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

مقدمة

اختيار بين الفولاذ المقاوم للصدأ 409 و430 هو نقطة قرار شائعة للمهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع، خاصة عند الموازنة بين مقاومة التآكل والتكلفة وقابلية التشكيل وقابلية اللحام. تشمل سياقات القرار النموذجية البيئات المؤكسدة ذات درجات الحرارة العالية (التي يتم تحديد 409 لها غالبًا) مقابل الأجزاء التي تتطلب مقاومة أفضل للتآكل العام وتشطيب السطح (حيث يتم استخدام 430 بشكل شائع).

التمييز الأساسي هو أن 409 هو فولاذ مقاوم للصدأ من النوع الفيريتك المثبت بالكروم تم صياغته وتسويقه لمقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية وخدمة فعالة من حيث التكلفة (يستخدم عادة في أنظمة العادم في السيارات)، بينما 430 هو درجة فولاذ فيريتيك تحتوي على كميات أعلى من الكروم تم تحسينها لتحسين مقاومة التآكل العامة ومظهر السطح وقابلية التشكيل البارد. يتم مقارنة هذين الدرجتين بشكل متكرر لأنهما يشغلان مجالات متجاورة: كلاهما فولاذ مقاوم للصدأ من النوع الفيريتك، لكن توازن سبائكه واستراتيجية التثبيت تنتج سلوكيات ميكانيكية وتآكل مختلفة.

1. المعايير والتسميات

المعايير الرئيسية التي تشمل هذه الدرجات: - ASTM/ASME: النوع 409 والنوع 430 (ASTM A240، A666، إلخ. للصفائح/الشرائط؛ معايير المنتجات الأخرى للأنابيب والمنتجات الملحومة). - EN: تظهر تسميات الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتك المعادلة في معايير EN لكيميائيات مماثلة (لكن التوافق المباشر 1:1 يختلف). - JIS/GB: المعايير الوطنية اليابانية والصينية لها معادلات قريبة؛ تختلف أرقام الأجزاء المحددة حسب شكل المنتج والتثبيت. - UNS: 409 ~ UNS S40900 (والمتغيرات المثبتة مثل S40910 للتيتانيوم المثبت)، 430 ~ UNS S43000.

التصنيف: - كلا من 409 و430 هما فولاذان مقاومان للصدأ (مجموعة فيريتيك). هما ليسا فولاذين كربونيين أو فولاذ أدوات أو HSLA.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

عنصر	409 النموذجي (فيريتك، مثبت بالتيتانيوم)	430 النموذجي (فيريتك)
C	≤ ~0.08 wt%	≤ ~0.12 wt%
Mn	≤ ~1.0 wt%	≤ ~1.0 wt%
Si	≤ ~1.0 wt%	≤ ~1.0 wt%
P	≤ ~0.04 wt%	≤ ~0.04 wt%
S	≤ ~0.03 wt%	≤ ~0.03 wt%
Cr	~10.5–11.75 wt%	~16–18 wt%
Ni	≈ أثر (عادة <0.5 wt%)	≤ ~0.75 wt%
Mo	لا شيء/ذو دلالة	لا شيء/ذو دلالة
V	عادة لا شيء	عادة لا شيء
Nb	ليس نموذجيًا	ليس نموذجيًا
Ti	يستخدم للتثبيت (على سبيل المثال، 0.2–0.6 wt%)	أثر إذا كان موجودًا
B	أثر	أثر
N	منخفض (أثر)	منخفض (أثر)

ملاحظات: - يتم تثبيت 409 عمدًا بالتيتانيوم (أو في بعض المتغيرات بواسطة النيوبيوم) لربط الكربون ومنع ترسيب كربيد الكروم أثناء الخدمة واللحام؛ هذا يقلل من الحساسية ويحسن مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية. - يستخدم 430 كميات أعلى من الكروم لتحسين مقاومة التآكل العامة ومقاومة التراكم، لكنه غير مثبت.

