1. Umístění jádra & průmyslová hodnota
The 400 série nerez je praktickým mostem mezi levnými uhlíkovými oceli a vysoce niklovými austenitickými nerezovými ocelmi.
Definováno AISI/ASTM a regionálními standardy (ASTM A240, V 10088, GB/T. 1220), představuje velkou část celosvětové tonáže nerezové oceli, protože se kombinuje:
- Nižší cena slitiny (málo nebo žádné Ni) → atraktivní ekonomika;
- Magnetické chování (feritické/martenzitické) vyžaduje mnoho elektromechanických aplikací;
- Tepelně zpracovatelná zpevnění (martenzitické a precipitačně tuhnoucí podtypy) umožňující velmi vysokou pevnost;
- Příznivá tepelná vodivost a nižší tepelná roztažnost ve srovnání s austenitikou, užitečné pro součásti vystavené teplu.
Mezi průmyslová odvětví, která nejvíce těží, patří automobilový průmysl (výfuky, palivové systémy), spotřebiče (Panely, vložky), stroje (hřídele, ventily), nástroje (ložiska, čepele) a některé letecké/jaderné výklenky, kde je rovnováha nákladů, pevnost a střední odolnost proti korozi je přijatelná.
2. Klasifikace, Složení & Mikrostrukturní mechanismus
Rozdíly ve výkonu 400 nerezové oceli řady jsou v podstatě určeny svým chemickým složením a odpovídajícími mikrostrukturami.
Níže je uvedena hloubková analýza tří základních podtypů:
Ferritic 400 Série (Základní stupně: 409, 430, 439, 444)
Feritické nerezové oceli jsou nejrozšířenějším podtypem, s jednofázovou feritovou mikrostrukturou při pokojové teplotě, žádná fázové přeměny během ohřevu/chlazení, a ultra nízký obsah C (typicky ≤ 0,12 hm. %).
V jejich jádrovém složení dominuje Cr (10.5–19,5 hm. %), s pomocnými prvky, jako je Ti, NB, a Mo pro optimalizaci stability a odolnosti proti korozi.
- 409: Cr (10.5–11,75 hm. %), C (≤ 0,08 hm. %), Z (0.15–0,50 hm. %).
Ti tvoří sraženiny TiC k fixaci C, zabránění mezikrystalové korozi způsobené precipitací karbidu Cr.
Hrubozrnná feritová struktura poskytuje základní odolnost proti atmosférické korozi, takže je vhodný pro nízkonákladové scénáře odolné proti korozi. - 430: Cr (16.0–18,0 hm. %), C (≤ 0,12 hm. %). Jemnozrnná feritová struktura s vyváženou cenou a odolností proti korozi, je hlavním proudem nákladově efektivní feritické třídy pro domácí spotřebiče.
- 439: Cr (17.0–19,0 hm. %), C (≤ 0,03 hm. %), Pokud/Nb (0.10–0,60 hm. %).
Stabilizace kompozitu s ultra nízkým obsahem C a Ti/Nb zjemňuje zrna, výrazně zlepšuje svařitelnost a odolnost proti korozi ve srovnání s 430. - 444: Cr (17.5–19,5 hm. %), Mo (1.75–2,50 hm. %), C (≤ 0,025 hm. %).
Přídavek Mo zvyšuje odolnost proti důlkové korozi (PREN≈25), vytváří hustou feritovou strukturu vhodnou pro prostředí obsahující chloridy.
Martenzitické 400 Série (Základní stupně: 410, 420, 440A/B/C)
Martenzitické nerezové oceli mají vyšší obsah C (0.15–0,75 hm. %) a středním obsahem Cr (11.5–18,0 hm. %).
Při vysokých teplotách, tvoří austenit, které se během kalení přeměňují na tvrdý martenzit – což z nich dělá jediný tepelně zpracovatelný zpevňovací podtyp v 400 série z nerezové oceli.
- 410: C (≤ 0,15 hm. %), Cr (11.5–13,5 hm. %).
Odlévaná struktura je feritová + Martensite; po kalení/temperování, pevnost v tahu dosahuje 515–690 MPa, vhodné pro obecné konstrukční díly. - 420: C (0.15–0,40 hm. %), Cr (12.0–14,0 hm. %).
