1. Kernposisionering & industriële waarde
Die 400 reeks vlekvrye staal is die praktiese brug tussen laekoste koolstofstaal en hoë-nikkel austenitiese vlekvrye staal.
Gedefinieer deur AISI/ASTM en streekstandaarde (ASTM A240, In 10088, GB/T 1220), dit maak 'n groot deel van die wêreldwye tonnemaat van vlekvrye staal uit omdat dit kombineer:
- Laer legeringskoste (min of geen Ni) → aantreklike ekonomie;
- Magnetiese gedrag (ferrities/martensieties) vereis deur baie elektromeganiese toepassings;
- Hitte-behandelbare versterkbaarheid (martensietiese en neerslagverhardende subtipes) wat baie hoë sterkte moontlik maak;
- Gunstige termiese geleidingsvermoë en laer termiese uitsetting in vergelyking met austenitiek, nuttig vir hitte-blootgestelde komponente.
Nywerhede wat die meeste baat, sluit in motor (uitlaatgasse, brandstofstelsels), toestelle (panele, voerings), masjienerie (asse, kleedke), gereedskap (rigting, lemme) en sommige lugvaart-/kernnisse waar 'n balans van koste is, sterkte en matige korrosiebestandheid is aanvaarbaar.
2. Klassifikasie, Komposisie & Mikrostrukturele Meganisme
Die prestasieverskille van die 400 reeks vlekvrye staal word in wese bepaal deur hul chemiese samestelling en ooreenstemmende mikrostrukture.
Hieronder is 'n in-diepte ontleding van drie kern subtipes:
Ferrities 400 Reeks (Kern grade: 409, 430, 439, 444)
Ferritiese vlekvrye staal is die subtipe wat die meeste gebruik word, met 'n enkelfase ferrietmikrostruktuur by kamertemperatuur, geen fase-transformasie tydens verhitting/verkoeling nie, en ultra-lae C-inhoud (tipies ≤0.12 gew.%).
Hul kernsamestelling word oorheers deur Cr (10.5–19.5 gew.%), met hulpelemente soos Ti, NB, en Mo om stabiliteit en korrosiebestandheid te optimaliseer.
- 409: CR (10.5–11,75 gew.%), C (≤0,08 gew.%), Van (0.15–0.50 gew.%).
Ti vorm TiC-neerslae om C te fixeer, die vermyding van interkorrelkorrosie wat veroorsaak word deur Cr-karbied-neerslag.
Die grofkorrelige ferrietstruktuur bied basiese atmosferiese korrosieweerstand, wat dit geskik maak vir laekoste korrosiebestande scenario's. - 430: CR (16.0–18.0 gew.%), C (≤0,12 gew.%). Fynkorrelige ferrietstruktuur met gebalanseerde koste en weerstand teen korrosie, synde die hoofstroom-kostedoeltreffende ferritiese graad vir huishoudelike toestelle.
- 439: CR (17.0–19.0 gew.%), C (≤0,03 gew.%), Indien/Nb (0.10–0.60 gew.%).
Ultra-lae C en Ti/Nb saamgestelde stabilisering verfyn korrels, aansienlik verbeter sweisbaarheid en weerstand teen korrosie in vergelyking met 430. - 444: CR (17.5–19.5 gew.%), Mo (1.75–2,50 gew.%), C (≤0,025 gew.%).
Mo-byvoeging verhoog putkorrosiebestandheid (PREN≈25), wat 'n digte ferrietstruktuur vorm wat geskik is vir chloriedbevattende omgewings.
Martensities 400 Reeks (Kern grade: 410, 420, 440A/B/C)
Martensitiese vlekvrye staal het 'n hoër C-inhoud (0.15–0,75 gew.%) en matige Cr-inhoud (11.5–18.0 gew.%).
By hoë temperature, hulle vorm austeniet, wat tydens blus in harde martensiet verander - wat hulle die enigste hitte-behandelbare versterkende subtipe in die 400 reeks vlekvrye staal.
- 410: C (≤0,15 gew.%), CR (11.5–13,5 gew.%).
As gegote struktuur is ferriet + martensiet; na blus/tempering, treksterkte bereik 515–690 MPa, geskik vir algemene strukturele dele. - 420: C (0.15–0,40 gew.%), CR (12.0–14.0 gew.%).
