300 مقابل 400 سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة 400

لمقاومة التآكل، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام اختر السلسلة 300 (الأوستنيتي) السبائك (مثل 304، 316). للتطبيقات ذات الصلابة الأعلى، ومقاومة التآكل، والتكلفة المنخفضة، والتطبيقات المغناطيسية/المعالجة بالحرارة، اختر السلسلة 400 (حديدية أو مارتينسيتية) السبائك (على سبيل المثال، 410، 420، 430). يعتمد الاختيار الصحيح على البيئة (الكلوريدات والأحماض) والحمل الميكانيكي ومسار التصنيع واحتياجات المعالجة الحرارية والميزانية.

ما الذي تعنيه أرقام السلسلة

"السلسلة 300" و"السلسلة 400" هما عائلتان مختزلتان تستخدمان في أنظمة مواصفات الفولاذ المقاوم للصدأ الحديثة (UNS/ASTM/EN). وهي تجمع الدرجات حسب التركيب البلوري السائد و أنماط السبائك النموذجية:

• السلسلة 300 → أوستنيتي الفولاذ المقاوم للصدأ. يحتوي على النيكل (والكروم) وتكون غير مغناطيسية بشكل أساسي في الحالة الملدنة. أمثلة شائعة: 304, 316, 321.

• السلسلة 400 → الحديدي والمارتنسيتي الفولاذ المقاوم للصدأ. يحتوي على القليل من النيكل أو لا يحتوي على النيكل، وغالباً ما يحتوي على نسبة عالية من الكربون، ويمكن أن يكون مغناطيسياً؛ العديد من الدرجات قابلة للتقوية بالمعالجة الحرارية. أمثلة: 410, 420 (المارتنسيتي), 430 (حديدي).

هذا التصنيف عملي بالنسبة للمهندسين لأنه يتنبأ بالسلوك: مقاومة التآكل، وقابلية اللحام، وقابلية التشكيل، وما إذا كانت المعالجة الحرارية/التصلب متاحًا أم لا.

اختلافات الكيمياء الأساسية (ماذا يوجد في المعدن وسبب أهميته)

فيما يلي العناصر الأكثر تأثيراً وكيف تخلق سلوك المسلسل:

• الكروم (Cr) - يوفر غشاء الأكسيد السلبي؛ تحتوي كلتا السلسلتين على الكروم (عادةً ≥11%)، ولكن وجوده وحده لا يساوي مقاومة التآكل.

• النيكل (ني) - يعمل على استقرار الطور الأوستنيتي، ويحسن من الليونة والمتانة، ويعزز المقاومة العامة للتآكل. موجود في السلسلة 300 (عادةً ما يكون 8-12% في 304/316)، وغالبًا ما يكون غائبًا في السلسلة 400 القياسية.

• الكربون (C) - يؤدي ارتفاع الكربون في العديد من 400s إلى زيادة الصلابة والصلابة التي يمكن تحقيقها بعد المعالجة الحرارية ولكن يمكن أن يقلل من مقاومة التآكل (ترسيب الكربيد) إذا لم يتم التحكم فيه.

• الموليبدينوم (Mo) - أضيفت في العديد من متغيرات السلسلة 300 (على سبيل المثال، 316) لزيادة مقاومة التآكل الناتج عن التنقر والتآكل الشقوق في بيئات الكلوريد.

الوجبات الجاهزة العملية: النيكل والموليبدينوم هما العنصران "المتميزان" اللذان يتميزان بأداء التآكل؛ أما الكروم فيعطي سلوكًا أساسيًا غير قابل للصدأ؛ والكربون يقايض التآكل بالصلابة.

البنية المجهرية والسلوك المعدني

• أوستنيتي (300 ثانية) - بنية مكعبة متمركزة في الوجه (FCC) في درجة حرارة الغرفة بسبب استقرار النيكل. ويعطي ذلك صلابة ممتازة وليونة عالية وتصلبًا في الإجهاد أثناء التشكيل على البارد. لا يمكن تقوية الأوستنيتات عن طريق المعالجة الحرارية التقليدية (يمكن تقويتها عن طريق الشغل على البارد).

• حديدي (بعض 400s) - بنية مكعبة متمركزة في الجسم (BCC)، مستقرة في درجة حرارة الغرفة. لا يمكن تصلب الحديد الحديدي عن طريق التبريد والتلطيف؛ فهو مغناطيسي وله ليونة أقل من الأوستنيتي ولكن توصيل حراري أفضل.

