405 Нержавеющая сталь: свойства и основные применения

Сталь 405 классифицируется как мартенситная нержавеющая сталь, известная высокой прочностью и умеренной коррозионной стойкостью. Этот класс содержит значительное количество хрома (12-14%) и никеля (1-2%), при этом содержание углерода обычно составляет примерно 0,05-0,15%. Присутствие хрома обеспечивает устойчивость к окислению, в то время как никель улучшает прочность и пластичность. Низкое содержание углерода помогает поддерживать коррозионную стойкость, позволяя закаливать сталь при термообработке.

Обширный обзор

Сталь 405 в первую очередь используется в приложениях, требующих высокой прочности и умеренной коррозионной стойкости. Ее мартенситная структура позволяет закалять сталь при термообработке, что делает ее подходящей для компонентов, испытывающих механическое напряжение. Сталь обладает хорошей свариваемостью и легко обрабатывается, что расширяет ее универсальность в различных инженерных приложениях.

Преимущества:
- Высокая прочность: Способность закаляться при термообработке позволяет улучшить механические свойства.
- Умеренная коррозионная стойкость: Подходит для сред, где происходит воздействие влаги и легких коррозионных агентов.
- Хорошая обрабатываемость: Может быть сварена и обработана эффективно, что делает ее подходящей для различных процессов производства.

Ограничения:
- Низкая коррозионная стойкость по сравнению с аустенитными классами: Хотя она хорошо себя показывает в определенных условиях, она не так устойчива к агрессивным коррозионным агентам, как аустенитные нержавеющие стали.
- Подверженность коррозионному растрескиванию от напряжений: В определенных условиях, особенно в хлоридных средах, она может быть подвержена коррозионному растрескиванию от напряжений.

Исторически сталь 405 использовалась в таких приложениях, как автомобильные выхлопные системы, теплообменники и различные промышленные компоненты, что отражает ее баланс прочности и коррозионной стойкости.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
UNS	S40500	США	Ближайший эквивалент AISI 405
AISI/SAE	405	США	Распространенная обозначение
ASTM	A240/A240M	США	Стандартная спецификация для нержавеющих стальных листов
EN	1.4002	Европа	Незначительные составные отличия, которые следует учитывать
JIS	SUS405	Япония	Похожие свойства, но могут варьироваться в специфических приложениях

Различия между эквивалентными классами часто заключаются в их специфических легирующих элементах и механических свойствах, что может повлиять на производительность в конкретных приложениях. Например, хотя как 405, так и 1.4002 могут предложить схожую коррозионную стойкость, последний может иметь немного разные механические свойства из-за вариаций в содержании никеля.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	0,05 - 0,15
Cr (Хром)	12,0 - 14,0
Ni (Никель)	1,0 - 2,0
Mn (Марганец)	0,5 - 1,0
Si (Кремний)	0,5 макс
P (Фосфор)	0,04 макс
S (Сера)	0,03 макс

Основная роль хрома в стали 405 заключается в повышении коррозионной стойкости и коррозионной стойкости к окислению. Никель способствует улучшению прочности и пластичности, в то время как марганец помогает в обезуглероживании и улучшает закаливаемость. Низкое содержание углерода имеет решающее значение для поддержания коррозионной стойкости и позволяет эффективно закалять сталь при термообработке.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая единица)	Типичное значение/Диапазон (имперская единица)	Справочный стандарт для метода испытания
Предельная прочность	Отожженная	Комнатная температура	550 - 750 МПа	80 - 110 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0,2% смещение)	Отожженная	Комнатная температура	300 - 450 МПа	44 - 65 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	Комнатная температура	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу B)	Отожженная	Комнатная температура	80 - 90	80 - 90	ASTM E18
Ударная прочность	Отожженная	-20 °C	30 - 50 Дж	22 - 37 фунт-фут	ASTM E23

Сочетание высокой предельной прочности и предельной прочности делает сталь 405 подходящей для приложений, требующих структурной целостности при механической нагрузке. Ее значения удлинения указывают на хорошую пластичность, позволяя деформироваться без разрушения, что важно в динамических приложениях.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая единица)	Значение (имперская единица)
Плотность	Комнатная температура	7,75 г/см³	0,28 фунт/дюйм³
Температура плавления/Диапазон	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	25 Вт/м·К	14,5 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0,12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0,73 мкΩ·м	0,00000073 Ω·м
Коэффициент теплового расширения	Комнатная температура	16,0 x 10⁻⁶/К	8,9 x 10⁻⁶/°F

Плотность стали 405 способствует ее весовым и прочностным характеристикам, в то время как температура плавления указывает на пригодность для высокотемпературных приложений. Теплопроводность и удельная теплоемкость важны для приложений, связанных с передачей тепла, таких как теплообменники.

