201 против 202 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Выбор между нержавеющими сталями марок 201 и 202 является частым решением для закупок и проектирования для инженеров, планировщиков производства и покупателей, которые балансируют между коррозионной стойкостью, механическими характеристиками и стоимостью. Типичные контексты принятия решений включают листы и полосы для бытовой техники, архитектурной отделки, крепежа и вытянутых компонентов, где полная аустенитная сплав 300-й серии может быть экономически нецелесообразной.

Критическое различие в составе между двумя марками сосредоточено на том, как никель и марганец используются для достижения стабильности аустенита: два сплава используют разные соотношения никеля и марганца. Это соотношение влияет на стабильность аустенита, реакцию на холодную обработку, коррозионную стойкость и стоимость; следовательно, 201 и 202 часто сравниваются, когда необходимо учитывать чувствительность к цене никеля и компромиссы в производительности.

1. Стандарты и обозначения

• Общие международные обозначения:
• AISI/UNS: 201 = UNS S20100; 202 = UNS S20200.
• ASTM/ASME: Обе марки присутствуют в нескольких стандартах ASTM для холоднокатаной или горячекатаной нержавеющей полосы/листа; проконсультируйтесь с конкретной спецификацией продукта.
• EN / EN ISO: Эти марки не соответствуют 1:1 номерам EN 300-й серии, но эквиваленты часто указаны в таблицах перекрестных ссылок поставщиков.

• JIS / GB: Существуют региональные эквиваленты; проверьте точные химические пределы в соответствии с местным стандартом для закупок.

• Классификация: Обе марки 201 и 202 являются аустенитными нержавеющими сталями (немагнитные в отожженном состоянии); они не являются HSLA, углеродными или инструментальными сталями. Они являются частью аустенитных сталей "200-й серии", разработанных как альтернативы с низким содержанием никеля для нержавеющих сталей 300-й серии.

2. Химический состав и стратегия легирования

Следующая таблица перечисляет типичные, часто упоминаемые диапазоны состава. Фактические пределы варьируются в зависимости от спецификации и завода; всегда проверяйте сертификаты завода для закупок.

Примечания: - Основное различие заключается в том, как сбалансированы никель и марганец. Марка 202 обычно содержит больше марганца и немного больше хрома; никель лишь немного выше, чем в 201. Чистый эффект — это более низкое соотношение никеля к марганцу в 202 по сравнению с 201, что влияет на стабильность аустенита и реакцию на холодную обработку. - Обе марки не содержат значительного молибдена (Mo) и микроалюминиевых элементов, которые обычно используются в ферритных или мартенситных нержавеющих марках.

Как стратегия легирования влияет на свойства: - Хром обеспечивает пассивную пленку, которая придает нержавеющим сталям коррозионную стойкость; обе марки имеют Cr в среднем диапазоне и обеспечивают общую атмосферную и легкую химическую коррозионную стойкость. - Никель стабилизирует аустенитную фазу и улучшает пластичность и прочность при низких температурах. - Марганец и азот используются как недорогие стабилизаторы аустенита для снижения потребности в никеле. Высокий Mn увеличивает скорость упрочнения и может повлиять на формуемость и обрабатываемость. - Отсутствие Mo ограничивает стойкость к коррозии от хлоридов и коррозии в трещинах по сравнению со сплавами 300-й серии или содержащими Mo.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• Микроструктура (в отожженном состоянии): Обе марки 201 и 202 в основном полностью аустенитные при комнатной температуре, когда обрабатываются в соответствии со спецификацией. Небольшие количества дельта-феррита или других незначительных фаз могут появляться в зависимости от точного состава и термической истории, но эти марки спроектированы так, чтобы быть аустенитными в отожженном состоянии.
• Реакция на термообработку:
• Аустенитные нержавеющие стали не закаливаются обычными процессами закалки и отпускания. Ни 201, ни 202 не могут быть превращены в мартенсит с помощью термообработки.
• Растворное отжиг (типичное отжиг при температуре около 1010–1120 °C с последующим быстрым охлаждением) восстанавливает пластичность и растворяет фазы, вызванные деформацией, образовавшиеся во время холодной обработки.
• Холодная обработка (прокатка, вытяжка) является основным способом увеличения прочности в этих сплавах: упрочнение повышает предел текучести и прочность на разрыв, одновременно снижая удлинение и прочность.
• Термо-механическая обработка (контролируемая холодная деформация + рекристаллизационный отжиг) задаст размер зерна и текстуру, а значит, повлияет на окончательную формуемость и качество поверхности.
• Практическое значение: Проектирование и обработка должны исходить из того, что свойства определяются историей холодной обработки и отжига, а не закаливаемостью.

4. Механические свойства

Абсолютные механические свойства сильно зависят от формы продукта (холоднокатаный лист, полоса, катушка или холоднотянутый пруток) и состояния (полностью отожженное против различных уровней холодной обработки). Следующая таблица обобщает сравнительное поведение, а не конкретные значения завода.

Кто сильнее/выносливее/пластичнее и почему: - Прочность: Обе марки схожи в отожженном состоянии. Различия в основном обусловлены процессом; поскольку марганец и азот влияют на упрочнение, 201 иногда может показывать более высокую прочность при упрочнении в зависимости от точных составов и истории холодного уменьшения, но это не универсально. - Выносливость и пластичность: Обе марки сохраняют высокую прочность и хорошую пластичность в отожженном состоянии благодаря аустенитной матрице; различия незначительны и зависят от применения.

