1. Giới thiệu
1.4021 là một loại thép không gỉ martensitic được biết đến rộng rãi bởi tên gọi X20Cr13 và thường được tham chiếu chéo đến AISI 420 trong tài liệu của nhà cung cấp.
Nó thuộc họ thép không gỉ crom có thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt, điều này làm cho nó khác biệt cơ bản với các loại austenit quen thuộc hơn được sử dụng để chống ăn mòn nói chung.
Trong thực tế, 1.4021 được chọn khi người thiết kế cần sự kết hợp giữa khả năng chống ăn mòn vừa phải, tiềm năng độ cứng cao, và khả năng chống mài mòn hữu ích hơn là hiệu suất ăn mòn tối đa.
Chất liệu đặc biệt quan trọng trong dao kéo, Lưỡi dao, trục bơm, Thành phần thủy lực, máy móc, và các bộ phận trang trí, bởi vì sự cân bằng tài sản của nó rất phù hợp với các bộ phận phải mạnh mẽ, có thể đánh bóng, và có thể sử dụng được trong môi trường ăn mòn vừa phải.
Đó là ý tưởng trung tâm đằng sau 1.4021: nó không phải là thép không gỉ phổ quát, nhưng là một mục tiêu kỹ thuật.
2. Là gì 1.4021 thép không gỉ?
1.4021 là một crom martensitic thép không gỉ có hàm lượng crom trong 12–14% phạm vi và carbon trong 0.16–0,25% phạm vi.
Bảng dữ liệu của nhà cung cấp mô tả nó như một loại thép cứng được sử dụng trong điều kiện tôi và tôi cho các ứng dụng xây dựng và dây buộc trong đó Kháng ăn mòn vừa phải là cần thiết.
Nó cũng được mô tả như một loại dao kéo và lưỡi thép, phản ánh khả năng đạt được độ cứng tương đối cao sau khi xử lý nhiệt.
Lớp này có tính sắt từ, có khả năng gia công tốt và khả năng rèn, và phù hợp để sử dụng khoảng 550Mạnh600 ° C. tùy thuộc vào tài sản đang được xem xét.
Một bảng dữ liệu cho biết rằng nó “có khả năng chống lại quy mô lên đến 1100 ° F,” đó là về 593°C, trong khi một người khác ghi nhận khả năng chống chịu tốt với môi trường oxy hóa lên đến khoảng 600°C.
Những giá trị đó phù hợp với ý tưởng rằng 1.4021 là loại thép không gỉ gia công nóng có thể sử dụng được, nhưng không phải là hợp kim ăn mòn ở nhiệt độ cao.
Đặc điểm cốt lõi
Ở mức độ thực tế, 1.4021 có giá trị vì bốn điều:
- Nó có thể cứng đến độ bền và độ cứng cao,
- 1.4021 thép không gỉ có Kháng ăn mòn vừa phải trong môi trường không có clorua,
- Nó có thể được đánh bóng để có độ bóng cao,
- Đó là từ tính, có thể hữu ích hoặc không mong muốn tùy thuộc vào ứng dụng.
3. Thành phần hóa học và nhận dạng vật liệu
| Yếu tố | Phạm vi điển hình trong 1.4021 | Vai trò trong hợp kim |
| Cacbon (C) | 0.16–0,25% | Cho phép làm cứng và độ cứng cuối cùng cao hơn. |
| crom (Cr) | 12.0–14,0% | Cung cấp đặc tính không gỉ và chống oxy hóa. |
| Mangan (Mn) | ≤ 1.50% | Hỗ trợ khử oxy và cân bằng xử lý. |
| Silicon (Và) | ≤ 1.00% | Hỗ trợ sản xuất thép và đóng góp khiêm tốn vào sức mạnh. |
| Phốt pho (P) | ≤ 0.040% | Giữ ở mức thấp để tránh độ giòn. |
| lưu huỳnh (S) | ≤ 0.030% | Giữ ở mức thấp; lưu huỳnh được kiểm soát có thể được sử dụng để gia công ở một số dạng sản phẩm. |
| Sắt (Fe) | Sự cân bằng | Phần tử ma trận của thép. |
4. Tính chất vật lý và cơ học của 1.4021 thép không gỉ
Các thuộc tính của 1.4021 phụ thuộc nhiều vào điều kiện xử lý nhiệt. Ở trạng thái ủ, nó tương đối khả thi; sau khi tôi và tôi nó trở nên cứng hơn và mạnh hơn nhiều.
