430 против 446 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Тип 430 и Тип 446 — две марки ферритной нержавеющей стали, которые часто рассматриваются при разработке, если требуется сбалансировать коррозионную стойкость, термическую стабильность, формуемость и стоимость. Отделы закупок и инженеры часто сталкиваются с дилеммой выбора: либо выбрать более дешёвую, более легкоформуемую марку с достаточной коррозионной стойкостью для слабоагрессивных условий, либо заплатить премию за более высокое содержание хрома, улучшенную стойкость к коррозии при высоких температурах и длительный срок службы в агрессивных средах.

Основное отличие этих марок заключается в их легирующей стратегии в рамках ферритной группы: одна — стандартная, экономичная ферритная нержавеющая сталь с содержанием 16–18% хрома (Тип 430), а другая — высокохромистая ферритная нержавеющая сталь (Тип 446), оптимизированная для эксплуатации при повышенных температурах и обладающая повышенной стойкостью к коррозии в средах с высоким содержанием хлоридов и при повышенных температурах. Это различие определяет выбор в листах, плитах, трубах и изготовленных конструкциях.

1. Стандарты и обозначения

• UNS: UNS S43000 (Тип 430); UNS S44600 (Тип 446)
• ASTM/ASME: Обычно указывается по ASTM A240 / ASME SA-240 для плоской продукции из нержавеющей стали
• JIS: SUS430; SUS446 (распространённые обозначения JIS/SUS для Азии)
• EN/ISO: Обе марки входят в серию EN/ISO 10088 и национальные эквиваленты (конкретные числовые EN-обозначения зависят от страны и формы продукции)
• GB: Китайские национальные стандарты содержат эквиваленты (стандарты зависят от формы продукции и области применения)

Классификация: Тип 430 и Тип 446 — ферритные нержавеющие стали (магнитные, с решёткой типа ОЦК). Они не являются аустенитными, инструментальными или сталью с повышенной прочностью (HSLA).

2. Химический состав и стратегия легирования

Элемент (мас.%)	Тип 430 (типичный диапазон)	Тип 446 (типичный диапазон)
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	обычно 0	0–1,0 (некоторые марки содержат небольшое количество Mo)
V, Nb, Ti	обычно следы или отсутствуют	обычно следы или отсутствуют
N	очень низкое	очень низкое

Примечания:
- Приведённые диапазоны отражают типичный состав для коммерческих марок ASTM/UNS в отожженном состоянии. Точные пределы зависят от спецификации и поставщика.
- Тип 430 — низкозатратный ферритный сплав с умеренным содержанием хрома для общей коррозионной стойкости и хорошей формуемости.
- Тип 446 заметно увеличивает содержание хрома (а иногда добавляет небольшое количество молибдена) для улучшения стойкости к окислению, точечной и щелевой коррозии при повышенных температурах, а также стойкости к образованию окалины в карбюризующих или окислительных атмосферах.

Как легирование влияет на свойства:
- Хром — основной элемент для образования пассивной плёнки (нержавеющего эффекта); повышение Cr до 23–27% улучшает стойкость к высокотемпературному окислению и агрессивной локальной коррозии.
- Углерод повышает прочность, но может способствовать выделению карбидов на границах зерен; у ферритных сталей это влияет на ползучесть и пластичность при высоких температурах.
- Молибден, при наличии, усиливает стойкость к точечной коррозии и коррозии при высоких температурах.
- Низкое содержание Ni и N обусловливает ферритный характер стали: ограниченная закаливаемость, магнитность, отсутствие упрочнения старением или выделением фаз.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Микроструктура:
- Обе марки имеют ферритную микроструктуру (решётка типа ОЦК) в отожженном состоянии.
- Тип 430: ферритная матрица с относительно небольшим количеством выделений; выделение карбидов на границах зерен возможно при циклах сенситизации с достаточным содержанием углерода.
- Тип 446: ферритная матрица с более высоким содержанием хрома; при повышенных температурах могут присутствовать карбиды хрома или хромосодержащие выделения, но повышенный Cr способствует формированию более защитной пассивной плёнки и улучшенной стойкости к окалине.