كيف تؤثر السبائك على الأداء: - محتوى الكروم هو المحرك الرئيسي لتكوين الفيلم السلبي ومقاومة الأكسدة؛ الكروم الأعلى (430) يوفر مقاومة أفضل للتآكل العام في الظروف المحيطة. - يمنع تثبيت التيتانيوم في 409 تكوين كربيد الكروم على حدود الحبيبات أثناء الدورات الحرارية (مهم في أنظمة العادم والتجمعات الملحومة). - تجعل كميات النيكل المنخفضة وغياب الموليبدينوم كلا الدرجتين أقل مقاومة للتآكل الناتج عن الحفر والهجوم الكلوريد مقارنة بالفولاذات الأوستنيتية أو التي تحتوي على الموليبدينوم.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - كلا من 409 و430 هما فيريتيك في الحالة المعالجة (مكعب مركزي الجسم، BCC) عند درجة حرارة الغرفة. لا يتحولان إلى الأوستنيت عند التبريد مثل الدرجات الأوستنيتية. - يظهر 409 المثبت بالتيتانيوم ترسيبًا أقل لكربيد الحبيبات بعد التعرض لدرجات حرارة عالية لأن التيتانيوم يشكل TiC/TiN مستقرة بدلاً من كربيدات الكروم.

استجابة المعالجة الحرارية: - لا يمكن تقوية الفولاذات المقاومة للصدأ الفيريتك عن طريق التبريد كما هو الحال مع الفولاذات المارتينسيتية أو بعض الفولاذات السبائكية. يتم تعديل الخصائص الميكانيكية بشكل أساسي من خلال العمل البارد والتحكم في حجم الحبيبات. - التطبيع/التسخين: يعيد التسخين عند درجات حرارة مناسبة المرونة ويذيب الترسيبات غير المرغوب فيها؛ بالنسبة لـ 409، يتم اتخاذ الحذر للحفاظ على الترسيبات المثبتة. - التبريد والتخمير: غير قابل للتطبيق كطريق لتعزيز هذه الدرجات الفيريتك. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: يزيد التخفيض البارد من القوة عن طريق تصلب الإجهاد؛ يمكن أن يؤدي الدرفلة والتحميص المنضبط إلى تحسين حجم الحبيبات لتحسين المتانة وقابلية التشكيل.

العواقب العملية: - تحسن كيمياء المثبت في 409 الأداء بعد دورات حرارية متكررة ولحام، مما يقلل من الحساسية. - 430 مستقر وقابل للتنبؤ في الظروف المعالجة والتشكيل البارد ولكنه يمكن أن يظهر نمو الحبيبات في مناطق التأثير الحراري (HAZ) أثناء اللحام، مما يؤثر على المتانة.

4. الخصائص الميكانيكية

خاصية	409 النموذجي (معالج/نطاقات)	430 النموذجي (معالج/نطاقات)
قوة الشد	متوسطة؛ النطاق النموذجي يعتمد على العمل البارد (على سبيل المثال، عدة مئات من ميغاباسكال)	عادة أعلى من 409 في الحالات المعالجة والباردة
قوة العائد	متوسطة؛ تزداد مع العمل البارد	قوة عائد أعلى مقارنة بـ 409 في معالجة مماثلة
التمدد (%)	مرونة جيدة في الحالة المعالجة؛ تنخفض مع العمل البارد	مرونة جيدة ولكن عادة ما تكون أقل قليلاً من 409 في ظروف مكافئة
صلابة التأثير	معقولة عند درجات الحرارة المحيطة والمرفوعة للخدمة الحرارية الدورية (تستفيد من التثبيت)	متغيرة - يمكن أن تكون أقل من 409 في الأقسام السميكة أو HAZ بسبب نمو الحبيبات
الصلابة	أقل في الحالة المعالجة؛ تزداد مع العمل البارد	صلابة أعلى قليلاً في الحالة المعالجة؛ تستجيب جيدًا لتصلب العمل

التفسير: - عادة ما يظهر 430 قوة وصلابة أعلى من 409 لنفس مستوى المعالجة بسبب محتوى الكروم الأعلى ومحتوى المثبت الأقل، لكن 409 قد يظهر متانة متفوقة في الخدمات الحرارية الدورية بسبب تثبيت التيتانيوم وسلوك البنية المجهرية. - القيم الدقيقة تعتمد على العملية وشكل المنتج؛ يجب على المهندسين تحديد الحالة (معالجة، مدلفنة باردة، إلخ) واستشارة شهادات المصنع للمشتريات.

5. قابلية اللحام

تعتبر اعتبارات قابلية اللحام للفولاذات المقاومة للصدأ الفيريتك تركز على المعادل الكربوني والميول لنمو الحبيبات والهشاشة في مناطق التأثير الحراري (HAZ).

