1. Позиціонування ядра & промислове значення
З 400 серія нержавіюча сталь є практичним мостом між недорогими вуглецевими сталями та аустенітними нержавіючими сталями з високим вмістом нікелю.
Визначено AISI/ASTM і регіональними стандартами (ASTM A240, У 10088, GB/T 1220), на нього припадає значна частка світового тоннажу нержавіючої сталі, оскільки він поєднує:
- Нижча вартість сплаву (мало або взагалі немає Ni) → приваблива економіка;
- Магнітна поведінка (феритний/мартенситний) необхідні для багатьох електромеханічних застосувань;
- Здатність до термічної обробки (мартенситний і дисперсійно-твердіючий підтипи) забезпечує дуже високу міцність;
- Висока теплопровідність і низьке теплове розширення порівняно з аустенітом, корисний для компонентів, що піддаються нагріванню.
Галузі, які найбільше виграють, включають автомобільну (вихлопи, паливні системи), побутова техніка (панелі, вкладиші), техніка (вали, клапани), інструментарія (підшипники, леза) і деякі аерокосмічні/ядерні ніші, де баланс вартості, міцність і помірна стійкість до корозії прийнятна.
2. Класифікація, Склад & Мікроструктурний механізм
Відмінності продуктивності 400 серії нержавіючої сталі в основному визначаються їх хімічним складом і відповідними мікроструктурами.
Нижче наведено поглиблений аналіз трьох основних підтипів:
Феррит 400 Серія (Основні оцінки: 409, 430, 439, 444)
Феритні нержавіючі сталі є найбільш широко використовуваним підтипом, має однофазну феритову мікроструктуру при кімнатній температурі, відсутність фазових перетворень при нагріванні/охолодженні, і наднизький вміст C (зазвичай ≤0,12 мас.%).
У їх складі ядра переважає Cr (10.5–19,5 мас.%), з допоміжними елементами, такими як Ti, NB, і Mo для оптимізації стабільності та стійкості до корозії.
- 409: Cr (10.5–11,75 мас.%), C (≤0,08 мас.%), На (0.15–0,50 мас.%).
Ti утворює осад TiC для фіксації C, запобігання міжкристалітній корозії, спричиненій осадженням карбіду Cr.
Грубозерниста структура фериту забезпечує основну стійкість до атмосферної корозії, що робить його придатним для недорогих сценаріїв стійкості до корозії. - 430: Cr (16.0–18,0 мас.%), C (≤0,12 мас.%). Дрібнозерниста феритова структура зі збалансованою ціною та стійкістю до корозії, будучи основним економічно ефективним сортом фериту для побутової техніки.
- 439: Cr (17.0–19,0 мас.%), C (≤0,03 мас.%), Якщо/Nb (0.10–0,60 мас.%).
Зерна стабілізації композиту з наднизьким вмістом C і Ti/Nb, значно покращує зварюваність і стійкість до корозії порівняно з 430. - 444: Cr (17.5–19,5 мас.%), Mo (1.75–2,50 мас.%), C (≤0,025 мас.%).
Додавання Mo підвищує стійкість до точкової корозії (PREN≈25), утворюючи щільну феритову структуру, придатну для хлоридовмісних середовищ.
Мартенситний 400 Серія (Основні оцінки: 410, 420, 440A/B/C)
Мартенситні нержавіючі сталі мають більший вміст С (0.15–0,75 мас.%) і помірний вміст Cr (11.5–18,0 мас.%).
При високих температурах, вони утворюють аустеніт, який під час загартування перетворюється на твердий мартенсит, що робить їх єдиним підтипом зміцнення, що піддається термообробці, у 400 серії з нержавіючої сталі.
- 410: C (≤0,15 мас.%), Cr (11.5–13,5 мас.%).
Лита структура - ферит + мартенсит; після загартування/відпуску, міцність на розрив досягає 515–690 МПа, підходить для загальних структурних частин. - 420: C (0.15–0,40 мас.%), Cr (12.0–14,0 мас.%).
