Сталь M390 (Bohler PM Stainless): свойства и ключевые применения

Сталь M390, также известная как Bohler PM Stainless, является высокопроизводительной нержавеющей сталью, которая относится к категории мартенситных нержавеющих сталей. Она классифицируется как сталь порошковой металлургии, что позволяет достичь тонкой микроструктуры и улучшенных свойств. Основные легирующие элементы в M390 включают хром (Cr), молибден (Mo), ванадий (V) и углерод (C), каждый из которых значительно влияет на ее общие характеристики.

Комплексный обзор

Сталь M390 известна своей исключительной износостойкостью, коррозионной стойкостью и сохранением остроты, что делает ее популярным выбором в производстве ножей высокого класса и инструментах. Высокое содержание хрома (около 20%) обеспечивает отличную коррозионную стойкость, в то время как добавление молибдена и ванадия повышает ее твердость и износостойкость. Тонкая микроструктура, достигнутая благодаря порошковой металлургии, приводит к равномерному распределению карбидов, что способствует ее выдающимся механическим свойствам.

Преимущества стали M390:
- Исключительное сохранение остроты: M390 сохраняет свою остроту дольше, чем многие другие стали, что делает ее идеальной для режущих инструментов и ножей.
- Высокая коррозионная стойкость: Высокое содержание хрома обеспечивает отличную стойкость к ржавчине и коррозии, подходит для использования во влажных или сырых условиях.
- Хорошая прочность: Несмотря на свою твердость, M390 обладает хорошей прочностью, уменьшая риск сколики или поломки при использовании.

Ограничения стали M390:
- Сложность заточки: Твердость M390 может сделать ее сложной для заточки по сравнению с более мягкими сталями.
- Высокая стоимость: Как премиальная сталь, M390, как правило, дороже, чем стандартные нержавеющие стали.
- Ограниченная доступность: Несмотря на растущую популярность, M390 может быть не так широко доступна, как другие более распространенные марки.

Исторически сталь M390 нашла свою нишу на рынке высокопроизводительных материалов, особенно в производстве индивидуальных ножей и в высококачественных промышленных применениях, где ее уникальные свойства могут быть полностью использованы.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарий
UNS	S39000	США	Ближайший эквивалент Bohler M390
AISI/SAE	-	США	Не классифицируется непосредственно в рамках AISI/SAE
ASTM	A240	США	Стандартная спецификация для листов из нержавеющей стали
EN	1.4116	Европа	Похожие свойства, но могут отличаться по составу
JIS	-	Япония	Нет прямого эквивалента, но существуют аналогичные марки

Ближайшие эквиваленты M390, такие как 1.4116, могут иметь незначительные различия в составе, которые могут повлиять на производительность, особенно в сохранении остроты и коррозионной стойкости. Важно учитывать эти различия при выборе материалов для конкретных применений.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	1.90 - 2.10
Cr (Хром)	19.00 - 20.00
Mo (Молибден)	0.80 - 1.20
V (Ванадий)	0.10 - 0.50
Mn (Марганец)	0.30 - 0.50
Si (Силикон)	0.20 - 0.50
P (Фосфор)	≤ 0.03
S (Сера)	≤ 0.03

Основные легирующие элементы в стали M390 играют решающую роль в определении ее свойств:
- Хром (Cr): Обеспечивает коррозионную стойкость и способствует образованию твердой, износостойкой поверхности.
- Молибден (Mo): Повышает твердость и улучшает стойкость к точечной коррозии и коррозии в трещинах.
- Ванадий (V): Увеличивает износостойкость и помогает улучшить зернистую структуру, способствуя общей прочности.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Закалка	Типичное значение/Диапазон (Метрика - СИ)	Типичное значение/Диапазон (Имперская система)	Стандарт ссылки для метода тестирования
Прочность на разрыв	Закаленная и отпускная	2000 - 2200 МПа	290 - 320 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% сдвиг)	Закаленная и отпускная	1800 - 2000 МПа	261 - 290 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отпускная	6 - 8%	6 - 8%	ASTM E8
Твердость	Закаленная и отпускная	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Закаленная и отпускная	30 - 40 Дж при -20°C	22 - 30 фунт-фут при -4°F	ASTM E23

Комбинация высокой прочности на разрыв и предельной прочности, наряду с отличной твердостью, делает сталь M390 подходящей для применения в условиях высокой механической нагрузки и структурной целостности. Ее прочность обеспечивает устойчивость к ударам, что делает ее идеальной для требовательных условий.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (Метрика - СИ)	Значение (Имперская система)
Плотность	Комнатная температура	7.8 г/см³	0.282 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	25 Вт/м·К	17.3 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.119 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.7 µΩ·м	0.7 µΩ·дюйм
Коэффициент теплового расширения	Комнатная температура	10.5 x 10⁻⁶ /К	5.8 x 10⁻⁶ /°F

