Нержавеющая сталь 422: свойства и ключевые приложения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Нержавеющая сталь 422 — это мартенситная нержавеющая сталь, известная своей высокой прочностью и умеренной коррозионной стойкостью. Она классифицируется как мартенситная нержавеющая сталь из-за высокого содержания углерода и наличия хрома, что способствует её твердости и прочности. Основные легирующие элементы в нержавеющей стали 422 включают хром (12-14%), никель (1-2%) и углерод (0.15-0.25%). Эти элементы значительно влияют на свойства стали, делая её подходящей для различных приложений, где критически важны прочность и износостойкость.
Обширный обзор
Нержавеющая сталь 422 признана за отличные механические свойства, особенно за высокую прочность на растяжение и твердость. Часто используется в приложениях, которые требуют материалов, способных выдерживать высокие нагрузки и износ, таких как в производстве лопаток турбин, компонентов клапанов и других высокопроизводительных деталей. Мартенситная структура стали позволяет закалять её с помощью термообработки, повышая её прочность и износостойкость.
Преимущества:
- Высокая прочность: Нержавеющая сталь 422 демонстрирует превосходную прочность на растяжение, что делает её идеальной для приложений с высокой нагрузкой.
- Хорошая износостойкость: Твердость этой марки стали обеспечивает отличную износостойкость, продлевая срок службы компонентов.
- Умеренная коррозионная стойкость: Хотя она не так коррозионно-стойка, как аустенитные нержавеющие стали, 422 предлагает достойную стойкость к окислению и коррозии в определённых условиях.
Ограничения:
- Низкая вязкость: По сравнению с аустенитными марками, нержавеющая сталь 422 имеет более низкую вязкость, что может ограничить её использование в приложениях, требующих высокой стойкости к ударам.
- Проблемы с сваркой: Высокое содержание углерода может привести к проблемам при сварке, требуя внимательного выбора расходных материалов и технологий.
Исторически нержавеющая сталь 422 использовалась в различных отраслях, включая аэрокосмическую и автомобильную, благодаря уникальному балансу прочности и коррозионной стойкости. Её рыночная позиция хорошо установлена, особенно в приложениях, где необходима высокая производительность.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Группа | Страна/Регион происхождения | Примечания/Комментарии |
|---|---|---|---|
| UNS | S42200 | США | Ближайший эквивалент AISI 420 с незначительными составными отличиями. |
| AISI/SAE | 422 | США | Похожа на 420, но с более высоким содержанием углерода для увеличенной твердости. |
| ASTM | A276 | США | Стандартная спецификация для стальных прутков и форм. |
| EN | 1.4002 | Европа | Эквивалентная марка в европейских стандартах. |
| JIS | SUS 420J2 | Япония | Похожие свойства, но с небольшими различиями в составе. |
Различия между этими эквивалентными марками могут повлиять на выбор в зависимости от конкретных требований к производительности. Например, хотя AISI 420 и 422 похожи, более высокое содержание углерода в 422 повышает её твердость, но может снизить её вязкость.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (символ и название) | Диапазон процентного содержания (%) |
|---|---|
| C (углерод) | 0.15 - 0.25 |
| Cr (хром) | 12.0 - 14.0 |
| Ni (никель) | 1.0 - 2.0 |
| Mn (марганец) | 1.0 макс |
| Si (кремний) | 1.0 макс |
| P (фосфор) | 0.04 макс |
| S (серо) | 0.03 макс |
Основная роль хрома в нержавеющей стали 422 состоит в повышении коррозионной стойкости и улучшении твердости. Никель способствует вязкости и пластичности, в то время как углерод увеличивает твердость и прочность при термообработке.
Механические свойства
| Свойство | Состояние/температура | Температура испытания | Типичное значение/диапазон (метрические) | Типичное значение/диапазон (имперские) | Справочный стандарт для метода испытаний |
|---|---|---|---|---|---|
| Прочность на растяжение | Отожжённая | Комнатная температура | 620 - 750 МПа | 90 - 110 ksi | ASTM E8 |
| Прочность на течение (0.2% сдвиг) | Отожжённая | Комнатная температура | 450 - 600 МПа | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Отожжённая | Комнатная температура | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Твердость (Rockwell C) | Отожжённая | Комнатная температура | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| Ударная прочность | Charpy V-образный вырез | -20 °C | 30 - 50 Дж | 22 - 37 фут-фунт | ASTM E23 |
Комбинация высокой прочности на растяжение и текучести делает нержавеющую сталь 422 подходящей для приложений, требующих значительных механических нагрузок. Её твердость обеспечивает износостойкость, в то время как умеренное удлинение указывает на то, что она может выдерживать некоторое деформирование перед разрушением.