Більш високий вміст С покращує твердість (HRC≥50 після термообробки), широко використовується в столових приладах і клапанах. - 440A/B/C: Градієнт вмісту C (0.60–0,75 мас.%), Cr (16.0–18,0 мас.%).
440С має найвищу твердість (HRC≥58) і носійне опір, ідеально підходить для високоточних інструментів і підшипників.
Осадження-Гартування (РН) 400 Серія (Сорт: 17-4 РН, Aisi 630)
Особливий високопродуктивний варіант з низьким C (≤0,07 мас.%), Cr (15.5–17,5 мас.%), У (3.0–5,0 мас.%), і Cu (3.0–5,0 мас.).
При високих температурах утворює аустеніт, при охолодженні перетворюється на мартенсит, і досягає зміцнення завдяки утворенню багатого Cu осаду під час старіння.
Міцність на розрив може досягати 1380 МПа після термообробки, баланс надвисокої міцності та стійкості до корозії.
3. Основні комплексні властивості
Механічні властивості
Механічні властивості 400 серії з нержавіючої сталі істотно відрізняються за підвидами, з чіткою диференціацією сили, пластичність, і реакція на термічну обробку (дані відповідають ASTM A240/A480):
- Феритні типи (430, розчинно-прожарений): Міцність на розрив 415–515 МПа, межа текучості 205–275 МПа, подовження 20-25%, твердість ≤183 HBW.
Відсутність фазового перетворення, лише відпал для подрібнення зерна. - Мартенситні види (420, гаситься & загартований): Міцність на розрив 725–930 МПа, межа текучості 515–690 МПа, подовження 10-15%, твердість ≥50 HRC.
Гасіння + відпустка значно підвищує міцність і твердість. - Тип PH (17-4 РН, H900 старіння): Міцність на розрив ≥1170 МПа, межа текучості ≥1035 МПа, подовження ≥10%, твердість ≥38 HRC.
Опадове зміцнення забезпечує надвисоку міцність без шкоди для пластичності.
Корозійна стійкість
Корозійна стійкість в основному визначається вмістом Cr, з Mo і низьким C як допоміжні підсилювачі. Загальний, це нижче ніж 300 серії, але перевершує вуглецеву сталь:
- Феритні типи: 409 має базову стійкість до атмосферної корозії (річна швидкість корозії ≤0,03 мм у сільській місцевості); 444 стійкий до розведених кислот і хлоридів, з критичною точковою температурою ≥30 ℃.
- Мартенситні види: Обмежений високим вмістом C; 410 сприйнятливий до іржі у вологому середовищі, в той час як 440C має кращу стійкість до корозії завдяки вищому Cr, але не підходить для морських/кислих середовищ.
- 17-4 РН: Стійкість до корозії порівнянна з 304 в атмосферних і помірно корозійних середовищах, але схильні до точкової корекції в середовищі з високим вмістом хлоридів.
Фізичні властивості
Внутрішній магнетизм є характерною рисою 400 серії з нержавіючої сталі, з іншими фізичними властивостями, узгодженими між підтипами:
- Щільність: 7.7–7,8 г/см³ (нижче 304 8.0 г/см³ через відсутність додавання Ni).
- Теплопровідність: 25–30 Вт/(м·К) @ 20 ℃ (вище, ніж 304 16 W/(м·К), сприятливий для розсіювання тепла).
- Коефіцієнт теплового розширення: 10–12×10⁻⁶/K (20–400 ℃), нижче ніж 300 серія, зменшення термічної деформації.
- Магнітна проникність: μ=100–1000 (феритний/мартенситний), набагато вище, ніж у аустенітних нержавіючих сталей (м<1.02).
4. Обробка, виготовлення & практика термічної обробки
Формування & обробка
- Ферити: розумна формоздатність холод; проміжний відпал рекомендований для важкого формування. Оброблюваність подібна до низьколегованих сталей.
