Нержавеющая сталь 455: Свойства и основные применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
455 нержавеющая сталь, также известная как Custom 455, является мартенситной нержавеющей сталью, получившей признание за свое уникальное сочетание высокой прочности, коррозионной стойкости и хорошей обрабатываемости. Она классифицируется прежде всего как мартенситная нержавеющая сталь и характеризуется высоким содержанием хрома и никеля, которые способствуют ее общим свойствам. Основные легирующие элементы включают хром (Cr), никель (Ni) и молибден (Mo), каждый из которых играет решающую роль в определении характеристик стали.
Полный обзор
455 нержавеющая сталь предназначена для применения, требующего высокой прочности и умеренной коррозионной стойкости. Ее состав обычно включает около 15-17% хрома, 4-6% никеля и 0.5-1.5% молибдена, что улучшает ее механические свойства и стойкость к окислению. Мартенситная структура позволяет проводить термообработку, что позволяет материалу достигать высокой твердости и прочности.
Ключевые характеристики:
- Высокая прочность: Обеспечивает отличную прочность на растяжение и текучесть, что делает ее подходящей для требовательных приложений.
- Коррозионная стойкость: Обеспечивает хорошую стойкость к различным коррозионным средам, хотя и не так высока, как у аустенитных марок.
- Обрабатываемость: Может легко обрабатываться и свариваться, хотя необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать трещин во время сварки.
Преимущества:
- Высокое соотношение прочности к весу.
- Хорошая стойкость к износу.
- Подходит для термообработки для улучшения свойств.
Ограничения:
- Умеренная коррозионная стойкость по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями.
- Подверженность коррозионным трещинам в определенных средах.
Исторически, 455 нержавеющая сталь использовалась в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях благодаря своим благоприятным свойствам. Ее рыночная позиция сильна, особенно в отраслях, где требуются высокопроизводительные материалы.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Группа | Страна/Регион происхождения | Примечания/Комментарии |
|---|---|---|---|
| UNS | S45500 | США | Ближайший эквивалент AISI 630 |
| AISI/SAE | 455 | США | Мартенситная нержавеющая сталь |
| ASTM | A313 | США | Стандартная спецификация для проволоки |
| EN | 1.4542 | Европа | Свойства, аналогичные AISI 630 |
| JIS | SUS 630 | Япония | Незначительные различия в составе |
В таблице выше показаны различные стандарты и обозначения, связанные с 455 нержавеющей сталью. Следует отметить, что, хотя такие марки, как AISI 630 и EN 1.4542, часто считаются эквивалентными, они могут иметь тонкие различия в составе, которые могут повлиять на производительность в конкретных приложениях. Например, содержание никеля в AISI 630 немного ниже, что может повлиять на ее долговечность и коррозионную стойкость.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (символ и название) | Доля (%) |
|---|---|
| Cr (Хром) | 15.0 - 17.0 |
| Ni (Никель) | 4.0 - 6.0 |
| Mo (Молибден) | 0.5 - 1.5 |
| C (Углерод) | 0.05 - 0.15 |
| Mn (Марганец) | 0.5 - 1.0 |
| Si (Кремний) | 0.5 - 1.0 |
| P (Фосфор) | ≤ 0.04 |
| S (Сера) | ≤ 0.03 |
Основные легирующие элементы в 455 нержавеющей стали выполняют различную роль:
- Хром: Увеличивает коррозионную стойкость и способствует образованию защитного оксидного слоя.
- Никель: Улучшает прочность и塑ичность, обеспечивая лучшую производительность под нагрузкой.
- Молибден: Увеличивает стойкость к кавитационной коррозии и коррозии в трещинах, особенно в условиях сольвистой среды.
Механические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Температура испытания | Типичное значение/интервал (метрические) | Типичное значение/интервал (имперские) | Справочный стандарт для испытательного метода |
|---|---|---|---|---|---|
| Прочность на растяжение | Отожженная | Комнатная температура | 860 - 1030 МПа | 125 - 150 ksi | ASTM E8 |
| Текучесть (0.2% смещение) | Отожженная | Комнатная температура | 620 - 800 МПа | 90 - 116 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Отожженная | Комнатная температура | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Твердость (по Роквеллу C) | Отожженная | Комнатная температура | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| Ударная прочность | Отожженная | -40°C | 30 Дж | 22 фут-фунтов | ASTM E23 |
Механические свойства 455 нержавеющей стали делают ее особенно подходящей для применения, связанного с высокими механическими нагрузками. Ее высокая прочность на растяжение и текучесть позволяет выдерживать значительные нагрузки, в то время как ее удлинение и ударная прочность обеспечивают поглощение энергии без разрушения.
Физические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Значение (метрические) | Значение (имперские) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Комнатная температура | 7.75 г/см³ | 0.28 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1450 - 1500 °C | 2642 - 2732 °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 теплового расширения | Комнатная температура | 16.5 x 10⁻⁶/К | 9.2 x 10⁻⁶/°F |
Физические свойства 455 нержавеющей стали, такие как ее плотность и температура плавления, являются критически важными для приложений, требующих производительности при высоких температурах. Ее теплопроводность умеренная, что делает ее подходящей для приложений, где отвод тепла необходим, но не критичен.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Хлориды | 3-10 | 20-60 | Удовлетворительная | Риск кавитационной коррозии |
| Серная кислота | 10-30 | 20-40 | Плохая | Не рекомендуется |
| Уксусная кислота | 5-20 | 20-60 | Хорошая | Умеренная стойкость |
| Морская вода | - | 20-30 | Удовлетворительная | Риск коррозии в трещинах |
455 нержавеющая сталь демонстрирует хорошую стойкость к различным коррозионным средам, особенно в умеренных условиях. Однако она подвержена кавитационной коррозии в условиях с высоким содержанием хлора, что является критическим моментом для приложений в морской или прибрежной среде. По сравнению с аустенитными марками, такими как нержавеющая сталь 316, которая предлагает превосходную коррозионную стойкость, 455 менее предпочтительна в условиях высокой коррозии.
