1.4021 Nehrdzavejúca oceľ | X20Cr13 | UNS S42000

1. Zavedenie

1.4021 je martenzitická nehrdzavejúca oceľ všeobecne známa pod označením X20Cr13 a bežne sa na ne odkazuje Aisi 420 v dodávateľskej literatúre.

Patrí do rodiny chrómových nehrdzavejúcich ocelí, ktoré je možné vytvrdiť tepelným spracovaním, čím sa zásadne líši od známejších austenitických tried používaných na všeobecnú odolnosť proti korózii.

V praxi, 1.4021 sa vyberie, keď dizajnér potrebuje kombináciu strednej odolnosti proti korózii, vysoký potenciál tvrdosti, a užitočná odolnosť proti opotrebeniu skôr ako maximálny výkon proti korózii.

Pri príboroch je dôležitý najmä materiál, čepele, hriadele čerpadiel, hydraulické komponenty, strojové zariadenie, a ozdobné časti, pretože jeho majetková rovnováha je vhodná pre časti, ktoré musia byť pevné, leštiteľné, a použiteľné v mierne korozívnom prostredí.

To je hlavná myšlienka 1.4021: nie je to univerzálna nehrdzavejúca oceľ, ale technicky zameraná.

2. Čo je 1.4021 Nehrdzavejúca oceľ?

1.4021 je a martenzitický chróm nehrdzavejúca oceľ s obsahom chrómu v 12–14% rozsah a uhlík v 0.16–0,25 % rozsah.

Dodávateľské dátové listy ju popisujú ako vytvrditeľnú oceľ používanú v kalených a temperovaných podmienkach pre konštrukčné a spojovacie aplikácie, kde stredná odolnosť proti korózii je potrebné.

Označuje sa aj ako príborová a čepeľová oceľ, čo odráža jeho schopnosť dosiahnuť po tepelnom spracovaní relatívne vysokú tvrdosť.

Táto trieda je feromagnetická, má dobrú opracovateľnosť a kujnosť, a je vhodný na použitie do cca 550-600 °C v závislosti od posudzovanej nehnuteľnosti.

Jeden technický list uvádza, že je „odolný voči vodnému kameňu až do 1100 °F,“, o ktorom ide 593° C, zatiaľ čo iný zaznamenáva dobrú odolnosť voči oxidačným atmosférám až do asi 600° C.

Tieto hodnoty sú v súlade s myšlienkou, že 1.4021 je za tepla spracovateľná nehrdzavejúca oceľ, ale nie vysokoteplotná korózna zliatina.

Základné charakteristiky

Na praktickej úrovni, 1.4021 sa cení pre štyri veci:

• Môže byť stvrdnuté na vysokú pevnosť a tvrdosť,
• 1.4021 nerezová oceľ má stredná odolnosť proti korózii v médiu bez chloridov,
• Môže byť leštené do vysokého lesku,
• je to tak magnetické, ktoré môžu byť užitočné alebo nežiaduce v závislosti od aplikácie.

3. Chemické zloženie a identita materiálu

4. Fyzikálne a mechanické vlastnosti 1.4021 Nehrdzavejúca oceľ

Vlastnosti 1.4021 silne závisí od podmienok tepelného spracovania. V žíhanom stave je relatívne spracovateľný; po kalení a temperovaní sa stáva oveľa tvrdším a pevnejším.

Nižšie uvedené tabuľky zhŕňajú reprezentatívne hodnoty izbovej teploty z publikovaných údajových listov.

Fyzické vlastnosti

Mechanické vlastnosti

5. Tepelné spracovanie, Otužovanie, a mikroštruktúra

Tepelné spracovanie

1.4021 je a martenzitická nehrdzavejúca oceľ, takže jeho výkon je riadený skôr cyklom tepelného spracovania než samotným stavom pri prijatí.

V žíhanom stave, je mäkšia a spracovateľnejšia; po kalení a temperovaní, premení sa na oveľa tvrdší a pevnejší materiál.

Táto kaliteľnosť je hlavným dôvodom, prečo sa táto trieda používa na čepele, šachty, spojovacie prvky, a ďalšie komponenty náchylné na opotrebovanie.

Publikované údajové listy opisujú stav žíhania namäkko, ako bol získaný držaním pri 745–825 °C nasleduje pomalé ochladzovanie vzduchom, pričom vytvrdzovanie sa vykonáva zahriatím na cca 950–1050 °C a chladenie vzduchom alebo olejom.