Реакция на термообработку:
- Ферритные нержавеющие стали не закаливаются цементацией и отпуском, как мартенситные стали. Твёрдость и прочность преимущественно зависят от холодной деформации, размера зерна и состава сплава.
- Отжиг: обе марки подвергают растворному отжигу для восстановления пластичности; типичный отжиг при 800–950 °C с контролируемым охлаждением для предотвращения хрупкости.
- Стабилизация: для марок с более высоким содержанием углерода могут применяться стабилизирующие обработки (например, с добавлением Ti или Nb в других сплавах) для связывания углерода и уменьшения выделения карбидов хрома; Тип 430 и 446 обычно используют низкоуглеродистые марки или контролируемые режимы обработки.
- Термо-механическая обработка (прокатка, контролируемое охлаждение) позволяет уменьшить размер зерна и повысить прочность и вязкость; Тип 446 особенно выигрывает от контроля процессов при изготовлении деталей для высокотемпературного применения, обеспечивая управление выделениями и сопротивляемость ползучести.

4. Механические свойства

Свойство (отожженное состояние, типичные диапазоны)	Тип 430	Тип 446
Временное сопротивление разрыву (MPa)	400–600	450–700
Предел текучести (0,2% смещение, MPa)	200–350	250–450
Относительное удлинение (%)	20–30	10–25
Ударная вязкость (по Шарпи, Дж)	умеренная; улучшается при снижении углерода и уменьшении размера зерна	обычно ниже при комнатной температуре по сравнению с 430 из-за повышенного хрома и меньшей пластичности; при повышенных температурах вязкость сохраняется лучше
Твёрдость (HB)	120–180	140–220

Интерпретация:
- Тип 446 обычно обладает большей прочностью, повышенной прочностью при высоких температурах, а также лучшей сопротивляемостью ползучести и окислению в сравнении с Типом 430 благодаря более высокому содержанию хрома и, в некоторых вариантах, несколькому повышенному углероду и опциональному Mo.
- Тип 430 чаще более пластичен и лучше поддаётся формовке; ударная вязкость при низких температурах может быть выше у 430 в зависимости от способа обработки.
- Точные значения зависят от формы продукции (лист, плита, труба), толщины и истории обработки. Обе марки получают большую часть прочности от наклёпа и микроструктурного контроля, а не от упрочнения термообработкой.

5. Свариваемость

Особенности свариваемости ферритных нержавеющих сталей связаны с содержанием углерода, легированием, влияющим на закаливаемость, а также склонностью к росту зерна и хрупкости после сварки.

Важные индексы:
- Уравнение углеродного эквивалента (IIW) полезно для оценки склонности к холодным трещинам и закаливаемости при сварке ферритов:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Параметр $P_{cm}$ даёт меру свариваемости и склонности к упрочнению или растрескиванию:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная оценка:
- Тип 430: в целом хорошая свариваемость при обычных методах плавления при контролируемом подогреве и межслойных температурах; низкое содержание углерода и умеренное содержание хрома обеспечивают управляемые значения CE и Pcm. Рост зерна может снижать вязкость зон термического влияния (ЗТИ).
- Тип 446: свариваемость сложнее из-за высокого Cr и более высокого содержания углерода; есть опасность охрупчивания ЗТИ и снижения вязкости. В критичных применениях требуется предварительный подогрев, контролируемый ввод тепла и последующий отжиг для снятия напряжений. Выбор материала для сварки (аустенитный или ферритный присадочный металл) влияет на качество соединения — нужно учитывать соответствие и разбавление.
- Для обеих марок следует избегать избыточного ввода тепла и быстрого охлаждения, которые могут способствовать образованию твёрдых и хрупких структур в ЗТИ. Используйте квалифицированные технологии сварки для конструкционных или ответственных изделий.

6. Коррозия и защита поверхности

Обе марки являются нержавеющими (образуют пассивную оксидную плёнку хрома), но их поведение при коррозии различается:

• Общая коррозия: Тип 430 обеспечивает хорошую стойкость в атмосферных и слабоагрессивных средах (внутренние помещения, умеренно влажные, не морские условия). Часто применяется там, где риск точечной и щелевой коррозии невысок.
• Локальная коррозия и высокотемпературное окисление: Тип 446 с существенно более высоким содержанием хрома демонстрирует превосходную стойкость к образованию окалины, окислению и некоторым видам локальной коррозии при повышенных температурах и в агрессивных хлорсодержащих средах. При наличии Mo в вариантах 446 дополнительно улучшается стойкость к точечной коррозии.

Эквивалентное число стойкости к точечной коррозии (если применимо): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - PREN наиболее применимо для оценки стойкости к точечной коррозии в сплавах с существенным содержанием Mo и N. Для стандартной стали 430 с низким содержанием Mo и N PREN низкое и не является информативным критерием; для некоторых вариантов 446 с Mo PREN будет выше, что отражает лучшую стойкость к точечной коррозии.