Hoër C-inhoud verbeter hardheid (HRC≥50 na hittebehandeling), wyd gebruik in eetgerei en kleppe. - 440A/B/C: C inhoud gradiënt (0.60–0,75 gew.%), CR (16.0–18.0 gew.%).
440C het die hoogste hardheid (HRC≥58) en dra weerstand, ideaal vir hoë-presisie gereedskap en laers.
Neerslag-verharding (Ph) 400 Reeks (Gelykmaak: 17-4 Ph, Aisi 630)
’n Spesiale hoëprestasie-variant met lae C (≤0,07 gew.%), CR (15.5–17.5 gew.%), In (3.0–5.0 gew.%), en Cu (3.0– 5,0 gew.).
Dit vorm austeniet by hoë temperature, verander in martensiet tydens afkoeling, en bereik versterking deur Cu-ryke neerslagvorming tydens veroudering.
Treksterkte kan bereik 1380 MPa na hittebehandeling, balanseer ultrahoë sterkte en korrosiebestandheid.
3. Omvattende kerneienskappe
Meganiese eienskappe
Meganiese eienskappe van 400 reeks vlekvrye staal verskil aansienlik volgens subtipe, met duidelike differensiasie in sterkte, selfpiriteit, en hittebehandelingsreaksie (data voldoen aan ASTM A240/A480):
- Ferritiese tipes (430, oplossing-gegloei): Treksterkte 415–515 MPa, opbrengssterkte 205–275 MPa, verlenging 20–25%, hardheid ≤183 HBW.
Geen fasetransformasie nie, net uitgloeiing vir graanverfyning. - Martensitiese tipes (420, geblus & getemper): Treksterkte 725–930 MPa, vloeisterkte 515–690 MPa, verlenging 10–15%, hardheid ≥50 HRC.
Blus + tempering verbeter sterkte en hardheid aansienlik. - PH tipe (17-4 Ph, H900 veroudering): Treksterkte ≥1170 MPa, opbrengssterkte ≥1035 MPa, verlenging ≥10%, hardheid ≥38 HRC.
Neerslagversterking bereik ultrahoë sterkte sonder om rekbaarheid in te boet.
Korrosieweerstand
Korrosiebestandheid word hoofsaaklik deur Cr-inhoud bepaal, met Mo en lae C as hulpversterkers. In die algemeen, dit is laer as 300 reeks maar beter as koolstofstaal:
- Ferritiese tipes: 409 het basiese atmosferiese korrosiebestandheid (jaarlikse korrosietempo ≤0.03 mm in landelike gebiede); 444 weerstaan verdunde sure en chloriede, met 'n kritieke puttemperatuur ≥30℃.
- Martensitiese tipes: Beperk deur hoë C-inhoud; 410 is vatbaar vir roes in vogtige omgewings, terwyl 440C beter korrosiebestandheid het as gevolg van hoër Cr, maar nie geskik is vir mariene/suur media.
- 17-4 Ph: Korrosiebestandheid vergelykbaar met 304 in atmosferiese en ligte korrosiewe omgewings, maar is geneig om in hoë-chloried media te put.
Fisiese eienskappe
Inherente magnetisme is 'n kenmerkende kenmerk van 400 reeks vlekvrye staal, met ander fisiese eienskappe konsekwent oor subtipes heen:
- Digtheid: 7.7–7,8 g/cm³ (laer as 304's 8.0 g/cm³ as gevolg van geen Ni-byvoeging nie).
- Termiese geleidingsvermoë: 25–30 W/(m·K) @20℃ (hoër as 304's 16 W/(m·K), gunstig vir hitte-afvoer).
- Termiese uitsettingskoëffisiënt: 10–12×10⁻⁶/K (20–400 ℃), laer as 300 reeks, vermindering van termiese vervorming.
- Magnetiese deurlaatbaarheid: μ=100–1000 (ferrities/martensieties), veel hoër as austenitiese vlekvrye staal (m<1.02).
4. Verwerking, vervaardiging & hittebehandelingspraktyk
Vorming & bewerking
- Ferritiek: redelike vormbaarheid koud; intermediêre uitgloeiing aanbeveel vir swaar vorming. Bewerkbaarheid soortgelyk aan lae-legeringsstaal.
