201 против 202 – Состав, Термальная Обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Выбор между нержавеющими сталями 201 и 202 является постоянным решением для инженеров, планировщиков производства и менеджеров по закупкам. Типичные компромиссы заключаются в соотношении стоимости и коррозионной стойкости, формуемости и прочности, а также легкости обработки и долговечности. Оба сплава относятся к аустенитным нержавеющим сталям 200-й серии, разработанным для снижения содержания никеля за счет замены марганца и азота; они широко используются для листов, рулонов и формованных компонентов в потребительских и легких промышленных приложениях.
Основное техническое различие между 201 и 202 заключается в их балансе легирующих элементов: два сорта используют разные комбинации и количества марганца, никеля и хрома для стабилизации аустенитной структуры. Это различие в легировании приводит к незначительным различиям в механических свойствах, поведении при упрочнении и коррозионной стойкости — при этом 202 обычно предлагает немного лучшую коррозионную стойкость и слегка отличающиеся характеристики формуемости и прочности по сравнению с 201.
1. Стандарты и обозначения
- AISI / UNS: обычно упоминается как UNS S20100 (201) и UNS S20200 (202) в отраслевой литературе и базах данных материалов.
- ASTM / ASME: сорта используются в рамках более широких спецификаций для нержавеющих листов/пластин (например, ASTM A240 охватывает многие нержавеющие сплавы в форме листов/пластин), но конкретные стандарты продуктов и практики поставок различаются в зависимости от страны и завода. Покупатели должны подтвердить применимую спецификацию покупки для формы продукта (лист, рулон, лента, проволока).
- EN / JIS / GB: Европейские (EN), японские (JIS) и китайские (GB) стандарты не всегда указывают прямые однозначные обозначения для 201/202; эквиваленты доступны в коммерческой продаже, но должны быть проверены по химическим и механическим требованиям.
- Классификация: как 201, так и 202 являются аустенитными нержавеющими сталями (немагнитные в полностью отожженном состоянии), а не углеродными сталями, инструментальными сталями или HSLA. Они относятся к подгруппе аустенитов с низким содержанием никеля, стабилизированным марганцем и азотом.
2. Химический состав и стратегия легирования
Таблица: Типичные диапазоны состава (вес.%) для коммерческих 201 и 202. Это представительные диапазоны, встречающиеся в коммерческих листах данных для продуктов в форме листов/рулонов; покупатели должны использовать точные пределы состава в отчете о испытаниях завода или спецификации покупки.
| Элемент | 201 (типичный коммерческий диапазон, вес%) | 202 (типичный коммерческий диапазон, вес%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.15 | ≤ 0.15 |
| Mn | 5.5 – 7.5 | 6.5 – 9.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.06 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 17.0 – 19.0 |
| Ni | 3.5 – 5.5 | 4.0 – 6.0 |
| N | следы – 0.25 (контролируемый) | следы – 0.25 (контролируемый) |
Примечания: - Стратегия 200-й серии снижает содержание никеля по сравнению с 300-й серией и компенсирует это увеличением марганца и контролируемым азотом для поддержания стабильности аустенита. - 202 обычно формулируется с немного более высоким содержанием хрома и никеля (и часто с более высоким содержанием марганца) по сравнению с 201. Эта комбинация предназначена для улучшения общей коррозионной стойкости и пластичности по сравнению с некоторыми составами 201, оставаясь при этом конкурентоспособной по стоимости с 300-й серией. - Резюме эффектов легирования: хром увеличивает общую окисляемость и стабильность пассивной пленки; никель стабилизирует аустенит и улучшает коррозионную стойкость и прочность; марганец и азот частично заменяют никель для поддержания аустенитной фазы и увеличения прочности за счет эффектов твердого раствора и интерстициальных эффектов.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- Микроструктура (в состоянии отжига): оба сорта полностью аустенитные (кубическая решетка с центром грани) в отожженном состоянии. Они могут содержать небольшие количества дельта феррита или карбидов в зависимости от химического состава и пути кристаллизации, но коммерческие составы разработаны для поддержания стабильного аустенита при комнатной температуре.
- Холодная обработка и эффекты, вызванные деформацией: как 201, так и 202 демонстрируют значительное упрочнение при холодной формовке; большие степени холодной обработки могут вводить мартенсит, вызванный деформацией, в некоторых партиях в зависимости от состава и температуры деформации.
- Термообработка:
- Отжиг (рекристаллизация) при типичных температурах отжига для нержавеющей стали (примерно 1000–1100 °C) восстанавливает пластичность и создает безнапряженную аустенитную микроструктуру.
- Обработка раствором и быстрое закаливание обычно используются для растворения осадков и достижения оптимальной коррозионной стойкости.
