304 против 430 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Инженеры и команды по закупкам часто выбирают между нержавеющими сталями 304 и 430, когда необходимо сбалансировать коррозионную стойкость, формуемость, свариваемость и стоимость для изготовленных компонентов. Типичные контексты принятия решений включают кухонное оборудование и детали, контактирующие с пищей (где коррозионная стойкость и гигиена имеют первостепенное значение), по сравнению с декоративными или магнитными приложениями, где стоимость и магнитный отклик имеют большее значение.

Фундаментальное различие между этими двумя распространенными марками заключается в их легирующей стратегии: 304 — это аустенитная нержавеющая сталь, содержащая никель, оптимизированная для широкой коррозионной стойкости и пластичности, в то время как 430 — это ферритная нержавеющая сталь с низким содержанием никеля, оптимизированная для экономически эффективной коррозионной стойкости и магнитного отклика. Из-за этих различий 304 и 430 часто сравниваются, когда компромиссы между коррозионными характеристиками, возможностью обработки и магнитными свойствами имеют значение для проектирования и закупок.

1. Стандарты и обозначения

Основные международные стандарты, охватывающие 304 и 430, включают:

• ASTM / ASME:
• 304: ASTM A240 (лист, листовой металл), A276 (пруток), A312 (трубопровод/трубка)
• 430: ASTM A240 (лист, листовой металл), ссылки A376 / A480
• EN (Европейский):
• 304 ≈ EN 1.4301 (также известен как X5CrNi18-10)
• 430 ≈ EN 1.4016 (также известен как X6Cr17)
• JIS (Японский): SUS304, SUS430
• GB (Китайский): 304 (06Cr19Ni10), 430 (0Cr17)

Тип материала: - 304: нержавеющая (аустенитная) - 430: нержавеющая (ферритная)

Обе марки являются нержавеющими сталями; они не являются углеродными, инструментальными, легированными или HSLA сталями.

2. Химический состав и легирующая стратегия

Следующая таблица дает типичные диапазоны состава (весовой процент) для общих коммерческих марок 304 и 430 в отожженном состоянии. Это типичные опубликованные диапазоны; для точных значений следует обращаться к индивидуальным сертификатам материалов.

Элемент	304 (типичный)	430 (типичный)
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	— (обычно 0)	— (обычно 0)
V	—	—
Nb	—	—
Ti	—	—
B	—	—
N	следы	следы

Как легирование влияет на свойства: - Хром (Cr) обеспечивает пассивный оксидный слой для коррозионной стойкости. Более высокий Cr обычно увеличивает стойкость к окислению/коррозии. - Никель (Ni) стабилизирует гранецентрированную кубическую (аустенитную) структуру при комнатной температуре; он улучшает прочность, пластичность и общую коррозионную стойкость. Наличие Ni является основным отличием, которое делает 304 немагнитным (в отожженном состоянии), а 430 магнитным (ферритным). - Углерод (C) влияет на прочность и потенциальную сенсибилизацию. Низкоуглеродные варианты (например, 304L) снижают риск осаждения карбидов. - Марганец (Mn) и кремний (Si) являются деоксидантами и умеренно влияют на горячую обрабатываемость и прочность. - Mo и N (не присутствуют в значительных количествах в этих двух марках) использовались бы для улучшения стойкости к образованию ямок; их отсутствие ограничивает производительность в хлоридных средах.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• 304: Типичная микроструктура полностью аустенитная (FCC) при комнатной температуре, когда произведена в соответствии со спецификацией. Аустенит стабилен при обычных температурах благодаря никелю. 304 не закаливается при закалке; она укрепляется холодной обработкой. Стандартные термические процессы:
• Отжиг (обычно 1010–1150 °C с последующим быстрым охлаждением) восстанавливает пластичность и растворяет осадки.
• Сенсибилизация (осаждение карбидов при ~450–850 °C) может происходить при длительном воздействии, что создает риск межкристаллитной коррозии; низкоуглеродные (304L) или стабилизированные (321/347) марки используются для избежания этого.
• Нормализация или закалка и отпуск не применимы для закалки 304.
• 430: Типичная микроструктура ферритная (BCC) при комнатной температуре. Феррит магнитен. 430 не поддается закалке для формирования мартенсита так же, как мартенситные стали; как и 304, она в основном укрепляется холодной обработкой. Тепловая реакция:
• Растворный отжиг и нормализация используются для снятия напряжений и восстановления пластичности.
• Ферритные марки подвержены росту зерна и хрупкости при определенных температурах; длительное воздействие при 475 °C (диапазон хрупкости 475 °F) может снизить прочность.
• 430 не подвержена стабилизации аустенита, поэтому она сохраняет ферритную структуру на протяжении типичной обработки.

