Нержавеющая сталь 403: свойства и ключевые применения

Нержавеющая сталь 403 классифицируется как мартенситная нержавеющая сталь, прежде всего известная высокой прочностью и умеренной коррозионной стойкостью. Основные легирующие элементы в нержавеющей стали 403 включают хром (12-14%), никель (до 1%) и углерод (0,15-0,40%). Наличие хрома обеспечивает коррозионную стойкость, в то время как углерод способствует твердости и прочности. Этот класс стали часто используется в приложениях, требующих высокой прочности и умеренной коррозионной стойкости, что делает его подходящим для различных инженерных приложений.

Обширный обзор

Нержавеющая сталь 403 обладает несколькими значительными характеристиками, которые определяют ее полезность в инженерных приложениях. Она имеет хорошие механические свойства, включая высокую прочность на растяжение и твердость, что делает ее подходящей для приложений, требующих долговечности и стойкости к износу. Кроме того, ее умеренная коррозионная стойкость позволяет использовать ее в средах, которые могут подвергать ее воздействию влаги и некоторых коррозионных агентов.

Преимущества:
- Высокая прочность: нержавеющая сталь 403 может выдерживать значительные механические нагрузки, что делает ее идеальной для конструктивных приложений.
- Умеренная коррозионная стойкость: хотя она и не такая стойкая, как аустенитные сорта, она хорошо работает в слабо коррозионных средах.
- Хорошая обрабатываемость: эту сталь можно легко обрабатывать и сваривать, что облегчает ее использование в различных производственных процессах.

Ограничения:
- Низкая коррозионная стойкость: по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями, у 403 снижена стойкость к питтингу и коррозии в трещинах.
- Подверженность коррозионному растрескиванию (SCC): в определенных условиях она может быть подвержена SCC, что может поставить под угрозу структурную целостность.

Исторически сталь 403 использовалась в приложениях, таких как лопатки турбин, компоненты клапанов и другие высоконагруженные среды. Ее рыночная позиция стабильна, с постоянным спросом в отраслях, которые ставят в приоритет прочность и умеренную коррозионную стойкость.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
UNS	S40300	США	Ближайший эквивалент AISI 403
AISI/SAE	403	США	Общепринятое обозначение
ASTM	A276	США	Стандартная спецификация для нержавеющих стальных прутков
EN	1.4006	Европа	Незначительные различия в составе
JIS	SUS403	Япония	Похожие свойства, используется в японских приложениях

Различия между этими эквивалентными сортами могут повлиять на выбор в зависимости от конкретных требований к производительности. Например, хотя UNS S40300 и AISI 403 находятся в близких связях, небольшие вариации в содержании углерода могут влиять на твердость и обрабатываемость.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон процентов (%)
Cr (Хром)	12,0 - 14,0
Ni (Никель)	0,5 - 1,0
C (Углерод)	0,15 - 0,40
Mn (Марганец)	макс. 1,0
Si (Кремний)	макс. 1,0
P (Фосфор)	макс. 0,04
S (Сера)	макс. 0,03

Основная роль хрома в нержавеющей стали 403 заключается в повышении коррозионной стойкости, тогда как углерод способствует твердости и прочности материала. Марганец и кремний добавляются для улучшения прочности и пластичности стали.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (Метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (Имперские единицы)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженная	При комнатной температуре	520 - 700 МПа	75 - 102 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0,2% сдвиг)	Отожженная	При комнатной температуре	280 - 450 МПа	41 - 65 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	При комнатной температуре	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Отожженная	При комнатной температуре	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Отожженная	-20 °C	40 Дж	29,5 фут-фунтов	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на растяжение и предельной прочности делает нержавеющую сталь 403 подходящей для приложений, которые испытывают значительные механические нагрузки. Ее удлинение и ударная прочность указывают на хорошую пластичность, что необходимо для предотвращения хрупкого разрушения под нагрузкой.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (Метрические - SI единицы)	Значение (Имперские единицы)
Плотность	При комнатной температуре	7,75 г/см³	0,28 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	При комнатной температуре	25 Вт/м·К	17,3 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	При комнатной температуре	500 Дж/кг·К	0,12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	При комнатной температуре	0,73 µΩ·м	0,00043 Ω·дюйм