• مرتنزيتي (حوالي 400 ثانية) - يمكن أن تتحول إلى مارتنسيت عند التبريد (قابلة للتصلب). تكون الدرجات المارتنسيتية مغناطيسية ويمكن أن تصل إلى صلابة عالية بعد المعالجة الحرارية (تستخدم في السكاكين والصمامات والأعمدة).

تساعد معرفة البنية المجهرية على معرفة خيارات التصنيع: تتطلب المارتنسيتات دورات المعالجة الحرارية؛ بينما تتطلب الأوستنيتات الاهتمام بالتصلب أثناء العمل ومدخلات حرارة اللحام.

مقاومة التآكل: حيث تتفوق السلسلة 300 في الأداء

يصنف الأداء العام للتآكل بشكل عام: 316 ≥ 304 ≥ 304 >> حديدي 430 ≈ بعض المارتنسيتات (410/420) - لكن التفاصيل تعتمد على البيئة والتشطيب السطحي.

• البيئات الجوية والصحية العامة: تعتبر السلسلة 300 (304/316) أفضل بكثير؛ ويفضل استخدام 316 في حالة وجود كلوريدات (ملح، رذاذ مياه البحر) أو خطر التنقر بسبب محتواها من الموليبدينوم.

• مقاومة الضرب/مقاومة التشقق: يقاوم 316 (والسبائك فائقة الأوستنيت الأعلى سبيكة) التنقر بشكل أفضل من 304. يستخدم المهندسون الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN) لمقارنة السبائك.

• أحماض مؤكسدة / درجة حرارة عالية: بعض المواد الحديدية من السلسلة 400 تتحمل بعض الأجواء المؤكسدة بشكل أفضل ولديها قوة زحف أعلى في درجات الحرارة المرتفعة، ولكنها أقل متانة بشكل عام في حالات التعرض الرطب/الكلوريد من 300s.

ملاحظة تصميم: إذا شهد المكوّن تعرضًا متكررًا للكلوريدات أو مياه الصرف الصحي أو البيئات البحرية أو بيئات رش الملح، فلتكن الأولوية لـ 316 أو أعلى من الأوستنيتي. إذا كانت الخدمة جافة ومنخفضة التآكل والصلابة أكثر أهمية، تصبح خيارات السلسلة 400 جذابة.

الخواص الميكانيكية والصلابة

السلسلة 300 (الأوستنيتي):

• قوة الشد والخضوع النموذجية معتدلة؛ ليونة واستطالة عالية.

• لا يمكن تقويتها عن طريق المعالجة الحرارية؛ تزداد القوة في المقام الأول عن طريق العمل على البارد (تصلب العمل).
  السلسلة 400 (مارتينسيتي/حديدي):

• مارتينسيت 400 ثانية (على سبيل المثال، 410، 420): يمكن إخمادها وتلطيفها حتى صلابة وقوة عالية. مفيد لأدوات القطع والسكاكين والأعمدة.

• حديدي 400 ثانية (على سبيل المثال، 430): قوة معتدلة، صلابة محدودة؛ مقاومة أفضل للزحف والتوصيل الحراري في بعض نطاقات درجات الحرارة.

تختلف القيم الهندسية النموذجية حسب الرتبة والمزاج - راجع دائمًا ورقة بيانات المنتج/معيار المواصفات القياسية الأمريكية لمعرفة قيم التصميم.

قابلية التشكيل والشغل على البارد وسلوك اللحام

• القابلية للتشكيل / السحب العميق: السلسلة 300 ممتازة بشكل عام - قوة الخضوع المنخفضة والاستطالة العالية وتصلب الإجهاد تجعلها مفضلة للأحواض غير الملحومة وأدوات المطبخ والأشكال المعقدة.

• قابلية التصنيع: العديد من الصفوف 300 يصعب تشغيلها آلياً مقارنةً ببعض الـ 400 بسبب الليونة العالية والصلابة أثناء العمل. تتضمن بعض درجات 300 (303) الكبريت لتحسين قابلية التشغيل الآلي على حساب بعض المقاومة للتآكل.

• قابلية اللحام: لحام السلسلة 300 بسهولة مع معادن حشو مطابقة (لا حاجة للتسخين المسبق أو التلدين بعد اللحام ل 304/316 في معظم الحالات). تتطلب المواد المارتنسيتية من السلسلة 400 معالجة حرارية بعد اللحام في العديد من التطبيقات لاستعادة الصلابة وتجنب التشقق؛ يمكن أن تعاني المواد الحديدية من هشاشة HAZ إذا أسيء إدارتها.

