304 против 430 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Когда инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства выбирают между нержавеющими сталями марок 304 и 430, они обычно балансируют между коррозионной стойкостью, механическим поведением, магнитным откликом и стоимостью. Общие контексты принятия решений включают спецификации для оборудования в пищевой и медицинской отраслях (где важны коррозионная стойкость и немагнитные свойства) по сравнению с отделкой для бытовой техники и автомобилей (где важны стоимость, формуемость и магнитный отклик).
Основные различия возникают из стратегии легирования: марка 304 является аустенитной хром-никелевой нержавеющей сталью, оптимизированной для коррозионной стойкости и прочности, в то время как марка 430 является ферритной хромовой нержавеющей сталью с более низким содержанием легирующих элементов, магнитным откликом и, как правило, более низкой коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Эти контрастные химические составы приводят к различиям в микроструктуре, свариваемости, обработке и выборе применения.
1. Стандарты и обозначения
- 304: Общие обозначения — UNS S30400, AISI 304, EN 1.4301, JIS SUS304, GB 06Cr19Ni10. Классифицируется как нержавеющая сталь, аустенитная.
- 430: Общие обозначения — UNS S43000, AISI 430, EN 1.4016 (или вариации 1.4016/1.4010), JIS SUS430, GB 0Cr17. Классифицируется как нержавеющая сталь, ферритная.
Обе марки охватываются стандартами для листов/пластин/труб, такими как ASTM A240 (плоские изделия) и различными эквивалентами EN/JIS. Они не являются углеродными сталями, инструментальными сталями или сталями HSLA.
2. Химический состав и стратегия легирования
Таблица показывает типичные диапазоны состава для коммерческих марок 304 и 430 (диапазоны варьируются в зависимости от стандарта и формы продукта; значения выражены в весовых процентах).
| Элемент | 304 (типичный диапазон) | 430 (типичный диапазон) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.12 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 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 | ≈ 0 | ≈ 0 |
| V | следы / нет | следы / нет |
| Nb (Cb) | нет (кроме стабилизированных вариантов) | нет |
| Ti | нет (кроме стабилизированных вариантов) | нет |
| B | следы / нет | следы / нет |
| N | ≤ 0.11 | ≤ 0.1 (часто не указывается) |
Последствия стратегии легирования: - Хром обеспечивает базовую нержавеющую пассивность для обеих марок; более высокий Cr улучшает окисление и общую коррозионную стойкость. - Никель стабилизирует аустенит, увеличивает прочность и формуемость, а также значительно улучшает коррозионную стойкость во многих средах — это ключ к производительности 304. - Низкое содержание легирующих элементов в 430 делает его менее коррозионно-стойким в средах, богатых хлором или кислотами, но обеспечивает магнитные свойства и более низкую стоимость. - Отсутствие сильных элементов закалки (Mo, V, Nb) означает, что ни одна из марок не усиливается традиционным закаливанием и отпуском; укрепление происходит в основном за счет холодной обработки (для аустенитной 304) или состояния легирования/растяжения (для 430).
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- 304: Полностью аустенитная (кубическая с центром в гранях, FCC) при комнатной температуре благодаря достаточному содержанию никеля и сбалансированному Cr. Аустенит стабилен, что приводит к отличной прочности и пластичности в широком диапазоне температур. Растворная отжиг (обычно ~1000–1100 °C с последующим быстром охлаждением) растворяет осадки и восстанавливает коррозионную стойкость после сварки; холодная обработка увеличивает прочность за счет упрочнения и может вызвать некоторую мартенситную трансформацию в условиях сильной холодной обработки (в магнитном отклике).
- 430: Ферритная (кубическая с центром в телах, BCC) микроструктура при комнатной температуре. Феррит магнитен и не трансформируется в мартенсит при закаливании с высокой температуры так же, как мартенситные стали. Ферритные нержавеющие стали не могут быть закалены закаливанием и отпуском; отжиг (примерно 750–900 °C в зависимости от спецификации, с последующим медленным охлаждением в печи) используется для смягчения и восстановления пластичности. Холодная обработка увеличивает прочность, но снижает пластичность.
