1. Pozicioniranje jezgra & industrijska vrijednost
The 400 serija nehrđajući čelik je praktičan most između jeftinog ugljičnog čelika i austenitnog nerđajućeg čelika visokog nikla.
Definisano AISI/ASTM i regionalnim standardima (ASTM A240, U 10088, GB / T 1220), čini veliki dio globalne tonaže nehrđajućeg čelika jer se kombinira:
- Niža cijena legure (malo ili nimalo Ni) → atraktivna ekonomija;
- Magnetno ponašanje (feritno/martenzitno) zahtijevaju mnoge elektromehaničke primjene;
- Ojačanje koje se može termički obrađivati (martenzitni podtipovi i podtipovi koji očvršćavaju precipitacijom) omogućava vrlo visoku čvrstoću;
- Povoljna toplotna provodljivost i niže toplotno širenje u poređenju sa austenitikom, korisno za komponente izložene toploti.
Industrije koje imaju najviše koristi uključuju automobilsku industriju (izduvnih gasova, sistemi za gorivo), Aparati (paneli, košuljice), strojevi (osovine, ventili), alat (ležajevi, lopatice) i neke vazduhoplovne/nuklearne niše u kojima je bilans troškova, čvrstoća i umjerena otpornost na koroziju je prihvatljiva.
2. Klasifikacija, Sastav & Mikrostrukturni mehanizam
Razlike u performansama 400 serije nehrđajućih čelika u suštini su određene njihovim hemijskim sastavom i odgovarajućom mikrostrukturom.
Ispod je detaljna analiza tri ključna podtipa:
Feritan 400 Serija (Core Grades: 409, 430, 439, 444)
Feritni nehrđajući čelici su najčešće korišteni podtip, sa monofaznom feritnom mikrostrukturom na sobnoj temperaturi, nema fazne transformacije tokom grijanja/hlađenja, i ultra nizak sadržaj C (obično ≤0,12 mas.%).
Njihovom osnovnom kompozicijom dominiraju Cr (10.5–19,5 mas.%), sa pomoćnim elementima kao što je Ti, NB, i Mo za optimizaciju stabilnosti i otpornosti na koroziju.
- 409: CR (10.5–11,75 mas.%), C (≤0,08 mas.%), Od (0.15–0,50 mas.%).
Ti stvara precipitate TiC da bi fiksirao C, izbjegavanje intergranularne korozije uzrokovane taloženjem Cr karbida.
Krupnozrnasta feritna struktura pruža osnovnu otpornost na atmosfersku koroziju, što ga čini pogodnim za jeftine scenarije otporne na koroziju. - 430: CR (16.0–18,0 mas.%), C (≤0,12 mas.%). Fino zrnasta feritna struktura sa uravnoteženom cenom i otpornošću na koroziju, kao glavna isplativa feritna klasa za kućne aparate.
- 439: CR (17.0–19,0 mas.%), C (≤0,03 mas.%), If/Nb (0.10–0,60 mas.%).
Ultra-niski C i Ti/Nb kompozitna stabilizacija rafinira zrna, značajno poboljšava zavarljivost i otpornost na koroziju u odnosu na 430. - 444: CR (17.5–19,5 mas.%), Mo (1.75–2,50 mas.%), C (≤0,025 mas.%).
Dodatak Mo povećava otpornost na koroziju (PREN≈25), formirajući gustu feritnu strukturu pogodnu za okruženja koja sadrže hlorid.
Martensitski 400 Serija (Core Grades: 410, 420, 440A/B/C)
Martenzitni nerđajući čelici imaju veći sadržaj C (0.15–0,75 mas.%) i umjeren sadržaj Cr (11.5–18,0 mas.%).
Na visokim temperaturama, formiraju austenit, koji se transformiše u tvrdi martenzit tokom gašenja - što ih čini jedinim podtipom ojačanja koji se može termički obrađivati u 400 serija od nerđajućeg čelika.
- 410: C (≤0,15 mas.%), CR (11.5–13,5 mas.%).
Izlivena struktura je feritna + martenzit; nakon kaljenja/kaljenja, vlačna čvrstoća dostiže 515–690 MPa, pogodan za opšte konstrukcijske delove. - 420: C (0.15–0,40 mas.%), CR (12.0–14,0 mas.%).
