Нержавеющая сталь с осажденными фазами: свойства и основные применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Прецизионная закаленная нержавеющая сталь (категория PH) представляет собой специализированный класс нержавеющей стали, характеризующийся своей уникальной способностью достигать высокой прочности и твердости посредством термической обработки, известной как осаждение твердых растворов. Этот класс стали обычно относится к категории мартенситных нержавеющих сталей, которые известны своей высокой прочностью и умеренной коррозионной стойкостью. Основные легирующие элементы в PH нержавеющих сталях включают никель, хром и медь, с вариациями других элементов, таких как молибден и алюминий, которые играют критическую роль в улучшении свойств материала.
Общее описание
Определяющие характеристики прецизионной закаленной нержавеющей стали включают отличные механические свойства, хорошую коррозионную стойкость и возможность термической обработки для достижения высоких уровней прочности. Эти стали часто используются в приложениях, требующих высоких соотношений прочности к массе, таких как компоненты аэрокосмической техники, медицинские устройства и высокопроизводительные автомобильные запчасти.
Преимущества:
- Высокая прочность: PH нержавеющие стали могут достигать прочности на разрыв, превышающей 1200 МПа (174000 psi) после соответствующей термической обработки.
- Коррозионная стойкость: Они предлагают хорошую устойчивость к различным коррозионным средам, что делает их подходящими для требовательных приложений.
- Универсальность: Возможность подбора свойств с помощью термической обработки позволяет использовать их в широком диапазоне приложений.
Ограничения:
- Сварка: Хотя некоторые сорта могут быть сварчены, другим могут потребоваться специальные техники или заполнители, чтобы избежать трещин.
- Стоимость: Легирующие элементы и обработки могут сделать PH нержавеющие стали дороже стандартных нержавеющих сталей.
Исторически, PH нержавеющие стали приобрели популярность с момента их разработки в середине 20-го века, особенно в отраслях, где прочность и коррозионная стойкость имеют первостепенное значение. Их рыночная позиция крепка, с увеличением спроса на высоких технологиях.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Класс | Страна/Регион происхождения | Примечания |
|---|---|---|---|
| UNS | S17400 | США | Ближайший эквивалент AISI 630 |
| AISI/SAE | 630 | США | Общепринятое обозначение |
| ASTM | A693 | США | Стандартная спецификация для осаждения твердых растворов |
| EN | 1.4542 | Европа | Незначительные составные различия, о которых следует знать |
| JIS | SUS630 | Япония | Похожие свойства, но могут различаться в специфических приложениях |
Различия между этими марками могут существенно повлиять на производительность в конкретных приложениях. Например, хотя UNS S17400 и AISI 630 часто считаются эквивалентными, небольшие вариации в составе могут привести к различиям в коррозионной стойкости и механических свойствах, которые должны быть тщательно оценены при выборе материала.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (символ и название) | Процентный диапазон (%) |
|---|---|
| C (Углерод) | 0.07 - 0.15 |
| Cr (Хром) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (Никель) | 4.0 - 6.0 |
| Cu (Медь) | 3.0 - 5.0 |
| Mo (Молибден) | 0.0 - 1.0 |
| Al (Алюминий) | 0.0 - 0.5 |
Основная роль ключевых легирующих элементов в PH нержавеющей стали включает:
- Хром: Увеличивает коррозионную стойкость и способствует образованию защитного оксидного слоя.
- Никель: Улучшает прочность и пластичность, помогая поддерживать прочность при высоких температурах.
- Медь: Способствует осаждению твердых растворов, увеличивая прочность и твердость за счет образования медьсодержащих фаз во время термической обработки.
Механические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Температура испытания | Типичное значение/Диапазон (метрическое) | Типичное значение/Диапазон (имперское) | Ссылочный стандарт для метода испытания |
|---|---|---|---|---|---|
| Прочность на разрыв | Отожженное | Комнатная температура | 620 - 850 МПа | 90 - 123 ksi | ASTM E8 |
| Предельная прочность (сдвиг 0.2%) | Отожженное | Комнатная температура | 450 - 600 МПа | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Отожженное | Комнатная температура | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Твердость (Роквелл C) | Отожженное | Комнатная температура | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| Ударная прочность | Отожженное | -196°C | 40 - 60 Дж | 30 - 44 ft-lbf | ASTM E23 |
Комбинация этих механических свойств делает PH нержавеющую сталь особенно подходящей для приложений, требующих высокой прочности и устойчивости к деформации под нагрузкой. Ее высокая предельная прочность позволяет выдерживать значительную нагрузку, в то время как свойства удлинения обеспечивают поглощение энергии без разрушения.
