1. Позиционирање језгра & индустријска вредност
Тхе 400 серије нехрђајући челик је практичан мост између јефтиног угљеничног челика и аустенитног нерђајућег челика са високим садржајем никла.
Дефинисано АИСИ/АСТМ и регионалним стандардима (АСТМ А240, У 10088, ГБ/Т 1220), чини велики део глобалне тонаже нерђајућег челика јер комбинује:
- Нижа цена легуре (мало или нимало Ни) → атрактивна економија;
- Магнетно понашање (феритно/мартензитно) захтевају многе електромеханичке примене;
- Ојачање подложно топлоти (мартензитне и подврсте стврдњавања падавинама) омогућавајући веома велику чврстоћу;
- Повољна топлотна проводљивост и ниже топлотно ширење у поређењу са аустенитиком, корисно за компоненте изложене топлоти.
Индустрије које имају највише користи укључују аутомобилску индустрију (исцрпљује, системи за гориво), Уређаји (панели, кошуљице), машинерија (шахтови, вентили), алат за алате (лежајеви, лопатице) и неке ваздухопловне/нуклеарне нише где је биланс трошкова, чврстоћа и умерена отпорност на корозију је прихватљива.
2. Класификација, Састав & Мицроструцтурал Мецханисм
Разлике у перформансама 400 серије нерђајућег челика су у суштини одређене њиховим хемијским саставом и одговарајућом микроструктуром.
Испод је детаљна анализа три основна подтипа:
Ферински 400 Сериес (Цоре Градес: 409, 430, 439, 444)
Феритни нерђајући челици су најчешће коришћени подтип, са монофазном феритном микроструктуром на собној температури, нема фазне трансформације током грејања/хлађења, и ултра-низак садржај Ц (типично ≤0,12 теж.%).
Њиховом основном композицијом доминирају Кр (10.5–19,5 теж.%), са помоћним елементима као што су Ти, Наклопити, и Мо за оптимизацију стабилности и отпорности на корозију.
- 409: ЦР (10.5–11,75 теж.%), Ц (≤0,08 мас.%), Од (0.15–0,50 мас.%).
Ти формира преципитате ТиЦ да би фиксирао Ц, избегавање интергрануларне корозије изазване таложењем Цр карбида.
Крупнозрнаста феритна структура пружа основну отпорност на атмосферску корозију, што га чини погодним за јефтине сценарије отпорне на корозију. - 430: ЦР (16.0–18,0 мас.%), Ц (≤0,12 мас.%). Фино зрнаста феритна структура са уравнотеженом ценом и отпорношћу на корозију, као главна економична феритна класа за кућне апарате.
- 439: ЦР (17.0–19,0 мас.%), Ц (≤0,03 мас.%), Иф/Нб (0.10–0,60 мас.%).
Ултра-ниска Ц и Ти/Нб композитна стабилизација рафинишу зрна, значајно побољшавајући заварљивост и отпорност на корозију у поређењу са 430. - 444: ЦР (17.5–19,5 теж.%), Мо (1.75–2,50 мас.%), Ц (≤0,025 теж.%).
Додатак Мо повећава отпорност на корозију (ПРЕН≈25), формирајући густу феритну структуру погодну за средине које садрже хлорид.
Мартензитски 400 Сериес (Цоре Градес: 410, 420, 440А/Б/Ц)
Мартензитни нерђајући челици имају већи садржај Ц (0.15–0,75 теж.%) и умерен садржај Цр (11.5–18,0 мас.%).
На високим температурама, формирају аустенит, који се трансформише у тврди мартензит током гашења - што их чини јединим подтипом ојачања који се термички обрађује у 400 серија од нерђајућег челика.
- 410: Ц (≤0,15 теж.%), ЦР (11.5–13,5 теж.%).
Као ливена структура је феритна + мартензита; после гашења/каљења, затезна чврстоћа достиже 515–690 МПа, погодан за опште конструкцијске делове. - 420: Ц (0.15–0,40 мас.%), ЦР (12.0–14,0 мас.%).
Већи садржај Ц побољшава тврдоћу (ХРЦ≥50 након топлотне обраде), широко се користи у прибору за јело и вентилима. - 440А/Б/Ц: Ц градијент садржаја (0.60–0,75 теж.%), ЦР (16.0–18,0 мас.%).
440Ц има највећу тврдоћу (ХРЦ≥58) и отпорност на хабање, идеалан за високо прецизне алате и лежајеве.
Падавине-Стврдњавање (ПХ) 400 Сериес (Разреда: 17-4 ПХ, Аиси 630)
Специјална варијанта високих перформанси са ниским Ц (≤0,07 мас.%), ЦР (15.5–17,5 теж.%), У (3.0–5,0 мас.%), и Цу (3.0–5,0 мас.).
