوجد خطر التحسس (التآكل بين الحبيبات) لـ 304 بعد التسخين المطول في نطاق التحسس؛ استخدم 304L أو الدرجات المستقرة إذا كانت الخدمة تشمل اللحام دون التسخين الحلولي.

• 430: مقاومة جيدة للأكسدة والبيئات التآكلية الخفيفة؛ كافية للتطبيقات الزخرفية الداخلية، والأجهزة، وزخارف السيارات. 430 لديها مقاومة أقل للتآكل النقطي وتآكل الشقوق مقارنةً بـ 304. لا يُوصى بـ 430 في البيئات العدوانية.

عند استخدام رقم مقاومة التآكل المعادل (PREN) لمقارنة السبائك: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لا يحتوي كل من 304 و430 على موليبدينوم أو نيتروجين بشكل كبير، لذا فإن PREN له فائدة محدودة في تمييزهما؛ يكون أكثر إفادة عندما تختلف مستويات الموليبدينوم والنيتروجين (مثل، الدرجات المزدوجة، الأستنيتية الفائقة).

حماية السطح للأجزاء حيث تكون أداء الفولاذ المقاوم للصدأ غير كافٍ: - بالنسبة للفولاذ الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك (غير قابل للتطبيق على 304/430)، فإن الجلفنة، والطلاء، أو الطلاءات شائعة. - بالنسبة لـ 430 في ظروف أكثر قسوة، يمكن أن تساعد الطلاءات الإضافية أو المعالجات السطحية (التغطيس الكهربائي، التمرير، التشطيبات الزخرفية) في إطالة عمر الخدمة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل:
• 304: قابلية تشكيل وسحب ممتازة؛ تُستخدم على نطاق واسع للتشكيل العميق، والأشكال المضغوطة المعقدة، والأنابيب حيث تكون المرونة الجيدة مطلوبة.
• 430: قابلية تشكيل جيدة في لف الصفائح والضغط الخفيف ولكن مرونة أقل من 304 لعمليات التشكيل الشديدة.
• قابلية التشغيل:
• 304 الأستنيتي يتصلب بسرعة، مما يمكن أن يقلل من معدلات التشغيل وعمر الأدوات ما لم يتم استخدام أدوات، وتغذية، وزيوت مناسبة.
• 430 الفيريتيكي عادة ما يكون أسهل في التشغيل من 304؛ لا يتصلب بنفس القوة وغالبًا ما يعطي تشطيبًا أفضل مع أدوات تقليدية.
• التشطيب:
• يمكن تلميع كلا الصنفين، وفرشها، وإنهائها إلى فئات سطحية شائعة (مثل، 2B، BA، رقم 4). يميل 304 إلى الحصول على تلميع أدق للتطبيقات الزخرفية والصحية.
• الانحناء واللحام:
• 304 أكثر تحملًا للانحناء العميق والتشكيل المعقد.
• 430 تتطلب الانتباه إلى الارتداد وتأثيرات نمو الحبيبات المحتملة إذا تم لحامها.

8. التطبيقات النموذجية

304 — التطبيقات النموذجية	430 — التطبيقات النموذجية
معدات معالجة الطعام، أحواض المطبخ، أواني الطهي، والأجهزة	زخارف زخرفية، زخارف داخلية/خارجية للسيارات، لوحات التحكم
معدات العمليات الكيميائية وخزانات التخزين (في البيئات غير الغنية بالكلور)	أغطية المداخن، أسطح غسالات الصحون (في البيئات الأقل عدوانية)
الأجهزة الطبية، معدات الصيدلة	مكونات مغناطيسية حيث تكون المغناطيسية مطلوبة
الألواح المعمارية، الدرابزينات، المقاعد	أحواض منخفضة التكلفة وألواح الأجهزة حيث تكون المغناطيسية أو التكلفة ذات أولوية
المثبتات والتجهيزات حيث تكون مقاومة التآكل وقابلية التشكيل مطلوبة	زخارف العادم، مكونات الشوايات، والأجهزة الزخرفية

مبررات الاختيار: - اختر 304 حيث تكون مقاومة التآكل، والنظافة، والتشكيل العميق، والمتانة في درجات الحرارة المنخفضة هي المتطلبات الأساسية. - اختر 430 حيث تكون التكلفة، والاستجابة المغناطيسية، ومقاومة التآكل الكافية للبيئات الداخلية أو الخفيفة التآكل هي المفتاح.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: 304 عمومًا أكثر تكلفة من 430 بسبب محتوى النيكل الكبير. تؤثر تقلبات أسعار النيكل مباشرة على التكلفة النسبية ل304.
• التوافر: كلا الصنفين متاحان على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم في الصفائح، واللفائف، والشرائط، والأنابيب، والبار. 304 شائع في مجموعة واسعة من أشكال المنتجات والتشطيبات؛ 430 يتم تخزينه عادةً للأسواق الزخرفية والأجهزة وغالبًا ما يكون الخيار الاقتصادي للتطبيقات غير الحرجة.
• أشكال المنتجات: يتم تحديد 304 بشكل أكثر شيوعًا للأنابيب الصحية والألواح عالية المواصفات؛ 430 شائع للأجزاء المضغوطة والألواح الزخرفية.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

السمة	304	430
قابلية اللحام	جيدة جدًا (احذر من التحسس؛ استخدم 304L أو الدرجات المستقرة إذا لزم الأمر)	جيدة مع الاحتياطات (نمو الحبيبات، اعتبارات HAZ)
القوة–المتانة	متانة ومرونة عالية؛ قوة جيدة	متانة معتدلة؛ قوة كافية، مرونة أقل
مقاومة التآكل	مقاومة عامة فائقة للتآكل؛ أفضل في البيئات الغنية بالكلور من 430	جيدة في البيئات الخفيفة؛ أقل من 304 في الكلور أو الوسائط العدوانية
التكلفة	أعلى (محتوى النيكل)	أقل (فيريتيك منخفض النيكل)
الاستجابة المغناطيسية	غير مغناطيسي أساسًا (معالج حراريًا)	مغناطيسي (فيريتيك)

التوصيات: - اختر 304 إذا: - كنت بحاجة إلى مرونة عالية، ومتانة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة، ومقاومة فائقة للتآكل بشكل عام وفي البيئات الخفيفة الغنية بالكلور. - كانت التطبيق يتضمن الطعام، أو الطبية، أو معالجة المواد الكيميائية، أو التعرض المعماري حيث تكون النظافة والمظهر مهمين. - كانت السلوك غير المغناطيسي مطلوبًا. - اختر 430 إذا: - كنت بحاجة إلى حل مقاوم للصدأ فعال من حيث التكلفة للتطبيقات الزخرفية أو الداخلية حيث لا تكون مقاومة التآكل الشديدة مطلوبة. - كانت الخصائص المغناطيسية مطلوبة أو مفيدة (مثل، للتوافق الكهرومغناطيسي، أو التركيب المغناطيسي، أو لأسباب جمالية). - كانت قابلية التشغيل وقابلية التشكيل المعتدلة مطلوبة بتكلفة مواد أقل.

ملاحظة ختامية: تأكد دائمًا من المواصفات الدقيقة للمواد وشهادات الاختبار الميكانيكية من الموردين لشكل المنتج المقصود ودرجة المعالجة. بالنسبة للبيئات الحرجة (التعرض للكلور، درجات الحرارة المرتفعة، أو أوعية الضغط الملحومة)، استشر إرشادات وهندسة التآكل لاختيار السبائك المناسبة (على سبيل المثال، النظر في 316، أو الدرجات المزدوجة، أو المستقرة عند الضرورة).