1.4021 Stal nierdzewna | X20Cr13 | UNS S42000

1. Wstęp

1.4021 jest martenzytyczną stalą nierdzewną powszechnie znaną pod tym oznaczeniem X20Cr13 i często się do nich odwołują AISI 420 w literaturze dostawców.

Należy do rodziny chromowych stali nierdzewnych, które można utwardzać poprzez obróbkę cieplną, co zasadniczo odróżnia go od bardziej znanych gatunków austenitycznych stosowanych do ogólnej odporności na korozję.

W rzeczywistości, 1.4021 jest wybierany, gdy projektant potrzebuje połączenia umiarkowanej odporności na korozję, wysoki potencjał twardości, i użyteczną odporność na zużycie, a nie maksymalną odporność na korozję.

Materiał jest szczególnie ważny w przypadku sztućców, Ostrza, wały pomp, Składniki hydrauliczne, maszyneria, i elementy dekoracyjne, ponieważ jego równowaga właściwości jest dobrze dostosowana do części, które muszą być mocne, polerujący, i nadaje się do użytku w środowiskach umiarkowanie korozyjnych.

To jest główna idea 1.4021: nie jest to uniwersalna stal nierdzewna, ale ukierunkowany technicznie.

2. Co jest 1.4021 Stal nierdzewna?

1.4021 jest chrom martenzytyczny stal nierdzewna z zawartością chromu w 12–14% zasięg i węgiel w 0.16–0,25% zakres.

Arkusze danych dostawców opisują ją jako hartowaną stal stosowaną w stanie hartowanym i odpuszczanym do zastosowań konstrukcyjnych i elementów złącznych, gdzie Umiarkowana odporność na korozję jest potrzebny.

Określana jest także jako stal na sztućce i ostrza, co odzwierciedla jego zdolność do osiągnięcia stosunkowo dużej twardości po obróbce cieplnej.

Ten gatunek jest ferromagnetyczny, ma dobrą skrawalność i podatność na kucie, i nadaje się do stosowania do ok 550–600 ° C. w zależności od rozważanej nieruchomości.

W jednym z arkuszy danych podano, że jest on „odporny na skalę do 1100 °F,” o czym mowa 593°C, podczas gdy inny zauważa dobrą odporność na atmosfery utleniające do około 600°C.

Wartości te są zgodne z ideą, że 1.4021 to nadająca się do użytku stal nierdzewna do pracy na gorąco, ale nie jest to stop odporny na korozję w wysokiej temperaturze.

Podstawowe cechy

Na poziomie praktycznym, 1.4021 jest ceniony za cztery rzeczy:

• To może być utwardzony do dużej wytrzymałości i twardości,
• 1.4021 stal nierdzewna ma Umiarkowana odporność na korozję w mediach niezawierających chlorków,
• To może być polerowane na wysoki połysk,
• To jest magnetyczny, które mogą być przydatne lub niepożądane w zależności od zastosowania.

3. Skład chemiczny i identyfikacja materiału

4. Właściwości fizyczne i mechaniczne 1.4021 Stal nierdzewna

Właściwości 1.4021 zależą w dużym stopniu od warunków obróbki cieplnej. W stanie wyżarzonym jest stosunkowo wykonalny; po hartowaniu i odpuszczaniu staje się znacznie twardszy i mocniejszy.

Poniższe tabele podsumowują reprezentatywne wartości temperatury pokojowej z opublikowanych arkuszy danych.

Właściwości fizyczne

Właściwości mechaniczne

5. Obróbka cieplna, Hartowanie, i mikrostruktura

Obróbka cieplna

1.4021 jest Martenzytyczna stal nierdzewna, dlatego też jego działanie zależy od cyklu obróbki cieplnej, a nie od samego stanu w chwili otrzymania.

W stanie wyżarzonym, jest bardziej miękki i bardziej wykonalny; Po wygaszaniu i temperowaniu, przekształca się w znacznie twardszy i mocniejszy materiał.

Ta hartowność jest głównym powodem, dla którego ten gatunek jest używany do produkcji ostrzy, wały, elementy złączne, i inne elementy podatne na zużycie.

Opublikowane arkusze danych opisują stan wyżarzania miękkiego uzyskany przez przetrzymywanie w temp 745–825°C następnie powolne chłodzenie powietrzem, podczas gdy utwardzanie przeprowadza się przez ogrzewanie do około 950–1050°C i chłodzenie powietrzem lub olejem.

