430 مقابل 446 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

النوع 430 والنوع 446 هما نوعان من الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتية التي تُعتبر عادةً عندما يجب أن يوازن التصميم بين مقاومة التآكل، والاستقرار الحراري، وقابلية التشكيل، والتكلفة. غالبًا ما تواجه فرق الشراء والهندسة معضلة اختيار: اختيار النوع الأقل تكلفة والأكثر قابلية للتشكيل مع مقاومة تآكل كافية للبيئات الخفيفة، أو دفع مبلغ إضافي للحصول على كروم أعلى، ومقاومة محسنة للتآكل عند درجات الحرارة العالية، وعمر أطول في البيئات العدائية.

التمييز الرئيسي بين هذين النوعين هو استراتيجيات السبائك الخاصة بهما ضمن عائلة الفيريت: أحدهما هو فولاذ مقاوم للصدأ الفيريتية القياسي والاقتصادي (النوع 430) الذي يحتوي على 16-18% كروم، بينما الآخر هو فولاذ مقاوم للصدأ الفيريتية عالي الكروم (النوع 446) المحسن للأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة وزيادة المقاومة للبيئات ذات الكلور العالي أو درجات الحرارة المرتفعة. هذا الاختلاف يدفع اختيارهما في الصفائح، والألواح، والأنابيب، والمكونات المصنعة.

1. المعايير والتسميات

• UNS: UNS S43000 (النوع 430)؛ UNS S44600 (النوع 446)
• ASTM/ASME: يُحدد عادةً بموجب ASTM A240 / ASME SA-240 لفولاذات المنتجات المسطحة
• JIS: SUS430؛ SUS446 (تسميات JIS/SUS الشائعة المستخدمة في آسيا)
• EN/ISO: يظهر كلا النوعين في سلسلة EN/ISO 10088 والمعادلات الوطنية (تختلف التسميات الرقمية المحددة حسب البلد وشكل المنتج)
• GB: المعايير الوطنية الصينية تسرد المعادلات (تختلف معايير المنتجات حسب الشكل والتطبيق)

التصنيف: كلا النوعين 430 و446 هما فولاذان مقاومان للصدأ الفيريتية (مغناطيسي، مصفوفة مكعبة مركزية الجسم). هما ليسا فولاذين أوستنيتيين، أو فولاذ أدوات، أو فولاذ HSLA.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

العنصر (wt%)	النوع 430 (نطاق نموذجي)	النوع 446 (نطاق نموذجي)
C	≤ 0.12	≤ 0.20–0.25
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	23.0–27.0
Ni	≤ 0.75	≤ 0.6
Mo	عادةً 0	0–1.0 (بعض الدرجات تشمل كميات صغيرة من Mo)
V, Nb, Ti	عادةً آثار أو لا شيء	عادةً آثار أو لا شيء
N	منخفض جدًا	منخفض جدًا

ملاحظات: - تمثل النطاقات أعلاه التركيبات النموذجية لفولاذات ASTM/UNS التجارية في الحالة الملدنة. تعتمد الحدود الدقيقة على المواصفة والمورد. - النوع 430 هو سبيكة فيريتية منخفضة التكلفة مع كروم معتدل لمقاومة التآكل العامة وقابلية تشكيل جيدة. - يزيد النوع 446 من الكروم بشكل كبير (وأحيانًا يضيف موليبدينوم صغير) لتحسين مقاومة الأكسدة، ومقاومة التآكل عند درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل في الأجواء الكربونية أو المؤكسدة.