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют большое значение для применения в высокопроизводительных условиях. Высокая температура плавления свидетельствует о том, что M390 может выдерживать высокие температуры, не теряя структурной целостности, что делает ее подходящей для применения в процессах, связанных с теплообработкой.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлористые ионы	3-10%	20-60°C (68-140°F)	Хорошо	Риск точечной коррозии
Кислоты	10-30%	20-80°C (68-176°F)	Умеренно	Подвержено коррозии от напряжения
Щелочные растворы	5-20%	20-60°C (68-140°F)	Хорошо	В общем устойчиво
Атмосферные условия	-	-	Отлично	Показывает хорошие результаты во влажных условиях

Сталь M390 демонстрирует отличную устойчивость к атмосферной коррозии и особенно эффективна в влажных условиях. Однако, она подвержена точечной коррозии в условиях с высоким содержанием хлора, что является критическим аспектом для применения в морской или прибрежной среде. По сравнению с другими нержавеющими сталями, такими как 440C и S30V, M390 предлагает превосходную износостойкость и сохранение остроты, хотя может не работать так хорошо в сильно кислых условиях.

Тепловая устойчивость

Свойство/Граница	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	350 °C	662 °F	Подходит для длительного контакта
Максимальная температура периодической эксплуатации	400 °C	752 °F	Краткосрочный контакт без значительной деградации
Температура окисления	600 °C	1112 °F	Риск окисления при повышенных температурах

Сталь M390 сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает ее пригодной для применения в условиях термического воздействия. Однако длительное воздействие температур выше 350 °C может привести к окислению и образованию налета, что может повлиять на ее производительность.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичное защитное газ/флюс	Примечания
TIG	ER308L	Аргон	Рекомендуется предварительный подогрев
MIG	ER308L	Аргон/CO2	Требует тщательного контроля
Электродная сварка	E308L	-	Не рекомендуется для толстостенных изделий

Сталь M390 можно сваривать, но необходимо быть осторожным, чтобы избежать трещин. Часто рекомендуется предварительный подогрев, чтобы уменьшить риск термического удара. После сварки может потребоваться термообработка, чтобы снять напряжения и восстановить прочность.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь M390	Сталь AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	50%	100%	M390 сложнее обрабатывать
Типичная скорость резания	20-30 м/мин	50-70 м/мин	Используйте твердосплавные инструменты для наилучших результатов

Сталь M390 сложнее обрабатывать, чем стали с низким содержанием легирующих элементов, из-за своей твердости. Использование твердосплавных инструментов и соответствующих скоростей резания может улучшить обрабатываемость.

Формуемость

Сталь M390 показывает ограниченные возможности формовки из-за своей высокой твердости. Холодная формовка, как правило, не рекомендуется, в то время как горячая формовка может быть выполнена с осторожностью. Эффект упрочнения в работе может усложнять изгибание и формирование, требуя специализированных техник.

Термическая обработка

Процесс термической 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 масло	Снижение твердости, улучшение прочности
Закалка	1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F)	30-60 минут	Масло или воздух	Увеличение твердости и прочности
Отпуск	200 - 600 °C (392 - 1112 °F)	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, повышение прочности

Процессы термической обработки для стали M390 включают аустенитизацию с последующей закалкой и отпуском. Эти процессы приводят к получению тонкой микроструктуры, которая повышает твердость и износостойкость при сохранении прочности.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (Кратко)
Производство ножей	Ножи высокой кухни	Отличное сохранение остроты, коррозионная стойкость	Идеально для кулинарных применений
Инструменты	Прецизионные режущие инструменты	Высокая твердость, износостойкость	Подходит для требовательной механической обработки
Медицинские устройства	Хирургические инструменты	Коррозионная стойкость, биосовместимость	Необходимо для гигиеничности и долговечности
Автомобильная промышленность	Компоненты высокой производительности	Прочность, устойчивость к усталости	Критично для безопасности и надежности

Сталь M390 выбирается для применения, требующего высокой производительности и долговечности. Ее исключительное сохранение остроты делает ее любимой среди производителей ножей, в то время как ее коррозионная стойкость является жизненно важной в медицинских и автомобильных приложениях.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Особенность/Свойство	Сталь M390	Сталь 440C	Сталь S30V	Краткая заметка о достоинствах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая твердость	Умеренная твердость	Высокая прочность	M390 предлагает превосходную износостойкость
Ключевой аспект коррозии	Отлично	Хорошо	Хорошо	M390 превосходит в условиях повышенной влажности
Свариваемость	Умеренная	Хорошо	Умеренная	M390 требует аккуратных сварочных технологий
Обрабатываемость	Сложная	Хорошо	Умеренная	M390 сложнее обрабатывать, чем 440C
Формуемость	Ограничена	Хорошо	Умеренная	M390 менее формуемая из-за твердости
Примерная относительная стоимость	Высокая	Умеренная	Умеренная	M390 является премиальной сталью с более высокой стоимостью
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	M390 может быть не так легко доступна

При выборе стали M390 для конкретного применения важно учитывать ее механические свойства, коррозионную стойкость и проблемы обработки. Хотя она предлагает превосходную производительность во многих областях, ее более высокая стоимость и ограниченная доступность могут повлиять на процесс принятия решений. Понимание компромиссов между M390 и альтернативными марками, такими как 440C и S30V, может помочь в принятии обоснованных решений, соответствующих конкретным инженерным требованиям.