1.4021 Nehrđajući čelik | X20Cr13 | UNS S42000

1. Uvod

1.4021 je martenzitni nehrđajući čelik nadaleko poznat pod oznakom X20Cr13 i obično se upućuju na Aisi 420 u literaturi dobavljača.

Pripada obitelji kromiranih nehrđajućih čelika koji se mogu očvrsnuti toplinskom obradom, što ga čini bitno drugačijim od poznatijih austenitnih razreda koji se koriste za opću otpornost na koroziju.

U praksi, 1.4021 odabire se kada projektant treba kombinaciju umjerene otpornosti na koroziju, visok potencijal tvrdoće, i korisna otpornost na habanje, a ne maksimalne performanse protiv korozije.

Materijal je posebno važan kod pribora za jelo, lopatice, osovine pumpi, hidrauličke komponente, strojevi, i ukrasni dijelovi, jer je njegova ravnoteža svojstava dobro prilagođena dijelovima koji moraju biti jaki, moguće polirati, i upotrebljiv u umjereno korozivnim okruženjima.

To je središnja ideja iza 1.4021: nije univerzalni nehrđajući čelik, ali tehnički ciljano.

2. Što Je 1.4021 Nehrđajući čelik?

1.4021 je a martenzitni krom nehrđajući čelik sa sadržajem kroma u 12–14% asortiman i ugljik u 0.16–0,25% domet.

Tehničke tablice dobavljača opisuju ga kao čelik koji se može kaliti i koji se koristi u kaljenom i poboljšanom stanju za konstrukcijske primjene i pričvršćivače gdje umjerena otpornost na koroziju je potrebno.

Također se opisuje kao čelik za pribor za jelo i oštrice, što odražava njegovu sposobnost postizanja relativno visoke tvrdoće nakon toplinske obrade.

Ovaj stupanj je feromagnetski, ima dobru obradivost i sposobnost kovanja, i pogodan je za korištenje do oko 550–600°C ovisno o svojstvu koje se razmatra.

Jedna podatkovna tablica navodi da je “otporan na kamenac do 1100 ° F,” o kojem se radi 593° C, dok drugi bilježi dobru otpornost na oksidirajuću atmosferu do oko 600° C.

Te vrijednosti su u skladu s idejom da 1.4021 je upotrebljiv nehrđajući čelik za vruću obradu, ali ne i legura za visokotemperaturnu koroziju.

Temeljne karakteristike

Na praktičnoj razini, 1.4021 cijeni se zbog četiri stvari:

• Može biti očvrsnut na visoku čvrstoću i tvrdoću,
• 1.4021 nehrđajući čelik ima umjerena otpornost na koroziju u mediju bez klorida,
• Može biti polirani do visokog sjaja,
• jeste magnetski, što može biti korisno ili nepoželjno ovisno o primjeni.

3. Kemijski sastav i identitet materijala

4. Fizička i mehanička svojstva 1.4021 Nehrđajući čelik

Svojstva 1.4021 jako ovise o uvjetima toplinske obrade. U žarenom stanju je relativno obradiv; nakon kaljenja i popuštanja postaje znatno tvrđi i jači.

Donje tablice sažimaju reprezentativne vrijednosti sobne temperature iz objavljenih podatkovnih tablica.

Fizička svojstva

Mehanička svojstva

5. Toplotna obrada, Stvrdnjavanje, i mikrostruktura

Toplotna obrada

1.4021 je a Martenzitski nehrđajući čelik, tako da je njegova izvedba regulirana ciklusom toplinske obrade, a ne samo stanjem prijema.

U žarenom stanju, mekša je i obradivija; nakon kaljenja i popuštanja, pretvara se u mnogo tvrđi i jači materijal.

Ta otvrdljivost je glavni razlog zašto se ovaj stupanj koristi za oštrice, osovine, pričvršćivači, i druge komponente sklone habanju.

Objavljene podatkovne tablice opisuju meko žareno stanje koje se postiže držanjem na 745–825°C nakon čega slijedi polagano hlađenje zrakom, dok se kaljenje izvodi zagrijavanjem na oko 950–1050°C i hlađenje na zraku ili ulju.