Hartowanie

Powstała mikrostruktura po hartowaniu jest zasadniczo martenzytyczna, a etap odpuszczania służy do dostrojenia równowagi pomiędzy twardością i wytrzymałością.

Do praktycznej produkcji, zakres odpuszczania dobierany jest zgodnie z docelowym zestawem właściwości: podaje jedno źródło QT700 Na 650–750 ° C. I QT800 Na 600–700 ° C., podczas gdy inny zauważa, że ​​pożądana wytrzymałość określa temperaturę odpuszczania.

Nie jest to stop uniwersalny; jest to materiał, którego ostateczne zachowanie zostało celowo zaprojektowane w drodze obróbki termicznej.

Mikrostruktura

Krytycznym szczegółem metalurgicznym jest okno kruchości. Arkusz danych ostrzega, że ​​zakres pomiędzy 400° C i 600 ° C. należy unikać, ponieważ mogą się wytrącać niepożądane fazy i może wystąpić kruchość.

Oznacza to, że stop może być bardzo twardy, ale należy się z nim również obchodzić z zachowaniem dyscypliny termicznej.

Innymi słowy, tę samą wrażliwość na obróbkę cieplną, która zapewnia 1.4021 przydatne, sprawia również, że jest bezlitosne, jeśli proces jest słabo kontrolowany.

Zachowanie mikrostruktury związane ze spawaniem opiera się na tej samej logice. Po spawaniu, przedmiot obrabiany powinien zostać schłodzony poniżej obszaru początkowego martenzytu, około 120°C, przed temperowaniem.

Zmniejsza to ryzyko pękania i pomaga przywrócić bardziej stabilną równowagę właściwości w strefie wpływu ciepła.

Drugie źródło zauważa, że ​​gatunek ten nie jest powszechnie spawany ze względu na jego właściwości utwardzające się na powietrzu, co jest innym sposobem na stwierdzenie, że doprowadzone ciepło i historia chłodzenia silnie wpływają na ostateczną wydajność.

Podsumowanie obróbki cieplnej

6. Wydajność korozji w różnych środowiskach

1.4021 oferty ze stali nierdzewnej umiarkowany odporność na korozję, a nie szeroka odporność na korozję związana z gatunkami austenitycznymi, takimi jak 304 Lub 316.

W jednym arkuszu danych podano, że sprawdza się dobrze w środowisku umiarkowanie korozyjnym, nie zawiera chlorków środowiska, takie jak mydła, detergenty, i kwasy organiczne, podczas gdy inny zauważa odporność na atmosferę, świeża woda, rozcieńczone kwasy, i alkalia.

To czyni go użytecznym, ale nie uniwersalny. Stop ma również wyraźne ograniczenia.

Swiss Steel twierdzi, że tak nie jest odporny na korozję międzykrystaliczną w stanie dostawy ani stanu po spawaniu, I 1.4021 dlatego nie należy go traktować jak stali nierdzewnej specjalizującej się w korozji w spawalnictwie chemicznym.

Jego działanie antykorozyjne jest najlepsze, gdy powierzchnia jest drobno przeszlifowana lub wypolerowana, a jedno źródło wyraźnie zauważa, że ​​optymalną odporność na korozję osiąga się, gdy powierzchnia jest drobno szlifowana lub polerowana.

Perspektywa korozji

• Dobre dla atmosfery, świeża woda, rozcieńczone kwasy, alkalia, mydła, detergenty, i kwasy organiczne.
• Nie jest to dobry wybór w przypadku zastosowań zawierających duże ilości chlorków lub silnie korozyjnych.
• Wykończenie powierzchni ma znaczenie: polerowane powierzchnie działają lepiej.
• Warunki spawania i dostawy mogą zmniejszyć odporność na korozję, jeśli nie są odpowiednio zarządzane.

7. Produkcja, Spawalniczy, i rozważania dotyczące obróbki

Zachowanie fabryczne

1.4021 jest martenzytyczną stalą nierdzewną, więc jego zachowanie podczas wytwarzania jest ściśle powiązane z poziomem twardości i historią termiczną.

W stanie wyżarzonym, jest to stosunkowo wykonalne, a dane dostawców opisują jego podrabialność jako dobrą, jego formowanie na zimno, jak to możliwe, a obrabialność równie dobra.

Te same arkusze danych wskazują również, że można go stosować na gorąco- i blacha walcowana na zimno, pas, bary, drut, sekcje, i jasne produkty, co odzwierciedla dość szerokie okno przetwarzania przemysłowego.