Các bảng dưới đây tóm tắt các giá trị nhiệt độ phòng tiêu biểu từ các bảng dữ liệu đã xuất bản.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Giá trị điển hình | Ghi chú |
| Tỉ trọng | 7.70–7,73 g/cm³ | Thép không gỉ martensitic dày đặc, điển hình của thép crom. |
| mô đun đàn hồi | 215–216 GPa | Tương đối cứng so với thép không gỉ austenit. |
| Độ dẫn nhiệt | 30 W/m·K | Dẫn nhiệt vừa phải cho thép không gỉ. |
| Nhiệt dung riêng | 460 J/kg·K | Công suất nhiệt điển hình cho dòng sản phẩm này. |
| Hệ số giãn nở nhiệt | Về 10.5 × 10⁻⁶/° C. (20Mạnh100 ° C.) | Thấp hơn thép không gỉ austenit, giúp ổn định kích thước. |
| Phản ứng từ | Đúng | Sắt từ ở điều kiện tiêu chuẩn. |
Tính chất cơ học
| Tình trạng | Sức mạnh năng suất | Độ bền kéo | Độ giãn dài | độ cứng | Ghi chú |
| Ủ / tình trạng mềm mại | —— | Lên đến khoảng 760 MPa tối đa | —— | Lên đến khoảng 230 HB tối đa | Thích hợp để gia công và tạo hình trước khi đông cứng lần cuối. |
| +QT700 | ≥ 500 MPa | 700–850 MPa | ≥ 13% | —— | Điều kiện cứng cân bằng với độ dẻo dai tốt. |
| +QT800 | ≥ 600 MPa | 800MP950 MPA | ≥ 12% | —— | Độ bền/độ cứng cao hơn, độ dẻo thấp hơn một chút. |
5. Xử lý nhiệt, Làm cứng, và cấu trúc vi mô
Xử lý nhiệt
1.4021 là một Thép không gỉ Martensitic, do đó hiệu suất của nó bị chi phối bởi chu trình xử lý nhiệt thay vì chỉ điều kiện nhận được.
Ở trạng thái ủ, nó mềm hơn và dễ làm việc hơn; Sau khi dập tắt và ôn hòa, nó biến thành một vật liệu cứng hơn và mạnh hơn nhiều.
Độ cứng đó là lý do cốt lõi khiến lớp này được sử dụng cho lưỡi dao, trục, ốc vít, và các thành phần dễ bị mài mòn khác.
Các bảng dữ liệu đã xuất bản mô tả điều kiện ủ mềm thu được bằng cách giữ ở 745–825°C tiếp theo là làm mát không khí chậm, trong khi quá trình đông cứng được thực hiện bằng cách nung nóng đến khoảng 950–1050°C và làm mát bằng không khí hoặc dầu.
Làm cứng
Cấu trúc vi mô thu được về cơ bản là martensitic sau khi dập tắt, và bước ủ được sử dụng để điều chỉnh sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo dai.
Đối với sản xuất thực tế, phạm vi ủ được chọn theo thuộc tính mục tiêu được đặt: một nguồn cung cấp QT700 Tại 650Mạnh750 ° C. Và QT800 Tại 600Mạnh700 ° C., trong khi một người khác lưu ý rằng cường độ mong muốn sẽ quyết định nhiệt độ ủ.
Đây không phải là hợp kim “một kích cỡ phù hợp cho tất cả”; nó là vật liệu mà hành vi cuối cùng của nó được thiết kế có chủ ý thông qua xử lý nhiệt.
Cấu trúc vi mô
Một chi tiết luyện kim quan trọng là cửa sổ dễ giòn. Bảng dữ liệu cảnh báo rằng phạm vi giữa 400° C và 600 ° C. nên tránh vì các pha không mong muốn có thể kết tủa và có thể xảy ra hiện tượng giòn.