В заключение, 304 предлагает аустенитную микроструктуру, которая противостоит образованию хрупкой фазы при комнатной температуре и сохраняет высокую прочность; 430 является ферритной и должна обрабатываться с учетом роста зерна и хрупкости.

4. Механические свойства

Таблица ниже перечисляет типичные диапазоны механических свойств для отожженных коммерческих материалов; это ориентировочные диапазоны и зависят от формы продукта и точного состояния.

Свойство (отожженное)	304 (типичный)	430 (типичный)
Прочность на растяжение (МПа)	~480–720	~450–600
Предельная прочность 0.2% (МПа)	~170–300	~200–300
Удлинение (% в 50 мм)	~40–60	~20–35
Ударная вязкость (комнатная температура)	Как правило, высокая, хорошая прочность	Ниже, чем у 304; умеренная прочность
Твердость (HB)	~120–200	~120–200

Интерпретация: - 304 обычно демонстрирует более высокую пластичность и превосходную ударную прочность благодаря своей аустенитной структуре и содержанию никеля. - Диапазоны предельной прочности могут пересекаться; 430 может показывать аналогичную или немного более высокую предельную прочность в некоторых формах продукта, но обычно с меньшим удлинением и прочностью. - 304 является более пластичным и прочным выбором для серьезной формовки и низкотемпературных приложений; 430 может быть приемлемой, где требования к пластичности и ударной стойкости умеренные.

5. Свариваемость

Соображения по свариваемости зависят от углеродного эквивалента и склонности к трещинам, росту зерна и сенсибилизации. Представительные индексы, используемые в оценке свариваемости, включают:

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

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

Качественная интерпретация: - 304: Отличная свариваемость в общем. Аустенитная структура не трансформируется в хрупкие фазы при охлаждении, поэтому риск холодной трещинообразования из-за мартенситных превращений низок. Однако термические циклы сварки могут вызвать сенсибилизацию (осаждение карбидов) в диапазоне 450–850 °C; постсварочный растворный отжиг или использование низкоуглеродных (304L) или стабилизированных марок является обычным, когда коррозия в зоне термического воздействия вызывает беспокойство. Выбор сварочного металла и соответствие присадкам просты (например, присадки ER304/308). - 430: Сварка возможна, но с оговорками. Ферритная структура может испытывать рост зерна и снижение пластичности в зоне термического воздействия; предварительный подогрев и контролируемые температуры межпроходной сварки могут быть рекомендованы для толстых секций, чтобы ограничить термические напряжения. Более низкое содержание углерода и легирующих элементов в 430 снижает опасения по поводу закаляемости, но ее ферритная природа может вызвать проблемы с дельта-ферритом/хрупкостью в экстремальных условиях. Легирующие сплавы и выбор процесса должны учитывать различия в тепловом расширении и металлургической совместимости.

Здесь не предоставлено числовое значение CE или Pcm, но эти формулы иллюстрируют факторы, влияющие на свариваемость.

6. Коррозия и защита поверхности

Обе марки 304 и 430 являются нержавеющими сталями (они образуют пассивную пленку оксида хрома), но их коррозионное поведение отличается по деталям.

• 304: Хорошая общая коррозионная стойкость во многих средах, включая атмосферное воздействие, переработку пищи и мягкие химикаты. 304 более устойчива к хлоридным атакам и общей коррозии, чем 430, благодаря более высокому содержанию никеля и стабилизированной аустенитной микроструктуре. Однако в средах, богатых хлоридами (морская вода, брызги морской воды), 304 может страдать от коррозии в виде ямок и трещин; в таких случаях предпочтительны марки с содержанием Mo (например, 316). Риск сенсибилизации (межкристаллитная коррозия) существует для 304 после длительного нагрева в диапазоне сенсибилизации; используйте 304L или стабилизированные марки, если служба включает сварку без растворного отжига.

• 430: Хорошая стойкость к окислению и мягким коррозионным атмосферам; достаточна для декоративных, бытовых и автомобильных отделок в помещениях. 430 имеет худшую стойкость к коррозии в виде ямок и трещин по сравнению с 304. Для агрессивных сред 430 не рекомендуется.

При использовании эквивалентного числа стойкости к образованию ямок (PREN) для сравнения сплавов: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Ни 304, ни 430 не содержат значительного количества Mo или N, поэтому PREN имеет ограниченную полезность для их различения; он более информативен, когда уровни Mo и N варьируются (например, дуплексные, супер-аустенитные марки).

