1. Kärnpositionering & industriellt värde
De 400 serie rostfritt stål är den praktiska bryggan mellan lågkostnadskolstål och austenitiska rostfria stål med hög nickelhalt.
Definieras av AISI/ASTM och regionala standarder (ASTM A240, I 10088, Gb/t 1220), det står för en stor del av det globala tonnaget av rostfritt stål eftersom det kombineras:
- Lägre legeringskostnad (lite eller inget Ni) → attraktiv ekonomi;
- Magnetiskt beteende (ferritisk/martensitisk) krävs av många elektromekaniska tillämpningar;
- Värmebehandlad hållbarhet (martensitiska och nederbördshärdande subtyper) möjliggör mycket hög hållfasthet;
- Gynnsam värmeledningsförmåga och lägre värmeutvidgning jämfört med austenitik, användbar för värmeexponerade komponenter.
Branscher som gynnar mest är bilindustrin (avmattningar, bränslesystem), apparater (paneler, foder), maskiner (axlar, ventiler), verktyg (skål, blad) och vissa flyg- och kärnkraftsnischer där en kostnadsbalans, styrka och måttlig korrosionsbeständighet är acceptabelt.
2. Klassificering, Sammansättning & Mikrostrukturell mekanism
Prestandaskillnaderna hos 400 serier av rostfritt stål bestäms huvudsakligen av deras kemiska sammansättning och motsvarande mikrostrukturer.
Nedan följer en djupgående analys av tre kärnsubtyper:
Ferritisk 400 Serie (Kärnbetyg: 409, 430, 439, 444)
Ferritiska rostfria stål är den mest använda undertypen, med en enfas ferritmikrostruktur vid rumstemperatur, ingen fasomvandling vid uppvärmning/kylning, och ultralågt C-innehåll (typiskt ≤0,12 viktprocent).
Deras kärnkomposition domineras av Cr (10.5–19,5 viktprocent), med hjälpelement såsom Ti, Bent, och Mo för att optimera stabilitet och korrosionsbeständighet.
- 409: Cr (10.5–11,75 viktprocent), C (≤0,08 viktprocent), Av (0.15–0,50 viktprocent).
Ti bildar TiC-fällningar för att fixera C, undvika intergranulär korrosion orsakad av Cr-karbidutfällning.
Den grovkorniga ferritstrukturen ger grundläggande atmosfärisk korrosionsbeständighet, vilket gör den lämplig för billiga korrosionsbeständiga scenarier. - 430: Cr (16.0–18,0 viktprocent), C (≤0,12 viktprocent). Finkornig ferritstruktur med balanserad kostnad och korrosionsbeständighet, är den vanliga kostnadseffektiva ferritiska kvaliteten för hushållsapparater.
- 439: Cr (17.0–19,0 viktprocent), C (≤0,03 viktprocent), Om/Nb (0.10–0,60 viktprocent).
Ultralågt C- och Ti/Nb-kompositstabilisering förfinar korn, avsevärt förbättra svetsbarheten och korrosionsbeständigheten jämfört med 430. - 444: Cr (17.5–19,5 viktprocent), Mo (1.75–2,50 viktprocent), C (≤0,025 viktprocent).
Mo-tillägg förbättrar gropkorrosionsbeständigheten (PREN≈25), bildar en tät ferritstruktur lämplig för kloridhaltiga miljöer.
Martensitisk 400 Serie (Kärnbetyg: 410, 420, 440A/B/C)
Martensitiska rostfria stål har högre C-halt (0.15–0,75 viktprocent) och måttligt Cr-innehåll (11.5–18,0 viktprocent).
Vid hög temperatur, de bildar austenit, som omvandlas till hård martensit under härdning - vilket gör dem till den enda värmebehandlingsbara förstärkningssubtypen i 400 serie rostfritt stål.
- 410: C (≤0,15 viktprocent), Cr (11.5–13,5 viktprocent).