Vyšší obsah C zlepšuje tvrdost (HRC≥50 po tepelném zpracování), široce používané v příborech a ventilech. - 440A/B/C: C gradient obsahu (0.60–0,75 hm. %), Cr (16.0–18,0 hm. %).
440C má nejvyšší tvrdost (HRC≥58) a opotřebení odporu, ideální pro vysoce přesné nástroje a ložiska.
Srážení - kalení (Ph) 400 Série (Stupeň: 17-4 Ph, AISI 630)
Speciální vysoce výkonná varianta s nízkým C (≤ 0,07 hm. %), Cr (15.5–17,5 hm. %), V (3.0–5,0 hm. %), a Cu (3.0-5,0 hm.).
Při vysokých teplotách tvoří austenit, se během ochlazování přeměňuje na martenzit, a dosahuje zpevnění prostřednictvím tvorby sraženiny bohaté na měď během stárnutí.
Pevnost v tahu může dosáhnout 1380 MPa po tepelném zpracování, vyvažování ultra vysoké pevnosti a odolnosti proti korozi.
3. Základní komplexní vlastnosti
Mechanické vlastnosti
Mechanické vlastnosti 400 sériová nerezová ocel se výrazně liší podle podtypu, s jasnou diferenciací v síle, tažnost, a reakce na tepelné zpracování (údaje jsou v souladu s ASTM A240/A480):
- Feritické typy (430, rozpouštěcím žíháním): Pevnost v tahu 415–515 MPa, mez kluzu 205–275 MPa, prodloužení 20–25 %, tvrdost ≤183 HBW.
Žádná fázová transformace, pouze žíhání pro zjemnění zrna. - Martenzitické typy (420, uhasit & temperované): Pevnost v tahu 725–930 MPa, mez kluzu 515–690 MPa, prodloužení 10–15 %, tvrdost ≥50 HRC.
Zhášení + popouštění výrazně zlepšuje pevnost a tvrdost. - typ PH (17-4 Ph, Stárnutí H900): Pevnost v tahu ≥1170 MPa, mez kluzu ≥1035 MPa, prodloužení ≥ 10 %, tvrdost ≥38 HRC.
Precipitační zpevnění dosahuje ultra vysoké pevnosti bez obětování tažnosti.
Odolnost proti korozi
Odolnost proti korozi je primárně určena obsahem Cr, s Mo a nízkým obsahem C jako pomocné zesilovače. Celkově, je nižší než 300 série, ale lepší než uhlíková ocel:
- Feritické typy: 409 má základní odolnost proti atmosférické korozi (roční míra koroze ≤0,03 mm ve venkovských oblastech); 444 odolává zředěným kyselinám a chloridům, s kritickou důlkovou teplotou ≥30℃.
- Martenzitické typy: Omezeno vysokým obsahem C; 410 je ve vlhkém prostředí náchylný ke korozi, zatímco 440C má lepší odolnost proti korozi díky vyššímu Cr, ale je nevhodný pro námořní/kyselá média.
- 17-4 Ph: Odolnost proti korozi srovnatelná s 304 v atmosférickém a mírně korozivním prostředí, ale náchylné k důlkové korozi v prostředí s vysokým obsahem chloridů.
Fyzikální vlastnosti
Charakteristickým rysem je vlastní magnetismus 400 série z nerezové oceli, s dalšími fyzikálními vlastnostmi konzistentními napříč podtypy:
- Hustota: 7.7–7,8 g/cm³ (nižší než 304 8.0 g/cm³ díky absenci Ni).
- Tepelná vodivost: 25–30 W/(m·K) @ 20 ℃ (vyšší než 304 16 W/(m·K), příznivé pro odvod tepla).
- Koeficient tepelné roztažnosti: 10–12×10⁻⁶/K (20-400 ℃), nižší než 300 série, snížení tepelné deformace.
- Magnetická permeabilita: μ=100–1000 (feritické/martenzitické), mnohem vyšší než austenitické nerezové oceli (m<1.02).
4. Zpracování, výroba & praxe tepelného zpracování
Formování & obrábění
- Feritiky: přiměřená tvarovatelnost za studena; střední žíhání doporučené pro těžké tváření. Obrobitelnost podobná jako u nízkolegovaných ocelí.
