1. Вступ
1.4021 це мартенситна нержавіюча сталь, широко відома під назвою X20Cr13 і зазвичай перехресні посилання на Aisi 420 в літературі постачальника.
Він належить до сімейства хромистих нержавіючих сталей, які можна зміцнювати термічною обробкою, що принципово відрізняється від більш звичних аустенітних марок, які використовуються для загальної стійкості до корозії.
На практиці, 1.4021 вибирається, коли проектувальнику потрібна комбінація помірної стійкості до корозії, високий потенціал твердості, і корисна зносостійкість, а не максимальна стійкість до корозії.
Матеріал особливо важливий для столових приборів, леза, вали насосів, гідравлічні компоненти, техніка, і декоративні частини, оскільки його баланс властивостей добре підходить для частин, які повинні бути міцними, польський, і придатний до експлуатації в помірно корозійних середовищах.
Це головна ідея 1.4021: це не універсальна нержавіюча сталь, але технічно націлений.
2. Що Є 1.4021 Нержавіюча сталь?
1.4021 є a мартенситний хром нержавіюча сталь з вмістом хрому в 12–14% діапазон і вуглець в 0.16–0,25% діапазон.
Специфікації постачальників описують її як загартовувану сталь, яка використовується в умовах загартування та відпустки для конструкційних і кріпильних виробів, де Помірна корозійна стійкість потрібен.
Його також описують як сталь для столових приборів і лез, що відображає його здатність досягати відносно високої твердості після термічної обробки.
Цей сорт є феромагнітним, має хорошу оброблюваність і здатність куватись, і придатний для використання до о 550–600°C залежно від майна, яке розглядається.
В одній таблиці даних зазначено, що він «стійкий до накипу до 1100 ° F,», про який йдеться 593° C, в той час як інший відзначає хорошу стійкість до окисної атмосфери до приблизно 600° C.
Ці цінності узгоджуються з ідеєю, що 1.4021 це нержавіюча сталь гарячої обробки, але не високотемпературний корозійний сплав.
Основні характеристики
На практичному рівні, 1.4021 цінується за чотири речі:
- Це може бути загартований до високої міцності і твердості,
- 1.4021 нержавіюча сталь має Помірна корозійна стійкість у безхлоридних середовищах,
- Це може бути відполірований до глянцевого покриття,
- Це так магнітний, які можуть бути корисними чи небажаними залежно від програми.
3. Хімічний склад і ідентифікація матеріалу
| Елемент | Типовий діапазон в 1.4021 | Роль в сплаві |
| Вуглець (C) | 0.16–0,25% | Забезпечує зміцнення та високу кінцеву твердість. |
| Хром (Cr) | 12.0–14,0% | Забезпечує нержавіючий характер і стійкість до окислення. |
| Марганець (Мн) | ≤ 1.50% | Підтримує розкислення та баланс обробки. |
| Кремнію (І) | ≤ 1.00% | Допомагає виплавляти сталь і помірно сприяє міцності. |
| Фосфор (С) | ≤ 0.040% | Тримається низько, щоб уникнути ламкості. |
| Сірка (S) | ≤ 0.030% | Тримається низько; контрольована сірка може бути використана для обробки в деяких формах продукту. |
| Прасувати (Феод) | Балансувати | Матричний елемент зі сталі. |
4. Фізичні та механічні властивості 1.4021 Нержавіюча сталь
Властивості 1.4021 сильно залежить від умов термічної обробки. У відпаленому стані відносно працездатний; після гарту і відпустки стає значно твердішим і міцнішим.
У наведених нижче таблицях узагальнено типові значення кімнатної температури з опублікованих таблиць даних.