- мартенсити: погана здатність до холодного формування в затверділому стані; форма в розпаленому стані або вище (гаряче формування). Оброблюваність залежить від відпуску та твердості — вищі класи С вимагають міцного інструменту та меншої швидкості.
Зварювання
- Ферити: придатний для зварювання, але схильний до зростання зерна та крихкості ЗТВ, якщо використовується високе нагрівання; стабілізовані сорти (Якщо/Nb) і низька тепловіддача (<10 кДж/см для деяких) покращити продуктивність; вибрати феритні присадні метали.
- мартенсити: складно — попередньо розігріти (200–300 ° C), витратні матеріали з низьким вмістом водню та відпуск після зварювання, щоб уникнути розтріскування та відновити міцність.
- РН 17-4: придатний для зварювання з відповідним наповнювачем і термообробкою/старінням після зварювання для відновлення властивостей.
Термічна обробка
- Ферити: відпал розчину та охолодження на повітрі, щоб зняти стрес і подрібнити зерна; без загартування.
- мартенсити: аустенітизувати (950–1050 °C), гасіння (масло/вода в залежності від сорту), потім гарт (150–650 °C) щоб досягти бажаної твердості/в'язкості. 440C, як правило, загартований при 200–300 °C для досягнення максимальної твердості.
- РН 17-4: лікування розчином (~1040–1060 °C), водна гасіння, потім вік (482–621 °C) для отримання осадів, багатих на Cu, і досягнення цільової міцності (H900 тощо.).
5. Типове промислове застосування нержавіючої сталі 400-ї серії
Сімейство серії 400 обслуговує широкий спектр галузей, оскільки його підтипи чітко відповідають різним інженерним потребам:
економіка + Помірна корозійна стійкість (ферити), висока твердість/знос (мартенсити), і дуже висока міцність з розумною стійкістю до корозії (сплави PH).
Автомобільна промисловість
Загальні частини & оцінки
- Вихлопні системи, компоненти глушника, реакційні труби — 409, іноді 439 для покращеної зварюваності.
- Обрізати, декоративні панелі — 430.
- Вали двигуна і трансмісії, Сидіння клапана / малозношувані компоненти — 410 / 420 де необхідна термічна обробка.
Чому використовується 4xx
- Низький вміст нікелю дає значну перевагу в ціні для компонентів дуже великого обсягу.
Феритні марки стійкі до циклічного окислення в гарячих вихлопних середовищах і мають відповідну теплопровідність і розширення. Мартенситні марки пропонують загартовані поверхні для критичних до зносу дрібних деталей.
Ключові міркування
- Для зварних вихлопних систем, використовувати ферити, стабілізовані Ti/Nb (409Ti/439) або контролювати підведення тепла, щоб уникнути крихкості HAZ.
- Захист від корозії (поверхневі покриття, алюмінування) часто застосовується для продовження терміну експлуатації в середовищах, де є дорожня сіль.
Побутова техніка та споживчі товари
Загальні частини & оцінки
- Двері холодильника, підкладки для духовки, салон посудомийної машини, пульти керування — 430 а іноді 439/444 для кращої стійкості до корозії.
- Столові прилади та кухонні ножі — 420 / 440C (мартенситний), полірований і загартований.
Чому використовується 4xx
- Приваблива обробка поверхні, Хороша формуваність (ферити), магнітний відгук, де це необхідно (Напр., індикатори індукційного приготування), і набагато нижча вартість, ніж аустеніт, роблять ферит 4xx типовим для декоративних і внутрішніх частин приладів.
Ключові міркування
- Уникайте 4xx у соляних бризках або на узбережжі, якщо вони не мають покриття або конкретно не містять Mo (444).
Для столових приборів, вибирайте мартенсити з високим вмістом C і контролюйте відпустку, щоб збалансувати збереження кромки та стійкість до корозії.