Veći sadržaj C poboljšava tvrdoću (HRC≥50 nakon termičke obrade), široko se koristi u priboru za jelo i ventilima. - 440A/B/C: C gradijent sadržaja (0.60–0,75 mas.%), CR (16.0–18,0 mas.%).
440C ima najveću tvrdoću (HRC≥58) i otpornost na habanje, idealan za visoko precizne alate i ležajeve.
Ogarine - očvršćivanje (Ph) 400 Serija (Razred: 17-4 Ph, Aisi 630)
Posebna varijanta visokih performansi sa niskim C (≤0,07 mas.%), CR (15.5–17,5 mas.%), U (3.0–5,0 mas.%), i Cu (3.0–5,0 mas.).
Na visokim temperaturama stvara austenit, pretvara u martenzit tokom hlađenja, i postiže jačanje stvaranjem precipitata bogatog Cu tokom starenja.
Zatezna čvrstoća može doseći 1380 MPa nakon termičke obrade, balansirajući ultra-visoku čvrstoću i otpornost na koroziju.
3. Core Comprehensive Properties
Mehanička svojstva
Mehanička svojstva 400 serije nehrđajućeg čelika značajno se razlikuju po podtipovima, sa jasnom diferencijacijom u snazi, duktilnost, i odgovor na termičku obradu (podaci su u skladu sa ASTM A240/A480):
- Feritni tipovi (430, rastvorom žareno): Vlačna čvrstoća 415–515 MPa, granica tečenja 205–275 MPa, izduženje 20-25%, tvrdoća ≤183 HBW.
Nema fazne transformacije, samo žarenje za rafiniranje zrna. - Martenzitne vrste (420, ugašen & tempered): Vlačna čvrstoća 725–930 MPa, granica tečenja 515–690 MPa, izduženje 10-15%, tvrdoća ≥50 HRC.
Gašenje + kaljenje značajno poboljšava snagu i tvrdoću. - PH tip (17-4 Ph, H900 starenje): Vlačna čvrstoća ≥1170 MPa, granica tečenja ≥1035 MPa, izduženje ≥10%, tvrdoća ≥38 HRC.
Ojačanje od padavina postiže ultra-visoku čvrstoću bez žrtvovanja duktilnosti.
Otpornost na koroziju
Otpornost na koroziju prvenstveno je određena sadržajem Cr, sa Mo i niskim C kao pomoćnim pojačivačima. Sveukupno, niža je od 300 serije, ali superiorniji od ugljeničnog čelika:
- Feritni tipovi: 409 ima osnovnu otpornost na atmosfersku koroziju (godišnja stopa korozije ≤0,03 mm u ruralnim područjima); 444 otporan je na razrijeđene kiseline i hloride, sa kritičnom temperaturom udubljenja ≥30℃.
- Martenzitne vrste: Ograničeno visokim sadržajem C; 410 podložan je rđi u vlažnom okruženju, dok 440C ima bolju otpornost na koroziju zbog većeg Cr, ali je neprikladan za morske/kisele medije.
- 17-4 Ph: Otpornost na koroziju uporediva sa 304 u atmosferskim i blagim korozivnim sredinama, ali je sklon pittingu u medijima s visokim sadržajem klorida.
Fizička svojstva
Inherentni magnetizam je prepoznatljiva karakteristika 400 serija od nerđajućeg čelika, sa drugim fizičkim svojstvima konzistentnim u svim podtipovima:
- Gustina: 7.7–7,8 g/cm³ (niže od 304 8.0 g/cm³ zbog bez dodatka Ni).
- Toplotna provodljivost: 25–30 W/(m·K) @ 20℃ (viši od 304 16 W/(m·K), pogodan za odvođenje toplote).
- Koeficijent toplinske ekspanzije: 10–12×10⁻⁶/K (20–400℃), niže od 300 serija, smanjenje termičke deformacije.
- Magnetna permeabilnost: μ=100–1000 (feritno/martenzitno), daleko veći od austenitnih nerđajućih čelika (m<1.02).
4. Obrada, izmišljotina & praksa termičke obrade
Formiranje & obrada
- Feritici: razumna formabilnost hladno; srednje žarenje se preporučuje za teško oblikovanje. Obradivost slična niskolegiranim čelicima.