Den gjutna strukturen är ferrit + martensit; efter härdning/tempering, draghållfastheten når 515–690 MPa, lämplig för allmänna konstruktionsdelar. - 420: C (0.15–0,40 viktprocent), Cr (12.0–14,0 viktprocent).
Högre C-halt förbättrar hårdheten (HRC≥50 efter värmebehandling), används ofta i bestick och ventiler. - 440A/B/C: C innehållsgradient (0.60–0,75 viktprocent), Cr (16.0–18,0 viktprocent).
440C har den högsta hårdheten (HRC≥58) och slitmotstånd, idealisk för högprecisionsverktyg och lager.
Nederbörd (PH) 400 Serie (Kvalitet: 17-4 PH, Aisi 630)
En speciell högpresterande variant med lågt C (≤0,07 viktprocent), Cr (15.5–17,5 viktprocent), I (3.0–5,0 viktprocent), och Cu (3.0–5,0 vikt.).
Det bildar austenit vid höga temperaturer, omvandlas till martensit under kylning, och uppnår förstärkning via Cu-rik fällning under åldrandet.
Draghållfasthet kan nå 1380 MPa efter värmebehandling, balanserar ultrahög styrka och korrosionsbeständighet.
3. Core Comprehensive Properties
Mekaniska egenskaper
Mekaniska egenskaper hos 400 serier av rostfritt stål varierar avsevärt beroende på undertyp, med tydlig styrka, duktilitet, och värmebehandlingssvar (data överensstämmer med ASTM A240/A480):
- Ferritiska typer (430, lösningsglödgad): Draghållfasthet 415–515 MPa, sträckgräns 205–275 MPa, töjning 20–25 %, hårdhet ≤183 HBW.
Ingen fasomvandling, endast glödgning för spannmålsförädling. - Martensitiska typer (420, släckt & tempererad): Draghållfasthet 725–930 MPa, sträckgräns 515–690 MPa, töjning 10–15 %, hårdhet ≥50 HRC.
Släckning + anlöpning förbättrar styrka och hårdhet avsevärt. - PH typ (17-4 PH, H900 åldrande): Draghållfasthet ≥1170 MPa, sträckgräns ≥1035 MPa, töjning ≥10 %, hårdhet ≥38 HRC.
Nederbördsförstärkning uppnår ultrahög hållfasthet utan att ge avkall på formbarheten.
Korrosionsmotstånd
Korrosionsbeständigheten bestäms i första hand av Cr-halten, med Mo och lågt C som hjälpförstärkare. Total, det är lägre än 300 serie men överlägsen kolstål:
- Ferritiska typer: 409 har grundläggande atmosfärisk korrosionsbeständighet (årlig korrosionshastighet ≤0,03 mm på landsbygden); 444 motstår utspädda syror och klorider, med en kritisk punktfrätningstemperatur ≥30℃.
- Martensitiska typer: Begränsad av högt C-innehåll; 410 är mottaglig för rost i fuktiga miljöer, medan 440C har bättre korrosionsbeständighet på grund av högre Cr men är olämplig för marina/sura medier.
- 17-4 PH: Korrosionsbeständighet jämförbar med 304 i atmosfäriska och milda korrosiva miljöer, men benägen att få gropbildning i medier med hög kloridhalt.
Fysikaliska egenskaper
Inneboende magnetism är en signaturfunktion för 400 serie rostfritt stål, med andra fysiska egenskaper överensstämmande mellan undertyper:
- Densitet: 7.7–7,8 g/cm³ (lägre än 304 8.0 g/cm³ på grund av ingen Ni-tillsats).
- Värmeledningsförmåga: 25–30 W/(m·K) @ 20℃ (högre än 304 16 W/(m·K), gynnsam för värmeavledning).
- Termisk expansionskoefficient: 10–12×10⁻⁶/K (20–400℃), lägre än 300 serie, minska termisk deformation.
- Magnetisk permeabilitet: μ=100–1000 (ferritisk/martensitisk), mycket högre än austenitiska rostfria stål (m<1.02).