Теплообмінні, ОВК та теплові системи
Загальні частини & оцінки
- Ребра теплообмінника, повітроводи, компоненти печі, обшивка котла — 409, 430, 444.
Чому використовується 4xx
- Ферити поєднують хорошу теплопровідність, низьке теплове розширення та стійкість до окислення при підвищених температурах з меншою вартістю, ніж серія 300, завдяки чому вони добре підходять для обладнання для передачі тепла та управління теплом вихлопу.
Ключові міркування
- Для мокрого, потоки, що містять хлорид, або високий ризик точкової корекції, віддають перевагу феритам, що містять Мо (444) або за потреби перейдіть до дуплексу/серії 300.
Хімічний, переробна та водообробна промисловість
Загальні частини & оцінки
- Цистерни проміжного режиму, трубопровідна арматура, теплообмінники для неекстремальних хімікатів — 444 (де стійкість до хлориду має значення), 439 для зварних резервуарів.
Чому використовується 4xx
- Коли експлуатація помірно агресивна, але повні аустенітні або дуплексні сплави економічно не виправдані, Стабілізовані Mo ферити пропонують прийнятну золоту середину.
Ключові міркування
- Вкажіть сертифікати стану та випробування на корозію. Для постійного впливу хлоридів (технологічні розсоли, охолодження морською водою) підтвердити вибір сорту відносно виміряного хлориду, температурні та щілинні умови.
Нафта & газовий, нафтохімічний (вибрані компоненти)
Загальні частини & оцінки
- Кріплення, некритичні компоненти клапана, вали насосів — 410, 431 (мартенситні високоміцні), 17-4 РН для високої міцності, корозійностійкі компоненти (де можливе старіння після зварювання).
Чому використовується 4xx
- Мартенситні та PH марки забезпечують дуже високу міцність при тиску та механічних навантаженнях; 17-4 PH часто вибирають там, де потрібна міцність плюс прийнятна стійкість до корозії та можна контролювати цикли зварювання/старіння.
Ключові міркування
- Мартенситні деталі в кислих або хлоридних середовищах повинні бути кваліфіковані на водневу крихкість і ризик SSC. Відпуск/старіння після зварювання часто є обов’язковим.
Морський, обладнання для опріснення та морської води (обмежене використання)
Загальні частини & оцінки
- Сітки для морської води, некритичні корпуси — 444 при легкому впливі хлоридів; в іншому випадку дизайнери віддають перевагу дуплексним сплавам або сплавам з вищим PREN.
Чому використовується 4xx (вибірково)
- Мобільні ферити можуть справлятися з деякими витратами на морську воду з меншими витратами, але довгостроковий ризик утворення ямок і щілин часто виключає їх для безперервно занурених структурних частин.
Ключові міркування
- Коли 4xx використовується в морських умовах, в поєднанні з катодним захистом, покриття, і суворий режим перевірки. Уникайте місць, де є щілини або вплив тепла.
Генерація електроенергії & енергетичні системи
Загальні частини & оцінки
- Теплообмінники, димоходи, ущільнення турбіни — 409, 444.
- Високоміцні болти та вали — 17-4 РН або мартенсити, де це можливо.
Чому використовується 4xx
- Феритні сорти добре витримують циклічне окислення і термічне навантаження; Класи PH використовуються для високонапружених кріплень і компонентів, де аустенітні сплави були б невиправдано дорогими.
Ключові міркування
- Слідкуйте за тривалим окрихченням сигма-фази в деяких сплавах з високим вмістом Cr при проміжних температурах; вказати межі робочої температури та інтервали перевірок.
Медичний, інструменти та точні інструменти (вибрано)
Загальні частини & оцінки
- Леза для хірургічних інструментів — 420 / 440C (мартенситний, високий рівень полірування та збереження країв).
- Прецизійні прес-форми та інструменти з високим ступенем зносу — 440C.
