Нержавеющая сталь Nitronic 40: свойства и ключевые применения

Table Of Content

Table Of Content

Нитроник 40 из нержавеющей стали (21-6-9) — это аустенитная нержавеющая сталь, известная своей исключительной прочностью, коррозионной стойкостью и универсальностью в различных приложениях. Классифицированная под названием UNS S21900, она в основном легирована хромом, никелем и молибденом, которые способствуют её уникальным свойствам. Добавление азота увеличивает её прочность и улучшает устойчивость к ударным коррозиям и коррозии в зазорах, что делает её подходящей для трудных условий эксплуатации.

Общее описание

Нитроник 40 характеризуется высокой прочностью и отличной коррозионной стойкостью, особенно в морских и химических средах. Его состав обычно включает около 21% хрома, 6% никеля и 9% молибдена, а также азота, который значительно улучшает его механические свойства. Эта маркировка стали часто используется в приложениях, где критически важны как прочность, так и коррозионная стойкость.

Преимущества:
- Высокая прочность: Нитроник 40 демонстрирует превосходную прочность на разрыв по сравнению со стандартными нержавеющими сталями, что делает его идеальным для конструктивных приложений.
- Коррозионная стойкость: Обеспечивает отличную стойкость к широкому спектру коррозионных сред, включая морскую воду и кислотные условия.
- Универсальность: Эта сталь может использоваться в различных формах, включая листы, плиты и прутки, что позволяет применять её в разнообразных областях.

Ограничения:
- Стоимость: Легирующие элементы могут делать Нитроник 40 более дорогим, чем стандартные нержавеющие стали.
- Свариваемость: Хотя её можно сваривать, необходимо проявлять особое внимание, чтобы избежать проблем, таких как горячие трещины.

Исторически Нитроник 40 нашёл свою нишу в отраслях, таких как морская, химическая переработка и аэрокосмическая, где его уникальные свойства используются в высокопроизводительных приложениях.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация Наименование/Марка Страна/Регион происхождения Заметки/Комментарии
UNS S21900 США Основное наименование для Нитроник 40
AISI/SAE 21-6-9 США Общее использующееся наименование
ASTM A240/A240M США Стандартная спецификация для нержавеющих стальных плит
EN 1.3964 Европа Эквивалентное наименование в Европе
JIS SUS 329J1 Япония Ближайший эквивалент с незначительными составными отличиями

Различия между этими эквивалентными марками могут влиять на производительность, особенно в специфических коррозионных средах или условиях механической нагрузки. Например, хотя SUS 329J1 предлагает аналогичную коррозионную стойкость, она может не соответствовать характеристикам прочности Нитроник 40.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название) Процентный диапазон (%)
Cr (Хром) 20.0 - 22.0
Ni (Никель) 5.0 - 7.0
Mo (Молибден) 8.0 - 10.0
N (Азот) 0.1 - 0.3
Fe (Железо) Остальное

Основные легирующие элементы в Нитроник 40 играют важную роль:
- Хром: Увеличивает коррозионную стойкость и способствует образованию пассивного оксидного слоя.
- Никель: Улучшает прочность и пластичность, особенно при низких температурах.
- Молибден: Увеличивает устойчивость к ударным коррозиям и коррозии в зазорах, особенно в хлоридных средах.
- Азот: Увеличивает прочность и улучшает устойчивость к коррозионным трещинам от напряжений.

Механические свойства

Свойство Состояние/Температура Температура испытания Типичное значение/диапазон (метрические) Типичное значение/диапазон (имперские) Реферансный стандарт для метода испытания
Прочность на разрыв Отожжённая Комнатная температура 620 - 750 МПа 90 - 110 ksi ASTM E8
Прочность текучести (0.2% оффсет) Отожжённая Комнатная температура 310 - 450 МПа 45 - 65 ksi ASTM E8
Удлинение Отожжённая Комнатная температура 40% - 50% 40% - 50% ASTM E8
Твердость (Роквелл B) Отожжённая Комнатная температура 85 - 95 HB 85 - 95 HB ASTM E18
Ударная прочность Шарпи (20°C) 20°C 40 - 60 Дж 30 - 45 ft-lbf ASTM E23

Комбинация этих механических свойств делает Нитроник 40 подходящим для приложений, требующих высокой прочности и стойкости, таких как в конструктивных компонентах и морской среде.

Физические свойства

Свойство Состояние/Температура Значение (метрическое) Значение (имперское)
Плотность Комнатная температура 7.9 г/см³ 0.285 фунт/дюйм³
Температура плавления - 1400 - 1450 °C 2550 - 2642 °F
Теплопроводность Комнатная температура 16 Вт/м·К 92 BTU·in/h·ft²·°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

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, значимы для приложений, где вес и теплопередача критичны, таких как в аэрокосмической и автомобильной отраслях.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент Концентрация (%) Температура (°C/°F) Оценка стойкости Заметки
Хлориды 3-5% 25°C / 77°F Отлично Риск пitting
Серная кислота 10% 20°C / 68°F Хорошо Умеренная стойкость
Соляная кислота 5% 25°C / 77°F Умеренно Уязвимость к SCC
Морская вода - Окружающая Отлично Высокая стойкость

Нитроник 40 демонстрирует исключительную стойкость к различным коррозионным средам, особенно в морских приложениях. Его стойкость к пitting и коррозии в зазорах делает его подходящим для использования в морской воде и в окружающих хлоридах. Тем не менее, он может быть уязвим для коррозионных трещин от напряжений (SCC) в определённых кислотных условиях, особенно в присутствии хлоридов.