Коррозионная стойкость

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

Сталь 405 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость в различных средах. Она показывает приемлемую работу в слабо коррозионных условиях, таких как уксусная кислота и морская вода, но подвержена питтингу и коррозионному растрескиванию от напряжений в средах, богатых хлоридами. По сравнению с аустенитными классами, такими как 304 или 316, сталь 405 обладает низшей общей коррозионной стойкостью, особенно в агрессивных условиях.

Теплостойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	650 °C	1202 °F	Подходит для высокотемпературных приложений
Максимальная температура прерывистого режима работы	700 °C	1292 °F	Только кратковременное воздействие
Температура обжига	800 °C	1472 °F	Риск окисления выше этой температуры
Начало декомпрессионной прочности примерно при	500 °C	932 °F	Сопротивление наползанию значительно уменьшается

При повышенных температурах сталь 405 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению. Максимальная температура непрерывной эксплуатации указывает на ее пригодность для высокотемпературных приложений, в то время как температура обжига подчеркивает риск окисления в крайних условиях.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (AWS классификация)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER 405	Аргон	Хорошие результаты при правильной технике
MIG	ER 308L	Аргон/CO2	Подходит для толстых секций
Магистральный	E 308L	-	Рекомендуется предварительный подогрев

Сталь 405 обычно считается свариваемой, но рекомендуется предварительный подогрев, чтобы минимизировать риск растрескивания. Термообработка после сварки может улучшить свойства сварного соединения, обеспечивая целостность и производительность.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 405	AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	60	100	Умеренная обрабатываемость
Типичная скорость резания (Точение)	30 м/мин	50 м/мин	Используйте карбидные инструменты для наилучшего результата

Сталь 405 обладает умеренной обрабатываемостью, требуя соответствующих инструментов и скоростей резания для достижения оптимальных результатов. Для эффективной обработки рекомендуются карбидные инструменты.

Формуемость

Сталь 405 может формоваться как холодными, так и горячими процессами. Холодная формовка возможна, но может требовать больших усилий из-за ее прочности. Материал демонстрирует упрочнение при обработке, что может повлиять на радиусы изгиба и лимиты формовки.

Термообработка

Процесс обработки	Диапазон температуры (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 часа	Воздух или вода	Снять напряжение, улучшить пластичность
Закалка	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 минут	Масло или воздух	Увеличить твердость и прочность

Во время термообработки сталь 405 проходит металлургические трансформации, которые улучшают ее механические свойства. Отжиг снимает внутренние напряжения и улучшает пластичность, в то время как закалка значительно увеличивает прочность.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, использованные в этом применении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Выхлопные системы	Высокая прочность, умеренная коррозионная стойкость	Долговечность при термическом напряжении
Нефть и газ	Компоненты клапанов	Высокая прочность, свариваемость	Надежность в суровых условиях
Аэрокосмическая	Компоненты двигателей	Высокая прочность, теплостойкость	Производительность при повышенных температурах

Другие приложения включают:
* - Теплообменники
* - Компоненты промышленной техники
* - Фиксаторы и фитинги

Выбор стали 405 для этих приложений в первую очередь объясняется ее балансом прочности, коррозионной стойкости и обрабатываемости, что делает ее подходящей для компонентов, испытывающих механические нагрузки и воздействие различных сред.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	Сталь 405	Нержавеющая сталь AISI 304	Нержавеющая сталь AISI 316	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Умеренная прочность	405 предлагает превосходную прочность
Ключевой аспект коррозии	Умеренная стойкость	Хорошая стойкость	Отличная стойкость	405 менее устойчива, чем 304/316
Свариваемость	Хорошая	Отличная	Отличная	405 требует больше внимания при сварке
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	405 менее обрабатываема, чем 304
Формуемость	Умеренная	Хорошая	Хорошая	405 менее формуется, чем 304
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Выше	405 часто более экономически эффективна
Типичное наличие	Общее	Очень общее	Общее	405 широко доступна

При выборе стали 405 следует учитывать ее экономическую эффективность, доступность и пригодность для конкретных приложений. Хотя она может не предлагать такой же уровень коррозионной стойкости, как аустенитные классы, ее высокая прочность и умеренная стойкость делают ее жизнеспособным выбором для многих инженерных приложений. Кроме того, ее свариваемость и обрабатываемость повышают ее универсальность в производственных процессах.

В заключение, сталь 405 представляет собой ценное материал в различных отраслях, обеспечивая баланс прочности, коррозионной стойкости и обрабатываемости. Понимание ее свойств и применения может помочь инженерам и дизайнерам в принятии обоснованных решений при выборе материалов для своих проектов.