Điều đó có nghĩa là hợp kim có thể được chế tạo rất cứng, nhưng nó cũng phải được xử lý bằng kỷ luật nhiệt.
Nói cách khác, độ nhạy xử lý nhiệt tương tự làm cho 1.4021 hữu ích cũng khiến người ta không thể tha thứ nếu quá trình này được kiểm soát kém..
Hành vi cấu trúc vi mô liên quan đến hàn tuân theo cùng một logic. Sau khi hàn, phôi phải được làm nguội xuống dưới vùng bắt đầu martensite, khoảng 120°C, trước khi ủ.
Điều này làm giảm nguy cơ nứt và giúp khôi phục sự cân bằng tài sản ổn định hơn trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt..
Nguồn thứ hai lưu ý rằng loại này thường không được hàn vì tính chất làm cứng không khí của nó., đó là một cách khác để nói rằng lịch sử làm mát và đầu vào nhiệt ảnh hưởng mạnh mẽ đến hiệu suất cuối cùng.
Tóm tắt xử lý nhiệt
| Trạng thái xử lý | Tình trạng điển hình | Hiệu ứng luyện kim | Hậu quả kỹ thuật |
| Ủ mềm | 745–825°C, làm mát không khí chậm | Cấu trúc tiền chất martensitic mềm hơn | Khả năng gia công và định hình tốt hơn. |
| Làm cứng | 950–1050°C, sau đó làm nguội không khí/dầu | sự hình thành martensite | Tăng độ cứng và sức mạnh lớn. |
| Ủ cho QT700 | 650Mạnh750 ° C. | Giảm độ giòn, thiết lập mức độ sức mạnh cuối cùng | Cân bằng sức mạnh và độ dẻo dai. |
| Ủ cho QT800 | 600Mạnh700 ° C. | Độ bền/độ cứng cao hơn, độ dẻo kém hơn một chút | Điều kiện dịch vụ mạnh mẽ hơn nhưng đòi hỏi khắt khe hơn. |
6. Hiệu suất ăn mòn trong các môi trường khác nhau
1.4021 ưu đãi thép không gỉ vừa phải chống ăn mòn, không phải là khả năng miễn dịch ăn mòn rộng liên quan đến các loại austenit như 304 hoặc 316.
Một bảng dữ liệu cho biết nó hoạt động tốt trong điều kiện ăn mòn vừa phải, không chứa clorua môi trường như xà phòng, chất tẩy rửa, và axit hữu cơ, trong khi một người khác lưu ý đến khả năng chống lại bầu khí quyển, nước ngọt, axit loãng, và chất kiềm.
Điều đó làm cho nó hữu ích, nhưng không phổ quát. Hợp kim cũng có những hạn chế rõ ràng.
Swiss Steel tuyên bố rằng đó là không có khả năng chống ăn mòn giữa các hạt trong điều kiện được giao hoặc hàn, Và 1.4021 do đó không nên được xử lý như thép không gỉ chuyên chống ăn mòn trong dịch vụ hàn hóa chất.
Hiệu suất ăn mòn của nó là tốt nhất khi bề mặt được mài mịn hoặc đánh bóng, và một nguồn lưu ý rõ ràng rằng khả năng chống ăn mòn tối ưu đạt được khi bề mặt được mài mịn hoặc đánh bóng.
Quan điểm ăn mòn
- Tốt cho bầu không khí, nước ngọt, axit loãng, chất kiềm, xà phòng, chất tẩy rửa, và axit hữu cơ.
- Không phải là lựa chọn tốt cho dịch vụ chứa nhiều clorua hoặc ăn mòn mạnh.
- Vấn đề hoàn thiện bề mặt: bề mặt được đánh bóng hoạt động tốt hơn.
- Điều kiện hàn và giao hàng có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn trừ khi được quản lý đúng cách.
7. chế tạo, Hàn, và cân nhắc gia công
Hành vi chế tạo
1.4021 là thép không gỉ martensitic, do đó hoạt động chế tạo của nó gắn chặt với mức độ cứng và lịch sử nhiệt của nó.
Trong điều kiện ủ, nó tương đối khả thi, và dữ liệu của nhà cung cấp mô tả khả năng dễ quên của nó là tốt, khả năng hình thành lạnh của nó là khả thi, và khả năng gia công của nó tốt.