5. Сварка

• Общий обзор: Аустенитные нержавеющие стали 200-й серии легко свариваются обычными процессами сварки плавлением и сопротивлением. Они не закаливаются при термообработке, и сварные швы остаются пластичными и прочными.
• Влияющие факторы: Содержание углерода, марганца, азота и остаточных элементов влияют на восприимчивость к горячим трещинам, содержание феррита в зоне плавления и механические свойства после сварки.
• Полезные индексы свариваемости (для качественной интерпретации):
• Эквивалент углерода (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm (индекс восприимчивости к коррозии/тресканию): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Интерпретация (качественная):
• Обе марки 201 и 202 являются низкоуглеродными и умеренно легированными; их $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ обычно низки по сравнению с высокоуглеродными сталями, что указывает на хорошую свариваемость.
• Большее содержание марганца и азота (используемое как стабилизаторы аустенита) может способствовать горячим трещинам в определенных ситуациях сварки или изменять содержание феррита в сварочном металле; использование подходящего сварочного металла (часто совместимого с 300-й серией) и контроль теплового ввода уменьшают дефекты.
• Предварительный подогрев и термообработка после сварки обычно не требуются для контроля коррозии или водорода, но сварка более толстых секций или различных металлов должна проводиться в соответствии с квалифицированными процедурами.

6. Коррозия и защита поверхности

• Как нержавеющие сплавы с хромом ≈16–19 мас%, обе марки предлагают общую стойкость к атмосферной коррозии, продуктам питания и многим легким химикатам. Они менее коррозионно стойки, чем 300-я серия (304/316) в средах, содержащих хлориды.
• PREN (эквивалентный номер стойкости к коррозии) используется для оценки стойкости к коррозии от хлоридов, когда присутствуют Mo/N и другие ингибиторы коррозии: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Для 201 и 202, Mo ≈ 0 и N низок; следовательно, значения PREN низки по сравнению со сплавами, содержащими Mo. Используйте PREN только тогда, когда Mo и N значительны — в противном случае индекс показывает, что эти марки не предназначены для агрессивных хлоридных сред.
• Защита поверхности:
• В большинстве применений они используются как нержавеющие (без дополнительного покрытия); для высокоагрессивных сред может потребоваться защита поверхности, такая как пассивация, электрохимическая полировка или защитные покрытия.
• Для требовательного использования на открытом воздухе или в прибрежной зоне рассмотрите более легированные марки или защитные покрытия (горячее цинкование обычно не используется на нержавеющей стали, где требуется ее естественное поведение).

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формование: Обе марки формуемы в отожженном состоянии. Глубокая вытяжка и сложное формование возможны, но требуют инструмента, настроенного на более высокие скорости упрочнения по сравнению со сплавами 300-й серии.
• Обрабатываемость: Сплавы 200-й серии обычно обрабатываются менее охотно, чем свободно резающие углеродные стали; их более высокое упрочнение и тенденция к упрочнению на интерфейсе инструмента означают более высокие силы резания и быстрое износ инструмента, если только инструменты и подачи не оптимизированы. 202 часто считается аналогичным 201 по обрабатываемости; конкретная обрабатываемость зависит от формы продукта и состояния.
• Отделка: Полировка, щеточная обработка и отделка поверхности являются типичными; контроль теплового потемнения от сварки и соответствующая пассивация рекомендуются для восстановления коррозионной стойкости после обработки.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте на основе коррозионной среды (легкая против умеренной), требуемой формуемости (глубокая вытяжка против простого изгиба), ожиданий по отделке поверхности и стоимости материала. Для эксплуатации в условиях высокой коррозии выбирайте более легированные марки.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: Обе марки 201 и 202 были разработаны для снижения содержания никеля и, таким образом, снижения стоимости по сравнению со сплавами 300-й серии, когда цены на никель высоки. Относительная стоимость между 201 и 202 колеблется в зависимости от рынков легирующих элементов (Ni, Mn, Cr). Исторически 201 часто немного дешевле, чем 202, но местное предложение и спрос, а также разница в ценах на никель/марганец определяют реальную стоимость закупки.
• Доступность: 201 широко производится и обычно доступен в виде листов, полос, катушек и некоторых вытянутых продуктов. Доступность 202 варьируется в зависимости от региона и формы продукта; на некоторых рынках он предлагается как альтернатива 201, когда производительность или предпочтение поставщика это предполагают.

10. Резюме и рекомендации

Резюме таблицы (качественное)

Рекомендации: - Выбирайте 201, если: - Стоимость является основным фактором, а условия эксплуатации общие (внутренние, бытовая техника, декоративная отделка). - Вам нужна экономически эффективная аустенитная нержавеющая сталь с хорошей прочностью и приемлемой коррозионной стойкостью для легких сред. - Выбирайте 202, если: - Вам требуется немного улучшенная общая коррозионная стойкость или немного другие характеристики формуемости, предлагаемые измененным соотношением Ni/Mn. - Рынок закупок показывает благоприятные цены или лучшую доступность для 202 в требуемой форме продукта.

Заключительные примечания: - Обе марки работают как аустенитные нержавеющие стали и выбираются для экономически чувствительных, общих сервисных приложений. Определяющим техническим отличием является стратегия никеля против марганца для стабилизации аустенита; эта настройка состава изменяет упрочнение, коррозионные характеристики и чувствительность к цене. Для критически важных компонентов всегда указывайте необходимые сертификаты завода, форму и состояние продукта, а также проверяйте сварные сборки с помощью квалифицированных процедур.