21-6-9 Нержавеющая сталь: Свойства и ключевые применения

21-6-9 Нержавеющая сталь (Нитроник 40) классифицируется как аустенитная нержавеющая сталь, известная своим уникальным сочетанием высокой прочности, отличной коррозионной стойкости и хорошей свариваемости. Основные легирующие элементы в этой марке включают хром (Cr), никель (Ni) и марганец (Mn), которые значительно способствуют ее общим эксплуатационным характеристикам.

Комплексный обзор

Нитроник 40 характеризуется высокой прочностью и стойкостью к износу и коррозии, что делает его подходящим для различных требовательных применений. Сплав обычно содержит примерно 21% хрома, 6% никеля и 9% марганца, а также следовые количества других элементов, таких как азот, который улучшает его механические свойства.

Одним из самых значительных преимуществ Нитроник 40 является его превосходная стойкость к точечной коррозии и коррозии в трещинах, особенно в средах с содержанием хлоридов. Это делает его отличным выбором для морских приложений и других условий, где распространена контакт с соленой водой. Кроме того, его высокое соотношение прочности к весу позволяет уменьшить использование материала без ухудшения прочности конструкции.

Однако у Нитроник 40 есть ограничения. Его более высокая стоимость по сравнению со стандартными нержавеющими сталями может быть недостатком для некоторых приложений. Кроме того, хотя он предлагает хорошую обрабатываемость, он не так легко обрабатывается, как некоторые менее легированные стали, что может привести к повышенным производственным затратам.

Исторически Нитроник 40 занял свою нишу в таких отраслях, как авиакосмическая, морская и химическая переработка, где его уникальные свойства могут быть в полной мере использованы. Его рыночная позиция сильна, особенно в специализированных приложениях, требующих высокой производительности и надежности.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Группа	Страна/Регион происхождения	Заметки/Комментарии
UNS	S21900	США	Ближайший эквивалент AISI 316, но с улучшенными свойствами.
AISI/SAE	21-6-9	США	Известен высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
ASTM	A240/A240M	США	Стандартная спецификация для листов и полос нержавеющей стали с хромом и хром-никелем.
EN	1.3964	Европа	Похож на AISI 316, но с более высоким содержанием марганца.
JIS	SUS 329J3	Япония	Эквивалент с незначительными составными различиями.

Ближайшие эквиваленты Нитроник 40, такие как AISI 316, могут не показывать таких же результатов в специфических коррозионных средах из-за их более низкого содержания марганца. Эта разница может значительно повлиять на стойкость материала к точечной и напряженной коррозии.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
Cr (Хром)	20.0 - 22.0
Ni (Никель)	5.0 - 7.0
Mn (Марганец)	8.0 - 10.0
N (Азот)	0.1 - 0.2
Fe (Железо)	Баланс

Основная роль хрома в Нитроник 40 заключается в повышении коррозионной стойкости, в то время как никель способствует его прочности и пластичности. Марганец не только улучшает прочность, но и помогает стабилизировать аустенитную структуру. Азот дополнительно улучшает прочность и коррозионную стойкость, особенно в средах с хлоридами.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура термической обработки	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Справочный стандарт для метода испытания
Удлинение при растяжении	Отожженная	Комнатная температура	620 - 800 MPa	90 - 116 ksi	ASTM E8
Предел текучести (с компенсацией 0.2%)	Отожженная	Комнатная температура	310 - 450 MPa	45 - 65 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	Комнатная температура	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Жесткость (Rockwell B)	Отожженная	Комнатная температура	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
Ударная прочность (Charpy)	Отожженная	-196°C	40 J	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на растяжение и предела текучести делает Нитроник 40 подходящим для приложений, требующих целостности конструкции под механической нагрузкой. Его отличное удлинение указывает на хорошую пластичность, позволяя ему выдерживать деформацию без разрушения.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	Комнатная температура	7.9 g/cm³	0.285 lb/in³
Температура плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16.3 W/m·K	112 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 µΩ·m	0.72 µΩ·in

Плотность Нитроник 40 указывает на относительно легкий материал, что является преимуществом в приложениях, где экономия веса критически важна. Его теплопроводность умеренная, что делает его подходящим для приложений, где необходимо рассеивание тепла, но не чрезмерное. Удельная теплоемкость говорит о том, что он может поглощать значительные количества тепла без резких температурных изменений, что полезно в приложениях тепломенеджмента.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C)	Рейтинг устойчивости	Заметки
Хлориды	3.5%	25°C	Отличная	Риск точечной коррозии в стоячих условиях.
Серная кислота	10%	20°C	Хорошая	Ограниченная стойкость; требуется осторожное обращение.
Соляная кислота	5%	25°C	Умеренная	Не рекомендуется для длительного воздействия.
Морская вода	-	25°C	Отличная	Высокая стойкость к коррозии в морской воде.