Otužovanie

Výsledná mikroštruktúra je po ochladení v podstate martenzitická, a krok temperovania sa používa na vyladenie rovnováhy medzi tvrdosťou a húževnatosťou.

Na praktickú výrobu, rozsah temperovania sa volí podľa cieľového súboru vlastností: uvádza jeden zdroj QT700 na 650–750 °C a QT800 na 600–700 °C, zatiaľ čo iný poznamenáva, že požadovaná pevnosť určuje teplotu popúšťania.

Toto nie je „univerzálna“ zliatina; je to materiál, ktorého konečné správanie je zámerne navrhnuté tepelným spracovaním.

Mikroštruktúra

Kritickým metalurgickým detailom je okno proti krehnutiu. Datasheet upozorňuje, že rozsah medzi 400°C a 600 °C je potrebné sa vyhnúť, pretože sa môžu vyzrážať nežiaduce fázy a môže dôjsť ku krehnutiu.

To znamená, že zliatina môže byť veľmi tvrdá, ale treba to zvládnuť aj s tepelnou disciplínou.

Inými slovami, rovnakú citlivosť na tepelné spracovanie 1.4021 užitočné tiež robí to neúprosným, ak je proces zle kontrolovaný.

Mikroštrukturálne správanie súvisiace so zváraním má rovnakú logiku. Po zváraní, obrobok by mal byť ochladený pod oblasť začiatku martenzitu, približne 120° C, pred temperovaním.

To znižuje riziko praskania a pomáha obnoviť stabilnejšiu rovnováhu vlastností v tepelne ovplyvnenej zóne.

Druhý zdroj poznamenáva, že tento druh sa bežne nezvára kvôli jeho správaniu sa pri vytvrdzovaní na vzduchu, čo je ďalší spôsob, ako povedať, že príkon tepla a história chladenia silne ovplyvňujú konečný výkon.

Súhrn tepelného spracovania

6. Korózne vlastnosti v rôznych prostrediach

1.4021 ponuky z nerezovej ocele mierny odpor, nie široká odolnosť proti korózii spojená s austenitickými triedami ako napr 304 alebo 316.

Jeden údajový list hovorí, že funguje dobre v mierne korozívnom prostredí, bez chloridov prostredia, ako sú mydlá, čistiace prostriedky, a organické kyseliny, zatiaľ čo ďalší si všíma odpor voči atmosfére, sladkej vody, zriedené kyseliny, a alkálie.

To ho robí užitočným, ale nie univerzálne. Zliatina má tiež jasné obmedzenia.

Swiss Steel uvádza, že áno nie je odolný voči medzikryštalickej korózii v dodanom alebo zvarenom stave, a 1.4021 preto by sa s ním nemalo zaobchádzať ako s nehrdzavejúcou oceľou špecializovanou na koróziu v chemickom zváraní.

Jeho korózny výkon je najlepší, keď je povrch jemne brúsený alebo leštený, a jeden zdroj výslovne uvádza, že optimálna odolnosť proti korózii sa dosiahne, keď je povrch jemne brúsený alebo leštený.

Perspektíva korózie

• Dobré pre atmosféru, sladkej vody, zriedené kyseliny, alkálie, mydlá, čistiace prostriedky, a organické kyseliny.
• Nie je to dobrá voľba pre chloridové alebo silne korozívne služby.
• Dôležitá je povrchová úprava: leštené povrchy fungujú lepšie.
• Podmienky zvárania a dodávky môžu znížiť odolnosť proti korózii, pokiaľ nie sú správne riadené.

7. Výroba, Zváranie, a úvahy o obrábaní

Správanie pri výrobe

1.4021 je martenzitická nehrdzavejúca oceľ, takže jeho výrobné správanie je úzko spojené s úrovňou tvrdosti a tepelnou históriou.

V žíhanom stave, je to relatívne funkčné, a údaje dodávateľa popisujú jeho kujnosť ako dobrú, jeho tvarovanie za studena ako uskutočniteľné, a jeho opracovateľnosť je rovnako dobrá.

Rovnaké technické listy tiež poznamenávajú, že sa dá použiť za tepla- a plech valcovaný za studena, prúžok, bary, drôt, oddielov, a svetlé produkty, čo odráža pomerne široké okno priemyselného spracovania.