- Martensitics: swak koue vormbaarheid in geharde toestand; vorm in uitgegloeide toestand of hoër (Warm vorming). Bewerkbaarheid hang af van humeur en hardheid - hoër C-grade vereis robuuste gereedskap en stadiger snelhede.
Sweiswerk
- Ferritiek: sweisbaar maar geneig tot korrelgroei en HAZ-broswording indien hoë hitte-insette gebruik word; gestabiliseerde grade (Indien/Nb) en lae hitte-insette (<10 kJ/cm vir sommige) Verbeter prestasie; kies ferritiese vulmetale.
- Martensitics: uitdagend — voorverhit (200–300 ° C), lae waterstof verbruiksgoedere en na-sweis-tempering aanbeveel om krake te vermy en taaiheid te herstel.
- Ph 17-4: sweisbaar met bypassende vuller en na-sweis hittebehandeling/veroudering om eienskappe te herstel.
Hittebehandeling
- Ferritiek: oplossing uitgloei en lugkoel om stres te verlig en korrels te verfyn; geen blusverharding nie.
- Martensitics: austenitiseer (950–1 050 °C), blus (olie/water afhangende van graad), dan humeur (150–650 ° C) om gewenste hardheid/taaiheid te bereik. 440C tipies getemper by 200–300 °C vir piekhardheid.
- Ph 17-4: oplossing behandel (~1 040–1 060 °C), water blus, dan ouderdom (482–621 °C) om Cu-ryke neerslae te produseer en teikensterkte te bereik (H900 ens.).
5. Tipiese industriële toepassings van 400-reeks vlekvrye staal
Die 400-reeks-familie dien 'n wye reeks nywerhede omdat sy subtipes skoon op verskillende ingenieursbehoeftes karteer:
ekonomie + matige weerstand teen korrosie (ferritics), hoë hardheid/slytasie (martensietiek), en baie hoë sterkte met redelike weerstand teen korrosie (PH legerings).
Motorbedryf
Algemene dele & grade
- Uitlaatstelsels, uitlaatdemper komponente, reaksiepype - 409, soms 439 vir verbeterde sweisbaarheid.
- Afwerking, dekoratiewe panele - 430.
- Enjin en transmissie-asse, klep sitplekke / klein slytasie komponente - 410 / 420 waar hittebehandeling benodig word.
Waarom 4xx gebruik word
- Lae nikkelinhoud gee 'n sterk kostevoordeel vir baie hoëvolume komponente.
Ferritiese grade weerstaan sikliese oksidasie in warm uitlaat-omgewings en het geskikte termiese geleidingsvermoë en uitsetting. Martensitiese grade bied verharde oppervlaktes vir slytasie-kritiese klein dele.
Sleuteloorwegings
- Vir gelaste uitlaatstelsels, gebruik Ti/Nb-gestabiliseerde ferritika (409Ti/439) of beheer hitte-invoer om HAZ-brosheid te vermy.
- Korrosiebeskerming (oppervlakbedekkings, aluminisering) word gereeld toegepas om lewensduur in padsoutomgewings te verleng.
Huishoudelike toestelle en verbruikersprodukte
Algemene dele & grade
- Yskas deure, oondvoerings, skottelgoedwasser binne, beheerpanele - 430 en soms 439/444 vir beter weerstand teen korrosie.
- Eetgerei en kombuismesse — 420 / 440C (martensities), gepoleer en getemper.
Waarom 4xx gebruik word
- Aantreklike oppervlakafwerking, Goeie vormbaarheid (ferritics), magnetiese reaksie waar nodig (Bv., induksie kook aanwysers), en baie laer koste as austenities maak ferritic 4xx die verstek vir dekoratiewe en interne toestelonderdele.
Sleuteloorwegings
- Vermy 4xx in soutsproei- of kusblootstellings tensy bedek of spesifiek 'n Mo-draende variant (444).
Vir eetgerei, kies hoë-C martensities en beheer tempering om randretensie en korrosieweerstand te balanseer.