Формира аустенит на високим температурама, при хлађењу се претвара у мартензит, и постиже јачање стварањем преципитата богатог Цу током старења.
Затезна чврстоћа може достићи 1380 МПа након топлотне обраде, балансирајући ултра-високу чврстоћу и отпорност на корозију.
3. Основна свеобухватна својства
Механичка својства
Механичке особине 400 серије нерђајућег челика значајно варирају по подтиповима, са јасном диференцијацијом у снази, дуктилност, и одговор на топлотну обраду (подаци су у складу са АСТМ А240/А480):
- Феритни типови (430, раствором жарени): Затезна чврстоћа 415–515 МПа, граница течења 205–275 МПа, издужење 20–25%, тврдоћа ≤183 ХБВ.
Нема фазне трансформације, само жарење за пречишћавање зрна. - Мартензитни типови (420, угашен & темперед): Затезна чврстоћа 725–930 МПа, граница течења 515–690 МПа, издужење 10–15%, тврдоћа ≥50 ХРЦ.
Гашење + каљење значајно побољшава снагу и тврдоћу. - ПХ тип (17-4 ПХ, Х900 старење): Затезна чврстоћа ≥1170 МПа, граница течења ≥1035 МПа, издужење ≥10%, тврдоћа ≥38 ХРЦ.
Јачање падавинама постиже ултра-високу чврстоћу без жртвовања дуктилности.
Отпорност на корозију
Отпорност на корозију је првенствено одређена садржајем Цр, са Мо и ниским Ц као помоћним појачивачима. Свеукупно, ниже је од 300 серије, али супериорнији од угљеничног челика:
- Феритни типови: 409 има основну отпорност на атмосферску корозију (годишња стопа корозије ≤0,03 мм у руралним подручјима); 444 отпоран на разблажене киселине и хлориде, са критичном температуром удубљења ≥30℃.
- Мартензитни типови: Ограничено високим садржајем Ц; 410 подложан је рђи у влажним срединама, док 440Ц има бољу отпорност на корозију због већег Цр, али је неприкладан за морске/киселе медије.
- 17-4 ПХ: Отпорност на корозију упоредива са 304 у атмосферским и благим корозивним срединама, али је подложан питтинг у медијумима са високим садржајем хлорида.
Физичка својства
Инхерентни магнетизам је препознатљива карактеристика 400 серија од нерђајућег челика, са другим физичким својствима конзистентним у свим подтиповима:
- Густина: 7.7–7,8 г/цм³ (ниже од 304 8.0 г/цм³ због без додатка Ни).
- Топлотна проводљивост: 25–30 В/(м·К) @ 20℃ (виши од 304 16 В/(м·К), повољан за одвођење топлоте).
- Коефицијент топлотног ширења: 10–12×10⁻⁶/К (20–400℃), ниже од 300 серије, смањење термичке деформације.
- Магнетна пермеабилност: μ=100–1000 (феритно/мартензитно), далеко већи од аустенитних нерђајућих челика (м<1.02).
4. Прерада, измишљотина & пракса термичке обраде
Формирање & обрада
- феритици: разумна формабилност хладно; средње жарење се препоручује за тешко обликовање. Обрадивост слична нисколегираним челицима.
- мартензити: лоша способност хладног обликовања у очврслом стању; облик у жареном стању или изнад (топло формирање). Обрадивост зависи од темперамента и тврдоће — виши Ц разреди захтевају робустан алат и спорије брзине.
Заваривање
- феритици: заварљив, али склон расту зрна и ХАЗ кртости ако се користи велики унос топлоте; стабилизоване оцене (Иф/Нб) и мали унос топлоте (<10 кЈ/цм за неке) побољшати перформансе; изаберите феритне метале за пуњење.
- мартензити: изазовно — загрејати (200–300 °Ц), потрошни материјал са мало водоника и каљење након заваривања се препоручују да би се избегло пуцање и повратила жилавост.
- ПХ 17-4: заварљив са одговарајућим пунилом и термичком обрадом/старењем након заваривања ради обнављања својстава.
Топлотни третман
- феритици: жарење раствора и хлађење на ваздуху за ублажавање стреса и рафинисање зрна; нема отврдњавања за гашење.
- мартензити: аустенизирати (950–1050 °Ц), гасити (уље/вода у зависности од квалитета), затим темперамент (150-650 ° Ц) да се постигне жељена тврдоћа/жилавост. 440Ц се обично темперира на 200–300 °Ц за максималну тврдоћу.