- Martenzitika: špatná tvarovatelnost za studena ve vytvrzeném stavu; formě v žíhaném stavu nebo výše (tváření za tepla). Obrobitelnost závisí na temperaci a tvrdosti – vyšší třídy C vyžadují robustní nástroje a nižší rychlosti.
Svařování
- Feritiky: svařitelný, ale náchylný k růstu zrn a křehnutí HAZ při použití vysokého tepelného příkonu; stabilizované ročníky (Pokud/Nb) a nízký tepelný příkon (<10 pro některé kJ/cm) zlepšit výkon; vyberte feritické přídavné kovy.
- Martenzitika: náročné — předehřát (200–300 ° C.), Pro zamezení praskání a obnovení houževnatosti se doporučuje použití nízkovodíkových spotřebních materiálů a temperování po svařování.
- Ph 17-4: svařitelný s přizpůsobeným plnivem a tepelným zpracováním/stárnutím po svařování pro obnovení vlastností.
Tepelné zpracování
- Feritiky: rozpouštěcí žíhání a chlazení vzduchem pro uvolnění napětí a zjemnění zrn; žádné kalení kalením.
- Martenzitika: austenitizovat (950–1 050 °C), uhasit (olej/voda v závislosti na jakosti), pak temperovat (150–650 ° C.) k dosažení požadované tvrdosti/houževnatosti. 440C typicky popouštěné při 200–300 °C pro maximální tvrdost.
- Ph 17-4: roztok léčit (~1 040–1 060 °C), uhasit vodou, pak věk (482–621 °C) k výrobě sraženin bohatých na měď a dosažení cílové pevnosti (H900 atd.).
5. Typické průmyslové aplikace nerezové oceli řady 400
Řada 400 slouží široké škále průmyslových odvětví, protože její podtypy se čistě mapují na různé inženýrské potřeby:
ekonomika + Mírná odolnost proti korozi (feritické), vysoká tvrdost/opotřebení (martenzitika), a velmi vysoká pevnost s přiměřenou odolností proti korozi (PH slitiny).
Automobilový průmysl
Společné části & stupně
- Výfukové systémy, komponenty tlumiče, reakční trubky - 409, někdy 439 pro lepší svařitelnost.
- Oříznout, dekorativní panely - 430.
- Hřídele motoru a převodovky, ventilová sedla / malé opotřebitelné součásti — 410 / 420 kde je potřeba tepelné zpracování.
Proč se používá 4xx
- Nízký obsah niklu poskytuje velkou nákladovou výhodu pro velmi velkoobjemové komponenty.
Feritické druhy odolávají cyklické oxidaci v horkém výfukovém prostředí a mají vhodnou tepelnou vodivost a roztažnost. Martenzitické třídy nabízejí kalené povrchy pro malé díly kritické proti opotřebení.
Klíčové úvahy
- Pro svařované výfukové systémy, použijte Ti/Nb stabilizované feritické oceli (409Ti/439) nebo řídit přívod tepla, aby se zabránilo zkřehnutí HAZ.
- Ochrana proti korozi (povrchové nátěry, hliníkování) se často používá k prodloužení životnosti v prostředí se solí na silnicích.
Domácí spotřebiče a spotřební zboží
Společné části & stupně
- Dveře lednice, vložky do trouby, vnitřky myčky nádobí, ovládací panely - 430 a někdy 439/444 pro lepší odolnost proti korozi.
- Příbory a kuchyňské nože — 420 / 440C (Martensitic), leštěné a temperované.
Proč se používá 4xx
- Atraktivní povrchová úprava, dobrá formobilita (feritické), magnetická odezva tam, kde je potřeba (NAPŘ., indikátory indukčního vaření), a mnohem nižší náklady než u austenitických děli feritický 4xx jako výchozí pro dekorativní a vnitřní části zařízení.
Klíčové úvahy
- Vyhněte se 4xx v solných sprejích nebo pobřežních expozicích, pokud nejsou pokryty nebo specificky variantou s ložiskem Mo (444).
Na příbory, vyberte martenzitické vlastnosti s vysokým obsahem uhlíku a řiďte temperování pro vyvážení retence hran a odolnosti proti korozi.