Stvrdnjavanje

Rezultirajuća mikrostruktura je u osnovi martenzitna nakon kaljenja, a korak kaljenja koristi se za podešavanje ravnoteže između tvrdoće i žilavosti.

Za praktičnu proizvodnju, raspon temperiranja odabire se prema skupu ciljnih svojstava: jedan izvor daje QT700 na 650–750°C i QT800 na 600–700°C, dok drugi napominje da željena čvrstoća određuje temperaturu kaljenja.

Ovo nije legura "jedna veličina za sve".; to je materijal čije je konačno ponašanje namjerno projektirano toplinskom obradom.

Mikrostruktura

Kritični metalurški detalj je prozor za krtost. Podatkovna tablica upozorava da je raspon između 400°C i 600 °C treba izbjegavati jer se mogu precipitirati neželjene faze i može doći do krtosti.

To znači da se legura može učiniti vrlo tvrdom, ali se također mora rukovati toplinskom disciplinom.

Drugim riječima, ista osjetljivost na toplinsku obradu koja čini 1.4021 korisno također ga čini neoprostivim ako je proces slabo kontroliran.

Mikrostrukturno ponašanje povezano sa zavarivanjem slijedi istu logiku. Nakon zavarivanja, obradak treba ohladiti ispod početnog područja martenzita, približno 120° C, prije kaljenja.

To smanjuje rizik od pucanja i pomaže uspostaviti stabilniju ravnotežu svojstava u zoni utjecaja topline.

Drugi izvor napominje da se ovaj stupanj obično ne zavaruje zbog njegovog ponašanja na zraku, što je drugi način da se kaže da unos topline i povijest hlađenja snažno utječu na konačnu izvedbu.

Sažetak toplinske obrade

6. Učinkovitost korozije u različitim okruženjima

1.4021 ponude od nehrđajućeg čelika umjeren otpor korozije, nije široka otpornost na koroziju povezana s austenitnim stupnjevima kao što je 304 ili 316.

Jedna podatkovna tablica kaže da se dobro ponaša u umjereno korozivnim uvjetima, bez klorida okruženja kao što su sapuni, deterdženti, i organske kiseline, dok drugi bilježi otpornost na atmosferu, svježa voda, razrijeđene kiseline, i lužine.

To ga čini korisnim, ali ne univerzalni. Legura također ima jasna ograničenja.

Swiss Steel navodi da jest nije otporan na interkristalnu koroziju u isporučenom ili zavarenom stanju, i 1.4021 stoga se ne smije tretirati kao nehrđajući čelik specijalist za koroziju u zavarenim kemijskim uslugama.

Njegova svojstva protiv korozije najbolja su kada je površina fino brušena ili polirana, a jedan izvor izričito napominje da se optimalna otpornost na koroziju postiže kada je površina fino brušena ili polirana.

Perspektiva korozije

• Dobro za atmosferu, svježa voda, razrijeđene kiseline, lužine, sapuni, deterdženti, i organske kiseline.
• Nije dobar izbor za kloridne ili jako korozivne usluge.
• Završna obrada površine je važna: polirane površine rade bolje.
• Uvjeti zavarivanja i isporuke mogu smanjiti otpornost na koroziju ako se ne upravlja pravilno.

7. Izrada, Zavarivanje, i Razmatranja strojne obrade

Ponašanje pri izradi

1.4021 je martenzitni nehrđajući čelik, tako da je njegovo ponašanje pri izradi usko povezano s njegovom razinom tvrdoće i toplinskom poviješću.

U žarenom stanju, relativno je izvodljiv, a podaci dobavljača opisuju njegovu kovljivost kao dobru, njegovo hladno oblikovanje što je moguće, a njegova obradivost kao dobra.

Iste podatkovne tablice također navode da se može koristiti u vrućim- i hladno valjani lim, traka, barovi, žica, odjeljci, i svijetle proizvode, što odražava prilično širok prozor industrijske obrade.