Физические свойства
| Свойство | Состояние/температура | Значение (метрическое) | Значение (имперское) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Комнатная температура | 7.75 г/см³ | 0.28 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °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 | 0.72 мкΩ·м | 0.72 мкΩ·дюйм |
| Коэффициент линейного расширения | Комнатная температура | 16.5 x 10⁻⁶/К | 9.2 x 10⁻⁶/°F |
Плотность и температура плавления нержавеющей стали 422 указывают на её прочность, что делает её подходящей для высокотемпературных приложений. Теплопроводность умеренная, что полезно для приложений, требующих рассеивания тепла.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Хлориды | 3-5% | 20-60 °C | Средняя | Риск точечной коррозии. |
| Серная кислота | 10-20% | 20-40 °C | Плохая | Не рекомендуется для высоких концентраций. |
| Уксусная кислота | 5-10% | 20-50 °C | Хорошая | Умеренная стойкость. |
| Морская вода | - | При комнатной температуре | Средняя | Подвержена локализованной коррозии. |
Нержавеющая сталь 422 демонстрирует умеренную стойкость к различным коррозионным средам. Она хорошо работает в слабо коррозионных условиях, но подвержена точечной коррозии в средах с высоким содержанием хлоридов. По сравнению с аустенитными марками, такими как 304 или 316, 422 имеет меньшую коррозионную стойкость, что делает её менее подходящей для морских приложений.
Теплостойкость
| Свойство/лимит | Температура (°C) | Температура (°F) | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура непрерывной эксплуатации | 600 °C | 1112 °F | Подходит для высокотемпературных применений. |
| Максимальная температура прерывистой эксплуатации | 650 °C | 1202 °F | Может выдерживать кратковременное воздействие более высоких температур. |
| Температура обгорания | 800 °C | 1472 °F | Риск окисления при повышенных температурах. |
При повышенных температурах нержавеющая сталь 422 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению. Важно учитывать окружающую среду и потенциальное образование нагара при использовании этой марки стали в высокотемпературных приложениях.
Свойства изготовления
Сварочные свойства
| Процесс сварки | Рекомендуемый сварочный металл (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Комментарии |
|---|---|---|---|
| TIG | ER420 | Аргон | Рекомендуется предварительный прогрев. |
| MIG | ER420 | Аргон + CO2 | После сварки может потребоваться термообработка. |
Сварка нержавеющей стали 422 может быть сложной из-за высокого содержания углерода, что может привести к трещинам. Часто рекомендуется предварительный прогрев и термообработка после сварки, чтобы смягчить эти проблемы.
Обработаемость
| Параметр обработки | Нержавеющая сталь 422 | AISI 1212 | Комментарии/Советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 50 | 100 | Требуются более медленные скорости и более прочные инструменты. |
| Типичная скорость резания (точение) | 30 м/мин | 60 м/мин | Используйте карбидные инструменты для наилучших результатов. |
Обработка нержавеющей стали 422 требует тщательного учета скорости резания и инструмента из-за её твердости. Рекомендуются карбидные инструменты для эффективной обработки.
Формуемость
Нержавеющая сталь 422 имеет ограниченную формуемость из-за своей мартенситной структуры. Холодная обработка возможна, но может привести к упрочнению, требуя тщательного контроля радиуса изгиба, чтобы избежать трещин.
Термообработка
| 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 | Снижение твердости, улучшение пластичности. |
| Закалка | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30 минут | Масло или воздух | Увеличение твердости и прочности. |
Процессы термообработки значительно влияют на микроструктуру нержавеющей стали 422, повышая её твердость и прочность при потенциальном снижении пластичности.
Типичные применения и конечное использование
| Отрасль/сектор | Конкретный пример применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом применении | Причина выбора (кратко) |
|---|---|---|---|
| Аэрокосмическая | Компоненты турбины | Высокая прочность, износостойкость | Критично для производительности и безопасности. |
| Автомобильная | Компоненты клапанов | Коррозионная стойкость, прочность | Необходимо для долговечности при нагрузках. |
| Нефтегазовая | Валы насосов | Высокая прочность, вязкость | Требуется для высоконапряжённых условий. |
| Медицинская | Хирургические инструменты | Коррозионная стойкость, твердость | Обеспечивает долговечность и надежность. |
Другие применения включают:
- Морская арматура: где необходима умеренная коррозионная стойкость.
- Промышленное оборудование: компоненты, которые требуют высокой износостойкости.
Нержавеющая сталь 422 выбирается для этих приложений благодаря своей уникальной комбинации прочности, твердости и умеренной коррозионной стойкости, что делает её подходящей для сложных условий.
Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения
| Характеристика/Свойство | Нержавеющая сталь 422 | AISI 304 | AISI 316 | Краткое примечание о плюсах/минусах или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность | Умеренная | Умеренная | 422 предлагает превосходную прочность, но меньшую вязкость. |
| Ключевой аспект коррозии | Умеренная стойкость | Хорошая | Отличная | 422 менее устойчива к коррозии, чем аустенитные марки. |
| Сварочные свойства | Сложные | Хорошие | Хорошие | 422 требует тщательных практик сварки. |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Хорошая | 422 сложнее обрабатывать, чем аустенитные марки. |
| Формуемость | Ограниченная | Хорошая | Хорошая | 422 имеет меньшую формуемость из-за своей структуры. |
| Приблизительная относительная стоимость | Умеренная | Умеренная | Более высокая | Стоимость может варьироваться в зависимости от рыночных условий. |
| Типичная доступность | Умеренная | Высокая | Высокая | 422 может быть менее распространена на складах, чем 304 или 316. |
При выборе нержавеющей стали 422 следует учитывать её механические свойства, коррозионную стойкость и трудности в производстве. Важно взвесить эти факторы относительно конкретных требований приложения, чтобы обеспечить оптимальную производительность и долговечность. Стоимость нержавеющей стали 422 делает её привлекательным вариантом для приложений, где критична высокая прочность, однако её ограничения в коррозионной стойкости и свариваемости должны быть тщательно учтены.