صيغ المعادل الكربوني المفيدة: - المعادل الكربوني IIW (مؤشر نوعي): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (مؤشر قابلية تشقق اللحام): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - كلا من 409 و430 لديهما كميات كربون منخفضة وسبائك منخفضة مقارنة بالدرجات المارتينسيتية، مما يمنح عادة قابلية لحام جيدة. يقلل التثبيت في 409 (Ti) من خطر الحساسية والتآكل بين الحبيبات بعد اللحام. - يستفيد 409 من تثبيت التيتانيوم: تتشكل كميات أقل من كربيدات الكروم أثناء التبريد، مما يحسن مقاومة التآكل بالقرب من اللحامات. - يمكن لحام 430 باستخدام الإجراءات القياسية، ولكن بسبب الكروم الأعلى وميول نمو الحبيبات في HAZ، يمكن أن يحدث تليين أو هشاشة بعد اللحام؛ قد يكون من الضروري التسخين المسبق والتحكم في إدخال الحرارة للأقسام السميكة. - تتطلب كلا الدرجتين عمومًا مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين واهتمامًا بالتحكم في التشوه؛ يجب أن يأخذ اختيار الحشو في الاعتبار متطلبات التآكل والخصائص الميكانيكية.

6. التآكل وحماية السطح

• يستخدم PREN بشكل أساسي للفولاذات الأوستنيتية والثنائية مع محتوى Mo وN وليس مفيدًا بشكل خاص للفولاذات الفيريتكية ذات المحتوى المنخفض من Mo، لكن الصيغة هي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• بالنسبة لـ 409 و430، فإن Mo وN غير ملحوظين؛ وبالتالي، ينخفض PREN تقريبًا إلى محتوى الكروم وسيكون أعلى لـ 430.

سلوك التآكل العملي: - يوفر 430 (الكروم الأعلى) مقاومة أفضل للتآكل العام في البيئات المعتدلة (الجو، الظروف الحمضية أو القلوية الخفيفة) مقارنة بـ 409. - تم صياغة 409 لمقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال، غازات العادم) حيث يكون لتثبيت التيتانيوم وتكوين أكسيد الحماية أهمية أكبر من مقاومة الكلوريد المحيطة. - لا يوفر كل من 409 و430 مقاومة تآكل الكلوريد مثل الفولاذات الأوستنيتية التي تحتوي على الموليبدينوم (على سبيل المثال، 316). يُوصى باستخدام عائلة أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ في البيئات الغنية بالكلوريد أو البحرية.

خيارات حماية السطح: - نظرًا لأن كلاهما مقاوم للصدأ، فإن المجلفن عادة ما يكون غير ضروري وغالبًا ما يكون غير عملي؛ في الحالات التي تحتاج إلى حماية إضافية (على سبيل المثال، لمنع تلون السطح أو لتحسين الانبعاثية عند درجات الحرارة العالية)، يمكن تطبيق طلاءات مثل الألمنيوم أو الطلاء أو السيراميك/الأكسيدات. - في البيئات التآكلية الشديدة، يُنصح باستخدام تغليف أو اختيار درجة فولاذ مقاوم للصدأ ذات سبائك أعلى.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل: كلا الدرجتين تتشكل بشكل جيد في الحالة المعالجة. غالبًا ما يُفضل 409 في تشكيل السيارات والضغط العميق لأن تثبيته يحسن المرونة أثناء التعرض لدرجات الحرارة العالية ويقلل من تشقق الحواف. يمكن تشكيل 430 ولكن قد تظهر المزيد من الارتداد وتتطلب أدوات وتشحيم محسّنة.
• قابلية التشغيل: تعمل الفولاذات المقاومة للصدأ الفيريتك بشكل أفضل من الفولاذات الأوستنيتية في العديد من الحالات (أقل تصلب عمل). يمكن أن يكون 430، الذي يتمتع بقوة أعلى، أكثر صعوبة قليلاً في التشغيل من 409، لكن كلاهما يستجيب جيدًا لممارسات التشغيل القياسية مع الأدوات والسرعات المناسبة.
• التشطيب ومعالجة السطح: تأخذ 430 التشطيبات اللامعة والزخرفية بشكل جيد (تستخدم في الأجهزة). يتمتع 409 بتشطيب أكثر كدورة وغالبًا ما يُستخدم حيث لا يكون المظهر الزخرفي حاسمًا (على سبيل المثال، مكونات العادم).

