XM-19 нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

XM-19 нержавеющая сталь, также известная как Nitronic 50, классифицируется как аустенитная нержавеющая сталь. Этот сорт примечателен своей высокой прочностью, отличной коррозионной стойкостью и выдающейся износостойкостью, что делает его подходящим для множества требовательных применений. Основные легирующие элементы в XM-19 включают хром, никель и марганец, которые способствуют его уникальным свойствам.

1 Комплексный обзор

XM-19 характеризуется исключительными механическими свойствами, включая высокую прочность на растяжение и предел текучести, которые сохраняются даже при повышенных температурах. Композиция сплава позволяет ему выдерживать жесткие условия, включая среды с высокой концентрацией хлоридов, что делает его предпочтительным выбором в морских приложениях и химической переработке.

Преимущества XM-19:
- Высокая прочность: XM-19 демонстрирует превосходную прочность на растяжение и предел текучести по сравнению со многими другими нержавеющими сталями, что делает его идеальным для конструкционных приложений.
- Коррозионная стойкость: Обеспечивает отличную стойкость к питтингу и коррозии в трещинах, особенно в хлоридных средах.
- Износостойкость: Твердость сплава способствует его износостойкости, что делает его подходящим для приложений, связанных с трением и абразией.

Ограничения XM-19:
- Стоимость: Легирующие элементы могут делать XM-19 более дорогим, чем другие нержавеющие стали.
- Свариваемость: Хотя его можно сваривать, требуется особая осторожность, чтобы избежать таких проблем, как горячая трещинообразование.
- Работа в режиме упрочнения: Материал может быстро упрочняться, что может усложнить процессы механической обработки.

Исторически XM-19 получил популярность в таких отраслях, как авиация, морская промышленность и химическая переработка, благодаря уникальному сочетанию свойств, что делает его ценным материалом в приложениях с высокими требованиями.

2 Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	S20910	США	Ближайший эквивалент AISI 316, но с улучшенными свойствами.
AISI/SAE	XM-19	США	Известен своей высокой прочностью и коррозионной стойкостью.
ASTM	A240	США	Стандартная спецификация для пластин из нержавеющей стали.
EN	1.3964	Европа	Эквивалентный класс в европейских стандартах.
JIS	SUS 329J3	Япония	Похожие свойства, но могут быть небольшие различия в композиции.

Различия между XM-19 и его эквивалентами часто заключаются в конкретных процентных соотношениях легирующих элементов, что может повлиять на производительность в определенных условиях. Например, хотя и XM-19, и AISI 316 предлагают хорошую коррозионную стойкость, более высокое содержание азота в XM-19 повышает его прочность и износостойкость.

3 Ключевые свойства

3.1 Химический состав

Элемент (Символ и название)	Диапазон процентного содержания (%)
Cr (Хром)	19.0 - 21.0
Ni (Никель)	8.0 - 10.0
Mn (Марганец)	5.0 - 7.0
N (Азот)	0.1 - 0.3
Si (Силикон)	0.5 макс
C (Углерод)	0.03 макс
P (Фосфор)	0.045 макс
S (Сера)	0.03 макс

Ключевые легирующие элементы в XM-19 играют важные роли:
- Хром: Улучшает коррозионную стойкость и способствует образованию защитного оксидного слоя.
- Никель: Улучшает прочность и пластичность, позволяя стали сохранять прочность при повышенных температурах.
- Марганец: Увеличивает прочность и твердость, а также усиливает устойчивость стали к износу.
- Азот: Подходит как укрепляющий элемент, улучшая общие механические свойства без значительного увеличения веса.

3.2 Механические свойства

Свойство	Условия/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрическая система - SI)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженное	620 - 860 МПа	90 - 125 ksi	ASTM E8
Предел текучести (0.2% отклонение)	Отожженное	310 - 550 МПа	45 - 80 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженное	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Твердость (Роквелл B)	Отожженное	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
Ударная прочность (Шарпи)	-40°C	50 Дж	37 фт-лб	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на растяжение и предела текучести, а также хорошего удлинения делает XM-19 подходящим для приложений, требующих конструкционной целостности при механической нагрузке. Его ударная прочность при низких температурах также обеспечивает надежность в холодной среде.

3.3 Физические свойства

Свойство	Условия/Температура	Значение (метрическая система - SI)	Значение (имперская система)
Плотность	Комнатная температура	8.0 г/см³	0.289 фунт/дюйм³
Температура/Диапазон плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16.3 Вт/м·К	112 BTU·дюйм/(час·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.119 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 мкОм·м	0.0000013 Ом·дюйм
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	16.5 x 10⁻⁶ /°C	9.2 x 10⁻⁶ /°F

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют решающее значение для приложений, где важны вес и теплопередача. Относительно высокая температура плавления позволяет XM-19 использовать в высокотемпературных условиях без потери конструкционной целостности.

3.4 Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Примечания
Хлориды	3-10	20-60 / 68-140	Отлично	Риск питтинга в застойных условиях.
Серная кислота	10-30	20-60 / 68-140	Хорошо	Подвержен трещинообразованию от напряжений.
Морская вода	-	При комнатной температуре	Отлично	Высокая стойкость к морским условиям.
Соляная кислота	5-20	20-60 / 68-140	Умеренно	Не рекомендуется для высоких концентраций.