Các bảng dữ liệu tương tự cũng lưu ý rằng nó có thể được sử dụng ở nhiệt độ nóng- và tấm cán nguội, dải, thanh, dây điện, phần, and bright products, which reflects a fairly broad industrial processing window.
A practical way to think about 1.4021 is this: it is not a “difficult” stainless steel in the fabrication sense, but it is also not a soft austenitic grade.
Its workability changes meaningfully with hardness, and the final property target should be decided before forming or machining begins.
Vì lý do đó, fabrication planning and heat-treatment planning should be treated as one combined problem rather than two separate steps.
Rèn và gia công nóng
Hot working is well established for this grade. One datasheet recommends gradual heating to about 850°C, then faster heating to 1150–1180°C, with forging carried out between 1100° C và 900 ° C., followed by slow cooling to promote controlled structure development.
Một nguồn khác lưu ý rằng loại này được sử dụng thành công trong các ứng dụng xây dựng và dây buộc và có khả năng rèn tốt.
Những chi tiết này cho thấy 1.4021 đáp ứng tốt với việc rèn, nhưng chỉ khi việc kiểm soát nhiệt độ được thực hiện một cách kỷ luật.
Hàn
Đây không phải là cấp độ khen thưởng cho việc thực hành hàn thông thường.
Nguyên nhân là do cơ cấu: như thép martensitic, nó có thể cứng lại trong quá trình làm mát, điều này làm tăng nguy cơ các vùng hàn giòn và mất cân bằng tính chất trừ khi sử dụng quá trình gia nhiệt trước và ủ đúng cách.
Một bảng dữ liệu riêng thậm chí còn cùn hơn, nói rằng 1.4021 “không được hàn phổ biến” vì tính chất làm cứng không khí của nó.
Bài học thực tế rõ ràng: hàn là khả thi, nhưng nó nên được lên kế hoạch như một hoạt động luyện kim có kiểm soát, không chỉ là một bước tham gia.
Gia công
Khả năng gia công là một trong những tính năng thuận lợi hơn của 1.4021. Swiss Steel mô tả loại này có khả năng gia công tốt, và thyssenkrupp lưu ý rằng nó gia công tương tự như thép carbon có cùng độ cứng.
Điều đó có nghĩa là gánh nặng gia công phần lớn bị chi phối bởi mức độ cứng thay vì hành vi bất thường của thép không gỉ.
Trong thực tế, điều đó làm cho hợp kim đặc biệt hấp dẫn đối với các bộ phận dự kiến sẽ được gia công trước khi đông cứng lần cuối hoặc được sử dụng trong điều kiện tôi luyện mà việc kiểm soát kích thước vẫn còn quan trọng.
Độ hoàn thiện bề mặt và khả năng đánh bóng
Bề mặt hoàn thiện không chỉ là mỹ phẩm cho 1.4021; nó cũng ảnh hưởng đến hiệu suất ăn mòn.
Tài liệu của nhà cung cấp cho biết biến thể lưỡi dao có thể được đánh bóng để có độ bóng cao và đạt được khả năng chống ăn mòn tối ưu khi bề mặt được mài mịn hoặc đánh bóng.
Điều đó làm cho việc hoàn thiện bề mặt trở thành một phần chức năng của thiết kế chứ không phải là bước trang trí cuối cùng..
Điều này đặc biệt có liên quan đến dao kéo, bộ phận trang trí, và các bộ phận cơ khí nhìn thấy được.
Bề mặt mịn hơn không bị biến dạng 1.4021 thành thép không gỉ chuyên chống ăn mòn, nhưng nó giúp hợp kim hoạt động gần hơn với mức tốt nhất có thể trong phạm vi dịch vụ dự định của nó.
8. Ưu điểm và nhược điểm của 1.4021 thép không gỉ
Thuận lợi
1.4021 thép không gỉ hấp dẫn vì nó kết hợp Độ cứng, khả năng gia công tốt, và một bề mặt có thể hoàn thiện.
Là thép không gỉ martensitic, nó có thể được xử lý nhiệt đến độ cứng và độ bền cao hơn nhiều so với các loại austenit, làm cho nó phù hợp với lưỡi dao, trục, ốc vít, và các bộ phận dễ bị mài mòn.