إرشادات عملية: بالنسبة للتركيبات الملحومة المعقدة في الخدمة المسببة للتآكل، تبسط السلسلة 300 عملية التصنيع. بالنسبة للمكونات القابلة للتصلب، اقبل خطوات المعالجة الحرارية الإضافية لاستخدام 400 مارتينسيتكس.

الخواص المغناطيسية والآثار المترتبة عليها

• أوستينيتكس 300-سلسلة 300 عادةً ما تكون غير مغناطيسية عند التلدين الكامل (قد يؤدي بعض الشغل على البارد إلى ضعف المغناطيسية).

• السلسلة 400-الحديدية/المارتنسيتية الدرجات هي مغناطيسي في معظم درجات الحرارة. هذا الأمر مهم بالنسبة لأجهزة الاستشعار والتوافق الكهرومغناطيسي والتطبيقات التي تكون فيها المغناطيسية غير مقبولة (الأجهزة الطبية وبعض الإلكترونيات).

تعد المغناطيسية أيضًا اختبارًا ميدانيًا سريعًا لفحص عائلة السبائك، وهي غير مكلفة ومفيدة أثناء الفحص الوارد.

ملفات تعريف الدرجات القصيرة (لقطات عملية)

السلسلة 300

• 304 (SN S30400) - الفولاذ المقاوم للصدأ "العمود الفقري": ~18% Cr، ~8% Ni. مقاومة عامة ممتازة للتآكل وقابلية تشكيل ممتازة. يُستخدم على نطاق واسع في معدات المطابخ والزخارف المعمارية.

• 316 (SN S31600) - كروم مماثل ولكن مع مو (~2-3%): مقاومة أفضل بكثير للتنقر؛ يستخدم في الغرسات البحرية والكيميائية والطبية.

• 304 لتر / 316 لتر - إصدارات منخفضة الكربون لتقليل ترسيب الكربيد بعد اللحام (مقاومة أفضل للتآكل في منطقة التآكل الحادة).

السلسلة 400

• 410 (SN S41000) - مارتينسيتي؛ يمكن تقويتها؛ تستخدم في أدوات المائدة والصمامات.

• 420 (SN S42000) - عالية الكربون المارتنسيتي؛ تأخذ صلابة عالية جداً؛ تستخدم لشفرات السكاكين والأدوات الجراحية.

• 430 (SN S43000) - حديدي؛ قابلية تشكيل جيدة، تشطيبات زخرفية، تستخدم في الأجهزة والتشطيبات.

التطبيقات الصناعية النموذجية وقواعد الاختيار

• الخدمات الغذائية، والمعدات الطبية، والتصميمات الداخلية المعمارية: سلسلة 300 (304/316) للنظافة والمظهر.

• زخارف السيارات، والألواح الزخرفية، والتجهيزات الداخلية للأفران: 400 حديدية (430) للتكلفة والمظهر حيث لا يكون التآكل شديدًا.

• السكاكين وشفرات المشارط وقطع الغيار البالية: 400 من المارتنسيت (420، 440 درجة مئوية) بعد المعالجة الحرارية للحصول على صلابة عالية واحتفاظ بالحافة.

• أنظمة العادم (السيارات):: غالبًا ما تكون 409 أو 430 من الفريت 409 أو 430 حيث تكون التكلفة مهمة والبيئة حارة ومسببة للتآكل بشكل معتدل.

قاعدة الاختيار الأساسية: بيئة التآكل أولاًثم المتطلبات الميكانيكية، ثم طريقة التصنيع والميزانية.

تشطيب السطح والتخميل والصيانة

• تشطيب السطح (2B، BA، رقم 4، مرآة) تؤثر على مقاومة التآكل الظاهرة - فالطلاءات الأكثر نعومة تتخلص من الترسبات ويسهل تنظيفها.

• التخميل (حمض النيتريك أو حمض الستريك) يزيل الحديد الحر ويعزز أكسيد غني بالكروم؛ يوصى به للأجزاء المعرضة لظروف التآكل بعد التصنيع.

• إصلاح الأسطح المخدوشة:: التنظيف والتخليل وإعادة التخميد؛ في مناطق التعرض للكلوريد، يُنظر في استبدالها بـ 316 في حالة حدوث تنقر.

