Нержавеющая сталь 420A: свойства и основные применения

420A нержавеющая сталь - это мартенситная нержавеющая сталь, известная своей высокой твердостью и прочностью, что делает ее подходящей для различных применений, требующих износостойкости и коррозионной стойкости. Классифицируется как мартенситная нержавеющая сталь, она в основном содержит хром в качестве основного легирующего элемента, наряду с небольшими количествами углерода, никеля и молибдена. Наличие хрома обеспечивает коррозионную стойкость, в то время как углерод способствует твердости и прочности за счет термообработки.

Всеобъемлющий обзор

420A нержавеющая сталь демонстрирует несколько значительных характеристик, которые определяют ее полезность в инженерных приложениях. Она известна своей отличной твердостью, которую можно улучшить с помощью термообработки, что делает ее идеальной для режущих инструментов, хирургических инструментов и других приложений, где долговечность является первоочередной. Кроме того, она обладает умеренной коррозионной стойкостью, особенно в слабо коррозионных средах, и хорошей обрабатываемостью, что облегчает процесс производства.

Преимущества:
- Высокая твердость: Может достигать высоких уровней твердости за счет термообработки, что делает ее подходящей для износостойких приложений.
- Коррозионная стойкость: Обеспечивает достойную стойкость к коррозии, особенно в некоррозионных средах.
- Хорошая обрабатываемость: Проще обрабатывается по сравнению с другими высокопрочными сталями, что упрощает производственный процесс.

Ограничения:
- Низкая жесткость: По сравнению с аустенитными нержавеющими сталями имеет низкую жесткость, что может ограничить ее использование в приложениях, требующих высокой ударной прочности.
- Ограниченная коррозионная стойкость: Ее коррозионная стойкость не столь надежна, как у аустенитных сортов, особенно в средах, богатых хлором.

Исторически 420A имела значительное значение в производстве столовых приборов и хирургических инструментов благодаря своей способности сохранять острые края и сопротивляться износу. Ее рыночная позиция остается актуальной, особенно в отраслях, сосредоточенных на прецизионных инструментах и компонентах.

Альтернативные наименования, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Градация	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	S42000	США	Ближайший эквивалент AISI 420
AISI/SAE	420	США	Широко используемое обозначение
ASTM	A276	США	Стандартные спецификации для нержавеющих стальных прутков
EN	1.4021	Европа	Эквивалентное обозначение в Европе
JIS	SUS420J2	Япония	Меньшие различия в составе, о которых следует знать
ISO	420	Международный	Стандартное обозначение

Различия между этими сортами могут повлиять на выбор в зависимости от специфических требований применения. Например, хотя AISI 420 и UNS S42000 часто рассматриваются как эквиваленты, тонкие вариации в содержании углерода могут повлиять на твердость и коррозионную стойкость.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (углерод)	0.15 - 0.40
Cr (хром)	12.0 - 14.0
Ni (никель)	0.75 максимум
Mo (молибден)	0.60 максимум
Mn (марганец)	1.0 максимум
Si (кремний)	1.0 максимум
P (фосфор)	0.04 максимум
S (серо)	0.03 максимум

Основные легирующие элементы в 420A нержавеющей стали включают хром, который повышает коррозионную стойкость и твердость, и углерод, который увеличивает прочность и износостойкость. Никель присутствует в небольших количествах для улучшения жесткости, в то время как молибден может повысить коррозионную стойкость в определенных условиях.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрические)	Типичное значение/Диапазон (имперские)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженное	Температура комнаты	520 - 750 МПа	75 - 109 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% отклонение)	Отожженное	Температура комнаты	300 - 550 МПа	44 - 80 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженное	Температура комнаты	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
Твердость (HRC)	Закаленное и отпущенное	Температура комнаты	50 - 55 HRC	50 - 55 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Закаленное и отпущенное	-20°C	30 - 50 Дж	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Механические свойства 420A нержавеющей стали делают ее подходящей для приложений, требующих высокой прочности и износостойкости. Ее прочность на разрыв и предельная прочность особенно выгодны в конструктивных приложениях, в то время как ее твердость позволяет сохранять острые края в режущих инструментах.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические)	Значение (имперские)
Плотность	Температура комнаты	7.75 г/см³	0.28 lb/in³
Температура/Диапазон плавления	-	1450 - 1510 °C	2642 - 2750 °F
Теплопроводность	Температура комнаты	25 Вт/м·K	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Температура комнаты	500 Дж/кг·K	0.12 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Температура комнаты	0.72 мкΩ·м	0.0000013 Ω·in

Ключевые физические свойства, такие как плотность и температура плавления, имеют решающее значение для приложений, связанных с высокотемпературными условиями. Теплопроводность указывает на способность рассеивать тепло, что важно в резке, где генерация тепла может повлиять на производительность.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	3%	25°C / 77°F	Умеренная	Риск образования раковин
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	Риск локализованной коррозии

420A нержавеющая сталь демонстрирует умеренную стойкость к различным коррозионным агентам. Она показывает удовлетворительные результаты в средах с низкими концентрациями хлора, но подвержена образованию раковин и коррозионным трещинам в более агрессивных условиях. По сравнению с аустенитными сортами, такими как 304 или 316, коррозионная стойкость 420A ограничена, особенно в условиях, богатых хлором.