Фізичні властивості
| Майно | Типове значення | Нотатки |
| Щільність | 7.70–7,73 г/см³ | Щільна мартенситна нержавіюча сталь, типові для хромистих сталей. |
| Модуль пружності | 215–216 ГПа | Відносно жорсткі порівняно з аустенітними нержавіючими сталями. |
| Теплопровідність | 30 З/м · k | Помірна теплопровідність для нержавіючої сталі. |
| Питома теплоємність | 460 J/кг · k | Типова теплова потужність для цієї сімейства марок. |
| Коефіцієнт теплового розширення | приблизно 10.5 × 10⁻⁶/°C (20–100°C) | Нижче, ніж аустенітні нержавіючі сталі, сприяючи стабільності розмірів. |
| Магнітний відгук | Так | Феромагнітний в стандартному стані. |
Механічні властивості
| Хвороба | Похідна сила | Сила на розрив | Подовження | Твердість | Нотатки |
| Відпалений / м'який стан | —— | До приблизно 760 МПа макс | —— | До приблизно 230 HB макс | Підходить для механічної обробки та формування перед остаточним затвердінням. |
| +QT700 | ≥ 500 MPA | 700–850 МПа | ≥ 13% | —— | Збалансований загартований стан із хорошою міцністю. |
| +QT800 | ≥ 600 MPA | 800–950 МПа | ≥ 12% | —— | Вища міцність/твердість, дещо менша пластичність. |
5. Термічна обробка, Загартовування, і мікроструктура
Термічна обробка
1.4021 є a мартенситна нержавіюча сталь, тому його ефективність регулюється циклом термічної обробки, а не лише станом отримання.
В розпеченому стані, він м'якший і легший для роботи; після гарту і відпустки, він перетворюється на набагато твердіший і міцніший матеріал.
Ця здатність до загартування є основною причиною, чому клас використовується для лез, вали, кріплення, та інші компоненти, схильні до зносу.
Опубліковані таблиці даних описують умови м’якого відпалу, отримані шляхом витримування при 745–825°C з наступним повільним охолодженням повітрям, при цьому загартування здійснюється нагріванням до о 950–1050°C і охолодження повітрям або маслом.
Загартовування
Отримана мікроструктура є принципово мартенситною після загартування, а етап відпустки використовується для налаштування балансу між твердістю та міцністю.
Для практичного виробництва, діапазон відпустки вибирається відповідно до набору цільових властивостей: одне джерело дає QT700 в 650–750°C і QT800 в 600–700 ° C, а інший зазначає, що бажана міцність визначає температуру відпустки.
Це не універсальний сплав; це матеріал, кінцева поведінка якого свідомо розроблена шляхом термічної обробки.
Мікроструктура
Важливою металургійною деталлю є вікно крихкості. Таблиця даних попереджає, що діапазон між 400°C і 600 °C слід уникати, тому що небажані фази можуть випадати в осад і може виникнути крихкість.
Це означає, що сплав можна зробити дуже твердим, але з цим також потрібно поводитися з термічною дисципліною.
Іншими словами, та сама чутливість до термічної обробки 1.4021 корисно також робить його невблаганним, якщо процес погано контролюється.
Поведінка мікроструктури, пов'язана зі зварюванням, дотримується тієї ж логіки. Після зварювання, заготівля повинна бути охолоджена нижче початкової області мартенситу, приблизно 120° C, перед гартуванням.
Це знижує ризик утворення тріщин і сприяє відновленню більш стабільного балансу властивостей в зоні термічного впливу.
Друге джерело зазначає, що цю марку зазвичай не зварюють через її здатність зміцнюватися на повітрі, Це ще один спосіб сказати, що надходження тепла та історія охолодження сильно впливають на кінцеву продуктивність.
Підсумок термічної обробки
| Стан обробки | Типовий стан | Металургійний ефект | Інженерний наслідок |
| М'який відпал | 745–825°C, повільне охолодження повітря | Більш м'яка мартенситна структура прекурсора | Краща оброблюваність і формування. |
| Загартовування | 950–1050°C, потім повітря/масляне загартування | Утворення мартенситу | Значне підвищення твердості та міцності. |
| Загартування для QT700 | 650–750°C | Зменшує ламкість, встановлює остаточний рівень міцності | Збалансована міцність і міцність. |
| Загартування для QT800 | 600–700 ° C | Вища міцність/твердість, трохи менша пластичність | Міцніший, але більш вимогливий стан обслуговування. |
6. Корозійні властивості в різних середовищах
1.4021 пропозиції з нержавіючої сталі помірний Корозійна стійкість, не має широкого корозійного імунітету, пов'язаного з аустенітними марками, такими як 304 або 316.
