تم stainless steel 404: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المقاوم للصدأ 404 مصنف كفولاذ مقاوم للصدأ أوستينتي، المعروف أساسًا بمحتواه العالي من الكروم والنيكل، مما يمنحه مقاومة ممتازة للتآكل وخصائص ميكانيكية جيدة. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 404 الكروم (Cr) والنيكل (Ni) والموليبدينوم (Mo)، مع التركيب التقريبي التالي:

العنصر	نطاق النسبة المئوية (%)
الكروم (Cr)	18.0 - 20.0
النيكل (Ni)	8.0 - 10.0
الموليبدينوم (Mo)	0.5 - 1.0
الكربون (C)	≤ 0.03
المنغنيز (Mn)	2.0 - 3.0
السيليكون (Si)	≤ 1.0
الفوسفور (P)	≤ 0.045
الكبريت (S)	≤ 0.03

تشمل الخصائص المتأصلة للفولاذ المقاوم للصدأ 404 قابلية لحام ممتازة، وقابلية تشكيل جيدة، ومقاومة للأكسدة والتآكل. هيكله المجهرية الفريدة تتيح له الاحتفاظ بالقوة والصلابة عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات في صناعات مثل السيارات، والطيران، ومعالجة المواد الكيميائية.

المزايا والقيود

المزايا:
- مقاومة التآكل: يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 404 مقاومة ممتازة لمجموعة واسعة من البيئات التآكلية، بما في ذلك الظروف الجوية والعديد من المواد الكيميائية.
- قابلية اللحام: يمكن لحامه بسهولة باستخدام تقنيات قياسية، مما يجعله متعدد الاستخدامات في التصنيع.
- الخصائص الميكانيكية: يقدم توازنًا جيدًا بين القوة والمرونة، وهو أمر ضروري للتطبيقات الهيكلية.

القيود:
- التكلفة: قد تجعل العناصر السبائكية الفولاذ المقاوم للصدأ 404 أغلى من الفولاذ الكربوني.
- صلابة العمل: على الرغم من أنه يمكن تشكيله، إلا أن العمل البارد المفرط يمكن أن يؤدي إلى صلابة العمل، مما قد يعقد المعالجة اللاحقة.

تاريخيًا، كان الفولاذ المقاوم للصدأ 404 مهمًا في التطبيقات التي تتطلب القوة ومقاومة التآكل، مما يجعله خيارًا موثوقًا في مختلف القطاعات الهندسية.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

هيئة المعيار	التسمية / الدرجة	البلد / المنطقة الأصلية	ملاحظات / تعليقات
UNS	S40400	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير لـ AISI 404
AISI/SAE	404	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات تركيبية طفيفة يجب الانتباه لها
ASTM	A240	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفات قياسية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ
EN	1.4002	أوروبا	خصائص مشابهة لكن قد تختلف في الأداء الميكانيكي
JIS	SUS 404	اليابان	قابل للمقارنة لكن قد يكون لديه معايير معالجة مختلفة

غالبًا ما تكمن الاختلافات بين الدرجات المعادلة في التركيب المحدد والخصائص الميكانيكية، والتي يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، بينما قد يقدم كل من AISI 404 و EN 1.4002 مقاومة مشابهة للتآكل، قد تختلف قوتهم الشدّ ومرونتهم، مما يؤثر على ملاءمتها لمهام هندسية محددة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
Cr (الكروم)	18.0 - 20.0
Ni (النيكل)	8.0 - 10.0
Mo (الموليبدينوم)	0.5 - 1.0
C (الكربون)	≤ 0.03
Mn (المنغنيز)	2.0 - 3.0
Si (السيليكون)	≤ 1.0
P (الفوسفور)	≤ 0.045
S (الكبريت)	≤ 0.03