تعمل الصيانة الروتينية وعوامل التنظيف المناسبة على إطالة عمر الخدمة لكلا السلسلتين بشكل كبير.

اعتبارات التكلفة والتوريد

• التكلفة المادية: سبائك السلسلة 300 (خاصةً سبائك 316 وسبائك النيكل العالية) أغلى ثمناً بسبب محتوى النيكل والمو. تميل السلسلة 400 إلى أن تكون أكثر اقتصادية. يمكن أن يؤدي تقلب أسعار السوق (أسواق النيكل/الموليبدينوم) إلى تغيير الأسعار النسبية - خطط الشراء وفقًا لذلك.

• توفر النموذج: يتم تخزين 304/316 على نطاق واسع في الصفائح والألواح والقضبان والأنابيب والأنابيب. بعض الدرجات 400 أكثر شيوعًا في القضبان وفراغات أدوات المائدة.

بالنسبة للمشاريع الطويلة، قم بتأمين الأسعار مع الموردين أو قم بتضمين بنود استبدال السبائك مع اختبارات قبول واضحة.

جداول الاختيار السريع

الجدول 1 - لقطة التكوين (النطاقات النموذجية)

(القيم عبارة عن نطاقات تصميم نموذجية - راجع أوراق بيانات الإنتاج/معايير المواصفات القياسية لمعايير المواصفات الدقيقة).

الجدول 2 - لقطة الخصائص الميكانيكية (ملدنة ما لم يذكر ذلك)

(تعتمد القيم الفعلية بشدة على المزاج والمعالجة الحرارية).

الجدول 3 - ملخص سريع للإيجابيات/السلبيات

المعايير والاختبارات والمراجع الموثوقة للتحقق منها

عند تحديد مواصفات المواد، قم بالرجوع إلى تسميات ASTM/EN/UNS وإجراء اختبارات المواد (اختبارات الكيمياء والميكانيكية ومؤشر مديري المشتريات والصلابة واختبارات التنقر إذا لزم الأمر). المراجع الرئيسية:

• مواصفات ASTM للدرجات الشائعة (مثل, ASTM A240 لصفيحة/صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ ASTM A276 للحانات; ASTM A182 للمطروقات).

• أرقام UNS وEN للإحالة المرجعية.

• وثائق التصميم الفني مثل معهد النيكل أدلة الاختيار وقواعد تصميم ASME/ISO للخدمة في درجات الحرارة العالية.

نصائح عملية للتصنيع (من مهندس إلى مهندس)

• الاستخدام معادن حشو مطابقة للحام (على سبيل المثال، ER308/308L للحام 304، ER316L للحام 316).

• بالنسبة لـ التطبيقات الحساسة للحرارةاختر متغيرات منخفضة C (304L/316L) لتقليل حساسية HAZ.

• بالنسبة للأجزاء التي ستكون مشكّلة آلياً بشكل كبير، ضع في اعتبارك درجات التصنيع الحر (303 أو 416) فقط عندما يكون التعرض للتآكل منخفضًا.

• التحكم في السطح:: تحديد خطوات التشطيب والتخميل في طلبية الشراء؛ اشتراط إجراء اختبارات السطح عندما تكون مقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية.

• عند استبدال السبائك لخفض التكلفة، قم دائمًا بتشغيل اختبارات التآكل الخاصة بالتطبيق (اختبارات الرش بالملح أو التآكل الدوري أو الغمر) قبل اعتماد الاستبدال.

الأسئلة الشائعة

س1: هل يمكن استخدام 430 بدلاً من 304 لتوفير التكلفة؟
ج: فقط عندما تكون البيئة معتدلة ومخاطر التآكل منخفضة (الزخرفة الداخلية، ألواح الأفران). 430 أقل مقاومة للتآكل ومغناطيسي؛ تجنب استبداله حيثما تكون الرطوبة أو الكلوريدات متوقعة.

س2: هل 316 أفضل دائمًا من 304؟
ج: ليس دائمًا - 316 متفوق في مقاومة الكلوريد/التنقر ولكنه يكلف أكثر. إذا كان التعرض للكلوريد محدودًا، فغالبًا ما يكون 304 مناسبًا وأكثر اقتصادًا.

س3: لماذا تظل السلسلة 300 غير مغناطيسية بينما السلسلة 400 مغناطيسية؟
ج: يعمل النيكل على استقرار الطور الأوستنيتي (FCC)، وهو طور غير مغناطيسي؛ وغياب النيكل ووجود الفريت/المارتنسيت (BCC) في 400s ينتج عنه مغناطيسية.