В одній таблиці даних зазначено, що він добре працює в умовах помірної корозії, без хлоридів середовищ, таких як мило, миючі засоби, і органічні кислоти, а інший відзначає стійкість до атмосфери, свіжа вода, розведені кислоти, і луги.
Це робить його корисним, але не універсальний. Сплав також має чіткі обмеження.
Swiss Steel заявляє, що так нестійкий до міжкристалітної корозії в стані доставки або зварювання, і 1.4021 тому не слід розглядати як нержавіючу сталь, що спеціалізується на корозії, у зварних хімічних службах.
Його стійкість до корозії найкраща, коли поверхня дрібно відшліфована або відполірована, і одне джерело прямо зазначає, що оптимальна стійкість до корозії досягається, коли поверхня тонко відшліфована або відполірована.
Перспектива корозії
- Добре для атмосфери, свіжа вода, розведені кислоти, луги, мило, миючі засоби, і органічні кислоти.
- Не є хорошим вибором для роботи з високим вмістом хлоридів або сильної корозії.
- Оздоблення поверхні має значення: поліровані поверхні працюють краще.
- Умови зварювання та доставки можуть знизити стійкість до корозії, якщо не керувати належним чином.
7. Виготовлення, Зварювання, і міркування щодо механічної обробки
Поведінка виготовлення
1.4021 це мартенситна нержавіюча сталь, тому його поведінка при виготовленні тісно пов’язана з його рівнем твердості та термічною історією.
У відпаленому стані, це відносно працездатне, і дані постачальників описують його підробку як хорошу, його холодне формування як можливе, і його оброблюваність як хороша.
У тих самих таблицях даних також зазначено, що його можна використовувати в гарячих- і холоднокатаний лист, смужка, брус, дріт, розділи, і яскраві вироби, що відображає досить широке вікно промислової обробки.
Практичний спосіб подумати 1.4021 це: це не «складна» нержавіюча сталь у сенсі виготовлення, але це також не м'який аустеніт.
Його працездатність суттєво змінюється з твердістю, і кінцеву цільову властивість слід визначити перед початком формування або обробки.
З цієї причини, планування виготовлення та планування термічної обробки слід розглядати як одну об’єднану проблему, а не як два окремі кроки.
Кування та гаряча обробка
Гаряча обробка добре зарекомендувала себе для цього сорту. Одна техніка рекомендує поступове нагрівання до приблизно 850° C, потім швидше нагрівання до 1150–1180°C, з куванням, проведеним між 1100°C і 900 °C, з подальшим повільним охолодженням для сприяння контрольованому розвитку структури.
Інше джерело зазначає, що сорт успішно використовується в конструкціях і кріпильних елементах і має хорошу здатність куватись.
Про це свідчать ці деталі 1.4021 добре піддається ковці, але тільки тоді, коли контроль температури дисциплінований.
Зварювання
Це не оцінка, яка винагороджує випадкову практику зварювання.
Причина структурна: як мартенситна сталь, він може затвердіти під час охолодження, що підвищує ризик крихких зон зварювання та дисбалансу властивостей, якщо попередній нагрів та відпуск не використовуються належним чином.
Окрема таблиця даних ще більш тупа, заявивши, що 1.4021 «звичайно не зварюється» через його властивості затвердіння на повітрі.
Практичний висновок зрозумілий: зварювання можливе, але його слід планувати як контрольовану металургійну операцію, не просто крок приєднання.
Обробка
Оброблюваність є однією з найбільш сприятливих характеристик 1.4021. Swiss Steel описує цей сорт як такий, що має хорошу оброблюваність, і thyssenkrupp зазначає, що він обробляється подібно до вуглецевих сталей тієї ж твердості.
Це означає, що навантаження на обробку значною мірою залежить від рівня твердості, а не від незвичайної поведінки нержавіючої сталі.