- martenziti: loša sposobnost hladnog oblikovanja u očvrslom stanju; oblik u žarenom stanju ili iznad (vruće formiranje). Obradivost ovisi o temperamentu i tvrdoći — viši C razredi zahtijevaju robustan alat i sporije brzine.
Zavarivanje
- Feritici: zavarljiv, ali sklon rastu zrna i HAZ krtosti ako se koristi veliki unos topline; stabilizovane ocene (If/Nb) i nizak unos toplote (<10 kJ/cm za neke) poboljšati performanse; odaberite feritne metale za punjenje.
- martenziti: izazovno — zagrijati (200-300 ° C), Preporučuju se potrošni materijali sa malo vodonika i kaljenje nakon zavarivanja kako bi se izbjeglo pucanje i povratila žilavost.
- Ph 17-4: zavarljiv sa odgovarajućim punilom i termičkom obradom/starenjem nakon zavarivanja za vraćanje svojstava.
Toplotni tretman
- Feritici: žarenje otopinom i hlađenje na zraku za ublažavanje stresa i rafiniranje zrna; nema očvršćavanja.
- martenziti: austenitizirati (950–1.050 °C), utapati (ulje/voda u zavisnosti od klase), zatim temperament (150-650 ° C) za postizanje željene tvrdoće/žilavosti. 440C se obično temperira na 200–300 °C za vršnu tvrdoću.
- Ph 17-4: rješenje poslastica (~1,040–1,060 °C), gasiti vodom, zatim starost (482–621 °C) za proizvodnju precipitata bogatih Cu i postizanje ciljane čvrstoće (H900 itd.).
5. Tipične industrijske primjene nehrđajućeg čelika serije 400
Porodica serije 400 služi širokom spektru industrija jer se njeni podtipovi jasno preslikavaju na različite inženjerske potrebe:
ekonomija + Umjerena otpornost na koroziju (feritici), visoka tvrdoća/habanje (martenziti), i vrlo visoke čvrstoće sa razumnom otpornošću na koroziju (PH legure).
Automobilska industrija
Zajednički dijelovi & ocjene
- Izduvni sistemi, komponente prigušivača, reakcijske cijevi - 409, ponekad 439 za poboljšanu zavarljivost.
- Trim, ukrasni paneli - 430.
- Osovine motora i mjenjača, Sjedala ventila / male komponente koje se troše - 410 / 420 gde je potrebna termička obrada.
Zašto se koristi 4xx
- Nizak sadržaj nikla daje snažnu prednost u troškovima za komponente vrlo velike zapremine.
Feritni razredi otporni su na cikličnu oksidaciju u vrućim ispušnim sredinama i imaju odgovarajuću toplinsku provodljivost i ekspanziju. Martenzitni tipovi nude kaljene površine za male dijelove kritične za habanje.
Ključna razmatranja
- Za zavarene izduvne sisteme, koristiti feritike stabilizirane Ti/Nb (409Ti/439) ili kontrolirati unos topline kako bi se izbjeglo krhkost HAZ-a.
- Zaštita od korozije (površinski premazi, aluminiziranje) se često primjenjuje za produžavanje vijeka trajanja u okruženjima sa soli na cestama.
Kućanski aparati i proizvodi široke potrošnje
Zajednički dijelovi & ocjene
- Vrata frižidera, obloge za pećnicu, unutrašnjosti mašine za pranje sudova, kontrolni paneli — 430 i ponekad 439/444 za bolju otpornost na koroziju.
- Pribor za jelo i kuhinjski noževi - 420 / 440C (martensitski), polirani i kaljeni.
Zašto se koristi 4xx
- Atraktivna završna obrada površine, dobra formabilnost (feritici), magnetni odziv tamo gde je to potrebno (E.g., indukcijski indikatori kuhanja), i mnogo niža cijena od austenitnih čini ferit 4xx zadanim za dekorativne i unutrašnje dijelove uređaja.
Ključna razmatranja
- Izbjegavajte 4xx u slanom spreju ili obalnom izlaganju osim ako nije obložen ili posebno varijanta koja nosi Mo (444).
Za pribor za jelo, odaberite martenzite visoke C i kontrolirajte kaljenje kako biste uravnotežili zadržavanje rubova i otpornost na koroziju.