XM-19 демонстрирует отличную устойчивость к различным коррозионным агентам, особенно в морских условиях. Однако важно отметить, что хотя он хорошо работает в средах с высоким содержанием хлоридов, он может быть подвержен трещинообразованию от напряжений в присутствии определенных кислот. По сравнению с классами, такими как AISI 316, XM-19 предлагает превосходную стойкость к питтингу и коррозии в трещинах, что делает его предпочтительным выбором в более суровых условиях.

4 Тепловая стойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывного обслуживания	800 °C	1472 °F	Подходит для высокотемпературных приложений.
Максимальная температура прерывистого обслуживания	900 °C	1652 °F	Может выдерживать кратковременное воздействие более высоких температур.
Температура растрескивания	1000 °C	1832 °F	Начинает терять устойчивость к окислению выше этой температуры.

XM-19 сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает его подходящим для приложений в условиях высокой температуры. Его устойчивость к окислению позволяет ему хорошо работать в условиях, где другие нержавеющие стали могут потерпеть неудачу.

5 Свойства обработки

5.1 Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	ТипичGas/Flux	Примечания
TIG	ER309L	Аргон	Рекомендуется подогрев, чтобы избежать трещин.
MIG	ER308L	Аргон + CO2	Требует тщательного контроля теплового ввода.
Stick	E309L	-	Подходит для сварки в нестандартном положении.

XM-19 можно сваривать с использованием стандартных техник, но необходимо осторожно избегать горячего трещинообразования. Подогрев и термообработка после сварки могут помочь смягчить эти риски. Выбор filler metal является решающим для обеспечения совместимости и сохранения коррозионной стойкости.

5.2 Обрабатываемость

Параметр обработки	XM-19	AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	50	100	XM-19 труднее обрабатывать.
Типичная скорость резания (Токарная обработка)	30 м/мин (98 фт/мин)	60 м/мин (197 фт/мин)	Используйте карбидные инструменты для достижения лучших результатов.

Обработка XM-19 требует тщательного учета инструментов и скоростей резания. Характеристики упрочнения сплава могут привести к увеличенному износу инструмента, требуя использования качественных резцов и подходящих скоростей.

5.3 Формуемость

XM-19 демонстрирует хорошую формуемость, позволяя проводить процессы холодной и горячей формовки. Однако, из-за его природы упрочнения, необходимо тщательно контролировать радиусы изгиба и методы формовки, чтобы избежать трещин.

5.4 Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время настаивания	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Растворное отжиг	1040 - 1150 °C / 1900 - 2100 °F	30 минут	Воздух или вода	Растворить карбиды и улучшить пластичность.
Снятие напряжений	600 - 800 °C / 1112 - 1472 °F	1 час	Воздух	Снизить остаточные напряжения.

Процессы термообработки, такие как растворное отжиг, улучшают пластичность и прочность сплава, растворяя карбиды и уточняя микроструктуру. Эта обработка имеет решающее значение для достижения оптимальных механических свойств.

6 Типичные приложения и конечные применения

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Авиакосмическая	Компоненты самолетов	Высокая прочность, коррозионная стойкость	Легкие и прочные материалы имеют решающее значение.
Морская	Фурнитура для лодок	Отличная устойчивость к морской воде	Предотвращает коррозию в суровых морских условиях.
Химическая переработка	Валы насосов	Износостойкость, коррозионная стойкость	Критично для долговечности в агрессивных условиях.
Нефть и газ	Компоненты клапанов	Высокая прочность, стойкость к сероводороду	Критически важно для безопасности и надежности в процессах добычи.

Другие приложения включают:
- Медицинские устройства
- Оборудование для переработки продуктов питания
- Архитектурные приложения

XM-19 выбирается для этих приложений из-за его уникального сочетания прочности, коррозионной стойкости и износостойкости, обеспечивая долговечность и надежность в требовательных условиях.

7 Важно учесть, критерии выбора и дополнительная информация

Особенность/Свойство	XM-19	AISI 316	AISI 304	Краткое замечание о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Низкая прочность	XM-19 превосходит для конструкционных приложений.
Ключевой аспект коррозии	Отлично в хлоридных средах	Хорошо в хлоридных средах	Умеренно в хлоридных средах	XM-19 превосходит в агрессивных средах.
Свариваемость	Умеренно	Хорошо	Хорошо	XM-19 требует большей осторожности при сварке.
Обрабатываемость	Сложно	Хорошо	Отлично	XM-19 сложнее эффективно обрабатывать.
Формуемость	Хорошо	Отлично	Отлично	XM-19 менее терпим в процессах формовки.
Приблизительная относительная стоимость	Выше	Умеренная	Ниже	Стоимость может ограничивать использование.
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Очень высокая	Доступность может повлиять на сроки проекта.

При выборе XM-19 необходимо сбалансировать такие факторы, как стоимость, доступность и конкретные требования к приложению, с его превосходными свойствами. Его уникальные характеристики делают его идеальным для высокопроизводительных приложений, но тщательная оценка альтернатив крайне важна, чтобы обеспечить лучший выбор материала для предусмотренного использования.

В заключение, XM-19 (Nitronic 50) выделяется как универсальный и высокоэффективный сорт нержавеющей стали, особенно подходящий для приложений, требующих исключительной прочности и коррозионной стойкости. Его уникальные свойства, хотя и полезные, также требуют тщательного внимания во время обработки и применения для максимизации производительности и долговечности.