Tepelná výměna, HVAC a tepelné systémy
Společné části & stupně
- Žebra tepelného výměníku, potrubí, komponenty pece, opláštění kotle — 409, 430, 444.
Proč se používá 4xx
- Feritické materiály kombinují dobrou tepelnou vodivost, nízká tepelná roztažnost a odolnost proti oxidaci při zvýšených teplotách s nižší cenou než série 300, Díky tomu se dobře hodí pro hardware pro přenos tepla a pro řízení výfukového tepla.
Klíčové úvahy
- Za mokra, proudy obsahující chlorid nebo vysoké riziko důlkové koroze, preferují feritické ložiska Mo (444) nebo v případě potřeby přejděte na duplex/série 300.
Chemikálie, zpracovatelský průmysl a průmysl manipulace s vodou
Společné části & stupně
- Nádrže pro střední provoz, potrubní armatury, výměníky tepla pro neextrémní chemikálie — 444 (kde záleží na odolnosti vůči chloridům), 439 pro svařované nádrže.
Proč se používá 4xx
- Když je provoz středně agresivní, ale plně austenitické nebo duplexní slitiny nejsou ekonomicky opodstatněné, Mo-stabilizované feritické oceli nabízejí přijatelnou střední cestu.
Klíčové úvahy
- Specifikujte certifikáty mlýna a korozní zkoušky. Pro trvalé vystavení chloridům (procesní solanky, chlazení mořskou vodou) ověřte výběr stupně oproti naměřenému chloridu, teplotní a štěrbinové podmínky.
Olej & plyn, petrochemický (vybrané komponenty)
Společné části & stupně
- Upevňovací prvky, nekritické součásti ventilů, hřídele čerpadel - 410, 431 (martenzitická vysoká pevnost), 17-4 Ph pro vysokou pevnost, komponenty odolné proti korozi (kde je možné stárnutí po svařování).
Proč se používá 4xx
- Martenzitické a PH třídy poskytují velmi vysokou pevnost pro tlakové a mechanické zatížení; 17-4 PH se často volí tam, kde je vyžadována pevnost a přiměřená odolnost proti korozi a kde lze řídit cykly svařování/stárnutí.
Klíčové úvahy
- Martenzitické části v kyselém nebo chloridovém prostředí musí být kvalifikovány pro vodíkovou křehkost a riziko SSC. Popouštění/stárnutí po svařování je často povinné.
Marine, zařízení na odsolování a mořskou vodu (omezené použití)
Společné části & stupně
- Sítka na mořskou vodu, nekritická pouzdra — 444 při mírném vystavení chloridům; jinak konstruktéři preferují duplex nebo slitiny s vyšším obsahem PREN.
Proč se používá 4xx (selektivně)
- Feritické materiály s Mo-ložiskem mohou zvládat některé úkoly s mořskou vodou s nižšími náklady, ale dlouhodobé riziko důlkové koroze a trhliny je často vylučují u trvale ponořených konstrukčních částí.
Klíčové úvahy
- Když se 4xx používá v námořních kontextech, kombinovat s katodovou ochranou, povlaky, a přísný kontrolní režim. Vyhněte se tam, kde jsou podmínky ovlivněné teplem nebo štěrbinami.
Výroba energie & energetické systémy
Společné části & stupně
- Výměníky tepla, kouřovodů, těsnění turbíny - 409, 444.
- Vysokopevnostní šrouby a hřídele — 17-4 Ph případně martenzitické.
Proč se používá 4xx
- Feritické oceli dobře snášejí cyklickou oxidaci a tepelné namáhání; Třídy PH se používají pro vysoce namáhané spojovací prvky a součásti, kde by austenitické slitiny byly zbytečně drahé.
Klíčové úvahy
- Sledujte dlouhodobé zkřehnutí sigma fáze u některých slitin s vysokým obsahem Cr při středních teplotách; specifikovat limity provozní teploty a intervaly kontrol.
Lékařský, nástroje a přesné nástroje (vybraný)
Společné části & stupně
- Čepele chirurgických nástrojů — 420 / 440C (Martensitic, vysoký lesk a zachování hran).
- Přesné vložky forem a nástroje s vysokým opotřebením — 440C.