Praktický spôsob premýšľania 1.4021 je toto: nejde o „náročnú“ nehrdzavejúcu oceľ v zmysle výroby, ale tiež to nie je mäkký austenitický stupeň.

Jeho spracovateľnosť sa výrazne mení s tvrdosťou, a konečný cieľ vlastnosti by sa mal rozhodnúť pred začatím tvarovania alebo obrábania.

Z toho dôvodu, plánovanie výroby a plánovanie tepelného spracovania by sa malo považovať za jeden kombinovaný problém a nie za dva samostatné kroky.

Kovanie a opracovanie za tepla

Práca za tepla je pre túto triedu dobre zavedená. Jeden technický list odporúča postupné zahrievanie na približne 850° C, potom rýchlejšie zahriatie na 1150–1180 °C, s kovaním vykonaným medzi 1100°C a 900 °C, nasleduje pomalé ochladzovanie na podporu riadeného vývoja štruktúry.

Iný zdroj uvádza, že tento druh sa úspešne používa v konštrukčných a spojovacích aplikáciách a má dobrú kujnosť.

Tieto detaily to ukazujú 1.4021 dobre reaguje na kovanie, ale len vtedy, keď je kontrola teploty disciplinovaná.

Zváranie

Toto nie je známka, ktorá odmeňuje príležitostnú prax zvárania.

Dôvod je štrukturálny: ako martenzitická oceľ, počas chladenia môže stvrdnúť, čo zvyšuje riziko krehkých zvarových zón a nerovnováhy vlastností, pokiaľ sa predhrievanie a temperovanie nepoužívajú správne.

Samostatný údajový list je ešte hrubší, uvádzajúc, že 1.4021 nie je „bežne zváraný“ kvôli jeho správaniu sa pri vytvrdzovaní na vzduchu.

Praktické riešenie je jasné: zváranie je možné, ale mala by byť plánovaná ako riadená hutnícka prevádzka, nie len spojovacím krokom.

Obrábanie

Obrobiteľnosť je jednou z priaznivejších vlastností 1.4021. Swiss Steel opisuje túto triedu ako s dobrou obrobiteľnosťou, a thyssenkrupp poznamenáva, že obrába podobne ako uhlíkové ocele rovnakej tvrdosti.

To znamená, že bremeno obrábania sa do značnej miery riadi skôr úrovňou tvrdosti než nezvyčajným správaním nehrdzavejúcej ocele.

V praxi, vďaka tomu je zliatina obzvlášť atraktívna pre diely, u ktorých sa očakáva, že budú opracované pred konečným kalením alebo budú použité v temperovanom stave, kde je stále dôležitá kontrola rozmerov.

Povrchová úprava a leštiteľnosť

Povrchová úprava je viac než len kozmetický pre 1.4021; ovplyvňuje aj korózne vlastnosti.

Dodávateľská dokumentácia hovorí, že variant čepele noža je možné leštiť do vysokého lesku a že optimálna odolnosť proti korózii sa dosiahne, keď je povrch jemne brúsený alebo leštený.

Vďaka tomu je povrchová úprava skôr funkčnou súčasťou dizajnu než finálnym dekoratívnym krokom.

To platí najmä pre príbory, ozdobné časti, a viditeľné mechanické komponenty.

Hladší povrch sa neotáča 1.4021 do nehrdzavejúcej ocele špecializovanej na koróziu, ale pomáha zliatine fungovať bližšie k jej najlepšej možnej úrovni v rámci zamýšľaného servisného rámca.

8. Výhody a nevýhody 1.4021 Nehrdzavejúca oceľ

Výhody

1.4021 nehrdzavejúca oceľ je atraktívna, pretože kombinuje kaliteľnosť, dobrá opracovateľnosť, a upraviteľný povrch.

Ako martenzitická nehrdzavejúca oceľ, môže byť tepelne spracovaný na oveľa vyššiu tvrdosť a pevnosť ako austenitické druhy, vďaka čomu je vhodný pre čepele, šachty, spojovacie prvky, a diely náchylné na opotrebovanie.

Publikované údaje ukazujú sťažené pomery v QT700 – QT800 rozsah s pevnosťou v ťahu až do zhruba 700-950 MPa, v závislosti od temperamentu.

Nehrdzavejúca oceľ je tiež relatívne ľahko opracovateľná a môže byť leštená do vysokého lesku, preto sa používa v príboroch, ozdobné časti, a presné mechanické komponenty.

