402 Нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

402 нержавеющая сталь классифицируется как аустенитная нержавеющая сталь, прежде всего известная высоким содержанием хрома и никеля. Этот класс характеризуется отличной коррозионной стойкостью, хорошей формируемостью и высокой прочностью, что делает его подходящим для разнообразных применений в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и переработка пищи. Основные легирующие элементы в 402 нержавеющей стали включают хром (Cr), никель (Ni) и железо (Fe), причем хром является наиболее значительным для повышения коррозионной стойкости, а никель способствует его прочности и пластичности.

Общий обзор

Наиболее важные характеристики 402 нержавеющей стали включают ее высокую стойкость к окислению и коррозии, особенно в слабо коррозионных средах. Она также обладает хорошими механическими свойствами, включая прочность и пластичность, что является важным для конструктивных приложений. Однако важно отметить, что, хотя 402 нержавеющая сталь предлагает много преимуществ, у нее также есть ограничения. Например, она может не работать так хорошо в сильно кислых или хлоридсодержащих средах по сравнению с другими классами нержавеющей стали, такими как 304 или 316.

Преимущества:
- Отличная коррозионная стойкость в слабо агрессивных средах
- Хорошие механические свойства, включая прочность и пластичность
- Устойчивость к высоким температурам

Ограничения:
- Сниженная производительность в сильно кислых или хлоридсодержащих средах
- Меньшая сварочная способность по сравнению с некоторыми другими классами нержавеющей стали

Исторически 402 нержавеющая сталь использовалась в приложениях, где требуется сочетание прочности и коррозионной стойкости, например, при производстве автомобильных компонентов и промышленного оборудования. Ее рыночная позиция сильна, особенно в секторах, которые придают значение долговечности и стойкости к износу.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания
UNS	S40200	США	Ближайший эквивалент AISI 402
AISI/SAE	402	США	Незначительные различия в составе
ASTM	A240	США	Стандартная спецификация для нержавеющих стальных листов
EN	1.4006	Европа	Эквивалентный класс по европейским стандартам
JIS	SUS 402	Япония	Сходные свойства с небольшими вариациями

В таблице выше представлены различные стандарты и обозначения, связанные с 402 нержавеющей сталью. Примечательно, что, хотя такие классы, как AISI 304 и 316, используются чаще, 402 предлагает специфические преимущества в определенных приложениях, особенно там, где достаточно умеренной коррозионной стойкости.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
Cr (Хром)	11.5 - 13.5
Ni (Никель)	0.5 - 2.0
Fe (Железо)	Остальное
C (Углерод)	0.03 макс
Mn (Марганец)	1.0 макс
Si (Кремний)	1.0 макс

Основная роль хрома в 402 нержавеющей стали заключается в повышении ее коррозионной стойкости, в то время как никель способствует прочности и пластичности. Низкое содержание углерода помогает предотвратить образование карбидов, что может привести к межкристаллитной коррозии. Марганец и кремний включены для улучшения общей прочности стали и ее обрабатываемости.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Температура испытания	Типичное значение/диапазон (метрическое)	Типичное значение/диапазон (имперское)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженное	Комнатная температура	520 - 750 МПа	75 - 109 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% смещение)	Отожженное	Комнатная температура	205 - 310 МПа	30 - 45 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженное	Комнатная температура	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу B)	Отожженное	Комнатная температура	80 - 90 HRB	80 - 90 HRB	ASTM E18
Ударная прочность	Отожженное	-20°C (-4°F)	40 Дж	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Механические свойства 402 нержавеющей стали делают ее подходящей для приложений, требующих хорошей прочности и пластичности. Ее прочность на растяжение и предел прочности указывают на то, что она может выдерживать значительные нагрузки, в то время как процент удлинения показывает, что она может деформироваться без разрыва, что важно для процессов формовки.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрическое)	Значение (имперское)
Плотность	Комнатная температура	7.8 г/см³	0.282 lb/in³
Температура плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	25 Вт/м·К	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.73 мкΩ·м	0.00000073 Ω·м
Коэффициент теплового расширения	Комнатная температура	16.5 x 10⁻⁶/К	9.2 x 10⁻⁶/°F

Плотность и температура плавления 402 нержавеющей стали указывают на ее прочность, в то время как теплопроводность и удельная теплоемкость важны для приложений, связанных с передачей тепла. Электрическое сопротивление относительно низкое, что делает его подходящим для определенных электрических приложений.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Оценка стойкости	Примечания
Хлориды	3 - 10	20 - 60 / 68 - 140	Удовлетворительно	Риск пitting коррозии
Серная кислота	10 - 30	20 - 40 / 68 - 104	Плохо	Не рекомендуется
Уксусная кислота	5 - 20	20 - 60 / 68 - 140	Хорошо	Умеренная стойкость
Атмосферная	-	-	Отлично	Хорошая стойкость

402 нержавеющая сталь демонстрирует хорошую стойкость к атмосферной коррозии и умеренную стойкость к определенным кислотам. Однако она подвержена pitting коррозии в хлоридных условиях, что является критическим аспектом для приложений в прибрежных или морских условиях. По сравнению с классами, такими как 304 и 316, производительность 402 в сильно коррозионных средах заметно уступает, особенно в условиях повышенной хлоридной концентрации.