Hitte-uitruiling, HVAC en termiese stelsels
Algemene dele & grade
- Hitte-wisselaar vinne, leiding, oond komponente, ketelbekleding - 409, 430, 444.
Waarom 4xx gebruik word
- Ferritika kombineer goeie termiese geleidingsvermoë, lae termiese uitsetting en oksidasie weerstand by verhoogde temperature met laer koste as 300-reeks, maak hulle goed geskik vir hitte-oordrag hardeware en uitlaat hitte bestuur.
Sleuteloorwegings
- Vir nat, chloried-bevattende strome of 'n hoë kuilrisiko, verkies Mo-draende ferritics (444) of stap aan na dupleks/300-reeks waar nodig.
Chemies, proses en waterhantering industrieë
Algemene dele & grade
- Intermediêre diens tenks, pype toebehore, hitteruilers vir nie-uiterste chemieë — 444 (waar chloriedweerstand saak maak), 439 vir gelaste tenks.
Waarom 4xx gebruik word
- Wanneer diens matig aggressief is, maar volle austenitiese of duplekslegerings is nie ekonomies geregverdig nie, Mo-gestabiliseerde ferritika bied 'n aanvaarbare middelweg.
Sleuteloorwegings
- Spesifiseer meulsertifikate en korrosietoetsing. Vir deurlopende blootstelling aan chloried (verwerk pekel, seewater verkoeling) valideer graadkeuse teenoor gemete chloried, temperatuur en skeurtoestande.
Olie & gas, petrochemies (geselekteerde komponente)
Algemene dele & grade
- Bevestigingsmiddels, nie-kritiese klepkomponente, pomp asse - 410, 431 (martensietiese hoë sterkte), 17-4 Ph vir hoë sterkte, korrosiebestande komponente (waar na-sweisveroudering haalbaar is).
Waarom 4xx gebruik word
- Martensitiese en PH grade bied baie hoë sterkte vir druk en meganiese beladings; 17-4 PH word dikwels gekies waar sterkte plus redelike weerstand teen korrosie vereis word en sweis-/verouderingsiklusse beheer kan word.
Sleuteloorwegings
- Martensietiese dele in suur- of chloried-omgewings moet gekwalifiseer word vir waterstofbrosheid en SSC-risiko. Na-sweis-tempering/veroudering is dikwels verpligtend.
Sag, ontsouting en seewater toerusting (beperkte gebruik)
Algemene dele & grade
- Seewatersille, nie-kritiese behuisings - 444 in ligte blootstelling aan chloried; anders verkies ontwerpers dupleks- of hoër-PREN-legerings.
Waarom 4xx gebruik word (selektief)
- Mo-draende ferritika kan sommige seewaterpligte teen laer koste bestuur, maar langtermyn-pit- en skeurerisiko sluit dit dikwels uit vir voortdurend onderwater strukturele dele.
Sleuteloorwegings
- Wanneer 4xx in mariene kontekste gebruik word, kombineer met katodiese beskerming, bedekkings, en 'n streng inspeksie-regime. Vermy waar hitte-geaffekteerde of skeurtoestande bestaan.
Kragopwekking & energiestelsels
Algemene dele & grade
- Hitte-wisselaars, rookgaskanale, turbine seëls - 409, 444.
- Hoë-sterkte bout en skag - 17-4 Ph of martensietika waar van toepassing.
Waarom 4xx gebruik word
- Ferritiese grade verduur sikliese oksidasie en termiese spanning goed; PH-grade word gebruik vir hoë-spanning hegstukke en komponente waar austenitiese legerings onnodig duur sou wees.
Sleuteloorwegings
- Kyk vir langtermyn-sigma-fase-broswording in sommige hoë-Cr-legerings by intermediêre temperature; spesifiseer bedryfstemperatuurlimiete en inspeksie-intervalle.
Medies, gereedskap en presisie-instrumente (gekies)
Algemene dele & grade
- Chirurgiese instrument lemme - 420 / 440C (martensities, hoë poetsmiddel en randretensie).
- Presisie vorm-insetsels en hoë-slytasie gereedskap - 440C.
Waarom 4xx gebruik word
- Hoë hardheid en randretensie maak martensities aantreklik, mits korrosieblootstelling beheer word en oppervlakafwerking/passivering uitstekend is.
