Нержавеющая сталь Nitronic 40: свойства и ключевые применения
Поделиться
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.