Нитроник 40 демонстрирует отличную стойкость к точечной и трещинной коррозии в хлоридных средах, что делает его идеальным для морских приложений. Однако он подвержен коррозионному растрескиванию при определенных условиях, особенно в присутствии хлоридов и при высоких температурах. По сравнению с AISI 316, Нитроник 40 предлагает превосходную производительность в агрессивных условиях, тогда как AISI 304 может недостаточно защищать от точечной коррозии.

Теплостойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	800°C	1472°F	Подходит для высокотемпературных приложений.
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	900°C	1652°F	Может выдерживать кратковременное воздействие более высоких температур.
Температура окисления	1000°C	1832°F	Начинает окисляться при повышенных температурах.

Нитроник 40 сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает его подходящим для приложений с тепловым воздействием. Его стойкость к окислению позволяет ему хорошо работать в условиях высоких температур, хотя необходимо избегать длительного воздействия температур выше 800°C.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
TIG	ER309L	Аргон	Хорошо для тонких сечений.
MIG	ER308L	Аргон/CO2	Подходит для более толстых сечений.
SMAW	E309L	-	Требует предварительного нагрева для толстых сечений.

Нитроник 40 обычно считается хорошо свариваемым, хотя предварительный нагрев может быть необходим для толстых сечений, чтобы избежать трещин. Термическая обработка после сварки может улучшить механические свойства швов, обеспечивая прочность конструкции.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Нитроник 40	AISI 1212	Заметки/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	50	100	Требует более медленных скоростей резания.
Типичная скорость резания	20 м/мин	40 м/мин	Используйте инструменты из быстрорежущей стали.

Обработка Нитроник 40 может быть сложной из-за его свойств упрочнения при работе. Рекомендуется использовать инструменты из быстрорежущей стали или карбидные инструменты и поддерживать низкие скорости резания для достижения оптимальных результатов.

Формуемость

Нитроник 40 демонстрирует хорошую формуемость, позволяя проводить процессы холодного и горячего формования. Однако из-за его высокой прочности следует использовать более крупные радиусы сгиба, чтобы избежать трещин при гибке. Может происходить упрочнение, что может потребовать промежуточного отжиг для сложных форм.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	1050 - 1150 °C / 1922 - 2102 °F	1 - 2 часа	Воздух	Снять напряжения, улучшить пластичность.
Растворная обработка	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 минут	Вода	Увеличить коррозионную стойкость.

Во время термической обработки Нитроник 40 проходит металлургические превращения, которые улучшают его микроструктуру и свойства. Отжиг помогает снять внутренние напряжения, в то время как растворная обработка повышает коррозионную стойкость, растворяя осадки.

Типичные приложения и конечные применения

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора
Авиакосмическая	Компоненты самолетов	Высокая прочность, коррозионная стойкость	Легкие и надежные материалы имеют решающее значение.
Морская	Построение судов	Отличная стойкость к коррозии морской воды	Обеспечивает долговечность и надежность в жестких условиях.
Химическая переработка	Компоненты насосов и клапанов	Стойкость к агрессивным химикатам	Критически важно для безопасности и функционирования при обращении с химикатами.

Другие применения включают:

• Компоненты нефтяной и газовой промышленности
• Оборудование для переработки пищи
• Медицинские устройства

Нитроник 40 выбирается для этих приложений благодаря своему уникальному сочетанию прочности, коррозионной стойкости и формуемости, которые критически важны в условиях, где производительность и надежность имеют первостепенное значение.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие рекомендации

Особенность/Свойство	Нитроник 40	AISI 316	AISI 304	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Умеренная прочность	Нитроник 40 предлагает превосходную прочность.
Ключевой аспект коррозии	Отличная	Хорошая	Удовлетворительная	Нитроник 40 превосходит в хлоридных средах.
Свариваемость	Хорошая	Отличная	Отличная	Нитроник 40 требует осторожного обращения.
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Отличная	Более сложная механическая обработка, чем 304/316.
Формуемость	Хорошая	Хорошая	Отличная	Похожая формуемость, но требуется больший радиус сгиба.
Приблизительная относительная стоимость	Выше	Умеренная	Ниже	Стоимость может быть фактором в выборе.
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	316 и 304 более распространенно в наличии.

При выборе Нитроник 40 следует учитывать его экономическую эффективность, доступность и специфические требования приложения. Хотя он может быть дороже, чем другие нержавеющие стали, его производительность в требовательных условиях часто оправдывает инвестиции. Кроме того, его магнитные свойства незначительны, что делает его подходящим для применения в условиях, где магнитизм представляет собой проблему.

В общем, Нитроник 40 выделяется как сталь высокой производительности, предлагающая уникальные преимущества в прочности и коррозионной стойкости, особенно в сложных условиях. Его тщательный выбор и применение могут привести к повышенной долговечности и надежности в различных отраслях.