Proč se používá 4xx
- Vysoká tvrdost a zachování hran činí martenzitiku atraktivní, za předpokladu, že vystavení korozi je kontrolováno a povrchová úprava/pasivace je vynikající.
Klíčové úvahy
- Pro implantáty nebo dlouhodobé vystavení těla, 300-preferovány jsou slitiny série nebo lékařské kvality; 4xx pro nástroje pouze v případě, že sterilizace a pasivace jsou přijatelné a jsou dodržovány lékařské normy.
6. Výhody & Omezení
Nerezové oceli řady 400 zaujímají odlišnou pozici mezi uhlíkovými oceli a austenitickými nerezovými ocelmi s obsahem niklu.
Klíčové výhody nerezové oceli řady 400
Efektivita nákladů a cenová stabilita
400-nerezové oceli řady obsahují málo nebo žádný nikl, spoléhající se především na chrom pro odolnost proti korozi.
To výrazně snižuje náklady na suroviny a chrání nákup před kolísáním cen niklu, Díky tomu jsou tyto třídy ekonomicky atraktivní pro velkoobjemové aplikace.
Inherentní magnetické vlastnosti
Feritické a martenzitické třídy 400 jsou přirozeně magnetické, umožňující jejich použití v elektromagnetických zařízeních, senzory, ovladače, a součásti vyžadující magnetickou odezvu – aplikace, kde jsou austenitické nerezové oceli nevhodné.
Tepelně zpracovatelná pevnost (martenzitické a PH stupně)
Na rozdíl od austenitických nerezových ocelí, martenzitické a precipitačně kalené slitiny řady 400 lze zpevnit kalením, temperování, a stárnutí.
To umožňuje pevnost v tahu v rozmezí od středních úrovní až po výrazně vyšší 1000 MPA, podporující odolnost proti opotřebení, nosný, a vysoce namáhané komponenty.
Dobrá tepelná vodivost a nízká tepelná roztažnost
Feritické oceli řady 400 vykazují vyšší tepelnou vodivost a nižší koeficienty tepelné roztažnosti než nerezové oceli řady 300.
To zlepšuje odolnost proti tepelné únavě a deformaci, takže jsou vhodné pro výfukové systémy, výměníky tepla, a prostředí tepelného cyklování.
Přiměřená odolnost proti korozi pro mírná prostředí
S obsahem chrómu obvykle vyšším 10.5 % hm., 400-sériové oceli poskytují spolehlivou odolnost proti atmosférické korozi, mírné chemikálie, a vysokoteplotní oxidace – mnohem lepší než uhlíková ocel a dostačující pro mnoho průmyslových a spotřebitelských aplikací.
Zjednodušený design slitiny a recyklovatelnost
Nižší složitost slitiny usnadňuje tavení, recyklace, a opětovné použití v tocích z nerezové oceli, sladění s kontrolou nákladů a cíli udržitelnosti ve velkovýrobě.
Klíčová omezení nerezové oceli řady 400
Nižší odolnost proti korozi ve srovnání s austenitickými třídami
Většina ocelí řady 400 postrádá nikl a, v mnoha případech, dostatek molybdenu potřebného pro silnou odolnost proti důlkové korozi, koroze štěrbiny, a korozní praskání pod napětím v prostředí bohatém na chloridy nebo v silně kyselém prostředí.
Nelze je obecně nahradit 304 nebo 316 v drsných chemických nebo námořních službách.
Omezená svařitelnost
Feritické třídy jsou náchylné k hrubnutí zrna a ztrátě houževnatosti v tepelně ovlivněné zóně, zatímco martenzitické třídy jsou náchylné k praskání za studena a vodíkové křehnutí.
Úspěšné svařování často vyžaduje přísnou kontrolu příkonu tepla, stabilizační prvky (Z, NB), Předehřívání, a tepelné zpracování po svařování.
Snížená houževnatost při nízkých teplotách
Feritické nerezavějící oceli řady 400 vykazují přechodovou teplotu tažný až křehký, typicky kolem mínus až mírně nad bodem mrazu.
To omezuje jejich vhodnost pro kryogenní nebo chladné konstrukční aplikace.
Nižší tvařitelnost než austenitické nerezové oceli
Feritické třídy mají střední schopnost tváření za studena, ale omezenou tahovou tvárnost, zatímco martenzitické třídy se obtížně tvarují za studena kvůli vysoké tvrdosti.