Защита поверхности при сравнении с не нержавеющими материалами: - Оба материала являются нержавеющими — специальная защита поверхности (оцинковка) не требуется и редко применяется. Обработка поверхности (пассивация, травление, механическая полировка) улучшает коррозионную стойкость и внешний вид. При ожидаемом воздействии хлоридов рекомендуется использовать материалы с более высоким содержанием легирующих элементов или защитные покрытия.

7. Изготовление, обрабатываемость и формуемость

• Обрабатываемость: ферритные нержавеющие стали, как правило, легче обрабатываются, чем аустенитные марки. Сталь типа 430 хорошо поддаётся механической обработке стандартным инструментом; возможно упрочнение при низких подачи. Сталь типа 446, обладая большей твёрдостью и более высоким содержанием Cr, более агрессивна к режущему инструменту и требует более прочного оснащения и сниженных скоростей.
• Формуемость: Тип 430 отличается лучшими характеристиками холодной обработки (глубокая вытяжка, гибка) благодаря более высокой пластичности. Тип 446 менее пластичен и сложнее формуется без трещинообразования, особенно в толстостенных деталях.
• Отделка поверхности: обе марки хорошо поддаются полированию и отделке поверхности; 446 демонстрирует немного большую устойчивость к изменению цвета при термической обработке.

8. Типичные области применения

Тип 430 — Типичные области применения	Тип 446 — Типичные области применения
Бытовая техника (кадры духовок, панели управления)	Детали высокотемпературных печей, футеровки горелок
Декоративные элементы, архитектурные внутренние панели	Теплообменники в условиях высокой температуры и коррозионных сред
Автомобильные облицовочные элементы и неструктурные компоненты	Промышленное технологическое оборудование, контактирующее с окислительной атмосферой
Шайбы, винты, отделка при умеренных требованиях к коррозионной стойкости	Системы дымовых газов, футеровки котлов, дымоходы
Оборудование для пищевой промышленности (в мягких средах)	Высокотемпературные компоненты дымоходов и выхлопных систем

Обоснование выбора: - Выбирайте тип 430, если приоритетами являются стоимость, доступность и формуемость в условиях слабой и умеренной коррозии. - Выбирайте тип 446, если необходима стойкость к высокотемпературной окисляемости, сопротивление образованию окалины или длительный срок службы в более агрессивных условиях, несмотря на более высокую стоимость материала и возможные сложности изготовления.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: тип 430 обычно относится к более доступным нержавеющим сталям благодаря умеренному содержанию хрома и широкой доступности. Тип 446 дороже из-за гораздо более высокого содержания хрома и, при наличии, дополнительного легирования молибденом.
• Доступность: тип 430 широко представлен в виде листов, плит, ленты и стандартных фасонных изделий. Тип 446 реже встречается на складе, поставляется через специализированных поставщиков в определённых формах (лист, плита, труба) и может иметь длительные сроки поставки для крупных партий или нестандартных геометрий.
• Рекомендация по закупкам: учитывайте затраты на жизненный цикл — более высокая первоначальная стоимость 446 оправдана там, где простой оборудования, замена или гарантийные затраты при работе в высокотемпературных окислительных средах будут слишком дорогими.

10. Итог и рекомендации

Показатель характеристик	Тип 430	Тип 446
Свариваемость	Хорошая (при соблюдении стандартных режимов)	Более сложная; требует контролируемых процедур
Прочность и вязкость	Средняя прочность, хорошая пластичность	Высокая прочность при высоких температурах, сниженная пластичность при комнатной температуре
Коррозионная стойкость (высокотемпературная/точечная)	Достаточная для мягких условий	Превосходная для высокотемпературных и агрессивных сред
Стоимость	Низкая	Высокая

Рекомендации: - Выбирайте тип 430, если необходима экономичная, легко формуемая ферритная нержавеющая сталь для интерьерных архитектурных работ, облицовки бытовой техники или условий с умеренной коррозией, когда высокотемпературная окисляемость и агрессивное точечное разрушение не являются приоритетом. - Выбирайте тип 446 для применения при повышенных температурах, в окислительных атмосферах, для деталей печей, дымовых газов или выхлопных систем, а также в случаях, где высокая стойкость к образованию окалины и долговременной высокотемпературной коррозии оправдывает более высокие затраты на материал и изготовление.

Заключительное замечание: обе марки — ферритные нержавеющие стали, которые следует указывать с точным описанием формы изделия, ожидаемой температуры эксплуатации, требований к сварке и отделке поверхности. Для критичных и высокотемпературных применений рекомендуется консультироваться с поставщиками по материалам и проводить специализированные оценки коррозионной стойкости и механических свойств в условиях конкретного применения.