При сравнении с другими нержавеющими сталями, такими как 316L и 904L, Нитроник 40 часто превосходит по прочности и устойчивости к пitting, хотя 904L может предлагать более высокую стойкость в сильно кислотных средах.

Тепловая стойкость

Свойство/Лимит Температура (°C) Температура (°F) Комментарии
Макс. температура непрерывной службы 800 °C 1472 °F Подходит для высокотемпературных приложений
Макс. температура прерывистого обслуживания 900 °C 1652 °F Только краткосрочное воздействие
Температура окисления 1000 °C 1832 °F Риск окисления выше этого предела

Нитроник 40 сохраняет свою прочность и коррозионную стойкость при повышенных температурах, что делает его подходящим для приложений в условиях высоких температур. Тем не менее, длительное воздействие температур выше 800 °C может привести к окислению и образованию налета, что может поставить под угрозу его целостность.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки Рекомендуемый добавочный металл (классификация AWS) Типичный защитный газ/флюс Комментарии
TIG ER309L Аргон Хорошие результаты при правильной технологии
MIG ER308L Аргон + 2% CO2 Подходит для тонких секций
SMAW E309L - Требует предварительного нагрева для толстых секций

Нитроник 40 можно сваривать различными методами, включая TIG и MIG. Важно использовать соответствующие добавочные металлы для обеспечения совместимости и избегания дефектов, таких как горячие трещины. Предварительный нагрев может потребоваться для более толстых секций, чтобы минимизировать риск трещин.

Обрабатываемость

Параметр обработки Нитроник 40 AISI 1212 Заметки/Советы
Относительный индекс обрабатываемости 50 100 Требует более медленных скоростей резания
Типичная скорость резания (Точение) 30 м/мин 60 м/мин Используйте карбидные инструменты для наилучших результатов

Обработка Нитроник 40 может быть сложной из-за его характеристик упрочнения. Рекомендуется использовать карбидные инструменты и сниженные скорости резания для достижения оптимальных результатов.

Формуемость

Нитроник 40 обладает хорошей формуемостью, что позволяет применять процессы холодной и горячей обработки. Тем не менее, важно учитывать его поведение при упрочнении, что может потребовать тщательного контроля радиусов сгиба и методов формовки, чтобы избежать трещин.

Термическая обработка

Процесс обработки Температурный диапазон (°C/°F) Типичное время выдержки Метод охлаждения Основная цель/Ожидаемый результат
Растворное отжиг 1040 - 1150 °C / 1900 - 2100 °F 30 минут Воздух или вода Растворение карбидов, улучшение пластичности
Снятие напряжений 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F 1 час Воздух Снижение остаточных напряжений

Процессы термической обработки, такие как растворное отжиг, улучшают микроструктуру Нитроник 40, повышая его пластичность и стойкость. Металлургические преобразования в процессе этих обработок могут значительно влиять на производительность стали в различных приложениях.

Типичные приложения и области применения

Отрасль/Сектор Пример конкретного применения Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении Причина выбора (кратко)
Морская Валы пропеллеров Высокая прочность, коррозионная стойкость Воздействие морской воды
Химическая переработка Компоненты насосов Отличная коррозионная стойкость Работа с агрессивными химическими веществами
Аэрокосмическая Структурные компоненты Высокое отношение прочности к весу Критические нагрузки
Нефть и газ Компоненты клапанов Устойчивость к пitting и коррозионным трещинам Жесткие условия окружающей среды

Другие приложения включают:
- Соединительные элементы в морских условиях
- Теплообменники в химических заводах
- Компоненты в оборудовании для переработки продуктов питания

Нитроник 40 выбирается для этих приложений из-за своей уникальной комбинации прочности, коррозионной стойкости и универсальности, что делает его идеальным для трудных условий эксплуатации.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие выводы

Свойство/особенность Нитроник 40 316L 904L Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссе
Ключевое механическое свойство Высокая прочность Умеренная прочность Высокая прочность Нитроник 40 предлагает превосходную прочность
Ключевой аспект коррозии Отлично Хорошо Отлично Нитроник 40 превосходит в устойчивости к пitting
Свариваемость Умеренная Хорошо Хорошо Требует осторожности, чтобы избежать трещин
Обрабатываемость Умеренная Хорошо Умеренная Более сложная, чем 316L
Формуемость Хорошо Хорошо Хорошо Похожие характеристики формуемости
Приблизительная относительная стоимость Выше Умеренная Выше Стоимость может быть фактором в выборе
Типичная доступность Умеренная Высокая Умеренная 316L более часто доступен

При выборе Нитроник 40 учитываются его рентабельность, доступность и конкретные требования к производительности. Хотя он может быть дороже стандартных нержавеющих сталей, его превосходные свойства часто оправдывают инвестиции в критических приложениях. Кроме того, его магнитные свойства незначительны, что делает его подходящим для приложений, где необходимо минимизировать магнетизм.

В заключение, Нитроник 40 (21-6-9) — это высокопроизводительная нержавеющая сталь, которая предлагает уникальную комбинацию прочности, коррозионной стойкости и универсальности, что делает её отличным выбором для требовательных приложений в различных отраслях.

Вернуться к блогу

Комментировать