Jeho magnetická odozva môže byť tiež užitočná v niektorých aplikáciách. V stredne agresívnom, prostredia bez chloridov, ponúka prijateľnú odolnosť proti korózii.

Nevýhody

Jeho hlavným obmedzením je len stredná odolnosť proti korózii. Nie je náhradou austenitických tried ako napr 304 alebo 316 v prostredí bohatom na chloridy alebo v silne korozívnom prostredí.

To je tiež nie je odolný voči medzikryštalickej korózii v dodanom alebo zvarenom stave, takže históriu zvárania a tepla treba riadiť opatrne.

Zliatina je preto lepšie vnímaná ako a tvrditeľná nehrdzavejúca oceľ pre mechanické vlastnosti, nie je všeobecná nehrdzavejúca nehrdzavejúca oceľ.

9. Priemyselné aplikácie 1.4021 Nehrdzavejúca oceľ

1.4021 nehrdzavejúca oceľ sa nevyberá primárne, pretože je to nehrdzavejúca oceľ najviac odolná voči korózii.

Vyberá sa preto, lebo sa dá vytvrdiť, leštené, a spracované do komponentov, ktoré vyžadujú pevnosť, odpor, a slušný nerezový povrch v stredne agresívnom prostredí.

Typické prípady použitia

• nože a príbory
• chirurgické a zubárske nástroje
• čerpadlo hriadele a hydraulické časti
• spojovacie prvky a mechanické komponenty
• formy, zomrieť, a nástrojové prvky
• ozdobné nerezové časti
• automobilový a petrochemický hardvér

10. Ekvivalentné známky v medzinárodných normách

11. Porovnanie s inými nerezovými oceľami

12. Záver

1.4021 nehrdzavejúca oceľ, alebo X20Cr13, je martenzitická chrómová nehrdzavejúca oceľ s veľmi jasným technickým účelom: spojiť kaliteľnosť, stredná odolnosť proti korózii, odpor, a dobrá leštiteľnosť v jednom stupni.

Jeho hustota, modul, a magnetická odozva z neho robia robustný technický kov, zatiaľ čo jeho odozva na tepelné spracovanie ho umožňuje vyladiť z relatívne spracovateľného žíhaného materiálu do oveľa tvrdšieho kaleného a temperovaného stavu.

Limity zliatiny sú rovnako dôležité. Nie je to univerzálna korózia nerez; je lepšie chápať ako nehrdzavejúca oceľ pre stredne korozívne prostredie, kde je tvrdosť, geometria, a výkon služby je dôležitý.

Akonáhle je toto rámovanie pochopené, materiál sa ľahko umiestni: 1.4021 je druh nehrdzavejúcej ocele, ktorý si vyberiete, keď potrebujete väčšiu ostrosť, väčšia odolnosť proti opotrebovaniu, a vyššiu kaliteľnosť, ako môže poskytnúť austenitická trieda.

Časté otázky

Čo je 1.4021 nehrdzavejúca oceľ?

1.4021 je martenzitická nehrdzavejúca oceľ známa aj ako X20Cr13, a bežne sa naň odkazuje Aisi 420 v dodávateľskej literatúre.

Je 1.4021 magnetická nehrdzavejúca oceľ?

Áno. Dodávateľské dátové listy ho popisujú ako a feromagnetické stupeň s magnetizovateľnosťou áno.

Je 1.4021 nehrdzavejúca oceľ vhodná na zváranie?

Dá sa zvárať, ale nie je to najľahšie zváranie nerez.

Technické listy odporúčajú predhrievanie a temperovanie po zváraní, a jeden zdroj poznamenáva, že sa bežne nezvára kvôli jeho správaniu sa pri vytvrdzovaní na vzduchu.

robí 1.4021 nehrdzavejúca oceľ dobre odoláva korózii?

má mierny odpor, najmä v médiách bez obsahu chloridov, ako sú mydlá, čistiace prostriedky, organické kyseliny, sladkej vody, a zriedené kyseliny/zásady. Nie je to nehrdzavejúca kvalita s vysokým obsahom chloridov.

Môže 1.4021 nehrdzavejúca oceľ byť kalená?

Áno. Je to tvrditeľná martenzitická nehrdzavejúca oceľ, zvyčajne uhasené od približne 950–1050 °C a potom temperovaný.