Физические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Значение (метрическое) | Значение (имперское) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Комнатная температура | 7.9 г/см³ | 0.286 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Теплопроводность | Комнатная температура | 15 Вт/м·К | 87 BTU·in/ч·фут²·°F |
| Удельная теплоемкость | Комнатная температура | 500 Дж/кг·К | 0.12 BTU/фунт·°F |
| Электрическое сопротивление | Комнатная температура | 0.72 мкОм·м | 0.00000072 Ом·м |
Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют значительное значение для приложений в аэрокосмической и автомобильной отраслях, где экономия веса и термическое управление являются критическими. Относительно низкая теплопроводность может быть преимуществом в приложениях, где требуется тепловая изоляция.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Хлориды | 3.5 | 25 | Хорошо | Риск коррозии с образованием ямок |
| Серная кислота | 10 | 50 | Умеренно | Уязвимость к SCC |
| Уксусная кислота | 5 | 25 | Отлично | Устойчивость к локализованной коррозии |
| Морская вода | - | 25 | Хорошо | Умеренная стойкость |
Прецизионная закаленная нержавеющая сталь демонстрирует хорошую стойкость к различным коррозионным средам, включая хлориды и кислоты. Однако она подвержена локализованным формам коррозии, таким как коррозия с образованием ямок и коррозионное растрескивание (SCC) в средах, богатых хлоридами. По сравнению с аустенитными нержавеющими сталями, такими как 316, PH нержавеющие стали могут предложить лучшую прочность, но могут быть менее стойкими к некоторым коррозионным агентам.
Температурная стойкость
| Свойство/Предел | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Макс. температура непрерывного использования | 300 | 572 | Подходит для применения при высоких температурах |
| Макс. температура прерывистого использования | 400 | 752 | Только краткосрочное воздействие |
| Температура образования окалины | 600 | 1112 | Риск окисления при высоких температурах |
При повышенных температурах PH нержавеющие стали сохраняют свои механические свойства, но могут подвержены окислению и образованию окалины. Максимальная температура непрерывного использования критически важна для приложений в условиях высоких температур, таких как газовые турбины и теплообменники.
Свойства обрабатываемости
Сварка
| Процесс сварки | Рекомендуемая сварочная проволока (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| TIG | ER630 | Аргон | Может потребоваться предварительный подогрев |
| MIG | ER630 | Аргон/CO2 | Рекомендуется постсварочная термическая обработка |
Сварка может быть проблемой для PH нержавеющих сталей из-за их уязвимости к трещинам. Предварительный подогрев и постсварочные термические обработки часто необходимы для минимизации этих рисков и обеспечения целостности сварного шва.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | [PH нержавеющая сталь] | Эталонная сталь (AISI 1212) | Примечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Относительный индекс обрабатываемости | 50 | 100 | Требует карбидного инструмента |
| Типичная скорость резки (токарная) | 30 м/мин | 60 м/мин | Используйте охлаждающую жидкость для наилучших результатов |
Обрабатываемость средняя, и хотя PH нержавеющие стали могут обрабатываться эффективно, им требуются специфические инструменты и технологии для достижения оптимальных результатов.
Формуемость
Прецизионная закаленная нержавеющая сталь, как правило, менее формуемая, чем другие марки нержавеющей стали из-за своей высокой прочности. Холодная формовка возможна, но может требовать внимательного контроля радиусов сгибов, чтобы избежать трещин. Горячая формовка может выполняться при повышенных температурах, но следует быть осторожным, чтобы избежать чрезмерного окисления.
Термическая обработка
| Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Решение | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 1 - 2 часа | Воздух | Растворение осадков |
| Старение | 480 - 620 / 896 - 1148 | 4 - 24 часа | Воздух | Осаждение твердых растворов |
Во время термической обработки микроструктура PH нержавеющей стали трансформируется, что приводит к осаждению мелких частиц, которые усиливают прочность и твердость. Этот процесс критически важен для достижения желаемых механических свойств.
Типичные приложения и конечное использование
| Отрасль/Сектор | Пример конкретного применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом применении | Причина выбора (кратко) |
|---|---|---|---|
| Аэрокосмическая | Компоненты самолетов | Высокая прочность, легкость | Критично для производительности |
| Медицинская | Хирургические инструменты | Коррозионная стойкость, биосовместимость | Безопасность и надежность |
| Автомобильная | Компоненты двигателя | Высокое соотношение прочности к весу | Производительность и эффективность |
| Нефтяная и газовая | Компоненты клапанов | Коррозионная стойкость, высокая прочность | Долговечность в жестких условиях |
Другие приложения включают:
- Морское оборудование
- Оборудование для химической переработки
- Крепеж и fittings
Выбор PH нержавеющей стали для этих приложений основан на ее уникальном сочетании прочности, коррозионной стойкости и возможности настройки через термическую обработку.
Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие insights
| Особенность/Свойство | [PH нержавеющая сталь] | [Альтернативное качество 1] | [Альтернативное качество 2] | Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность | Умеренная прочность | Высокая коррозионная стойкость | Компромисс между прочностью и коррозионной стойкостью |
| Ключевой аспект коррозии | Хорошо | Отлично | Умеренно | Учитывать окружение применения |
| Сварка | Умеренно | Хорошо | Плохо | Техники сварки значительно различаются |
| Обрабатываемость | Умеренно | Высокая | Низкая | Требования к инструментам отличаются |
| Формуемость | Низкая | Умеренная | Высокая | Формуемость влияет на варианты дизайна |
| Приблизительная относительная стоимость | Высокая | Умеренная | Низкая | Компромисс между стоимостью и производительностью |
| Типичная доступность | Умеренная | Высокая | Высокая | Доступность может повлиять на выбор |
При выборе Прецизионной закаленной нержавеющей стали необходимо учитывать конкретные механические и коррозионные свойства, необходимые для применения, а также такие факторы, как стоимость, доступность и сложности обработки. Баланс между прочностью, коррозионной стойкостью и простотой обработки является решающим при определении наиболее подходящего материала для данного применения.