На практиці, що робить сплав особливо привабливим для деталей, які, як очікується, підлягають механічній обробці перед остаточним загартуванням або використовуються в стані відпуску, де контроль розмірів все ще має значення.
Оздоблення поверхні та можливість полірування
Поверхнева обробка це більше, ніж просто косметика 1.4021; це також впливає на корозійні характеристики.
У документації постачальника зазначено, що варіант ножа з лезом можна відполірувати до високого блиску, а оптимальна стійкість до корозії досягається, коли поверхня дрібно відшліфована або відполірована..
Це робить обробку поверхні функціональною частиною дизайну, а не завершальним декоративним етапом.
Особливо це стосується столових приладів, декоративні частини, і видимі механічні компоненти.
Більш гладка поверхня не повертається 1.4021 у корозійну нержавіючу сталь, але це дійсно допомагає сплаву працювати ближче до найкращого можливого рівня в межах призначеної робочої зони.
8. Переваги та недоліки 1.4021 Нержавіюча сталь
Переваги
1.4021 нержавіюча сталь приваблива тим, що вона поєднує Загартовування, Хороша обробка, і фінішна поверхня.
Як мартенситна нержавіюча сталь, його можна піддати термічній обробці до набагато вищої твердості та міцності, ніж аустенітні марки, що робить його придатним для лез, вали, кріплення, і деталі, схильні до зносу.
Опубліковані дані свідчать про запеклі умови в QT700–QT800 діапазон з міцністю на розрив до грубо 700–950 МПа, в залежності від темпераменту.
Нержавіючу сталь також відносно легко обробляти, її можна відполірувати до блиску, тому його використовують у столових приборах, декоративні частини, і прецизійні механічні компоненти.
Його магнітна реакція також може бути корисною в деяких програмах. В помірно агресивний, середовища без хлоридів, він забезпечує прийнятну стійкість до корозії.
Недоліки
Його головне обмеження полягає в тому лише помірна стійкість до корозії. Це не є заміною для аустенітних марок, таких як 304 або 316 у багатому на хлориди або сильно корозійному режимі.
Це також нестійкий до міжкристалітної корозії в стані доставки або зварювання, тому історію зварювання та нагрівання потрібно ретельно контролювати.
Тому сплав краще розглядати як a загартована нержавіюча сталь для механічних характеристик, не загальна корозійно-стійка нержавіюча сталь.
9. Промислове застосування 1.4021 Нержавіюча сталь
1.4021 нержавіюча сталь не вибирається насамперед тому, що вона найбільш стійка до корозії.
Він обраний тому, що його можна загартувати, полірований, і оброблені на компоненти, які потребують міцності, Опір зносу, і гідна нержавіюча поверхня в помірно агресивних середовищах.
Типові випадки використання
- ножі та столові прибори
- хірургічні та стоматологічні інструменти
- накачувати вали та гідравлічні частини
- кріплення та механічні компоненти
- форми, штамп, та елементи інструменту
- декоративні нержавіючі деталі
- автомобільне та нафтохімічне обладнання
10. Еквівалентні оцінки в міжнародних стандартах
| Стандартна система | Еквівалентний клас | Нотатки |
| У / ВІД | 1.4021 / X20Cr13 | Основне європейське позначення |
| Aisi / ASTM | 420 (Тип 420А / 420Б) | Найближчий еквівалент; композиція перекриття дещо змінюється |
| Нас | S42000 | Позначення єдиної системи нумерації |
| Він (Японія) | SUS420J1 / SUS420J2 | J2 містить більше вуглецю, ближче до варіантів з більшою твердістю |
| GB (Китай) | 20CR13 | Прямий еквівалент у китайській стандартній системі |
| ISO | X20Cr13 | Гармонізоване міжнародне позначення |
11. Порівняння з іншими нержавіючими сталями
| Майно | 1.4021 (X20Cr13 / 420 тип) | 304 (1.4301) | 316 (1.4401) | 430 (1.4016) |