Теплостойкость

Свойство/лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Макс. температура непрерывной службы	400°C	752°F	Подходит для прерывистой службы
Макс. температура прерывистой службы	600°C	1112°F	Ограниченная стойкость к окислению
Температура растрескивания	700°C	1292°F	Риск растрескивания при высоких температурах

При повышенных температурах 420A нержавеющая сталь сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению. Ее производительность подходит для приложений, которые включают прерывистое воздействие высоких температур, но постоянное воздействие следует избегать, чтобы предотвратить деградацию.

Свойства обработки

Сварочная способность

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER420	Аргон	Рекомендуется предварительный обогрев
MIG	ER420	Аргон + CO2	Послеварочная термообработка может потребоваться

420A нержавеющая сталь может быть сварена с использованием традиционных методов, но следует проявить осторожность, чтобы избежать трещин. Предварительный обогрев и послеварочная термообработка часто рекомендуются для снятия напряжений и улучшения прочности.

Обрабатываемость

Параметр обработки	420A Нержавеющая сталь	AISI 1212 (эталон)	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60	100	Хорошая обрабатываемость
Типичная скорость резания (м/мин)	30	50	Регулировать в зависимости от инструмента

420A нержавеющая сталь предлагает хорошую обрабатываемость, хотя она менее обрабатываема, чем некоторые низкоуглеродные стали. Оптимальные скорости резания и инструменты должны использоваться для минимизации износа и повышения эффективности.

Формируемость

420A нержавеющая сталь не особенно подходит для обширных формовочных операций из-за своей высокой прочности и твердости. Холодная формовка возможна, но может привести к упрочнению, требуя внимательного контроля радиусов изгиба и методов формования.

Термообработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 900 / 1472 - 1652	1 - 2 часа	Воздух	Снизить твердость, улучшить пластичность
Закалка	1000 - 1100 / 1832 - 2012	-	Масло или вода	Увеличить твердость
Отпуск	200 - 600 / 392 - 1112	1 час	Воздух	Снизить хрупкость, улучшить прочность

Процессы термообработки значительно влияют на микро структуру и свойства 420A нержавеющей стали. Закалка увеличивает твердость, в то время как отпуск помогает снять напряжения и улучшить прочность, что делает ее подходящей для различных приложений.

Типичные применения и конечное использование

Отрасль/Сектор	Пример конкретного приложения	Ключевые свойства стали, использованные в этом приложении	Причина выбора
Медицина	Хирургические инструменты	Высокая твердость, коррозионная стойкость	Долговечность и стерилизация
Производство	Режущие инструменты	Износостойкость, прочность	Сохранение остроты
Автомобильная	Компоненты клапанов	Прочность, обрабатываемость	Производительность при нагрузке
Аэрокосмическая	Закрепляющие элементы	Коррозионная стойкость, высокая прочность	Безопасность и надежность

Другие применения включают:
- Кухонные столовые приборы
- Промышленные ножи
- Валки насосов

420A нержавеющая сталь выбирается для хирургических инструментов благодаря своей способности сохранять острые края и сопротивляться износу, что критично в медицинских приложениях. Ее прочность и твердость также делают ее подходящей для режущих инструментов и компонентов в экстренных условиях.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшая информация

Особенность/Свойство	420A Нержавеющая сталь	AISI 304 Нержавеющая сталь	AISI 316 Нержавеющая сталь	Краткое примечание о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая твердость	Умеренная твердость	Умеренная твердость	420A предлагает превосходную твердость
Ключевой аспект коррозии	Умеренная стойкость	Отличная стойкость	Отличная стойкость	420A менее подходит для тяжелых условий
Сварочная способность	Умеренная	Хорошая	Хорошая	420A требует большей осторожности при сварке
Обрабатываемость	Хорошая	Отличная	Хорошая	420A менее обрабатываема, чем 304
Формируемость	Ограниченная	Хорошая	Хорошая	420A не идеально подходит для формовки
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Выше	420A является экономически эффективной для специфических приложений
Типичное наличие	Распространенная	Очень распространенная	Распространенная	420A широко доступна

При выборе 420A нержавеющей стали следует учитывать ее твердость, коррозионную стойкость и пригодность для конкретных приложений. Хотя она предлагает отличную износостойкость, ее ограничения в прочности и коррозионной стойкости по сравнению с аустенитными сортами следует тщательно оценивать на основе предполагаемого использования. Кроме того, ее стоимость и доступность делают ее практичным выбором для различных отраслей, особенно там, где требуются высокая прочность и долговечность.