- ПХ 17-4: раствор третирати (~1,040–1,060 °Ц), гасити водом, затим старост (482–621 °Ц) за производњу талога богатих Цу и постизање циљне јачине (Х900 итд.).
5. Типичне индустријске примене од нерђајућег челика серије 400
Породица серије 400 служи широком спектру индустрија јер се њени подтипови јасно уклапају у различите инжењерске потребе:
привреда + Умерено отпорност на корозију (феритици), висока тврдоћа/хабање (мартензити), и веома високе чврстоће са разумном отпорношћу на корозију (ПХ легуре).
Аутомобилска индустрија
Заједнички делови & оцене
- Издувни системи, компоненте пригушивача, реакционе цеви - 409, понекад 439 за побољшану заварљивост.
- Подрезати, декоративни панели - 430.
- Осовине мотора и мењача, Седишта вентила / мале хабајуће компоненте — 410 / 420 где је потребна топлотна обрада.
Зашто се користи 4кк
- Низак садржај никла даје снажну предност у трошковима за компоненте веома велике запремине.
Феритни разреди отпорни су на цикличну оксидацију у врућим издувним срединама и имају одговарајућу топлотну проводљивост и експанзију. Мартензитни типови нуде каљене површине за мале делове који су критични за хабање.
Кључна разматрања
- За заварене издувне системе, користите феритике стабилизоване Ти/Нб (409Ти/439) или контролисати унос топлоте да би се избегло крхкост ХАЗ.
- Заштита од корозије (површински премази, алуминијумовање) се често примењује за продужење животног века у окружењима са сољу на путевима.
Апарати за домаћинство и производи широке потрошње
Заједнички делови & оцене
- Врата фрижидера, облоге за пећницу, унутрашњост машина за прање судова, контролне табле - 430 а понекад 439/444 за бољу отпорност на корозију.
- Прибор за јело и кухињски ножеви — 420 / 440Ц (мартензитна), углачан и каљен.
Зашто се користи 4кк
- Атрактивна завршна обрада површине, добра формалност (феритици), магнетни одговор тамо где је потребно (Нпр., индукциони индикатори кувања), и много нижа цена од аустенитних чини ферит 4кк подразумеваним за декоративне и унутрашње делове уређаја.
Кључна разматрања
- Избегавајте 4кк у сланом спреју или обалном излагању осим ако није обложен или посебно варијанта која садржи Мо (444).
За прибор за јело, изаберите мартензите високе Ц и контролишите каљење да бисте уравнотежили задржавање ивица и отпорност на корозију.
Измена топлоте, ХВАЦ и термални системи
Заједнички делови & оцене
- Ребра измењивача топлоте, дуцтинг, компоненте пећи, облога котлова — 409, 430, 444.
Зашто се користи 4кк
- Феритици комбинују добру топлотну проводљивост, ниска термичка експанзија и отпорност на оксидацију на повишеним температурама уз нижу цену од серије 300, што их чини погодним за хардвер за пренос топлоте и управљање издувном топлотом.
Кључна разматрања
- За мокро, токови који садрже хлорид или висок ризик од појаве рупа, преферирају ферите који садрже Мо (444) или пређите на дуплекс/300-серију где је потребно.
Хемијски, процесне и водене индустрије
Заједнички делови & оцене
- Танкови средњег оптерећења, цевне арматуре, измењивачи топлоте за не-екстремне хемије — 444 (где је битна отпорност на хлорид), 439 за заварене резервоаре.
Зашто се користи 4кк
- Када је рад умерено агресиван, али пуне аустенитне или дуплекс легуре нису економски оправдане, Мо-стабилизовани ферити нуде прихватљиву средину.
Кључна разматрања
- Наведите сертификате за млин и испитивање корозије. За континуирано излагање хлоридима (обрадити сланике, хлађење морском водом) потврди избор квалитета у односу на измерени хлорид, температура и услови пукотина.
Уље & гас, петрохемијски (одабране компоненте)
Заједнички делови & оцене
- Причвршћивачи, некритичне компоненте вентила, осовине пумпе — 410, 431 (мартензитне високе чврстоће), 17-4 ПХ за високу чврстоћу, компоненте отпорне на корозију (где је старење после заваривања изводљиво).
Зашто се користи 4кк
- Мартензитни и ПХ разреди обезбеђују веома високу чврстоћу за притисак и механичка оптерећења; 17-4 ПХ се често бира тамо где је потребна снага плус разумна отпорност на корозију и где се могу контролисати циклуси заваривања/старења.