Sleuteloorwegings
- Vir inplantings of langdurige liggaamsblootstelling, 300-reeks- of mediese-graad legerings word verkies; 4xx slegs vir instrumente wanneer sterilisasie en passivering aanvaarbaar is en mediese standaarde gevolg word.
6. Voordele & Beperkings
Die 400-reeks vlekvrye staal beklee 'n duidelike posisie tussen koolstofstaal en nikkeldraende austenitiese vlekvrye staal.
Sleutelvoordele van 400-reeks vlekvrye staal
Kostedoeltreffendheid en prysstabiliteit
400-reeks vlekvrye staal bevat min of geen nikkel, staatmaak hoofsaaklik op chroom vir weerstand teen korrosie.
Dit verminder grondstofkoste aansienlik en beskerm verkryging teen nikkelpryswisselvalligheid, maak hierdie grade ekonomies aantreklik vir groot volume toepassings.
Inherente magnetiese eienskappe
Ferritiese en martensietiese 400-reeks grade is natuurlik magneties, wat die gebruik daarvan in elektromagnetiese toestelle moontlik maak, sensors, aktueerders, en komponente wat magnetiese reaksie vereis—toepassings waar austenitiese vlekvrye staal ongeskik is.
Hitte-behandelbare sterkte (martensietiese en PH grade)
Anders as austenitiese vlekvrye staal, martensietiese en neerslagverhardende 400-reeks legerings kan versterk word deur blus, tempeling, en veroudering.
Dit laat treksterktes toe wat wissel van matige vlakke tot ver bo 1000 MPA, ondersteunende slytasie, lasdraende, en hoë-spanning komponente.
Goeie termiese geleidingsvermoë en lae termiese uitsetting
Ferritiese 400-reeks staalsoorte vertoon hoër termiese geleidingsvermoë en laer termiese uitsettingskoëffisiënte as 300-reeks vlekvrye staalsoorte.
Dit verbeter weerstand teen termiese moegheid en vervorming, maak hulle geskik vir uitlaatstelsels, hitteruilers, en termiese fietsry-omgewings.
Voldoende weerstand teen korrosie vir gematigde omgewings
Met chroominhoud tipies bo 10.5 gew.%, 400-reeks staal bied betroubare weerstand teen atmosferiese korrosie, Ligte chemikalieë, en hoë-temperatuur oksidasie - ver beter as koolstofstaal en voldoende vir baie industriële en verbruikerstoepassings.
Vereenvoudigde legeringsontwerp en herwinbaarheid
Laer legeringskompleksiteit vergemaklik smelting, herwinning, en hergebruik binne vlekvrye staalstrome, belyn met kostebeheer en volhoubaarheidsdoelwitte in grootskaalse vervaardiging.
Sleutelbeperkings van 400-reeks vlekvrye staal
Minder korrosiebestandheid in vergelyking met austenitiese grade
Die meeste 400-reeks staal het nie die nikkel en, In baie gevalle, voldoende molibdeen benodig vir 'n sterk weerstand teen pitting, skeurkorrosie, en spanningskorrosie-krake in chloriedryke of sterk suur omgewings.
Hulle kan oor die algemeen nie vervang nie 304 of 316 in harde chemiese of mariene diens.
Beperkte sweisbaarheid
Ferritiese grade is geneig tot graanvergroting en taaiheidsverlies in die hitte-geaffekteerde sone, terwyl martensietiese grade vatbaar is vir koue krake en waterstofbroswording.
Suksesvolle sweiswerk vereis dikwels streng hitte-invoerbeheer, stabiliserende elemente (Van, NB), voorverhitting, en na-sweis hittebehandeling.
Verlaagde lae-temperatuur taaiheid
Ferritiese 400-reeks vlekvrye staal vertoon 'n rekbare-tot-bros oorgangstemperatuur, tipies rondom sub-nul tot effens bo vriespunt toestande.
Dit beperk hul geskiktheid vir kriogene of koue-klimaat strukturele toepassings.
Laer vormbaarheid as austenitiese vlekvrye staal
Ferritiese grade het matige kouevormvermoë maar beperkte rekvormbaarheid, terwyl martensietiese grade moeilik is om koud te vorm as gevolg van hoë hardheid.