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكروم هو العنصر الرئيسي للسلبيّة (سلوك مقاوم للصدأ)؛ زيادة الكروم إلى نطاق 23-27% تعطي تحسينًا في مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية ومقاومة أفضل للتآكل المحلي العدائي. - الكربون يزيد من القوة ولكنه يمكن أن يعزز ترسيب الكربيد عند حدود الحبيبات؛ في الفيريتات، يمكن أن يؤثر ذلك على الزحف والليونة عند درجات الحرارة العالية. - الموليبدينوم، عند وجوده، يعزز مقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية. - انخفاض النيكل وانخفاض النيتروجين يعني أن هذه الفولاذات فيريتية: قابلية تصلب محدودة من خلال المعالجة الحرارية، مغناطيسية، وعادةً ليست صلبة أو صلبة بالترسيب.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - كلا النوعين يظهران بنية فيريتية (مكعبة مركزية الجسم، BCC) في الحالة الملدنة. - النوع 430: مصفوفة فيريتية مع عدد قليل نسبيًا من الترسبات؛ يمكن أن يحدث ترسيب الكربيد عند حدود الحبيبات إذا تعرض لدورات حساسية مع كربون كافٍ. - النوع 446: مصفوفة فيريتية مع محتوى كروم أعلى؛ قد تحتوي على كربيدات كروم أو ترسبات غنية بالكروم عند درجات الحرارة المرتفعة، لكن محتوى الكروم الأعلى يفضل وجود فيلم سلبي أكثر حماية ومقاومة أفضل للتقشر.

استجابة المعالجة الحرارية: - الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريتية لا يمكن تصلبه عن طريق التبريد والتخمير مثل الفولاذات المارتنسيتية. يتم التحكم في الصلابة والقوة بشكل أساسي من خلال العمل البارد، وحجم الحبيبات، ومحتوى السبيكة. - التلدين: كلاهما يُعالج بالتلدين لاستعادة الليونة؛ التلدين النموذجي للفولاذات الفيريتية يكون حوالي 800-950 درجة مئوية يتبعه تبريد متحكم فيه لتجنب الهشاشة. - الاستقرار: بالنسبة للإصدارات ذات الكربون العالي، يمكن تحديد علاجات الاستقرار (مثل إضافات التيتانيوم أو النيوبيوم في سبائك أخرى) لربط الكربون وتقليل ترسيب كربيد الكروم؛ يعتمد النوع 430 و446 عادةً على الكربون المنخفض أو المعالجة المتحكم فيها. - يمكن أن تعمل المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة، التبريد المتحكم فيه) على تحسين حجم الحبيبات وزيادة القوة والصلابة؛ يستفيد النوع 446 من التحكم في العملية عند استخدامه لمكونات درجات الحرارة العالية لإدارة الترسبات ومقاومة الزحف.

4. الخصائص الميكانيكية

الخاصية (ملدن، النطاقات النموذجية)	النوع 430	النوع 446
قوة الشد (ميغاباسكال)	400–600	450–700
قوة الخضوع (0.2% انزلاق، ميغاباسكال)	200–350	250–450
التمدد (%)	20–30	10–25
صلابة التأثير (شاربي، جول)	متوسطة؛ تتحسن مع انخفاض الكربون وحجم الحبيبات الدقيقة	عادةً أقل عند درجة حرارة الغرفة مقارنةً بالنوع 430 بسبب الكروم الأعلى وانخفاض الليونة؛ تحتفظ بمقاومة أفضل للتأثير عند درجات الحرارة المرتفعة
الصلابة (HB)	120–180	140–220

التفسير: - النوع 446 عمومًا أقوى ولديه قوة أعلى عند درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة للزحف/الأكسدة مقارنةً بالنوع 430 بسبب محتوى الكروم الأعلى، وفي بعض المتغيرات، كربون أعلى قليلاً وموليبدينوم اختياري. - النوع 430 عادةً أكثر ليونة وأسهل في التشكيل؛ يمكن أن تكون صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة أفضل في 430 اعتمادًا على المعالجة. - القيم الدقيقة تعتمد على شكل المنتج (ورقة، لوح، أنبوب)، القياس، وتاريخ المعالجة. كلا النوعين يستمدان معظم قوتهما من العمل الصلب والتحكم في البنية المجهرية بدلاً من تعزيز المعالجة الحرارية.

5. قابلية اللحام

تدور اعتبارات قابلية اللحام للفولاذات المقاومة للصدأ الفيريتية حول محتوى الكربون، والسبائك التي تؤثر على قابلية التصلب، وقابلية النمو الحبيبي والهشاشة.