Плотность нержавеющей стали 403 способствует ее весу и прочности, в то время как температура плавления указывает на хорошую термическую стабильность. Теплопроводность и удельная теплоемкость важны для приложений, связанных с теплопередачей.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	3-5%	25°C/77°F	Умеренная	Риск питтинга
Серная кислота	10%	20°C/68°F	Плохая	Не рекомендуется
Уксусная кислота	5%	25°C/77°F	Хорошая	Умеренная стойкость
Морская вода	-	25°C/77°F	Умеренная	Подвержена коррозии в трещинах

Нержавеющая сталь 403 демонстрирует умеренную стойкость к различным коррозионным средам. Она достаточно хорошо работает в слабокислотных условиях, таких как уксусная кислота, но подвержена питтингу в средах, богатых хлором. По сравнению с аустенитными сортами, такими как 304 или 316, нержавеющая сталь 403 имеет более низкую коррозионную стойкость, особенно в агрессивных средах.

Термостойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной работы	600 °C	1112 °F	Подходит для высокотемпературных приложений
Максимальная температура прерывистой работы	650 °C	1202 °F	Может выдерживать краткосрочное воздействие
Температура окалинки	700 °C	1292 °F	Риск окисления выше этой температуры

При повышенных температурах нержавеющая сталь 403 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению. Ее производительность в высокотемпературных приложениях обычно хорошая, но необходимо избегать длительного воздействия температур, превышающих предел ее окалинки.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый присадочный металл (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER403	Аргон	Рекомендуется предварительный подогрев
MIG	ER308	Аргон + CO2	После сварки может потребоваться термическая обработка

Нержавеющая сталь 403, как правило, хорошо сваривается, однако рекомендуется предварительный подогрев для снижения риска растрескивания. После сварки термическая обработка может улучшить механические свойства сварного соединения.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[Нержавеющая сталь 403]	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60%	100%	Требуются острые инструменты
Типичная скорость резания (Токарная обработка)	30 м/мин	50 м/мин	Корректировать в зависимости от износа инструмента

Нержавеющая сталь 403 имеет умеренную обрабатываемость. Она требует острых инструментов и соответствующих скоростей резания для достижения оптимальных результатов.

Формуемость

Нержавеющая сталь 403 может быть холодно- и горячешественной, но она проявляет работающее упрочнение. Минимальный радиус изгиба должен учитываться во время формовки, чтобы избежать растрескивания.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 часа	Воздух или вода	Размягчение, улучшенная пластичность
Закалка	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 минут	Масло или воздух	Увеличение твердости

Во время термической обработки нержавеющая сталь 403 претерпевает металлургические трансформации, которые улучшают ее механические свойства. Отжиг размягчает материал, в то время как закалка увеличивает его прочность и твердость.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (Кратко)
Аэрокосмическая	Компоненты турбины	Высокая прочность, умеренная коррозионная стойкость	Долговечность под нагрузкой
Автомобильная	Выпускные клапаны	Стоекость к высоким температурам, прочность	Производительность в жестких условиях
Нефть и газ	Валы насосов	Износостойкость, прочность	Надежность в сложных средах

Другие приложения включают:
- Компоненты клапанов
- Морское оборудование
- Оборудование для переработки пищи

Нержавеющая сталь 403 выбирается для этих приложений благодаря своему сочетанию прочности, умеренной коррозионной стойкости и хорошей обрабатываемости, что делает ее подходящей для сложных условий.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные выводы

Особенность/Свойство	Нержавеющая сталь 403	Нержавеющая сталь AISI 304	Нержавеющая сталь AISI 316	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Хорошая пластичность	Отличная коррозионная стойкость	403 прочнее, но менее пластична
Ключевой аспект коррозии	Умеренная стойкость	Отличная стойкость	Превосходная стойкость	403 менее подходит для сложных сред
Сварка	Хорошая	Отличная	Хорошая	403 требует предварительного подогрева
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	403 менее обрабатываемая, чем 304
Формуемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	403 имеет ограниченную формуемость
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Выше	Выше	403 является экономически эффективной для прочности
Типичная доступность	Общая	Очень распространенная	Общая	403 легко доступна

При выборе нержавеющей стали 403 следует учитывать ее экономическую эффективность, доступность и соответствие конкретным приложениям. Хотя она предлагает высокую прочность, ее коррозионная стойкость не такая высокая, как у аустенитных сортов. Поэтому важно оценить рабочую среду и механические требования перед принятием решения.