Резюме реакции на термообработку: - Нормализация/закалка и отпуск: не применимо как пути упрочнения для обеих марок так, как это используется для углеродных или легированных сталей. - Растворная отжиг критически важен для 304 после воздействия высоких температур, чтобы избежать осаждения карбида хрома (сенсибилизация) и восстановить коррозионную стойкость. - 430 подвержен росту зерна и ухудшению пластичности при неправильных термических циклах сварки; контролируемый отжиг восстанавливает свойства.
4. Механические свойства
Типичное механическое поведение зависит от формы продукта (лист, пластина, пруток) и состояния (отожженное против холоднокатаного). Значения ниже являются показателями типичных диапазонов для отожженных коммерческих продуктов; проконсультируйтесь с сертификатами материалов для точных проектных значений.
| Свойство | 304 (отожженное, типичное) | 430 (отожженное, типичное) |
|---|---|---|
| Предельная прочность (UTS) | ~520–750 МПа | ~450–620 МПа |
| Предел текучести (0.2% смещение) | ~200–310 МПа | ~200–350 МПа |
| Удлинение (равномерное/общее) | ~40–60% (хорошая пластичность) | ~20–40% (низкая пластичность) |
| Ударная вязкость (при ambient) | Высокая, сохраняет прочность при низких температурах | Умеренная; снижена при низких температурах |
| Твердость (HRB) | ~70–95 | ~60–90 |
Интерпретация: - 304, как правило, предлагает более высокую пластичность и прочность благодаря аустенитной микроструктуре и содержанию никеля. - 430 может иметь сопоставимую прочность на текучесть в некоторых состояниях, но, как правило, имеет более низкое удлинение и прочность, особенно при суб-ambient температурах. - Обе марки увеличивают прочность при холодной обработке; 304 упрочняется более заметно, что влияет на формование и обработку.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит от состава, углеродного эквивалента и чувствительности микроструктуры.
Ключевые индексы свариваемости (полезные качественно): - Международный институт сварки углеродный эквивалент: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (общая восприимчивость к трещинам при сварке): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - 304: Отличная свариваемость при обычных процессах (GMAW, GTAW, SMAW). Низкоуглеродные варианты (304L) указываются для минимизации риска сенсибилизации и предотвращения межзерновой коррозии после сварки. Растворная отжиг после интенсивной сварки или поддержание низкой тепловой нагрузки снижает осаждение карбидов. Аустенитная микроструктура устойчива к холодным трещинам, но упрочняется вблизи сварных швов. - 430: Свариваемая с соответствующими расходными материалами и процедурами, но требует осторожности. Ферритные нержавеющие стали имеют более высокую теплопроводность и меньшую текучесть сварочной ванны; рост зерна в зоне термического влияния и образование фазы сигма при определенных температурах могут снизить прочность и коррозионную стойкость. Предварительный нагрев, как правило, не требуется, но выбор присадочного материала и контроль тепловой нагрузки для предотвращения хрупкости и минимизации деформации важны. Использование соответствующих ферритных присадок или подходящих аустенитных присадок зависит от желаемых конечных свойств.
Здесь не приведена числовая оценка CE или Pcm — эти формулы используются инженерами для сравнения случаев и выбора предварительных/послесварочных обработок.
6. Коррозия и защита поверхности
- Использование PREN (эквивалентный номер стойкости к коррозии) распространено, когда молибден и азот влияют на стойкость к коррозии: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Для 304 и 430, Mo ≈ 0, и N низок, поэтому PREN в значительной степени определяется Cr и является умеренным; 304, как правило, показывает лучшие результаты во многих водных средах, чем 430 из-за более высокого содержания никеля и более стабильной пассивной пленки.
Практическое руководство по коррозии: - 304: Хорошая общая коррозионная стойкость (атмосферная, многие продукты питания, мягкие химикаты). Не рекомендуется для непрерывного воздействия на среды, богатые хлором (морская вода, соли для размораживания), без дополнительных мер; для стойкости к хлору рассмотрите марки с содержанием Mo (например, 316) или контролируйте проектирование и отделку поверхности. После сварки растворная отжиг или низкоуглеродные марки (304L) предотвращают межзерновую коррозию. - 430: Хорошая атмосферная и стойкость к мягким химикатам, но уступает 304 в средах, содержащих хлор и кислоты. Подвержен локализованной коррозии (питтингу) в агрессивных хлорсодержащих условиях и коррозионным трещинам в некоторых средах, менее чем аустенитные. - Защита поверхности: Обе марки полагаются на пассивные пленки оксида хрома; механическая полировка, электрохимическая полировка или пассивация повышают эффективность. Для не нержавеющих сталей (не этих марок) традиционная защита — это оцинковка, покраска или покрытия — обычно не требуется для нержавеющих сталей, когда пассивная целостность поддерживается.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формование: 304 (аустенитная) демонстрирует отличную формуемость и характеристики глубокого вытягивания; сильный возврат и упрочнение должны быть контролируемыми. 430 (ферритная) формуется в отожженном состоянии, но имеет более низкую пластичность и более ограниченные возможности глубокого вытягивания.