Praktyczny sposób myślenia 1.4021 czy to jest to: nie jest to „trudna” stal nierdzewna w sensie produkcyjnym, ale nie jest to również gatunek miękkiej austenitu.

Jego urabialność zmienia się znacząco wraz ze wzrostem twardości, a ostateczną docelową właściwość należy określić przed rozpoczęciem formowania lub obróbki.

Z tego powodu, planowanie produkcji i planowanie obróbki cieplnej należy traktować jako jeden połączony problem, a nie dwa oddzielne etapy.

Kucie i obróbka na gorąco

Obróbka na gorąco jest dobrze znana dla tego gatunku. Jeden z arkuszy danych zaleca stopniowe ogrzewanie do około 850°C, następnie szybsze nagrzewanie do 1150–1180°C, z kuciem przeprowadzanym pomiędzy 1100° C i 900 ° C., po czym następuje powolne chłodzenie w celu wspierania kontrolowanego rozwoju struktury.

Inne źródło zauważa, że ​​gatunek ten jest z powodzeniem stosowany w konstrukcjach i elementach złącznych oraz charakteryzuje się dobrą podatnością na kucie.

Te szczegóły to pokazują 1.4021 dobrze reaguje na kucie, ale tylko wtedy, gdy kontrola temperatury jest zdyscyplinowana.

Spawalniczy

Nie jest to stopień nagradzający swobodną praktykę spawalniczą.

Powód jest strukturalny: jako stal martenzytyczna, może stwardnieć podczas chłodzenia, co zwiększa ryzyko kruchych stref spoiny i braku równowagi właściwości, chyba że podgrzewanie wstępne i odpuszczanie są stosowane prawidłowo.

Oddzielny arkusz danych jest jeszcze bardziej tępy, stwierdzając to 1.4021 nie jest powszechnie spawany ze względu na jego właściwości utwardzające się na powietrzu.

Praktyczny wniosek jest jasny: spawanie jest możliwe, należy ją jednak zaplanować jako kontrolowaną operację metalurgiczną, nie tylko krok dołączenia.

Obróbka

Skrawalność jest jedną z bardziej korzystnych cech 1.4021. Swiss Steel opisuje ten gatunek jako charakteryzujący się dobrą obrabialnością, i thyssenkrupp zauważa, że ​​obrabia podobnie jak stale węglowe o tej samej twardości.

Oznacza to, że obciążenie obróbką w dużej mierze zależy od poziomu twardości, a nie od nietypowego zachowania stali nierdzewnej.

W rzeczywistości, co sprawia, że ​​stop jest szczególnie atrakcyjny w przypadku części, które mają być poddane obróbce skrawaniem przed końcowym hartowaniem lub używane w stanie odpuszczonym, gdzie kontrola wymiarowa nadal ma znaczenie.

Wykończenie powierzchni i możliwość polerowania

Wykończenie powierzchni to coś więcej niż kosmetyka 1.4021; wpływa to również na działanie korozyjne.

Dokumentacja dostawcy mówi, że wariant z ostrzem noża można polerować do wykończenia na wysoki połysk, a optymalną odporność na korozję osiąga się, gdy powierzchnia jest drobno szlifowana lub polerowana.

To sprawia, że ​​wykończenie powierzchni jest funkcjonalną częścią projektu, a nie końcowym krokiem dekoracyjnym.

Jest to szczególnie istotne w przypadku sztućców, elementy dekoracyjne, i widocznych elementów mechanicznych.

Gładsza powierzchnia nie obraca się 1.4021 w stal nierdzewną odporną na korozję, pomaga to jednak stopowi osiągać parametry zbliżone do najlepszego możliwego poziomu w zamierzonym zakresie użytkowania.

8. Zalety i wady 1.4021 Stal nierdzewna

Zalety

1.4021 stal nierdzewna jest atrakcyjna, ponieważ łączy Twardość, dobra obrabialność, i nadającą się do wykończenia powierzchnię.

Jako martenzytyczna stal nierdzewna, można go poddać obróbce cieplnej do uzyskania znacznie wyższej twardości i wytrzymałości niż gatunki austenityczne, dzięki czemu nadaje się do ostrzy, wały, elementy złączne, i części podatne na zużycie.

Opublikowane dane wskazują na zaostrzone warunki panujące w QT700–QT800 zakres wytrzymałości na rozciąganie do z grubsza 700–950 MPa, w zależności od temperamentu.

Stal nierdzewna jest również stosunkowo łatwa w obróbce i można ją polerować na wysoki połysk, dlatego wykorzystuje się go w sztućcach, elementy dekoracyjne, i precyzyjnych elementów mechanicznych.