Тепловая стойкость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной работы	800 °C	1472 °F	Подходит для высоких температур
Максимальная температура кратковременной работы	900 °C	1652 °F	Краткосрочное воздействие
Температура образования окалины	1000 °C	1832 °F	Риск окисления

При повышенных температурах 402 нержавеющая сталь сохраняет свою прочность и стойкость к окислению, что делает ее подходящей для приложений, связанных с теплом. Однако длительное воздействие температур выше 800 °C может привести к образованию окалины, что может повредить ее структурную целостность.

Свойства обработки

Сварочная способность

Процесс сварки	Рекомендуемый добавочный металл (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER 308L	Аргон	Рекомендуется предварительный подогрев
MIG	ER 308L	Смесь аргона и CO2	Может потребоваться термообработка после сварки

402 нержавеющая сталь может быть сварена стандартными техниками, но рекомендуется предварительный подогрев и термообработка после сварки, чтобы минимизировать риск трещин. Выбор добавочного металла имеет решающее значение для обеспечения совместимости и сохранения коррозионной стойкости.

Обрабатываемость

Параметр обработки	402 нержавеющая сталь	AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	40	100	Требует более медленных скоростей резания
Типичная скорость резания (токарная обработка)	30 м/мин	80 м/мин	Используйте карбидные инструменты для лучших результатов

Обработка 402 нержавеющей стали может быть сложной из-за ее прочности. Оптимальные условия включают использование карбидных инструментов и более медленные скорости резания, чтобы предотвратить износ инструмента.

Формуемость

402 нержавеющая сталь демонстрирует хорошую формуемость, что делает ее подходящей для холодных и горячих процессов формования. Однако необходимо учитывать упрочнение при обработке, которое может повлиять на пластичность материала во время формовки.

Термообработка

Процесс обработки	Диапазон температуры (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / ожидаемый результат
Отжиг	1050 - 1150 °C / 1922 - 2102 °F	1 - 2 часа	Воздух или вода	Улучшение пластичности и снижение твердости

Процессы термообработки, такие как отжиг, имеют важное значение для улучшения пластичности и снижения твердости 402 нержавеющей стали. В процессе отжига микроструктура изменяется, что приводит к улучшению механических свойств.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Выхлопные системы	Коррозионная стойкость, прочность при высоких температурах	Долговечность и производительность
Аэрокосмическая	Компоненты двигателя	Высокая прочность, тепловая стойкость	Безопасность и надежность
Промышленность продуктов питания	Оборудование и установки	Коррозионная стойкость, легкость в очистке	Гигиена и соблюдение норм

Другие применения включают:
- Оборудование для химической обработки
- Морское оборудование
- Архитектурные применения

402 нержавеющая сталь выбирается для приложений, требующих баланса прочности и коррозионной стойкости, особенно в средах, где ожидается воздействие влаги или слабо коррозионных агентов.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительная информация

Особенность/Свойство	402 нержавеющая сталь	AISI 304 нержавеющая сталь	AISI 316 нержавеющая сталь	Краткая информация о плюсах/минусах или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Умеренная прочность	Высокая прочность	Высокая прочность	402 менее прочна, чем 304 и 316
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительно в хлоридах	Хорошо в хлоридах	Отлично в хлоридах	316 предлагает превосходную коррозионную стойкость
Сварочная способность	Умеренная	Хорошая	Хорошая	402 требует больше внимания при сварке
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	304 легче обрабатывать
Формуемость	Хорошая	Отличная	Хорошая	304 обладает превосходной формуемостью
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Высокая	402 экономически эффективна для специфических приложений
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	304 и 316 более распространены

При выборе 402 нержавеющей стали следует учитывать ее экономическую эффективность, доступность и конкретные требования к производительности. Хотя она может не использоваться так широко, как 304 или 316, она предлагает уникальные преимущества в определенных приложениях, особенно там, где требуются умеренная коррозионная стойкость и хорошие механические свойства. Безопасность и магнитные свойства также являются важными факторами, особенно в отраслях, где предпочитаются немагнитные материалы.

В заключение, 402 нержавеющая сталь является универсальным материалом, который сочетает в себе прочность, коррозионную стойкость и стоимость, что делает ее подходящей для различных инженерных приложений.