Защита поверхности для деталей, где нержавеющая производительность недостаточна: - Для углеродных или низколегированных сталей (не применимо к 304/430) обычны оцинковка, покраска или покрытия. - Для 430 в более жестких условиях дополнительные покрытия или обработки поверхности (гальванизация, пассивация, декоративные отделки) могут продлить срок службы.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формуемость:
• 304: Отличная формуемость и вытягиваемость; широко используется для глубокого вытягивания, сложных прессованных форм и труб, где требуется хорошее удлинение.
• 430: Хорошая формуемость при прокатке листов и легком штамповке, но меньшая пластичность, чем у 304, для серьезных операций формовки.
• Обрабатываемость:
• Аустенитная 304 быстро упрочняется при обработке, что может снизить скорость обработки и срок службы инструмента, если не используются соответствующие инструменты, подачи и смазки.
• Ферритная 430 обычно обрабатывается легче, чем 304; она не упрочняется так агрессивно и часто дает лучшее качество поверхности с обычными инструментами.
• Отделка:
• Обе марки могут быть полированы, обработаны щеткой и отделаны до общих классов поверхности (например, 2B, BA, No. 4). 304, как правило, принимает более тонкую полировку для декоративных и санитарных приложений.
• Сгибание и сварка:
• 304 более терпима к глубокому сгибанию и сложной формовке.
• 430 требует внимания к пружинному эффекту и потенциальным эффектам роста зерна, если сварена.

8. Типичные применения

304 — Типичные применения	430 — Типичные применения
Оборудование для переработки пищи, кухонные раковины, посуда и бытовая техника	Декоративные отделки, отделка интерьеров/экстерьеров автомобилей, панели управления
Оборудование для химических процессов и резервуары для хранения (в не хлоридных средах)	Вытяжные зонты, внешние части посудомоечных машин (в менее агрессивных средах)
Медицинские устройства, фармацевтическое оборудование	Магнитные компоненты, где требуется ферромагнетизм
Архитектурные панели, перила, скамейки	Недорогие раковины и панели бытовой техники, где приоритетом являются магнитные свойства или стоимость
Крепежные элементы и фитинги, где требуются коррозионная стойкость и формуемость	Отделки выхлопных систем, компоненты решеток и декоративная фурнитура

Обоснование выбора: - Выбирайте 304, если коррозионные характеристики, гигиена, глубокая формовка и низкотемпературная прочность являются основными требованиями. - Выбирайте 430, если стоимость, магнитный отклик и адекватная коррозионная стойкость для помещений или слабо коррозионных сред являются ключевыми.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: 304 обычно дороже, чем 430, из-за значительного содержания никеля. Волатильность цен на никель напрямую влияет на относительную стоимость 304.
• Доступность: Обе марки широко доступны по всему миру в виде листов, катушек, полос, труб и прутков. 304 повсеместно используется в широком диапазоне форм и отделок продуктов; 430 обычно имеется в наличии для рынков бытовой техники и декоративных изделий и часто является экономичным выбором для некритических приложений.
• Формы продуктов: 304 чаще указывается для санитарных труб и высокоспецифицированных листов; 430 распространена для штампованных деталей и декоративных панелей.

10. Резюме и рекомендации

Резюме таблицы (качественное):

Атрибут	304	430
Свариваемость	Очень хорошая (остерегайтесь сенсибилизации; используйте 304L или стабилизированные марки при необходимости)	Хорошая с предостережениями (рост зерна, соображения HAZ)
Прочность–Ударная прочность	Высокая прочность и пластичность; хорошая прочность	Умеренная прочность; адекватная прочность, низкая пластичность
Коррозионная стойкость	Превосходная общая коррозионная стойкость; лучше в хлоридных средах, чем 430	Хорошая в мягких средах; хуже, чем 304 в хлоридах или агрессивных средах
Стоимость	Выше (содержание никеля)	Ниже (низконикелевая ферритная)
Магнитный отклик	По сути немагнитная (отожженная)	Магнитная (ферритная)

Рекомендации: - Выбирайте 304, если: - Вам требуется высокая пластичность, отличная низкотемпературная прочность и превосходная коррозионная стойкость в общем и в мягких хлоридных средах. - Приложение связано с пищей, медициной, химическими процессами или архитектурным воздействием, где важны гигиена и внешний вид. - Требуется немагнитное поведение. - Выбирайте 430, если: - Вам нужно экономически эффективное нержавеющее решение для декоративных или внутренних приложений, где не требуется высокая коррозионная стойкость. - Требуются или полезны магнитные свойства (например, для электромагнитной совместимости, магнитного крепления или эстетических причин). - Нужна обрабатываемость и умеренная формуемость при более низкой стоимости материала.

Заключительная заметка: Всегда подтверждайте точные спецификации материалов и сертификаты механических испытаний у поставщиков для предполагаемой формы продукта и состояния. Для критических условий (воздействие хлоридов, повышенные температуры или сварные сосуды под давлением) проконсультируйтесь с рекомендациями по коррозии и кодами для выбора соответствующего легирования (например, рассмотрите 316, дуплексные или стабилизированные марки, где это необходимо).