| Сімейство з нержавіючої сталі | Мартенситний | Аустенітний | Аустенітний | Феррит |
| Ключове легування / структура | Близько 12-14% Cr, 0.16–0,25% С; магнітні та термообробні | Приблизно 18% Cr / 8% У; негартуючі в звичайному розумінні | Хромонікелева нержавіюча сталь з молібденом для кращої стійкості до хлориду | Прямий хром нержавіючий з об 16–18% Cr; негартуючі феритна структура |
| Поведінка загартовування | Піддається загартуванню і відпуску | Термічній обробці не твердіє; зміцнюється переважно холодною роботою | Не піддається гартуванню; міцність в основному від холодної обробки та форми продукту | Термічній обробці не твердіє |
Корозійна стійкість |
Помірний; підходить для атмосфери, свіжа вода, розбавлені кислоти/луги, мило, миючі засоби, і органічні кислоти | Хороша загальна стійкість до корозії; краще ніж 1.4021 у більшості водних послуг | Більш сильна стійкість до хлориду, ніж 304 і набагато краще ніж 1.4021 для вологих/корозійних умов | Помірна стійкість до корозії; нижче 304/316 в агресивних середовищах |
| Виготовлення / зварювання | Піддається обробці та куванні; зварювання менш прощає і часто потребує попереднього нагрівання/контролю після відпустки | Відмінна здатність до формування та зварювання | Легко формується, зварні, припаяні, і вирізати | Добре формується, але менш міцні, ніж аустенітні сорти, у важких умовах виробництва та зварювання |
| Типове позиціонування | Зношувана нержавіюча сталь для лез, вали, інструменти, і помірно корозійні механічні частини | Корозійна нержавіюча сталь загального призначення | Хлоридостійка корозійна нержавіюча сталь | Недорога феритна нержавіюча сталь для помірної корозії та декоративного використання/приладів |
12. Висновок
1.4021 нержавіюча сталь, або X20Cr13, являє собою мартенситну хромисту нержавіючу сталь з дуже чітким технічним призначенням: поєднувати загартовуваність, Помірна корозійна стійкість, Опір зносу, і хороша здатність до полірування в одному класі.
Його щільність, модуль, і магнітна реакція роблять його надійним інженерним металом, в той час як його реакція на термічну обробку дозволяє налаштувати його від відносно працездатного відпаленого матеріалу до набагато більш жорсткого загартованого та відпущеного стану.
Межі сплаву однаково важливі. Це не універсальна нержавіюча сталь; її краще розуміти як нержавіючу сталь для помірно корозійних середовищ, де твердість, геометрія, і якість обслуговування має значення.
Як тільки це обрамлення зрозуміло, матеріал стає зручним для розміщення: 1.4021 це тип нержавіючої сталі, який ви обираєте, коли вам потрібна більша перевага, більша зносостійкість, і більшу прогартовуваність, ніж може забезпечити аустенітний сорт.
Поширені запитання
Що є 1.4021 нержавіюча сталь?
1.4021 це мартенситна нержавіюча сталь, також відома як X20Cr13, і на нього зазвичай посилаються Aisi 420 в літературі постачальника.
Є 1.4021 магнітна нержавіюча сталь?
Так. Таблиці даних постачальників описують це як a феромагнітні клас з намагнічуваністю так.
Є 1.4021 нержавіюча сталь підходить для зварювання?
Його можна зварювати, але це не найлегша зварювальна нержавіюча сталь.
Специфікації рекомендують попередній нагрів і відпуск після зварювання, і одне джерело зазначає, що його зазвичай не зварюють через те, що він твердіє на повітрі.
робить 1.4021 нержавіюча сталь добре протистоїть корозії?
Це має помірний Корозійна стійкість, особливо в середовищах без хлоридів, таких як мило, миючі засоби, органічні кислоти, свіжа вода, і розведені кислоти/луги. Це не нержавіюча сталь з високим вмістом хлориду.
може 1.4021 загартована нержавіюча сталь?
Так. Це загартувана мартенситна нержавіюча сталь, зазвичай гаситься від о 950–1050°C а потім загартували.