Чому використовується 4xx
- Висока твердість і збереження краю роблять мартенсит привабливим, за умови контролю корозії та відмінної обробки поверхні/пасивації.
Ключові міркування
- Для імплантатів або тривалого впливу на тіло, 300-перевага надається серійним або медичним сплавам; 4xx для інструментів, лише якщо стерилізація та пасивація є прийнятними та дотримуються медичних стандартів.
6. Переваги & Обмеження
Нержавіючі сталі 400-ї серії займають особливе місце між вуглецевими сталями та аустенітними нержавіючими сталями, що містять нікель..
Ключові переваги нержавіючої сталі 400-ї серії
Економічність і цінова стабільність
400-Серія нержавіючих сталей містить мало або зовсім не містить нікелю, покладаючись насамперед на хром для стійкості до корозії.
Це значно знижує вартість сировини та захищає закупівлі від нестабільності цін на нікель, що робить ці сорти економічно привабливими для застосування у великих обсягах.
Властиві магнітні властивості
Феритні та мартенситні марки серії 400 є природними магнітними, можливість їх використання в електромагнітних пристроях, датчики, приводи, і компоненти, що вимагають магнітного відгуку - застосування, де аустенітні нержавіючі сталі непридатні.
Термічна міцність (мартенситні та марки PH)
На відміну від аустенітних нержавіючих сталей, мартенситні та дисперсійне зміцнення сплавів серії 400 можна зміцнити шляхом загартування, загартовування, і старіння.
Це забезпечує межі міцності на розрив від помірних рівнів до значно вище 1000 MPA, опорні зносостійкі, несучі, і високонапружені компоненти.
Хороша теплопровідність і низьке теплове розширення
Феритні сталі серії 400 демонструють вищу теплопровідність і нижчий коефіцієнт теплового розширення, ніж нержавіючі сталі серії 300.
Це покращує стійкість до термічної втоми та деформації, що робить їх придатними для вихлопних систем, Теплообмінники, і середовища термічного циклу.
Адекватна стійкість до корозії для помірних середовищ
З вмістом хрому зазвичай вище 10.5 мас.%, 400-Сталі серії забезпечують надійну стійкість до атмосферної корозії, м'які хімікати, і високотемпературне окислення - набагато краще, ніж вуглецева сталь, і достатньо для багатьох промислових і споживчих застосувань.
Спрощена конструкція сплаву та можливість повторної переробки
Менша складність сплаву полегшує плавлення, переробка, і повторного використання в потоках з нержавіючої сталі, узгодження з цілями контролю витрат і стійкості у великомасштабному виробництві.
Основні обмеження нержавіючої сталі 400-ї серії
Нижча стійкість до корозії порівняно з аустенітними марками
У більшості сталей серії 400 відсутні нікель і, у багатьох випадках, достатня кількість молібдену, необхідна для сильної стійкості до точкової корекції, Корозія щілини, і корозійне розтріскування під напругою в багатих хлоридами або сильно кислих середовищах.
Вони взагалі не можуть замінити 304 або 316 у важкій хімічній або морській службі.
Обмежена зварюваність
Феритні марки схильні до укрупнення зерна і втрати в'язкості в зоні термічного впливу., у той час як мартенситні сорти чутливі до холодного розтріскування та водневої крихкості.
Успішне зварювання часто вимагає суворого контролю надходження тепла, стабілізуючі елементи (На, NB), попереднє нагрівання, і термообробка після зварювання.
Знижена в'язкість при низьких температурах
Ферритні нержавіючі сталі серії 400 демонструють температуру переходу від пластичності до крихкості, зазвичай приблизно від мінус нуля до трохи вище температури замерзання.
Це обмежує їхню придатність для кріогенних або холодних структурних застосувань.
Нижча здатність до формування, ніж у аустенітних нержавіючих сталей
Феритні сорти мають помірну здатність до холодного формування, але обмежену здатність до розтягування, у той час як мартенситні сорти важко піддаються холодному формуванню через високу твердість.