الدور الأساسي للكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ 404 هو تعزيز مقاومة التآكل وزيادة الصلابة. يساهم النيكل في صلابة الفولاذ ومرونته، في حين يزيد الموليبدينوم من المقاومة للتآكل الناتج عن النقاط والثقوب، خاصة في البيئات الكلوريدية.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة / النطاق النموذجي (المتري - وحدات SI)	القيمة / النطاق النموذجي (الوحدات الإمبراطورية)	المرجع القياسي لطريقة الاختبار
قوة الشد	م Annealed	درجة حرارة الغرفة	520 - 750 ميجا باسكال	75 - 109 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% إزاحة)	م Annealed	درجة حرارة الغرفة	210 - 310 ميجا باسكال	30 - 45 ksi	ASTM E8
التمدد	م Annealed	درجة حرارة الغرفة	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
الصلابة	م Annealed	درجة حرارة الغرفة	160 - 220 HB	90 - 100 HRB	ASTM E10
قوة التأثير	م Annealed	-20 درجة مئوية	40 جول	30 قدم رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية الفولاذ المقاوم للصدأ 404 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة ومرونة عالية، مثل المكونات الهيكلية في المباني والآلات. إن قدرته على تحمل أحمال كبيرة مع الحفاظ على السلامة تحت الضغط أمر حاسم للسلامة والأداء.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	القيمة (المتري - وحدات SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1400 - 1450 درجة مئوية	2550 - 2642 درجة فهرنهايت
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	16 واط/م·ك	9.3 BTU·إن/قدم²·س·درجة فهرنهايت
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	500 جول/كجم·ك	0.12 BTU/رطل·درجة فهرنهايت
مقاومة كهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.73 ميكروأوم·م	0.00000073 أوم·إن
معامل التمدد الحراري	20 - 100 درجة مئوية	16.5 × 10⁻⁶ /ك	9.2 × 10⁻⁶ /درجة فهرنهايت

تشير الكثافة ونقطة الانصهار للفولاذ المقاوم للصدأ 404 إلى قوته، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. إن التوصيل الحراري والسعة الحرارية النوعية ضروريان للتطبيقات التي تتضمن تبادل الحرارة، بينما تكون المقاومة الكهربائية ذات صلة في التطبيقات الكهربائية.

مقاومة التآكل

العامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3.5%	25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت	جيد	خطر النقاط
حمض الكبريتيك	10%	20 درجة مئوية/68 درجة فهرنهايت	عادل	عرضة ل SCC
حمض الخليك	5%	25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت	جيد	مقاوم للتآكل الموضعي
الظروف الجوية	-	-	ممتاز	يؤدي بشكل جيد في البيئات الرطبة

يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 404 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي ومقاومة جيدة للعديد من الأحماض والكلوريدات. ومع ذلك، فهو عرضة لتشقق التآكل الضغط (SCC) في بيئات معينة، خاصة في وجود الكلوريدات. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ 304، الذي يقدم مقاومة مشابهة للتآكل ولكن مع أداء أفضل في البيئات الحمضية، قد يفضل استخدام 404 في التطبيقات التي تثير فيها التعرض للكلوريدات القلق.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى	800 درجة مئوية	1472 درجة فهرنهايت	مناسب للتطبيقات ذات الحرارة العالية
درجة حرارة الخدمة المتقطعة القصوى	900 درجة مئوية	1652 درجة فهرنهايت	يمكنه تحمل التعرض لفترة قصيرة
درجة الحرارة التي تتعرض للتقشير	1000 درجة مئوية	1832 درجة فهرنهايت	خطر الأكسدة بعد هذا الحد

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 404 بقوته ومقاومته للأكسدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في بيئات ذات درجات حرارة عالية. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المطول أعلى 800 درجة مئوية إلى التقشير وتدهور الخصائص الميكانيكية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/العباءة الموصى بها	ملاحظات
TIG	ER404	الأرجون	جيد للأقسام الرقيقة
MIG	ER404	الأرجون/ثاني أكسيد الكربون	مناسب للأقسام السميكة
Stick	E404	-	لا يستخدم بشكل شائع

يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 404 بسهولة باستخدام طرق متنوعة، بما في ذلك لحام TIG و MIG. قد يكون من الضروري تسخين الأقسام السميكة مسبقًا لتجنب التشقق. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	[الفولاذ المقاوم للصدأ 404]	[AISI 1212]	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60%	100%	أكثر صعوبة في التشغيل من الفولاذ الكربوني
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات من الكربيد للحصول على أفضل النتائج

يمكن أن يكون تشغيل الفولاذ المقاوم للصدأ 404 تحديًا بسبب خصائصه لصلابة العمل. استغلال الأدوات المناسبة وسرعات القطع أمر ضروري لتحقيق كفاءة التشغيل.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ 404 من خلال كل من العمليات الباردة والساخنة. قد تؤدي التشكيلات الباردة إلى صلابة العمل، في حين أن التشكيلات الساخنة تسمح بمرونة أفضل. يجب مراعاة الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء أثناء التصنيع لتفادي التشقق.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التخفيف	1000 - 1100 درجة مئوية / 1832 - 2012 درجة فهرنهايت	1 - 2 ساعة	تبريد هوائي	تحرير الضغوط، تحسين المرونة
معالجة الحل	1050 - 1150 درجة مئوية / 1922 - 2102 درجة فهرنهايت	30 دقيقة	ماء التبريد	تعزيز مقاومة التآكل

تعتبر عمليات معالجة الحرارة مثل التخفيف ومعالجة الحل ضرورية لتحسين الهيكل المجهرية للفولاذ المقاوم للصدأ 404، مما يعزز خصائصه الميكانيكية ومقاومته للتآكل.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة / القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
السيارات	أنظمة العادم	مقاومة التآكل، القوة عند درجات الحرارة العالية	التحمل في البيئات القاسية
معالجة المواد الكيميائية	خزانات التخزين	مقاومة التآكل، قابلية اللحام	السلامة والموثوقية في التعامل مع المواد الكيميائية
الطيران	المكونات الهيكلية	نسبة القوة إلى الوزن، مقاومة الأكسدة	الأداء في الظروف القاسية

تشمل التطبيقات الأخرى:
* - معدات معالجة الأغذية
* - البيئات البحرية
* - الهياكل المعمارية

يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 404 لهذه التطبيقات نظرًا لتوازنه الممتاز بين القوة ومقاومة التآكل وسهولة التصنيع، مما يضمن أداءً طويل الأمد في البيئات الصعبة.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة / الخاصية	الفولاذ المقاوم للصدأ 404	الفولاذ المقاوم للصدأ 304	الفولاذ المقاوم للصدأ 316	ملاحظة إيجابية / سلبية أو تعويض مختصر
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة معتدلة	قوة عالية	يوفر 404 قوة أفضل من 304 ولكن أقل من 316
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	جيد في البيئات المعتدلة	ممتاز في العديد من البيئات	متفوق في البيئات الكلوريدية	يفضل 316 في التطبيقات البحرية
قابلية اللحام	ممتازة	ممتازة	جيدة	جميع الدرجات قابلة للحام، لكن 316 قد تحتاج لمزيد من العناية
قابلية التشغيل	معتدلة	جيدة	عادلة	404 أصعب في التشغيل من 304
قابلية التشكيل	جيدة	ممتازة	جيدة	404 أقل قابلية للتشكيل من 304
التكلفة النسبية التقريبية	معتدلة	أقل	أعلى	404 فعّال من حيث التكلفة لتطبيقات محددة
التوفر النموذجي	معتدل	مرتفع	مرتفع	304 و 316 أكثر توافرًا بشكل شائع

عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 404، تشمل الاعتبارات الجدوى الاقتصادية، والتوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة. تجعل خصائصه الفريدة مناسبة للتطبيقات المتخصصة، خصوصًا حيث يكون توازن القوة ومقاومة التآكل حاسمًا. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقييم عوامل السلامة والظروف البيئية لضمان الأداء الأمثل وطول عمر الخدمة.