س4: ما السلسلة الأفضل لقوة درجات الحرارة العالية؟
ج: تتمتع بعض مركبات الفريت 400 بمقاومة أفضل للزحف في درجات الحرارة العالية وتمدد حراري أقل، لذا اختر بناءً على درجة حرارة الخدمة القصوى وبيئة الأكسدة.

س5: هل يمكن تقوية السلسلة 300 بالمعالجة الحرارية؟
ج: لا، السلسلة 300 الأوستنيتي 300 غير قابلة للتقوية بالتبريد/التبريد التقليدي؛ فهي تكتسب القوة من خلال الشغل على البارد.

س6: هل رتب السلسلة 400 أقل قابلية للحام؟
ج: يتم لحام مركبات 400 الحديدية بشكل معقول مع اتخاذ الاحتياطات اللازمة؛ وعادةً ما تتطلب مركبات 400 المارتنسيتية معالجة ما قبل التسخين/ما بعد التسخين لتجنب التشقق واستعادة الصلابة.

س7: ما السبيكة التي تقاوم التنقر بشكل أفضل؟
ج: تتمتع 316 والسبائك فائقة الأوستنيتيك الأعلى سبيكة (مع المونيوم وأحيانًا N) بأفضل مقاومة للتنقر؛ استخدم PREN للمقارنة. بنفليكس

س8: كيف يمكنني الاختيار بين 304 و410 للمثبتات؟
ج: بالنسبة للتعرض للتآكل، اختر 304؛ أما بالنسبة للقوة/الصلابة العالية وحيثما تكون بعض مخاطر التآكل مقبولة، يمكن استخدام 410 مع المعالجة الحرارية.

س9: هل المغناطيس اختبار ميداني موثوق به لتمييز السلاسل؟
ج: نعم، المغناطيسية هي اختبار فحص عملي: السلسلة 300 غير مغناطيسية (ملدنة)، أما السلسلة 400 فهي مغناطيسية بشكل عام. ومع ذلك يمكن أن تُظهر السلسلة 300 المشغولة على البارد مغناطيسية ضعيفة.

Q10: هل يجب أن أحدد التخميل في أمر الشراء؟
ج: عندما تكون مقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية بعد التصنيع، حدد التخميل (اختيار الحمض حسب السبيكة) واطلب شهادات اختبار للتحقق من صحة ذلك.

مصفوفة قرار الاختيار

• تحتاج إلى أعلى مقاومة للتآكل (كلوريدات/مواد كيميائية) → 316 / 6Mo / أوستنيتي فائق الأوستنيتي.

• تحتاج إلى غير مغناطيسية وقابلة للتشكيل واقتصادية → 304.

• تحتاج إلى صلابة وتآكل عالي → 420/440 درجة مئوية (معالجة حرارية).

• تحتاج إلى ديكور زخرفي ولكن بتكلفة أقل → 430 (حديدي).

• تحتاج إلى قوة زحف عالية الحرارة → تحديد درجات محددة من الحديد أو المزدوج بناءً على أدلة تصميم ASME.

الأخطاء الشائعة وكيفية تجنبها

1. الاستبدال على السعر وحده - تقييم التعرض البيئي أولاً.

2. تجاهل تأثيرات HAZ اللحام - استخدام درجات C منخفضة أو إضافة معالجة ما بعد اللحام عند الحاجة.

3. بافتراض عدم المغناطيسية = 300 - تذكر أن الشغل البارد الشديد يمكن أن يحفز المغناطيسية في 300s.

4. تطل على التشطيب والنظافة - يقلل تلوث السطح بشكل كبير من عمر التآكل.

قائمة المراجعة الفنية النهائية لكتاب المواصفات

• الولاية درجة UNS/ASTM (وليس فقط "السلسلة 300").

• حدد تقارير اختبارات المطاحن المطلوبة (MTRs) بالنتائج الكيميائية والميكانيكية.

• حدد تشطيب السطح, التخميلو الفريت/البنية المجهرية الاختبارات إذا كانت ذات صلة.

• تتطلب التتبع بالنسبة للأجزاء الحرجة واختبارات القبول (إمكانية التنقر، والصلابة، ومؤشر مديري المشتريات).

• تضمين الصيانة والتنظيف إرشادات في دليل المعدات.