8. التطبيقات النموذجية

409 (الاستخدامات الشائعة)	430 (الاستخدامات الشائعة)
مكونات عادم السيارات (كواتم الصوت، أنابيب العادم، المجمعات)	لوحات الأجهزة (بطانات الأفران، هودات الطهي)، الزخارف الزخرفية
أنابيب العادم وأصداف المحولات الحفازة	زخارف داخلية معمارية، لوحات المصاعد
بيئات أكسدة عالية الحرارة حيث تكون التكلفة مهمة	مكونات HVAC، أجزاء مدلفنة ساخنة وباردة
مبادلات حرارية مقاومة للتآكل منخفضة التكلفة، قنوات	دعامات أدوات المائدة، دعامات أدوات المائدة ذات التآكل المعتدل
أفران صناعية، دروع حرارية في أجواء تآكلية خفيفة	زخارف داخلية للسيارات، بعض الزخارف الخارجية حيث يكون التآكل معتدلاً

مبررات الاختيار: - اختر 409 حيث تكون مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية، واستقرار الدورات الحرارية، والتكلفة هي المحركات الرئيسية (على سبيل المثال، أنظمة العادم في السيارات المنتجة بكميات كبيرة). - اختر 430 حيث يكون تشطيب السطح، ومقاومة التآكل العامة الأعلى، والمظهر مهمًا وحيث يوفر محتوى الكروم الأعلى الحماية المطلوبة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادة ما يكون 409 أقل تكلفة من 430 على أساس الوزن بسبب محتوى الكروم المنخفض بشكل كبير والنيكل الأدنى. 430، مع الكروم الأعلى (ورقابة كيميائية أكثر دقة للاستخدامات الزخرفية)، يتطلب سعرًا أعلى.
• التوافر: كلاهما فولاذان مقاومان للصدأ الفيريتك متاحان في لفات وشرائح وشرائط وأنابيب. يتوفر 409 على نطاق واسع في لفات وشرائط لتصنيع العادم OEM. يتم تخزين 430 على نطاق واسع للاستخدامات الزخرفية والمعمارية والأجهزة.
• أوقات التسليم: يؤثر شكل المنتج (لفة مقابل لوحة مقابل أنبوب)، والتشطيب السطحي المطلوب، وإنتاج المصنع الإقليمي على التوافر؛ يتم دعم 409 و430 بشكل عام في الأسواق العالمية.

10. الملخص والتوصية

السمة	409	430
قابلية اللحام	جيدة (تحسن تثبيت التيتانيوم مقاومة التآكل بعد اللحام)	جيدة مع الضوابط (يمكن أن يقلل نمو الحبيبات في HAZ من المتانة)
القوة–المتانة	قوة متوسطة؛ استقرار/متانة جيدة عند درجات الحرارة العالية	قوة معالجة أعلى؛ تعتمد المتانة على القسم وHAZ
التكلفة	أقل (أكثر اقتصادية لأجزاء العادم عالية الحجم)	أعلى (مقاومة أفضل للتآكل والتشطيب)

التوصيات الختامية: - اختر 409 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ مقاوم للصدأ الفيريتك اقتصادي ومصمم لمقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية والدورات الحرارية المتكررة (على سبيل المثال، أنظمة العادم في السيارات وقنوات الهواء عالية الحرارة)، خاصة حيث تكون مقاومة التآكل بعد اللحام مهمة ولا يكون التشطيب الجمالي أولوية. - اختر 430 إذا كنت بحاجة إلى مقاومة أفضل للتآكل في الظروف المحيطة، ومظهر سطحي أفضل، وقوة أعلى في الأجزاء المدلفنة باردة أو الزخرفية (على سبيل المثال، الأجهزة المنزلية، الألواح الداخلية المعمارية، والتطبيقات التي تتطلب تشطيب مصقول أو مصقول).

إذا كانت بيئة التآكل أو المتطلبات الميكانيكية تقترب من حدود أي من الدرجتين (على سبيل المثال، التعرض للكلوريد، خطر تآكل الإجهاد المرتفع، أو تحميل هيكلي ثقيل)، قم بتقييم الفولاذات المقاومة للصدأ ذات السبائك الأعلى (الأوستنيتية أو الثنائية) أو علاجات السطح المحددة. للتوريد، حدد دائمًا شكل المنتج المطلوب، والمعالجة اللاحقة (معالجة، مخللة، معالجة ومخللة)، والتشطيب السطحي، وشهادة الخصائص الميكانيكية لضمان توفير مناسب للغرض.