Кључна разматрања
- Мартензитни делови у киселим или хлоридним срединама морају бити квалификовани за крхкост водоника и ризик од ССЦ. Каљење/старење након заваривања је често обавезно.
Маринац, опрема за десалинизацију и морску воду (ограничена употреба)
Заједнички делови & оцене
- Цједила за морску воду, некритична кућишта — 444 у благом излагању хлоридима; иначе дизајнери преферирају дуплекс или легуре вишег ПРЕН.
Зашто се користи 4кк (селективно)
- Ферити који садрже Мо могу да управљају неким обавезама за морску воду по нижој цени, али дуготрајни ризик од удубљења и пукотина често их искључује за делове конструкције које су непрекидно потопљене.
Кључна разматрања
- Када се 4кк користи у поморском контексту, комбинују са катодном заштитом, превлаке, и строги инспекцијски режим. Избегавајте где постоје услови под утицајем топлоте или пукотина.
Генерација електричне енергије & енергетских система
Заједнички делови & оцене
- Измењивачи топлоте, канали за димне гасове, заптивке турбине - 409, 444.
- Вијци и осовине високе чврстоће — 17-4 ПХ или мартензити где је применљиво.
Зашто се користи 4кк
- Феритни разреди добро подносе цикличну оксидацију и термички стрес; ПХ разреди се користе за причвршћиваче и компоненте под високим напрезањем где би аустенитне легуре биле непотребно скупе.
Кључна разматрања
- Пазите на дуготрајно кртљење сигма фазе у неким легурама са високим садржајем Цр на средњим температурама; специфицирати границе радне температуре и интервале прегледа.
Медицински, алата и прецизних инструмената (изабрани)
Заједнички делови & оцене
- Оштрице хируршких инструмената — 420 / 440Ц (мартензитна, високо полирање и задржавање ивица).
- Прецизни уметци калупа и алати који се троше - 440Ц.
Зашто се користи 4кк
- Висока тврдоћа и задржавање ивица чине мартензит атрактивним, под условом да је изложеност корозији контролисана и површинска обрада/пасивација је одлична.
Кључна разматрања
- За имплантате или дуготрајно излагање тела, 300-серијске или медицинске легуре су пожељније; 4кк за инструменте само када су стерилизација и пасивизација прихватљиви и када се поштују медицински стандарди.
6. Предности & Ограничења
Нерђајући челици серије 400 заузимају посебну позицију између угљеничних челика и аустенитних нерђајућих челика који садрже никл.
Кључне предности нерђајућег челика серије 400
Трошковна ефикасност и стабилност цена
400-нерђајући челици серије садрже мало или нимало никла, ослањајући се првенствено на хром за отпорност на корозију.
Ово значајно смањује трошкове сировина и штити набавку од волатилности цена никла, чинећи ове класе економски атрактивним за примену великих количина.
Инхерентна магнетна својства
Феритни и мартензитни разреди серије 400 су природно магнетни, омогућавајући њихову употребу у електромагнетним уређајима, сензори, актуатори, и компоненте које захтевају магнетни одзив — примене где су аустенитни нерђајући челици неприкладни.
Снага за термичку обраду (мартензитне и ПХ класе)
За разлику од аустенитних нерђајућих челика, мартензитне и легуре серије 400 које се стврдњавају на падавинама могу се ојачати гашењем, каљење, и старење.
Ово омогућава затезну чврстоћу у распону од умерених нивоа до знатно виших 1000 МПА, носећи отпоран на хабање, носивост, и компоненте високог напрезања.
Добра топлотна проводљивост и ниско топлотно ширење
Феритни челици серије 400 показују већу топлотну проводљивост и ниже коефицијенте топлотног ширења од нерђајућег челика серије 300.
Ово побољшава отпорност на термички замор и изобличење, што их чини погодним за издувне системе, Измењивачи топлоте, и окружења термичког циклуса.
Одговарајућа отпорност на корозију за умерена окружења
Са садржајем хрома обично изнад 10.5 мас.%, 400-Челици серије пружају поуздану отпорност на атмосферску корозију, благе хемикалије, и оксидација на високим температурама — далеко супериорнија од угљеничног челика и довољна за многе индустријске и потрошачке примене.
Поједностављен дизајн легуре и могућност рециклирања
Нижа сложеност легуре олакшава топљење, рециклажа, и поновну употребу у токовима од нерђајућег челика, усклађивање са циљевима контроле трошкова и одрживости у производњи великих размера.
Кључна ограничења нерђајућег челика серије 400
Лоша отпорност на корозију у поређењу са аустенитним класама
Већини челика серије 400 недостаје никл и, у многим случајевима, довољно молибдена потребног за јаку отпорност на питинг, Цревице Цорросион, и пуцање од корозије под напоном у срединама богатим хлоридима или јако киселим.