المؤشرات ذات الصلة: - معادلة الكربون المعادل (IIW) مفيدة للحكم على ميول التصدع البارد/قابلية التصلب في الفولاذات الفيريتية الملحومة: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - معلمة $P_{cm}$ تعطي مقياسًا لقابلية اللحام وميول التصلب أو التصدع: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - النوع 430: عمومًا قابلية لحام جيدة مع عمليات الانصهار الشائعة عندما يتم التحكم في درجات حرارة التسخين ودرجات الحرارة بين الطبقات؛ الكربون المنخفض والكروم المعتدل يعطيان قيم CE وPcm قابلة للإدارة. يمكن أن يقلل نمو الحبيبات من الصلابة في مناطق التأثير الحراري (HAZ). - النوع 446: قابلية اللحام أكثر تحديًا من 430 بسبب الكروم الأعلى وغالبًا الكربون الأعلى؛ تعتبر هشاشة HAZ وانخفاض الصلابة من المخاوف. قد تكون هناك حاجة إلى تسخين مسبق، والتحكم في إدخال الحرارة، وممارسات التلدين بعد اللحام أو تخفيف الضغط في التطبيقات الحرجة. يؤثر اختيار المعدن الملء (ملء أوستنيتي مقابل ملء فيريت) على أداء الوصلات—يجب مراعاة المطابقة والتخفيف. - في كلا الحالتين، تجنب إدخال حرارة مفرطة والتبريد السريع الذي يمكن أن يعزز الهياكل المجهرية الصلبة والهشة في HAZ. استخدم إجراءات لحام مؤهلة للتطبيقات الهيكلية أو الضغط.

6. التآكل وحماية السطح

كلا النوعين مقاومان للصدأ (يشكلان فيلم أكسيد كروم سلبي)، لكن سلوكهما في التآكل يختلف:

• التآكل العام: يوفر النوع 430 مقاومة جيدة في البيئات الجوية والبيئات الخفيفة التآكل (داخلية، رطبة قليلاً، وغير بحرية). يُستخدم عادةً حيث تكون مخاطر التآكل والتآكل المحلي منخفضة.
• التآكل المحلي والأكسدة عند درجات الحرارة العالية: يظهر النوع 446، مع محتوى كروم أعلى بكثير، مقاومة متفوقة للتقشر، والأكسدة، وبعض أشكال التآكل المحلي عند درجات الحرارة المرتفعة وفي الأجواء العدائية المحتوية على الكلور. عندما يكون الموليبدينوم موجودًا في متغيرات 446، تتحسن مقاومة التآكل بشكل أكبر.

رقم مقاومة التآكل (حيثما ينطبق): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - PREN هو الأكثر تطبيقًا لتقييم مقاومة التآكل في السبائك حيث يكون الموليبدينوم والنيتروجين مهمين. بالنسبة للنوع 430 القياسي مع كميات منخفضة من الموليبدينوم والنيتروجين، يكون PREN منخفضًا وليس مميزًا مفيدًا؛ بالنسبة لبعض متغيرات 446 مع الموليبدينوم، سيكون PREN أعلى، مما يعكس مقاومة أفضل للتآكل.

حماية السطح للمقارنات غير المقاومة للصدأ: - كلاهما مقاوم للصدأ—الحماية السطحية الخاصة (التغليف) غير ضرورية وغير شائعة. تحسين السطح (التمرير، النقع، التلميع الميكانيكي) يحسن مقاومة التآكل والمظهر. حيثما يُتوقع هجوم الكلور، يجب النظر في محتوى سبيكة أعلى أو طلاءات.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: عادةً ما تكون الفولاذات المقاومة للصدأ الفيريتية أسهل في التشغيل من الدرجات الأوستنيتية. النوع 430 يعمل بشكل معقول مع أدوات تقليدية؛ يمكن أن يحدث العمل الصلب إذا كانت التغذية منخفضة. النوع 446، كونه أكثر صلابة وذو كروم أعلى، يكون أكثر صعوبة على أدوات القطع وقد يتطلب أدوات أكثر قوة وسرعات أبطأ.
• قابلية التشكيل: يتمتع النوع 430 بخصائص تشكيل باردة أفضل (سحب عميق، انحناء) بسبب الليونة الأعلى. النوع 446 أقل ليونة وأصعب في التشكيل دون التصدع، خاصة في الأقسام السميكة.
• التشطيب: كلاهما يقبل التلميع والتشطيبات السطحية بشكل جيد؛ قد يظهر 446 مقاومة أعلى قليلاً للتغير اللوني أثناء عمليات الحرارة.