- Обрабатываемость: 430 часто легче обрабатывается в отожженном состоянии, чем 304, потому что ферритная структура, как правило, резает более чисто; 304 быстро упрочняется и может требовать промежуточных отжигов, острых инструментов и более высоких сил резания. Использование правильных материалов для инструментов и скоростей, а также смазочных жидкостей, имеет решающее значение для 304.
- Отделка поверхности: Обе марки могут быть отделаны до декоративных или гигиеничных поверхностей; 304, как правило, достигает более ярких отделок и более легкой полируемости благодаря своей аустенитной природе.
8. Типичные применения
| 304 — Типичные применения | 430 — Типичные применения |
|---|---|
| Оборудование для переработки пищи, кухонные раковины, посуда, фармацевтическое оборудование | Отделка бытовой техники (фасады посудомоечных машин), панели для печей, внутренности микроволновых печей |
| Компоненты для химической переработки, теплообменники (не хлорсодержащие) | Декоративная архитектурная отделка, панели лифтов, где магнитные свойства приемлемы |
| Медицинские инструменты, хирургические инструменты (стерилизуемые поверхности) | Отделка интерьеров/экстерьеров автомобилей, отражатели/задние панели, где магнитный отклик полезен |
| Крепежные изделия и фланцы, требующие коррозионной стойкости и прочности | Недорогие коррозионно-стойкие листы для внутренних помещений |
Обоснование выбора: - Выбирайте 304, когда приоритетом являются коррозионная стойкость, гигиеническая очистка, немагнитное поведение и формуемость. - Выбирайте 430, когда приоритетом являются стоимость, магнитные свойства и разумная коррозионная стойкость в неагрессивных атмосферах.
9. Стоимость и доступность
- 304 имеет более высокую стоимость материала из-за содержания никеля; волатильность мировых цен на никель влияет на ценообразование 304. Широко доступна в листах, рулонах, пластинах, прутках и трубах.
- 430 имеет более низкую стоимость и в изобилии доступна в виде листов и рулонов, обычно имеется в наличии для рынков бытовой техники и архитектуры. Время поставки, как правило, короче, а цена более стабильна из-за более низкого содержания никеля.
Форма продукта влияет на цену (холоднокатаная против горячекатаной против полированной), и закупка должна учитывать время поставки, отделку и сертификацию (например, отчеты о испытаниях на заводе).
10. Резюме и рекомендации
| Критерий | 304 | 430 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Отличная (используйте 304L/растворный отжиг для предотвращения сенсибилизации) | Хорошая с предосторожностями (контроль тепловой нагрузки и выбор присадок) |
| Прочность–Устойчивость | Высокая прочность и пластичность; хорошая прочность | Достаточная прочность, более низкая прочность и пластичность по сравнению с 304 |
| Стоимость | Выше (содержание никеля) | Ниже (экономично для многих применений) |
Выбирайте 304, если: - Вам нужна превосходная общая коррозионная стойкость, гигиеничные и чистящиеся поверхности, немагнитное поведение и отличная формуемость/прочность (например, в пищевой, медицинской, химической средах).
Выбирайте 430, если: - Вам нужна нержавеющая сталь по более низкой цене с разумной атмосферной коррозионной стойкостью, магнитными свойствами (например, где требуется обнаружение или магнитное крепление) и хорошей формуемостью для внутренних и декоративных применений с ограниченным воздействием хлора.
Заключительная заметка: выбор материала должен учитывать условия эксплуатации (хлориды, температуры), механические нагрузки, маршрут обработки (формование, сварка), отделку поверхности и общую стоимость жизненного цикла. Для критических применений проведите проверку совместимости материалов (лабораторные коррозионные испытания или полевые данные) и проконсультируйтесь с обновленными спецификациями ASTM/EN/JIS для точного состава и сертифицируемых механических свойств.