Izmjena topline, HVAC i termalni sistemi
Zajednički dijelovi & ocjene
- Rebra izmjenjivača topline, ducting, komponente peći, oblaganje bojlera — 409, 430, 444.
Zašto se koristi 4xx
- Feriti kombinuju dobru toplotnu provodljivost, nisko termičko širenje i otpornost na oksidaciju na povišenim temperaturama uz nižu cijenu od serije 300, što ih čini pogodnim za hardver za prijenos topline i upravljanje izduvnom toplinom.
Ključna razmatranja
- Za mokro, tokovi koji sadrže hlorid ili visok rizik od pojave rupa, preferiraju ferite koji sadrže Mo (444) ili pređite na duplex/300-seriju gdje je potrebno.
Hemikalija, procesne industrije i industrije za obradu vode
Zajednički dijelovi & ocjene
- Tankovi srednjeg opterećenja, cevne armature, izmjenjivači topline za ne-ekstremne hemije — 444 (gdje je bitna otpornost na hlorid), 439 za zavarene rezervoare.
Zašto se koristi 4xx
- Kada je rad umjereno agresivan, ali pune austenitne ili dupleks legure nisu ekonomski opravdane, Mo-stabilizirani feriti nude prihvatljivu sredinu.
Ključna razmatranja
- Navedite mlinske certifikate i ispitivanje korozije. Za kontinuirano izlaganje hloridima (procesne slane vode, hlađenje morskom vodom) potvrditi izbor razreda u odnosu na izmjereni hlorid, temperatura i uslovi pukotina.
Ulja & plin, petrohemijska (odabrane komponente)
Zajednički dijelovi & ocjene
- Pričvršćivači, nekritične komponente ventila, osovine pumpe — 410, 431 (martenzitne visoke čvrstoće), 17-4 Ph za visoku čvrstoću, komponente otporne na koroziju (gdje je starenje nakon zavarivanja izvodljivo).
Zašto se koristi 4xx
- Martenzitni i PH razredi pružaju vrlo visoku čvrstoću za pritisak i mehanička opterećenja; 17-4 PH se često bira tamo gdje je potrebna čvrstoća i razumna otpornost na koroziju i gdje se mogu kontrolirati ciklusi zavarivanja/starenja.
Ključna razmatranja
- Martenzitni dijelovi u kiselim ili hloridnim sredinama moraju biti kvalificirani za vodoničnu krtost i rizik od SSC. Kaljenje/starenje nakon zavarivanja je često obavezno.
Marinac, oprema za desalinizaciju i morsku vodu (ograničena upotreba)
Zajednički dijelovi & ocjene
- Cjedila za morsku vodu, nekritična kućišta — 444 kod blagog izlaganja hloridima; inače dizajneri preferiraju dupleks ili legure višeg PREN.
Zašto se koristi 4xx (selektivno)
- Feriti koji sadrže Mo mogu upravljati nekim obavezama morske vode po nižoj cijeni, ali dugotrajni rizik od udubljenja i pukotina često ih isključuje za kontinuirano potopljene strukturne dijelove.
Ključna razmatranja
- Kada se 4xx koristi u pomorskom kontekstu, kombinuju sa katodnom zaštitom, premazi, i strogi inspekcijski režim. Izbjegavajte gdje postoje uvjeti pod utjecajem topline ili pukotina.
Generacija energije & energetski sistemi
Zajednički dijelovi & ocjene
- Izmjenjivači topline, kanali za dimne gasove, zaptivke turbine - 409, 444.
- Vijci i osovine visoke čvrstoće — 17-4 Ph ili martenzita gdje je primjenjivo.
Zašto se koristi 4xx
- Feritni razredi dobro podnose cikličku oksidaciju i termičko opterećenje; PH razredi se koriste za pričvršćivače i komponente visokog naprezanja gdje bi austenitne legure bile nepotrebno skupe.
Ključna razmatranja
- Pazite na dugotrajno krtljenje sigma faze u nekim legurama s visokim sadržajem Cr na srednjim temperaturama; specificirati ograničenja radne temperature i intervale pregleda.
Medicinski, alata i preciznih instrumenata (odabrano)
Zajednički dijelovi & ocjene
- Oštrice hirurških instrumenata — 420 / 440C (martensitski, visoko poliranje i zadržavanje rubova).
- Precizni umetci kalupa i alati koji se troše - 440C.