Складні компоненти глибокої витяжки, як правило, краще підходять для нержавіючої сталі 300-ї серії.
Чутливість до неправильної термічної обробки та експозиції в експлуатації
Мартенситні та PH марки вимагають ретельно контрольованих циклів термічної обробки.
Невідповідне загартування, тривалий вплив проміжних температур, або неправильна практика зварювання може призвести до крихкості, втрата корозійної стійкості, або передчасний вихід з ладу.
Вужче вікно програми для важких умов
У сильно корозійний, високохлоридний, або технологічне середовище високої чистоти, запас продуктивності сталей серії 400 обмежений, часто вимагає використання аустеніту, дуплекс, або супернержавіюча сталь.
7. Порівняльний аналіз проти 300-ї серії & інші альтернативи
- Корозійна стійкість: 300-серія (304/316) >> 400-серії в агресивних хлоридних/кислотних середовищах.
- Міцність (термічно обробляється): Мартенситний/PH 400 >> 300-серія (може значно перевищувати 1,000 MPA).
- Вартість: 400-зазвичай на 30–50% дешевше, ніж 304 через низький Ni.
- Зварюваність & Формування: 300-серія superior; 400-Серія вимагає більшого догляду.
- Магнетизм: 400-серія magnetic — перевага, якщо потрібна магнітна відповідь.
- Поведінка при високій температурі (окислення): ферритні 4xx часто кращі за аустеніти для циклічного окислення та теплопровідності.
Емпіричне правило вибору: виберіть 400-серію, коли вартість, необхідна магнітна реакція або дуже висока твердість/міцність, а корозійне середовище є помірним або керованим за допомогою покриттів; вибирайте 300-серію/дуплекс/нікелеві сплави, коли стійкість до корозії є основною.
8. Висновок
З 400 Серія нержавіючих сталей є універсальною та широко використовуваною сім’єю, яка забезпечує прагматичний баланс економіка, магнітні властивості, теплові характеристики та досягнута міцність. Їх роль охоплює повсякденні прилади до вимогливих механічних частин.
Успішне використання вимагає усвідомленого вибору оцінок і дисциплінованої обробки: зварювання та термічна обробка сильно впливають на кінцеві характеристики.
Там, де вплив корозії є помірним і вартість або магнітний відгук мають значення, серія 400 часто є оптимальним інженерним вибором.
Там, де необхідна стійкість до агресивної корозії або надзвичайно низька температура, повинні бути оцінені сімейства з вищими сплавами.
Поширені запитання
Сталі серії 400 «нержавіючі»?
Так — вони утворюють пасивну плівку з оксиду хрому та протистоять корозії набагато краще, ніж вуглецеві сталі, але вони менш стійкі до корозії, ніж сплави серії 300 у багатьох агресивних середовищах.
Чи можна замінити 400 серію 304 в побутовій техніці?
Часто так для декоративних і багатьох приладів (Напр., 430), але уникайте частого впливу хлоридів, кислотних миючих засобів або морської атмосфери.
Чому одні серії 400 є магнітними, а інші ні?
Феритні та мартенситні мікроструктури є магнітними; аустенітні мікроструктури (типовий для серії 300) по суті немагнітні. 400-серії розроблені як феритні/мартенситні.
Як зварювати 17-4 PH безпечно?
Використовуйте кваліфіковані процедури, контролювати надходження тепла, і застосувати розчин після зварювання/цикли старіння або локалізоване старіння відповідно до інструкцій постачальника для відновлення міцності та стійкості до корозії.
440C підходить для морських підшипників?
Ні — тоді як 440C забезпечує високу твердість і зносостійкість, його стійкість до корозії в морських хлоридних середовищах обмежена; розгляньте підшипники з нержавіючої сталі з вищим PREN або покриттями.