- Закалка и отпуск или традиционные методы закалки, используемые для ферритных/отпущенных сталей, не применимы — аустенитные нержавеющие сорта не закаливаются мартенситными превращениями так же, как закаленные углеродные стали.
- Термо-механическая обработка (холодная прокатка + отжиг) контролирует размер зерна и текстуру; оба сплава хорошо реагируют на прокатку плюс отжиг для получения листов/рулонов с хорошей формуемостью и качеством поверхности.
4. Механические свойства
Таблица: Типичные механические свойства — определите их как типичные значения для отожженного коммерческого листа/рулона (значения варьируются в зависимости от формы продукта, холодной обработки и поставщика).
| Свойство (отожженное) | 201 (типичное) | 202 (типичное) |
|---|---|---|
| Устойчивость к растяжению (МПа) | ~480 – 620 | ~500 – 640 |
| 0.2% Прочность / Предел текучести (МПа) | ~205 – 310 | ~215 – 330 |
| Удлинение (A%) | ~35 – 50 | ~30 – 45 |
| Ударная вязкость (качественная) | Хорошая прочность при комнатной температуре | Хорошая прочность при комнатной температуре |
| Твердость (HRB / HV диапазоны) | Умеренная (быстро упрочняется) | Умеренная (немного выше в некоторых партиях) |
Интерпретация: - Оба сорта показывают схожие механические характеристики в отожженном состоянии; 202 часто демонстрирует немного более высокие значения прочности на растяжение и предела текучести благодаря своему балансу легирующих элементов (большее содержание Ni/Cr/Mn), в то время как удлинение может быть немного ниже в зависимости от точного химического состава и обработки. - Оба сорта значительно упрочняются при формовке; окончательные свойства для холоднокатаных деталей должны оцениваться с учетом ожидаемого уровня холодной обработки. - Ударная вязкость при комнатной температуре обычно достаточна для обычных конструкционных и потребительских приложений; ни один из сортов не выбирается для критически важных приложений с низкой температурой, где требуются специализированные сплавы.
5. Сварка
Сварка низконикелевых аустенитов обычно хороша, но легирование и содержание азота влияют на восприимчивость к горячим трещинам и механические/коррозионные характеристики после сварки.
Соответствующие индексы:
- Углеродный эквивалент IIW:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Более детальный индекс Pcm для склонности к холодным трещинам:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Низкое содержание углерода (≤ 0.15 вес.%) снижает риск осаждения карбидов и межзерновой коррозии после сварки. Это полезно для обоих сортов. - Повышенное содержание марганца и азота может увеличить закаливаемость и склонность к локальному упрочнению рядом со сварными швами; однако аустенитные нержавеющие стали обычно не требуют предварительного нагрева и менее подвержены холодным трещинам, вызванным водородом, чем углеродные стали. - Использование сварочных материалов: сварочные расходные материалы, выбранные для соответствия коррозионной стойкости (например, обычные аустенитные нержавеющие присадки), сохраняют характеристики соединения. Для критических коррозионных сред выберите присадку с как минимум эквивалентным балансом никеля/хрома. - После сварки может потребоваться пассивация и травление для восстановления коррозионной стойкости поверхности в сварных сборках.
6. Коррозия и защита поверхности
- Общая коррозия: 202 обычно обеспечивает немного лучшую общую коррозионную стойкость, чем 201, благодаря своему немного более высокому содержанию хрома и никеля. Оба сорта менее коррозионно стойки, чем 300-я серия (например, 304) в средах, содержащих хлориды или агрессивных условиях.
- Локализованная коррозия: ни 201, ни 202 не рекомендуется для длительного воздействия морских или хлоридсодержащих условий без защитных мер; стойкость к питтингу и коррозии в трещинах ограничена по сравнению со сплавами, содержащими молибден.
- Когда использовать коррозионные индексы: PREN (число эквивалента стойкости к питтингу) полезен, когда содержание Mo и N значительное:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Для 201/202 Mo обычно отсутствует или незначителен, а N контролируется; PREN имеет ограниченную полезность, поскольку эти сплавы не формулируются для стойкости к питтингу. - Защита поверхности для не нержавеющих приложений (не актуально здесь): для компонентов, где требуется более высокая коррозионная стойкость, но нержавеющая сталь не выбрана, альтернативами являются оцинковка, покраска или защитные покрытия.
- Практическое руководство: выбирайте 202 вместо 201, когда служба включает слабо коррозионные атмосферы или случайное увлажнение; выбирайте 304 или выше, когда ожидается постоянное воздействие хлоридов или длительная работа на открытом воздухе.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формуемость: оба сорта имеют хорошую формуемость в отожженном состоянии. 200-я серия часто указывается для глубокого вытягивания и формованных потребительских товаров. 201 и 202 имеют высокие скорости упрочнения; проектировщики должны учитывать возврат и рассматривать промежуточные отжиги для серьезной формовки.