Zašto se koristi 4xx
- Visoka tvrdoća i zadržavanje rubova čine martenzit atraktivnim, pod uslovom da je izloženost koroziji kontrolisana i površinska obrada/pasivacija odlična.
Ključna razmatranja
- Za implantate ili dugotrajno izlaganje tijela, 300-serijske ili medicinske legure su poželjnije; 4xx za instrumente samo kada su sterilizacija i pasivacija prihvatljivi i kada se poštuju medicinski standardi.
6. Prednosti & Ograničenja
Nehrđajući čelici serije 400 zauzimaju različitu poziciju između ugljičnih čelika i austenitnih nerđajućih čelika koji sadrže nikl.
Ključne prednosti nerđajućeg čelika serije 400
Isplativost i stabilnost cijena
400-nerđajući čelici serije sadrže malo ili nimalo nikla, oslanjajući se prvenstveno na hrom za otpornost na koroziju.
Ovo značajno smanjuje troškove sirovina i štiti nabavku od volatilnosti cijena nikla, čineći ove vrste ekonomski atraktivnim za primjenu velikih količina.
Inherentna magnetna svojstva
Feritni i martenzitni razredi serije 400 su prirodno magnetni, omogućavajući njihovu upotrebu u elektromagnetnim uređajima, senzori, aktuatori, i komponente koje zahtijevaju magnetni odziv—primjena gdje austenitni nehrđajući čelici nisu prikladni.
Čvrstoća koja se može termički obrađivati (martenzitne i PH klase)
Za razliku od austenitnih nerđajućih čelika, martenzitne i legure serije 400 koje se stvrdnjavaju taloženjem mogu se ojačati kaljenjem, kaljenje, i starenje.
Ovo omogućava vlačne čvrstoće u rasponu od umjerenih do znatno viših 1000 MPa, potporna otporna na habanje, nosivost, i komponente visokog naprezanja.
Dobra toplotna provodljivost i nisko toplotno širenje
Feritni čelici serije 400 pokazuju veću toplotnu provodljivost i niže koeficijente toplotnog širenja od nerđajućeg čelika serije 300.
Ovo poboljšava otpornost na termički zamor i izobličenje, što ih čini pogodnim za izduvne sisteme, Izmjenjivači topline, i okruženja za termalni ciklus.
Odgovarajuća otpornost na koroziju za umjerena okruženja
Sa sadržajem hroma obično iznad 10.5 mas.%, 400-Čelici serije pružaju pouzdanu otpornost na atmosfersku koroziju, blage hemikalije, i visokotemperaturna oksidacija – daleko superiornija od ugljičnog čelika i dovoljna za mnoge industrijske i potrošačke primjene.
Pojednostavljen dizajn legure i mogućnost recikliranja
Niža složenost legure olakšava topljenje, reciklaža, i ponovnu upotrebu u tokovima od nerđajućeg čelika, usklađivanje s ciljevima kontrole troškova i održivosti u proizvodnji velikih razmjera.
Ključna ograničenja nerđajućeg čelika serije 400
Loša otpornost na koroziju u poređenju sa austenitnim klasama
Većini čelika serije 400 nedostaje nikal i, U mnogim slučajevima, dovoljno molibdena potrebno za jaku otpornost na pitting, pukotina korozije, i pucanje od korozije pod naponom u sredinama bogatim hloridima ili jako kiselim.
Oni generalno ne mogu zamijeniti 304 ili 316 u teškim hemijskim ili pomorskim službama.
Ograničena zavarljivost
Feritni razredi su skloni grubljanju zrna i gubitku žilavosti u zoni zahvaćenom toplotom, dok su martenzitne vrste podložne hladnom pucanju i vodikovom krtošću.
Uspješno zavarivanje često zahtijeva strogu kontrolu unosa topline, stabilizirajućih elemenata (Od, NB), predgrijavanje, i termičku obradu nakon zavarivanja.
Smanjena otpornost na niske temperature
Feritni nehrđajući čelici serije 400 pokazuju temperaturu prijelaza od duktilne do lomljive, tipično oko ispod nule do malo iznad nule.
To ograničava njihovu prikladnost za kriogene ili strukturalne primjene sa hladnom klimom.