Они генерално не могу заменити 304 или 316 у тешким хемијским или поморским службама.
Ограничена заварљивост
Феритни разреди су склони грубости зрна и губитку жилавости у зони погођеној топлотом, док су мартензитне класе подложне хладном пуцању и водоничном кртошћу.
Успешно заваривање често захтева строгу контролу уноса топлоте, стабилизујући елементи (Од, Наклопити), загревање, и термичка обрада после заваривања.
Смањена жилавост на ниским температурама
Феритни нерђајући челици серије 400 показују прелазну температуру од дуктилне до ломљиве, типично око испод нуле до мало изнад нуле.
Ово ограничава њихову погодност за криогене или структуралне примене са хладном климом.
Нижа способност обликовања од аустенитних нерђајућих челика
Феритни разреди имају умерену способност хладног обликовања, али ограничену способност растезања, док се мартензитне класе тешко обрађују у хладном стању због велике тврдоће.
Комплексне дубоко вучене компоненте су генерално боље прилагођене нерђајућим челицима серије 300.
Осетљивост на неправилну топлотну обраду и излагање сервису
Мартензитне и ПХ класе захтевају пажљиво контролисане циклусе топлотне обраде.
Неприкладно каљење, prolonged exposure to intermediate temperatures, or improper welding practices can lead to embrittlement, loss of corrosion resistance, or premature failure.
Ужи прозор апликације за тешка окружења
In highly corrosive, high-chloride, or high-purity process environments, the performance margin of 400-series steels is limited, often necessitating the use of austenitic, дуплекс, or super stainless steels.
7. Компаративна анализа наспрам серије 300 & друге алтернативе
- Отпорност на корозију: 300-серије (304/316) >> 400-series in aggressive chloride/acid environments.
- Снага (топлота третирана): Martensitic/PH 400 >> 300-серије (can far exceed 1,000 МПА).
- Трошак: 400-series typically 30–50% cheaper than 304 due to low Ni.
- Завабилност & Обликавост: 300-series superior; 400-series requires more care.
- Магнетизам: 400-series magnetic — an advantage if magnetic response is needed.
- High-temperature behaviour (оксидација): ferritic 4xx are often better than austenitics for cyclic oxidation and thermal conductivity applications.
Selection rule of thumb: choose 400-series when cost, потребна је магнетна реакција или веома висока тврдоћа/чврстоћа, а корозивно окружење је умерено или подложно премазима; изаберите легуре серије 300/дуплекс/никл када је отпорност на корозију примарна.
8. Закључак
Тхе 400 серија нерђајућих челика је свестрана и широко коришћена породица која пружа прагматичан баланс привреда, магнетна својства, термичке перформансе и достижна чврстоћа. Њихова улога обухвата свакодневне уређаје до захтевних механичких делова.
Успешна употреба захтева информисан избор оцена и дисциплиновану обраду: заваривање и термичка обрада имају огроман утицај на коначни учинак.
Тамо где је изложеност корозији умерена и цена или магнетна реакција су битни, 400-серија често представља оптималан инжењерски избор.
Тамо где је потребна агресивна отпорност на корозију или екстремна отпорност на ниске температуре, породице виших легура треба проценити.
Често постављана питања
Да ли су челици серије 400 „нерђајући“?
Да — они формирају пасивни филм од хром-оксида и отпорни су на корозију много боље од угљеничних челика, али су мање отпорне на корозију од легура серије 300 у многим агресивним медијима.
Може ли се заменити серија 400 304 у потрошачким апаратима?
Често да за декоративне и многе апликације уређаја (Нпр., 430), али избегавајте где често излагање хлоридима, јављају се кисели детерџенти или морска атмосфера.
Зашто су неке серије 400 магнетне, а друге не?
Феритне и мартензитне микроструктуре су магнетне; аустенитне микроструктуре (типично за серију 300) су у суштини немагнетни. 400-серије су дизајниране да буду феритне/мартензитне.
Како заварити 17-4 ПХ безбедно?
Користите квалификоване процедуре, контролисати унос топлоте, и применити циклусе раствора/старења после заваривања или локализовано старење према упутствима добављача да би се вратила чврстоћа и отпорност на корозију.
Да ли је 440Ц погодан за бродске лежајеве?
Не — док 440Ц нуди високу тврдоћу и отпорност на хабање, његова отпорност на корозију у морским хлоридним срединама је ограничена; размотрите нерђајуће лежајеве са вишим ПРЕН или премазима.