Jego odpowiedź magnetyczna może być również przydatna w niektórych zastosowaniach. W umiarkowanie agresywnym, środowiska wolne od chlorków, zapewnia akceptowalną odporność na korozję.

Wady

Jego głównym ograniczeniem jest tylko umiarkowana odporność na korozję. Nie zastępuje gatunków austenitycznych takich jak 304 Lub 316 w środowisku bogatym w chlorki lub silnie korozyjnym.

To także jest nie jest odporny na korozję międzykrystaliczną w stanie dostawy ani stanu po spawaniu, dlatego należy uważnie zarządzać historią spawania i nagrzewania.

Stop jest zatem lepiej postrzegany jako Hartowana stal nierdzewna zapewniająca wydajność mechaniczną, a nie zwykła stal nierdzewna odporna na korozję.

9. Zastosowania przemysłowe 1.4021 Stal nierdzewna

1.4021 stal nierdzewna nie jest wybierana przede wszystkim dlatego, że jest najbardziej odporną na korozję stalą nierdzewną.

Jest wybierany, ponieważ można go utwardzać, błyszczący, i obrabiane w elementy wymagające wytrzymałości, odporność na zużycie, i przyzwoita powierzchnia ze stali nierdzewnej w średnio agresywnych środowiskach.

Typowe przypadki użycia

• noże i sztućce
• narzędzia chirurgiczne i stomatologiczne
• pompa wały i części hydrauliczne
• elementy złączne i elementy mechaniczne
• formy, umiera, i elementy narzędziowe
• dekoracyjne elementy ze stali nierdzewnej
• sprzętu samochodowego i petrochemicznego

10. Równoważne stopnie w standardach międzynarodowych

11. Porównanie z innymi stalami nierdzewnymi

12. Wniosek

1.4021 stal nierdzewna, lub X20Cr13, to martenzytyczna stal nierdzewna chromowana o bardzo jasnym przeznaczeniu technicznym: połączyć hartowność, Umiarkowana odporność na korozję, odporność na zużycie, i dobrą polerowalnością w jednym gatunku.

Jego gęstość, moduł, i reakcja magnetyczna sprawiają, że jest to wytrzymały metal konstrukcyjny, podczas gdy reakcja na obróbkę cieplną pozwala na dostrojenie go ze stosunkowo nadającego się do obróbki półproduktu wyżarzonego do znacznie twardszego stanu ulepszonego cieplnie.

Równie ważne są ograniczenia stopu. Nie jest to uniwersalna stal nierdzewna; lepiej jest rozumieć ją jako stal nierdzewną do środowisk umiarkowanie korozyjnych, w których występuje twardość, geometria, i wydajność usług ma znaczenie.

Kiedy już zrozumiemy to ramy, materiał staje się łatwy do ułożenia: 1.4021 to rodzaj stali nierdzewnej, który wybierasz, gdy potrzebujesz większej krawędzi, większa odporność na zużycie, i większą hartowność, niż może zapewnić gatunek austenityczny.

Często zadawane pytania

Co jest 1.4021 stal nierdzewna?

1.4021 jest martenzytyczną stalą nierdzewną, znaną również jako X20Cr13, i często się do niego odwołuje AISI 420 w literaturze dostawców.

Jest 1.4021 magnetyczny ze stali nierdzewnej?

Tak. Arkusze danych dostawców opisują to jako: ferromagnetyczny gatunek z magnesowalnością Tak.

Jest 1.4021 stal nierdzewna dobra do spawania?

Można go spawać, ale nie jest to najłatwiejsze spawanie stali nierdzewnej.

Arkusze danych zalecają podgrzewanie wstępne i odpuszczanie po spawaniu, a jedno źródło zauważa, że ​​nie jest on powszechnie spawany ze względu na jego właściwości utwardzające się na powietrzu.

Robi 1.4021 stal nierdzewna jest dobrze odporna na korozję?

Ma umiarkowany odporność na korozję, szczególnie w mediach niezawierających chlorków, takich jak mydła, detergenty, kwasy organiczne, świeża woda, i rozcieńczone kwasy/zasady. Nie jest to gatunek stali nierdzewnej o wysokiej zawartości chlorków.

Móc 1.4021 stal nierdzewna może być hartowana?

Tak. Jest to hartowalna martenzytyczna stal nierdzewna, zazwyczaj hartowany od ok 950–1050°C a następnie hartowane.