Тепловая стойкость
| Свойство/Лимит | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура длительной эксплуатации | 600 °C | 1112 °F | Подходит для высокотемпературных применений |
| Максимальная температура временной эксплуатации | 650 °C | 1202 °F | Только кратковременное воздействие |
| Температура образования оксида | 800 °C | 1472 °F | Риск окисления при высоких температурах |
| Сила сдвига | 500 °C | 932 °F | Стойкость к сдвигу уменьшается выше этой температуры |
455 нержавеющая сталь сохраняет свою прочность и твердость при повышенных температурах, что делает ее подходящей для приложений, предельно связанных с воздействием тепла. Однако длительное воздействие температур выше 600 °C может привести к окислению и образованию оксидного слоя, что может нарушить ее структурную целостность.
Свойства изготовления
Свариваемость
| Процесс сварки | Рекомендуемый наполнителей (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| TIG | ER455 | Аргон | Рекомендуется подогрев |
| MIG | ER308L | Аргон/CO2 | Рекомендуется термообработка после сварки |
| SMAW | E308L | - | Необходима осторожность, чтобы избежать трещин |
455 нержавеющая сталь может быть сварена различными методами, включая сварку TIG и MIG. Однако обычно рекомендуется подогрев, чтобы минимизировать риск образования трещин. Термообработка после сварки может дополнительно улучшить механические свойства сварного шва.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | 455 нержавеющая сталь | AISI 1212 | Примечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 60% | 100% | Требует инструмента высокой скорости |
| Типичная скорость резания (точение) | 30-50 м/мин | 60-80 м/мин | Используйте охладитель, чтобы предотвратить перегрев |
Обрабатываемость 455 нержавеющей стали умеренная, требующая тщательного выбора режущих инструментов и скоростей. Рекомендуется использовать инструмент из быстрорежущей стали или карбидные инструменты для достижения оптимальных результатов.
Формовка
455 нержавеющая сталь демонстрирует умеренные формовочные свойства, что делает ее подходящей для холодных и горячих формовочных процессов. Однако из-за высокой прочности рекомендуется использовать больший радиус изгиба, чтобы избежать трещин во время формовки.
Термообработка
| Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 1-2 часа | Воздух или вода | Уменьшение жесткости, улучшение пластичности |
| Закалка | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30 минут | Масло или воздух | Увеличение твердости и прочности |
| Отпуск | 500 - 600 °C / 932 - 1112 °F | 1 час | Воздух | Снижение хрупкости, улучшение прочности |
Процессы термообработки для 455 нержавеющей стали значительно влияют на ее микроструктуру и свойства. Отжиг смягчает материал, в то время как закалка увеличивает прочность. Отпуск имеет важное значение для снижения хрупкости после закалки.
Типичные приложения и конечные применения
| Отрасль/Сектор | Конкретный пример применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении | Причина выбора |
|---|---|---|---|
| Aerospace | Компоненты для авиации | Высокая прочность, коррозионная стойкость | Легкость и долговечность |
| Automotive | Части двигателя | Высокая прочность, хорошая обрабатываемость | Производительность и надежность |
| Medical | Хирургические инструменты | Коррозионная стойкость, биосовместимость | Безопасность и долговечность |
Другие применения включают:
- Компоненты для нефтегазовой промышленности
- Морское оборудование
- Крепежи и фитинги
Выбор 455 нержавеющей стали для аэрокосмических и автомобильных применений прежде всего обусловлен высоким соотношением прочности к весу, что является важным для производительности и эффективности.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения
| Особенность/Свойство | 455 нержавеющая сталь | AISI 316 нержавеющая сталь | AISI 420 нержавеющая сталь | Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность | Отличная коррозионная стойкость | Умеренная прочность | 455 прочнее, но менее коррозионно стойка |
| Ключевой аспект коррозии | Удовлетворительная стойкость в хлоридах | Отличная стойкость в хлоридах | Плохая стойкость в хлоридах | 455 подходит для умеренных условий |
| Свариваемость | Умеренная | Хорошая | Удовлетворительная | 455 требует осторожности для избежания трещин |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Плохая | 455 требует инструмента высокой скорости |
| Формовка | Умеренная | Хорошая | Удовлетворительная | 455 имеет большую прочность, что ограничивает формовку |
| Приблизительная относительная стоимость | Умеренная | Более высокая | Ниже | Стоимость варьируется в зависимости от рыночного спроса |
| Типичная доступность | Умеренная | Высокая | Умеренная | 455 менее распространена, чем 316 |
При выборе 455 нержавеющей стали необходимо учитывать ее механические свойства, коррозионную стойкость и доступность. Хотя она предлагает высокую прочность, это может быть не лучший выбор для высококоррозионных сред по сравнению с аустенитными марками. Ее умеренные стоимость и доступность делают ее жизнеспособным вариантом для различных применений, особенно там, где приоритетом является прочность перед коррозионной стойкостью.
В заключение, 455 нержавеющая сталь является универсальным материалом, который балансирует прочность и коррозионную стойкость, что делает его подходящим для широкого спектра инженерных применений. Ее уникальные свойства и характеристики обработки обеспечивают значительные преимущества в требовательных условиях, в то время как осторожное внимание к ее ограничениям имеет важное значение для оптимальной производительности.