Praktičan način razmišljanja 1.4021 je li ovo: to nije "težak" nehrđajući čelik u smislu izrade, ali također nije ni meki austenitni stupanj.

Njegova obradivost značajno se mijenja s tvrdoćom, a konačno ciljno svojstvo treba odlučiti prije početka oblikovanja ili strojne obrade.

Iz tog razloga, planiranje proizvodnje i planiranje toplinske obrade trebalo bi tretirati kao jedan kombinirani problem, a ne dva odvojena koraka.

Kovanje i topli rad

Vruća obrada dobro je uspostavljena za ovaj stupanj. Jedna podatkovna tablica preporučuje postupno zagrijavanje na oko 850° C, zatim brže zagrijavanje do 1150–1180°C, s kovanjem provedenim između 1100° C i 900 ° C, nakon čega slijedi sporo hlađenje kako bi se potaknuo kontrolirani razvoj strukture.

Drugi izvor napominje da se ova vrsta uspješno koristi u konstrukcijama i pričvršćivačima te da ima dobru kovljivost.

Ovi detalji to pokazuju 1.4021 dobro reagira na kovanje, ali samo kad je kontrola temperature disciplinirana.

Zavarivanje

Ovo nije ocjena koja nagrađuje povremenu praksu zavarivanja.

Razlog je strukturni: kao martenzitni čelik, može se stvrdnuti tijekom hlađenja, što povećava rizik od krhkih zona zavara i neravnoteže svojstava osim ako se predgrijavanje i kaljenje ne koriste ispravno.

Zasebna podatkovna tablica još je jasnija, navodeći da 1.4021 se "uobičajeno ne zavaruje" zbog svog stvrdnjavanja na zraku.

Praktični zaključak je jasan: zavarivanje je moguće, ali ga treba planirati kao kontrolirani metalurški zahvat, ne samo korak pridruživanja.

Obrada

Obradivost je jedno od povoljnijih svojstava 1.4021. Swiss Steel opisuje kvalitetu kao dobru obradivost, a thyssenkrupp napominje da se obrađuje slično ugljičnim čelicima iste tvrdoće.

To znači da je opterećenje strojne obrade uvelike uvjetovano razinom tvrdoće, a ne neuobičajenim ponašanjem nehrđajućeg čelika.

U praksi, što leguru čini posebno privlačnom za dijelove za koje se očekuje da će biti strojno obrađeni prije konačnog otvrdnjavanja ili da će se koristiti u poboljšanom stanju gdje je još uvijek važna kontrola dimenzija.

Površinska obrada i mogućnost poliranja

Površinska obrada je više od kozmetike za 1.4021; također utječe na učinak korozije.

U dokumentaciji dobavljača stoji da se varijanta s oštricom noža može polirati do visokog sjaja i da se optimalna otpornost na koroziju postiže kada je površina fino brušena ili polirana.

To čini završnu obradu površine funkcionalnim dijelom dizajna, a ne završnim dekorativnim korakom.

Ovo je posebno važno za pribor za jelo, ukrasni dijelovi, i vidljive mehaničke komponente.

Glatkija površina se ne okreće 1.4021 u nehrđajući čelik specijaliziran za koroziju, ali pomaže leguri da se približi svojoj najboljoj mogućoj razini unutar predviđene radne ovojnice.

8. Prednosti i nedostaci 1.4021 Nehrđajući čelik

Prednosti

1.4021 nehrđajući čelik je privlačan jer spaja Otvrdljivost, Dobra obradivost, i završnu površinu.

Kao martenzitni nehrđajući čelik, može se toplinski obraditi do puno veće tvrdoće i čvrstoće od austenitnih razreda, što ga čini pogodnim za oštrice, osovine, pričvršćivači, i dijelovi skloni habanju.

Objavljeni podaci pokazuju oštre uvjete u QT700–QT800 rasponu s vlačnom čvrstoćom do grubo 700–950 MPa, ovisno o ćudi.

Nehrđajući čelik je također relativno jednostavan za obradu i može se polirati do visokog sjaja, zbog čega se koristi u priboru za jelo, ukrasni dijelovi, i precizne mehaničke komponente.