- Обрабатываемость: аустенитные нержавеющие стали обычно сложнее обрабатывать, чем ферритные или углеродные стали из-за низкой теплопроводности и высокой скорости упрочнения. 201 и 202 имеют схожую обрабатываемость друг с другом; некоторые партии, отожженные на заводе, могут обрабатываться легче, чем сильно легированные варианты. Используйте острые инструменты, жесткие установки и контролируемые подачи/скорости.
- Отделка: оба хорошо полируются и травятся; выбор отделки поверхности (мельничная отделка, 2B, No. 4) влияет на коррозионное поведение и эстетику. Электрополировка и пассивация улучшают коррозионную стойкость после обработки.
8. Типичные применения
Таблица: Общие применения для каждого сорта и причины их выбора.
| 201 — Типичные применения | 202 — Типичные применения |
|---|---|
| Чувствительные к стоимости внутренние приборы (фартуки, отделка) | Потребительские приборы с немного более высокими требованиями к коррозии (кухонные раковины, панели посуды) |
| Декоративная отделка и архитектурные элементы (внутренние) | Автомобильная отделка и внутренние детали |
| Посуда и столовые приборы в бюджетных линейках продуктов | Крепеж и формованные детали, где требуется немного более высокая прочность или коррозионная стойкость |
| Воздушные каналы и внутренние воздуховоды | Легкие конструктивные компоненты и сборки для легкого наружного воздействия (с осторожностью в проектировании) |
Обоснование выбора: - Выбирайте 201 для крупных объемов, ориентированных на стоимость, внутренних, некритичных к коррозии приложений, где требуется максимальная формуемость и не требуется очень высокая долговечность к коррозии. - Выбирайте 202, когда требуется немного лучшая коррозионная стойкость, немного более высокая прочность или конкретная спецификация поставщика, но где более высокая стоимость по сравнению с 201 приемлема.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: как 201, так и 202 позиционируются как более дешевые альтернативы аустенитам 300-й серии из-за снижения содержания никеля; 201 часто является более дешевым вариантом. 202 обычно стоит немного дороже 201 из-за более высокого содержания никеля/хрома.
- Доступность: распространенные формы продуктов (холоднокатаный лист, рулон, лента и некоторые проволочные/крепежные продукты) легко доступны по всему миру. Доступность тяжелых секций, пластин или специализированных термических обработок более ограничена, чем у основных сортов, таких как 304.
- Примечание по закупкам: рыночные цены на никель и местное производство завода влияют на разницу в цене между 201 и 202; учитывайте общую стоимость владения (обработка, ожидаемый срок службы, обслуживание), а не только первоначальную стоимость материала.
10. Резюме и рекомендации
Таблица: краткое сравнение (качественные оценки)
| Характеристика | 201 | 202 |
|---|---|---|
| Сварка | Хорошая (стандартные аустенитные практики) | Хорошая (стандартные аустенитные практики) |
| Прочность–Ударная вязкость (отожженное) | Умеренная прочность, высокая пластичность | Немного более высокая прочность, сопоставимая ударная вязкость |
| Коррозионная стойкость | Хорошая для внутренних/легких условий эксплуатации | Немного лучше для слабо коррозионных сред |
| Формуемость | Очень хорошая (высокое упрочнение) | Очень хорошая (слегка отличающееся поведение возврата) |
| Стоимость | Ниже | Немного выше |
Рекомендации: - Выбирайте 201, если вам нужен самый дешевый аустенитный вариант для крупных объемов, внутренних или слабо подверженных воздействию компонентов, где глубокая вытяжка/формуемость и стоимость являются основными факторами. 201 хорошо подходит для декоративной отделки, внутренних архитектурных элементов и многих потребительских товаров. - Выбирайте 202, если ваше приложение требует умеренного повышения общей коррозионной стойкости и/или прочности, оставаясь при этом ниже типичных цен на 300-ю серию. Используйте 202, когда воздействие прерывистое, служба слабо коррозионная или когда спецификация продукта требует состава 202.
Заключительные операционные заметки: - Для любого критического компонента подтвердите отчет о испытаниях завода у поставщика для химических и механических результатов и запросите соответствующую отделку поверхности и обработки пассивации для коррозионно-критических сборок. - Для сварки и обработки следуйте лучшим практикам для аустенитных нержавеющих сталей: контролируйте тепловую подачу, используйте соответствующие сварочные материалы и выполняйте очистку и пассивацию после обработки, когда важны эстетика или коррозионная стойкость.