4. Bearbetning, tillverkning & värmebehandling
Formning & bearbetning
- Ferritics: rimlig formbarhet kall; mellanglödgning rekommenderas för kraftig formning. Bearbetbarhet liknande låglegerade stål.
- Martensitics: dålig kallformbarhet i härdat tillstånd; form i glödgat tillstånd eller högre (varmformning). Bearbetbarheten beror på temperament och hårdhet — högre C-kvaliteter kräver robusta verktyg och lägre hastigheter.
Svetsning
- Ferritics: svetsbar men benägen för korntillväxt och HAZ-försprödning om hög värmetillförsel används; stabiliserade betyg (Om/Nb) och låg värmetillförsel (<10 kJ/cm för vissa) förbättra prestandan; välj ferritiska fyllnadsmetaller.
- Martensitics: utmanande — förvärma (200–300 ° C), förbrukningsvaror med låg vätehalt och härdning efter svetsning rekommenderas för att undvika sprickbildning och återställa segheten.
- PH 17-4: svetsbar med matchat fyllmedel och eftersvets värmebehandling/åldrande för att återställa egenskaper.
Värmebehandling
- Ferritics: lösningsglödgning och luftkylning för att lindra stress och förfina korn; ingen härdningshärdning.
- Martensitics: austenitisera (950–1 050 ° C), släcka (olja/vatten beroende på kvalitet), sedan humör (150–650 ° C) för att nå önskad hårdhet/seghet. 440C typiskt anlöpt vid 200–300 °C för topphårdhet.
- PH 17-4: lösningsbehandling (~1 040–1 060 °C), vattensläckning, sedan ålder (482–621 °C) för att producera Cu-rika fällningar och uppnå målstyrka (H900 osv.).
5. Typiska industriella tillämpningar av 400-serien av rostfritt stål
400-serien betjänar ett brett spektrum av industrier eftersom dess undertyper kartlägger olika tekniska behov.:
ekonomi + måttlig korrosionsmotstånd (ferritik), hög hårdhet/slitage (martensitics), och mycket hög hållfasthet med rimlig korrosionsbeständighet (PH-legeringar).
Fordonsindustrin
Gemensamma delar & betyg
- Avgasningssystem, ljuddämparkomponenter, reaktionsrör — 409, ibland 439 för förbättrad svetsbarhet.
- Trim, dekorativa paneler — 430.
- Motor- och transmissionsaxlar, ventilsäten / små slitagekomponenter — 410 / 420 där värmebehandling krävs.
Varför 4xx används
- Lågt nickelinnehåll ger en stark kostnadsfördel för komponenter med mycket stora volymer.
Ferritiska kvaliteter motstår cyklisk oxidation i heta avgasmiljöer och har lämplig värmeledningsförmåga och expansion. Martensitiska kvaliteter erbjuder härdade ytor för slitagekritiska smådelar.
Viktiga överväganden
- För svetsade avgassystem, använd Ti/Nb-stabiliserad ferritik (409Ti/439) eller kontrollera värmetillförseln för att undvika HAZ-försprödning.
- Korrosionsskydd (ytbeläggningar, aluminiserande) används ofta för att förlänga livslängden i vägsaltmiljöer.
Hushållsapparater och konsumentprodukter
Gemensamma delar & betyg
- Kylskåpsdörrar, ugnsfoder, diskmaskin interiör, kontrollpaneler — 430 och ibland 439/444 för bättre korrosionsbeständighet.
- Bestick och köksknivar — 420 / 440C (martensitisk), polerad och härdad.
Varför 4xx används
- Attraktiv ytfinish, bra formbarhet (ferritik), magnetiskt svar där det behövs (TILL EXEMPEL., induktionsindikatorer för matlagning), och mycket lägre kostnad än austenitiska material gör ferritic 4xx till standard för dekorativa och interna apparatdelar.
Viktiga överväganden
- Undvik 4xx i saltspray eller kustexponering såvida den inte är belagd eller specifikt en Mo-bärande variant (444).
För bestick, välj hög-C martensitics och kontrollera anlöpning för att balansera kanthållning och korrosionsbeständighet.