Njegov magnetski odziv također može biti koristan u nekim primjenama. U srednje agresivan, okruženja bez klorida, nudi prihvatljivu otpornost na koroziju.

Nedostaci

Njegovo glavno ograničenje je samo umjerena otpornost na koroziju. Nije zamjena za austenitne stupnjeve kao što je 304 ili 316 u službi bogatoj kloridima ili jako korozivnoj.

Također je nije otporan na interkristalnu koroziju u isporučenom ili zavarenom stanju, tako da se poviješću zavarivanja i zagrijavanja mora pažljivo upravljati.

Leguru je stoga bolje promatrati kao a nehrđajući čelik koji se može kaliti za mehaničku izvedbu, nije općenito nehrđajući čelik otporan na koroziju.

9. Industrijske primjene 1.4021 Nehrđajući čelik

1.4021 nehrđajući čelik nije odabran prvenstveno jer je nehrđajući čelik najotporniji na koroziju.

Odabran je jer se može stvrdnuti, uglađen, i obrađeni u komponente kojima je potrebna snaga, nositi otpor, i pristojnu nehrđajuću površinu u umjereno agresivnom okruženju.

Tipični slučajevi upotrebe

• noževi i pribor za jelo
• kirurški i zubarski instrumenti
• pumpa vratila i hidrauličkih dijelova
• spojni elementi i mehaničke komponente
• kalupi, umiroviti, i elementi alata
• ukrasni nehrđajući dijelovi
• automobilski i petrokemijski hardver

10. Ekvivalentne ocjene u međunarodnim standardima

11. Usporedba s drugim nehrđajućim čelicima

12. Zaključak

1.4021 nehrđajući čelik, ili X20Cr13, je martenzitni krom nehrđajući čelik s vrlo jasnom tehničkom namjenom: kombinirati prokaljivost, umjerena otpornost na koroziju, nositi otpor, i dobra mogućnost poliranja u jednom stupnju.

Njegova gustoća, modul, i magnetski odziv čine ga robusnim inženjerskim metalom, dok mu odziv toplinske obrade omogućuje podešavanje iz relativno obradivog žarenog materijala u puno tvrđe stanje kaljenja i otpuštanja.

Granice legure jednako su važne. Nije univerzalni nehrđajući čelik; bolje ga je razumjeti kao nehrđajući čelik za umjereno korozivna okruženja gdje tvrdoća, geometrija, i učinak usluge je važan.

Nakon što se to kadriranje shvati, materijal postaje lak za postavljanje: 1.4021 je vrsta nehrđajućeg čelika koju odaberete kada trebate više oštrine, veća otpornost na habanje, i veću kaljivost nego što može pružiti austenitni stupanj.

Česta pitanja

Što je 1.4021 nehrđajući čelik?

1.4021 je martenzitni nehrđajući čelik poznat i kao X20Cr13, i obično se unakrsno upućuje na Aisi 420 u literaturi dobavljača.

Je 1.4021 magnetski od nehrđajućeg čelika?

Da. Podatkovne tablice dobavljača opisuju ga kao a feromagnetski stupanj s mogućnošću magnetiziranja Da.

Je 1.4021 nehrđajući čelik dobar za zavarivanje?

Može se zavarivati, ali nije najlakše zavarivanje nehrđajućeg.

Tehničke tablice preporučuju predgrijavanje i kaljenje nakon zavarivanja, a jedan izvor napominje da se obično ne zavaruje zbog svog ponašanja pri stvrdnjavanju na zraku.

radi 1.4021 nehrđajući čelik dobro se odupire koroziji?

Ima umjeren otpor korozije, posebno u medijima bez klorida kao što su sapuni, deterdženti, organske kiseline, svježa voda, i razrijeđene kiseline/lužine. To nije nehrđajući kvalitet s visokim udjelom klorida.

Limenki 1.4021 nehrđajući čelik biti kaljen?

Da. To je kaljivi martenzitni nehrđajući čelik, tipično ugašen od oko 950–1050°C a zatim kaljeno.