Niža sposobnost oblikovanja od austenitnih nehrđajućih čelika
Feritni razredi imaju umjerenu sposobnost hladnog oblikovanja, ali ograničenu sposobnost rastezanja, dok se martenzitne vrste teško obrađuju u hladnom stanju zbog velike tvrdoće.
Složene duboko izvučene komponente općenito su bolje prilagođene nehrđajućim čelicima serije 300.
Osetljivost na nepravilnu toplotnu obradu i izlaganje servisu
Martenzitne i PH klase zahtijevaju pažljivo kontrolirane cikluse toplinske obrade.
Neprikladno kaljenje, produženo izlaganje srednjim temperaturama, ili nepravilna praksa zavarivanja može dovesti do krtosti, gubitak otpornosti na koroziju, ili preranog kvara.
Uži prozor aplikacije za teška okruženja
U visoko korozivnim, sa visokim sadržajem hlorida, ili procesna okruženja visoke čistoće, margina performansi čelika serije 400 je ograničena, često zahtijevaju upotrebu austenita, dupleks, ili super nerđajući čelik.
7. Komparativna analiza naspram serije 300 & druge alternative
- Otpornost na koroziju: 300-serija (304/316) >> 400-serije u agresivnim hloridnim/kiselim sredinama.
- Snaga (termički obrađeno): martenzit/PH 400 >> 300-serija (može daleko premašiti 1,000 MPa).
- Trošak: 400-serije obično 30–50% jeftinije od 304 zbog niskog nivoa Ni.
- Zavabivost & Formalnost: 300-serija superiorna; 400-serija zahteva više pažnje.
- Magnetizam: 400-serijski magnetni — prednost ako je potreban magnetni odziv.
- Ponašanje pri visokim temperaturama (oksidacija): feritni 4xx su često bolji od austenitnih za primjenu cikličke oksidacije i toplinske provodljivosti.
Pravilo odabira: izaberite 400-seriju kada koštate, potrebna je magnetna reakcija ili vrlo visoka tvrdoća/čvrstoća, a korozivno okruženje je umjereno ili podložno premazima; odaberite legure serije 300/dupleks/nikl kada je otpornost na koroziju primarna.
8. Zaključak
The 400 serija nerđajućih čelika je svestrana i široko korišćena porodica koja pruža pragmatičan balans ekonomija, Magnetna svojstva, termičke performanse i dostižna čvrstoća. Njihova uloga seže od svakodnevnih uređaja do zahtjevnih mehaničkih dijelova.
Uspješno korištenje zahtijeva informiran odabir ocjena i disciplinovanu obradu: zavarivanje i termička obrada imaju ogroman uticaj na konačni učinak.
Tamo gdje je izloženost koroziji umjerena i bitna je cijena ili magnetna reakcija, Serija 400 često predstavlja optimalan inženjerski izbor.
Tamo gdje je potrebna agresivna otpornost na koroziju ili ekstremna otpornost na niske temperature, porodice viših legura treba procijeniti.
FAQs
Da li su čelici serije 400 "nehrđajući"?
Da – formiraju pasivni film od krom-oksida i otporni su na koroziju mnogo bolje od ugljičnih čelika, ali su manje otporne na koroziju od legura serije 300 u mnogim agresivnim medijima.
Može se zamijeniti serije 400 304 u potrošačkim aparatima?
Često da za dekorativne i mnoge primjene uređaja (E.g., 430), ali izbjegavajte često izlaganje hloridima, javljaju se kiseli deterdženti ili morska atmosfera.
Zašto su neki iz serije 400 magnetni, a drugi nisu?
Feritne i martenzitne mikrostrukture su magnetne; austenitne mikrostrukture (tipično za seriju 300) su u suštini nemagnetne. 400-serije su dizajnirane da budu feritne/martenzitne.
Kako zavariti 17-4 PH sigurno?
Koristite kvalifikovane procedure, kontrolisati unos toplote, i primijeniti cikluse rješenja/starenja nakon zavarivanja ili lokalizirano starenje prema uputama dobavljača kako bi se vratila čvrstoća i otpornost na koroziju.
Je 440C pogodan za brodske ležajeve?
Ne — dok 440C nudi visoku tvrdoću i otpornost na habanje, njegova otpornost na koroziju u morskim hloridnim sredinama je ograničena; razmotrite nehrđajuće ležajeve sa višim PREN ili premazima.