Värmeväxling, VVS och termiska system
Gemensamma delar & betyg
- Värmeväxlarfenor, kanalisering, ugnskomponenter, pannbeklädnad — 409, 430, 444.
Varför 4xx används
- Ferritik kombinerar god värmeledningsförmåga, låg termisk expansion och oxidationsbeständighet vid förhöjda temperaturer till lägre kostnad än 300-serien, vilket gör dem väl lämpade för värmeöverföring av hårdvara och avgasvärmehantering.
Viktiga överväganden
- För vått, kloridhaltiga bäckar eller hög risk för gropfrätning, föredrar Mo-bärande ferritik (444) eller gå upp till duplex/300-serien vid behov.
Kemisk, process- och vattenhanteringsindustrin
Gemensamma delar & betyg
- Tankar för medelstor drift, rördelar, värmeväxlare för icke-extrem kemi — 444 (där kloridresistens spelar roll), 439 för svetsade tankar.
Varför 4xx används
- När servicen är måttligt aggressiv men full austenitiska eller duplexa legeringar inte är ekonomiskt motiverade, Mo-stabiliserad ferritik erbjuder en acceptabel medelväg.
Viktiga överväganden
- Specificera brukscertifikat och korrosionsprovning. För kontinuerlig kloridexponering (bearbeta saltlösningar, havsvattenkylning) validera klassval mot uppmätt klorid, temperatur och spaltförhållanden.
Olja & gas, petrokemisk (utvalda komponenter)
Gemensamma delar & betyg
- Fästelement, icke-kritiska ventilkomponenter, pumpaxlar — 410, 431 (martensitisk höghållfasthet), 17-4 PH för hög hållfasthet, korrosionsbeständiga komponenter (där åldring efter svetsning är möjlig).
Varför 4xx används
- Martensitiska och PH-kvaliteter ger mycket hög hållfasthet för tryck och mekaniska belastningar; 17-4 PH väljs ofta där styrka plus rimlig korrosionsbeständighet krävs och svets-/åldringscykler kan kontrolleras.
Viktiga överväganden
- Martensitiska delar i sura eller kloridhaltiga miljöer måste vara kvalificerade för väteförsprödning och SSC-risk. Eftersvetshärdning/åldring är ofta obligatoriskt.
Marin, avsaltning och havsvattenutrustning (begränsad användning)
Gemensamma delar & betyg
- Havsvattensilar, icke-kritiska höljen — 444 vid mild kloridexponering; annars föredrar designers duplex eller högre PREN-legeringar.
Varför 4xx används (selektivt)
- Mo-bärande ferritik kan klara vissa havsvattenuppgifter till lägre kostnad, men långvarig grop- och sprickrisk utesluter dem ofta för kontinuerligt nedsänkta strukturella delar.
Viktiga överväganden
- När 4xx används i marina sammanhang, kombinera med katodiskt skydd, beläggningar, och ett strängt kontrollsystem. Undvik där värmepåverkade eller spaltförhållanden finns.
Kraftproduktion & energisystem
Gemensamma delar & betyg
- Värmeväxlare, rökgaskanaler, turbintätningar — 409, 444.
- Höghållfast bultning och axel - 17-4 PH eller martensitics där tillämpligt.
Varför 4xx används
- Ferritiska kvaliteter tål cyklisk oxidation och termisk stress väl; PH-kvaliteter används för högspänningsfästen och komponenter där austenitiska legeringar skulle vara onödigt dyra.
Viktiga överväganden
- Se upp för långvarig sigma-fasförsprödning i vissa hög-Cr-legeringar vid mellantemperaturer; specificera driftstemperaturgränser och inspektionsintervall.
Medicinsk, verktyg och precisionsinstrument (vald)
Gemensamma delar & betyg
- Kirurgiska instrumentblad — 420 / 440C (martensitisk, hög polering och kanthållning).
- Precisionsforminsatser och slitstarka verktyg — 440C.