Komplekse diepgetrekte komponente is oor die algemeen beter geskik vir 300-reeks vlekvrye staal.
Sensitiwiteit vir onbehoorlike hittebehandeling en diensblootstelling
Martensitiese en PH grade vereis noukeurig beheerde hittebehandelingsiklusse.
Onvanpaste tempering, langdurige blootstelling aan intermediêre temperature, of onbehoorlike sweispraktyke kan tot brosheid lei, verlies aan korrosiebestandheid, of voortydige mislukking.
Smaller toepassingsvenster vir ernstige omgewings
In hoogs korrosiewe, hoë chloried, of hoë-suiwer proses omgewings, die prestasiemarge van 400-reeks staal is beperk, wat dikwels die gebruik van austenitiese noodsaak, dupleks, of super vlekvrye staal.
7. Vergelykende analise vs 300-reeks & ander alternatiewe
- Korrosieweerstand: 300-reeks (304/316) >> 400-reeks in aggressiewe chloried/suur omgewings.
- Krag (hitte behandel): Martensieties/PH 400 >> 300-reeks (kan ver oorskry 1,000 MPA).
- Koste bereken: 400-reeks tipies 30–50% goedkoper as 304 as gevolg van lae Ni.
- Sweisbaarheid & Vormbaarheid: 300-reeks beter; 400-reeks verg meer sorg.
- Magnetisme: 400-reeks magneties - 'n voordeel as magnetiese reaksie nodig is.
- Hoë temperatuur gedrag (oksidasie): ferritiese 4xx is dikwels beter as austenitiese vir sikliese oksidasie en termiese geleidingsvermoë toepassings.
Seleksie-duimreël: kies 400-reeks wanneer dit kos, magnetiese reaksie of baie hoë hardheid/sterkte word vereis en korrosie-omgewing is matig of hanteerbaar met bedekkings; kies 300-reeks/dupleks/nikkellegerings wanneer korrosiebestandheid primêr is.
8. Konklusie
Die 400 reeks vlekvrye staal is 'n veelsydige en wyd gebruikte familie wat 'n pragmatiese balans van lewer ekonomie, magnetiese eienskappe, termiese prestasie en haalbare sterkte. Hul rol strek oor alledaagse toestelle tot veeleisende meganiese onderdele.
Suksesvolle gebruik vereis ingeligte graadkeuse en gedissiplineerde verwerking: sweiswerk en hittebehandeling het 'n groot invloed op finale werkverrigting.
Waar blootstelling aan korrosie matig is en koste of magnetiese reaksie saak maak, die 400-reeks verteenwoordig dikwels die optimale ingenieurskeuse.
Waar aggressiewe weerstand teen korrosie of uiterste lae-temperatuur taaiheid vereis word, hoërlegeringsgesinne moet geëvalueer word.
Vrae
Is 400-reeks staal "vlekvry"?
Ja - hulle vorm 'n passiewe film van chroomoksied en weerstaan korrosie baie beter as koolstofstaal, maar hulle is minder korrosiebestand as 300-reeks legerings in baie aggressiewe media.
Kan 400-reeks vervang 304 in verbruikerstoestelle?
Dikwels ja vir dekoratiewe en baie toesteltoepassings (Bv., 430), maar vermy waar gereelde blootstelling aan chloriede, suur skoonmaakmiddels of mariene atmosfeer voorkom.
Hoekom is sommige 400-reeks magneties en ander nie?
Ferritiese en martensietiese mikrostrukture is magneties; austenitiese mikrostrukture (tipies van 300-reeks) is in wese nie-magneties. 400-reekse is ontwerp om ferrities/martensieties te wees.
Hoe om te sweis 17-4 PH veilig?
Gebruik gekwalifiseerde prosedures, beheer hitte-insette, en pas na-sweis oplossing/ouderdomsiklusse of gelokaliseerde veroudering toe volgens verskafferinstruksies om sterkte en korrosiebestandheid te herstel.
Is 440C geskik vir mariene laers?
Nee - terwyl 440C hoë hardheid en slytweerstand bied, sy korrosiebestandheid in mariene chloried-omgewings is beperk; oorweeg vlekvrye laers met hoër PREN of coatings.