8. التطبيقات النموذجية

النوع 430 — الاستخدامات النموذجية	النوع 446 — الاستخدامات النموذجية
الأجهزة المنزلية (تقليم الفرن، لوحات التحكم)	أجزاء أفران عالية الحرارة، بطانات الموقد
تقليم زخرفي، لوحات داخلية معمارية	مبادلات حرارية في بيئات تآكل عالية الحرارة
تقليم السيارات ومكونات التقليم (غير هيكلية)	معدات العمليات الصناعية المعرضة للأجواء المؤكسدة
غسالات، براغي، تقليم حيث تتطلب مقاومة تآكل معتدلة	أنظمة غاز العادم، بطانات الغلايات، بطانات المداخن
معدات خدمات الطعام (في البيئات الخفيفة)	مكونات غاز العادم وغاز العادم عند درجات الحرارة العالية

مبررات الاختيار: - اختر النوع 430 عندما تكون التكلفة، والتوافر، وقابلية التشكيل هي الأولويات في البيئات الخفيفة إلى المعتدلة التآكل. - اختر النوع 446 عندما تكون مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية، ومقاومة التقشر، أو العمر الطويل في ظروف أكثر عدائية أمرًا ضروريًا على الرغم من التكلفة الأعلى للمواد والتحديات المحتملة في التصنيع.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: النوع 430 عمومًا هو أحد الفولاذات المقاومة للصدأ الأقل تكلفة بسبب محتوى الكروم المعتدل والتوافر العالي. النوع 446 يتطلب سعرًا أعلى بسبب محتوى الكروم الأعلى بكثير، وأينما كان موجودًا، إضافات سبائكية (موليبدينوم).
• التوافر: النوع 430 متوفر على نطاق واسع في شكل ورقة، لوح، شريط، وأشكال مصنعة شائعة. النوع 446 أقل شيوعًا وغالبًا ما يتوفر من خلال الموردين المتخصصين في أشكال منتجات محددة (ورقة، لوح، أنبوب) وقد يكون له أوقات تسليم أطول لكميات كبيرة أو أشكال غير عادية.
• نصيحة الشراء: تقييم تكلفة دورة الحياة—يمكن تبرير التكلفة الأولية الأعلى للنوع 446 حيث ستكون فترات التوقف، والاستبدال، أو التعرض للضمان في البيئات عالية الحرارة/المؤكسدة مكلفة.

10. الملخص والتوصية

مقياس الأداء	النوع 430	النوع 446
قابلية اللحام	جيدة (مع الضوابط القياسية)	أكثر تحديًا؛ يحتاج إلى إجراءات متحكم فيها
القوة–الصلابة	قوة معتدلة، ليونة جيدة	قوة أعلى عند درجات الحرارة العالية، ليونة أقل عند درجة حرارة الغرفة
التآكل (عالي الحرارة/التقشر)	كافية للبيئات الخفيفة	متفوقة للبيئات عالية الحرارة والعدائية
التكلفة	أقل	أعلى

التوصية: - اختر النوع 430 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ مقاوم للصدأ الفيريتية اقتصادي وسهل التشكيل للأعمال المعمارية الداخلية، أو تقليم الأجهزة، أو البيئات المعتدلة التآكل حيث لا تكون الأكسدة عند درجات الحرارة العالية والتآكل العدائي من المخاوف الرئيسية. - اختر النوع 446 إذا كانت التطبيق يتضمن درجات حرارة مرتفعة، أجواء مؤكسدة، مكونات أفران، بيئات غاز العادم أو العادم، أو حالات حيث تبرر مقاومة التقشر الممتازة ومقاومة التآكل عند درجات الحرارة العالية تكاليف المواد والتصنيع الأعلى.

ملاحظة نهائية: كلا النوعين هما فولاذان مقاومان للصدأ الفيريتية ومن الأفضل تحديدهما مع شكل المنتج التفصيلي، ودرجة حرارة الخدمة المتوقعة، ومتطلبات اللحام، وتشطيب السطح. بالنسبة للخدمة الحرجة أو عالية الحرارة، استشر بيانات المواد من الموردين وقم بإجراء تقييمات التآكل والميكانيكية المحددة للتطبيق.