Varför 4xx används
- Hög hårdhet och kanthållning gör martensitics attraktiva, förutsatt att korrosionsexponeringen är kontrollerad och ytbehandlingen/passiveringen är utmärkt.
Viktiga överväganden
- För implantat eller långvarig kroppsexponering, 300-serier eller legeringar av medicinsk kvalitet föredras; 4xx endast för instrument när sterilisering och passivering är acceptabla och medicinska standarder följs.
6. Fördelar & Begränsningar
400-seriens rostfria stål intar en distinkt position mellan kolstål och nickelbärande austenitiska rostfria stål.
Viktiga fördelar med 400-serien av rostfritt stål
Kostnadseffektivitet och prisstabilitet
400-Serien av rostfritt stål innehåller lite eller inget nickel, förlitar sig främst på krom för korrosionsbeständighet.
Detta minskar avsevärt råvarukostnaderna och skyddar inköp från nickelprisvolatilitet, vilket gör dessa kvaliteter ekonomiskt attraktiva för applikationer med stora volymer.
Inneboende magnetiska egenskaper
Ferritiska och martensitiska kvaliteter i 400-serien är naturligt magnetiska, möjliggör användning av dem i elektromagnetiska enheter, sensorer, ställdon, och komponenter som kräver magnetisk respons – applikationer där austenitiska rostfria stål är olämpliga.
Värmebehandlingsbar styrka (martensitiska och PH-grader)
Till skillnad från austenitiska rostfria stål, martensitiska och nederbördshärdande 400-serielegeringar kan förstärkas genom härdning, härdning, och åldrande.
Detta tillåter draghållfastheter som sträcker sig från måttliga nivåer till långt över 1000 MPA, stödjande slitstark, bärande, och högspänningskomponenter.
God värmeledningsförmåga och låg värmeutvidgning
Ferritiska 400-seriens stål uppvisar högre värmeledningsförmåga och lägre värmeutvidgningskoefficienter än 300-seriens rostfria stål.
Detta förbättrar motståndet mot termisk trötthet och distorsion, vilket gör dem lämpliga för avgassystem, värmeväxlare, och termiska cykelmiljöer.
Tillräcklig korrosionsbeständighet för måttliga miljöer
Med krominnehåll typiskt över 10.5 viktprocent, 400-seriestål ger pålitlig motståndskraft mot atmosfärisk korrosion, mild kemikalier, och högtemperaturoxidation – mycket överlägsen kolstål och tillräckligt för många industriella och konsumenttillämpningar.
Förenklad legeringsdesign och återvinningsbarhet
Lägre legeringskomplexitet underlättar smältning, återvinning, och återanvändning inom strömmar av rostfritt stål, anpassning till kostnadskontroll och hållbarhetsmål i storskalig tillverkning.
Viktiga begränsningar för 400-serien av rostfritt stål
Sämre korrosionsbeständighet jämfört med austenitiska kvaliteter
De flesta 400-seriens stål saknar nickel och, i många fall, tillräckligt med molybden som behövs för stark motståndskraft mot gropfrätning, sprickorrosion, och spänningskorrosionssprickor i kloridrika eller starkt sura miljöer.
De kan i allmänhet inte ersätta 304 eller 316 i hård kemisk eller marin tjänst.
Begränsad svetsbarhet
Ferritiska sorter är benägna att kornförgrovning och seghetsförlust i den värmepåverkade zonen, medan martensitiska kvaliteter är känsliga för kallsprickning och väteförsprödning.
Framgångsrik svetsning kräver ofta strikt värmetillförselkontroll, stabiliserande element (Av, Bent), förvärmning, och värmebehandling efter svetsning.
Minskad seghet vid låg temperatur
Ferritiska 400-seriens rostfria stål uppvisar en seg-till-spröd övergångstemperatur, typiskt runt minusgrader till något över frysningsförhållandena.
Detta begränsar deras lämplighet för kryogena eller kalla klimatstrukturella tillämpningar.