Složité hlubokotažné součásti jsou obecně vhodnější pro nerezové oceli řady 300.
Citlivost na nesprávné tepelné zpracování a provozní vystavení
Martenzitické a PH třídy vyžadují pečlivě kontrolované cykly tepelného zpracování.
Nevhodné temperování, dlouhodobé vystavení středním teplotám, nebo nesprávné svařovací postupy mohou vést ke zkřehnutí, ztráta odolnosti proti korozi, nebo předčasné selhání.
Užší okno aplikace pro náročná prostředí
Ve vysoce korozivních, s vysokým obsahem chloridů, nebo vysoce čisté procesní prostředí, výkonnostní rozpětí ocelí řady 400 je omezené, často vyžadující použití austenitických, Duplex, nebo super nerezové oceli.
7. Srovnávací analýza vs 300-série & jiné alternativy
- Odolnost proti korozi: 300-série (304/316) >> 400-série v agresivním chloridovém/kyselém prostředí.
- Pevnost (ošetřeno teplem): Martenzitické/PH 400 >> 300-série (může daleko překročit 1,000 MPA).
- Náklady: 400-série obvykle o 30–50 % levnější než 304 kvůli nízkému Ni.
- Svařovatelnost & Formovatelnost: 300-série nadřazená; 400-série vyžaduje větší péči.
- Magnetismus: 400-sériová magnetická — výhoda v případě potřeby magnetické odezvy.
- Chování při vysokých teplotách (oxidace): feritické 4xx jsou často lepší než austenitické pro aplikace s cyklickou oxidací a tepelnou vodivostí.
Pravidlo výběru: vyberte řadu 400, když stojíte, je vyžadována magnetická odezva nebo velmi vysoká tvrdost/pevnost a korozní prostředí je mírné nebo zvládnutelné pomocí povlaků; zvolte slitiny řady 300/duplex/nikl, pokud je primární odolnost proti korozi.
8. Závěr
The 400 nerezové oceli řady jsou všestrannou a široce používanou rodinou, která poskytuje pragmatickou rovnováhu ekonomika, magnetické vlastnosti, tepelný výkon a dosažitelná pevnost. Jejich role zahrnuje každodenní spotřebiče až po náročné mechanické díly.
Úspěšné použití vyžaduje informovaný výběr třídy a disciplinované zpracování: svařování a tepelné zpracování mají nadměrný vliv na konečný výkon.
Tam, kde je vystavení korozi mírné a záleží na ceně nebo magnetické odezvě, řada 400 často představuje optimální inženýrskou volbu.
Tam, kde je vyžadována agresivní odolnost proti korozi nebo extrémní houževnatost při nízkých teplotách, rodiny s vyššími slitinami by měly být hodnoceny.
Časté časté
Jsou oceli řady 400 „nerezové“?
Ano – tvoří pasivní vrstvu oxidu chrómu a odolávají korozi mnohem lépe než uhlíkové oceli, ale jsou méně odolné proti korozi než slitiny řady 300 v mnoha agresivních médiích.
Může nahradit řadu 400 304 ve spotřebních spotřebičích?
Často ano pro dekorativní použití a mnoho aplikací spotřebičů (NAPŘ., 430), ale vyhněte se častému vystavení chloridům, se vyskytují kyselé detergenty nebo mořské prostředí.
Proč jsou některé řady 400 magnetické a jiné ne?
Feritické a martenzitické mikrostruktury jsou magnetické; austenitické mikrostruktury (typické pro řadu 300) jsou v podstatě nemagnetické. 400-řady jsou navrženy jako feritické/martenzitické.
Jak svařovat 17-4 PH bezpečně?
Používejte kvalifikované postupy, ovládat přívod tepla, a aplikujte cykly roztok/stárnutí po svařování nebo lokalizované stárnutí podle pokynů dodavatele, abyste obnovili pevnost a odolnost proti korozi.
Je 440C vhodný pro lodní ložiska?
Ne – zatímco 440C nabízí vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení, jeho odolnost proti korozi v prostředí mořského chloridu je omezená; zvážit nerezová ložiska s vyšším PREN nebo povlaky.