Lägre formbarhet än austenitiska rostfria stål
Ferritiska kvaliteter har måttlig kallformningsförmåga men begränsad sträckformbarhet, medan martensitiska kvaliteter är svåra att kallforma på grund av hög hårdhet.
Komplexa djupdragna komponenter är i allmänhet bättre lämpade för 300-seriens rostfria stål.
Känslighet för felaktig värmebehandling och exponering för service
Martensitiska och PH-kvaliteter kräver noggrant kontrollerade värmebehandlingscykler.
Olämplig härdning, långvarig exponering för mellantemperaturer, eller felaktig svetsning kan leda till sprödhet, förlust av korrosionsbeständighet, eller för tidigt misslyckande.
Smalare applikationsfönster för svåra miljöer
I starkt frätande, hög kloridhalt, eller processmiljöer med hög renhet, prestandamarginalen för stål i 400-serien är begränsad, ofta nödvändiggör användningen av austenit, duplex-, eller superrostfria stål.
7. Jämförande analys vs 300-serien & andra alternativ
- Korrosionsmotstånd: 300-serie (304/316) >> 400-serie i aggressiva klorid/syramiljöer.
- Styrka (värmebehandlad): Martensitisk/PH 400 >> 300-serie (kan vida överstiga 1,000 MPA).
- Kosta: 400-serier typiskt 30–50 % billigare än 304 på grund av lågt Ni.
- Svetbarhet & Formbarhet: 300-serie överlägsen; 400-serien kräver mer vård.
- Magnetism: 400-serie magnetisk — en fördel om magnetisk respons behövs.
- Beteende vid hög temperatur (oxidation): ferritiska 4xx är ofta bättre än austenitiska för cyklisk oxidation och värmeledningsförmåga..
Urvalstumregel: välj 400-serien när kostnad, magnetisk respons eller mycket hög hårdhet/hållfasthet krävs och korrosionsmiljön är måttlig eller hanterbar med beläggningar; välj 300-serie/duplex/nickellegeringar när korrosionsbeständigheten är primär.
8. Slutsats
De 400 serie rostfria stål är en mångsidig och allmänt använd familj som levererar en pragmatisk balans mellan ekonomi, magnetiska egenskaper, termisk prestanda och uppnåbar styrka. Deras roll spänner över vardagliga apparater till krävande mekaniska delar.
Framgångsrik användning kräver välgrundat betygsval och disciplinerad bearbetning: svetsning och värmebehandling har stor inverkan på slutresultatet.
Där korrosionsexponeringen är måttlig och kostnad eller magnetisk respons spelar roll, 400-serien representerar ofta det optimala teknikvalet.
Där aggressiv korrosionsbeständighet eller extrem seghet vid låg temperatur krävs, familjer med högre legeringar bör utvärderas.
Vanliga frågor
Är 400-seriens stål "rostfria"?
Ja - de bildar en passiv kromoxidfilm och motstår korrosion mycket bättre än kolstål, men de är mindre korrosionsbeständiga än 300-seriens legeringar i många aggressiva medier.
Kan 400-serien ersätta 304 i hushållsapparater?
Ofta ja för dekorativa och många apparater (TILL EXEMPEL., 430), men undvik där frekvent exponering för klorider, sura rengöringsmedel eller marin atmosfär förekommer.
Varför är vissa 400-serier magnetiska och andra inte?
Ferritiska och martensitiska mikrostrukturer är magnetiska; austenitiska mikrostrukturer (typiskt för 300-serien) är i huvudsak icke-magnetiska. 400-serier är designade för att vara ferritiska/martensitiska.
Hur man svetsar 17-4 PH säkert?
Använd kvalificerade procedurer, styra värmetillförseln, och applicera eftersvetslösning/ålderscykler eller lokaliserad åldring enligt leverantörens instruktioner för att återställa styrka och korrosionsbeständighet.
Är 440C lämplig för marina lager?
Nej – medan 440C erbjuder hög hårdhet och slitstyrka, dess korrosionsbeständighet i marina kloridmiljöer är begränsad; överväga rostfria lager med högre PREN eller beläggningar.