Dữ liệu được công bố cho thấy các điều kiện cứng rắn trong QT700–QT800 phạm vi với độ bền kéo lên đến khoảng 700MP950 MPA, tùy theo tính khí.
Thép không gỉ cũng tương đối dễ gia công và có thể được đánh bóng để có độ bóng cao, đó là lý do tại sao nó được sử dụng trong dao kéo, bộ phận trang trí, và linh kiện cơ khí chính xác.
Phản ứng từ tính của nó cũng có thể hữu ích trong một số ứng dụng. Ở mức độ hung hăng vừa phải, môi trường không có clorua, nó cung cấp khả năng chống ăn mòn chấp nhận được.
Nhược điểm
Hạn chế chính của nó là chỉ có khả năng chống ăn mòn vừa phải. Nó không thể thay thế cho các loại austenit như 304 hoặc 316 trong dịch vụ giàu clorua hoặc ăn mòn mạnh.
Nó cũng là không có khả năng chống ăn mòn giữa các hạt trong điều kiện được giao hoặc hàn, vì vậy lịch sử hàn và nhiệt phải được quản lý cẩn thận.
Do đó hợp kim được xem tốt hơn như là một thép không gỉ cứng cho hiệu suất cơ học, không phải là thép không gỉ chống ăn mòn thông thường.
9. Ứng dụng công nghiệp của 1.4021 thép không gỉ
1.4021 Thép không gỉ không được lựa chọn chủ yếu vì nó là loại thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn tốt nhất.
Nó được chọn vì nó có thể cứng lại, đánh bóng, và gia công thành các bộ phận cần độ bền, chống mài mòn, và bề mặt không gỉ tốt trong môi trường khắc nghiệt vừa phải.
Trường hợp sử dụng điển hình
- dao và dao kéo
- dụng cụ phẫu thuật và nha khoa
- bơm trục và bộ phận thủy lực
- ốc vít và các thành phần cơ khí
- khuôn mẫu, chết, và các yếu tố dụng cụ
- bộ phận trang trí không gỉ
- phần cứng ô tô và hóa dầu
10. Điểm tương đương theo tiêu chuẩn quốc tế
| Hệ thống tiêu chuẩn | Lớp tương đương | Ghi chú |
| TRONG / TỪ | 1.4021 / X20Cr13 | Chỉ định chính của Châu Âu |
| AISI / ASTM | 420 (Loại 420A / 420B) | Tương đương gần nhất; sự chồng chéo thành phần thay đổi một chút |
| CHÚNG TA | S42000 | Ký hiệu hệ thống đánh số thống nhất |
| ANH TA (Nhật Bản) | SUS420J1 / SUS420J2 | J2 có lượng carbon cao hơn, gần hơn với các biến thể có độ cứng cao hơn |
| GB (Trung Quốc) | 20CR13 | Tương đương trực tiếp trong hệ thống tiêu chuẩn Trung Quốc |
| ISO | X20Cr13 | Chỉ định quốc tế hài hòa |
11. So sánh với các loại thép không gỉ khác
| Tài sản | 1.4021 (X20Cr13 / 420 kiểu) | 304 (1.4301) | 316 (1.4401) | 430 (1.4016) |
| Gia đình thép không gỉ | Martensitic | Austenit | Austenit | Ferit |
| Hợp kim chìa khóa / kết cấu | Khoảng 12–14% Cr, 0.16–0,25% C; từ tính và xử lý nhiệt | đại khái 18% Cr / 8% TRONG; không thể cứng lại theo nghĩa thông thường | Thép không gỉ crom-niken với molypden để kháng clorua tốt hơn | Thép không gỉ crom thẳng có khoảng 161818% cr; không cứng được cấu trúc ferit |
| Hành vi cứng lại | Làm cứng bằng cách làm nguội và ủ | Không cứng lại bằng cách xử lý nhiệt; được tăng cường chủ yếu bằng công việc nguội | Không thể làm cứng bằng cách làm nguội; sức mạnh chủ yếu từ gia công nguội và hình thức sản phẩm | Không cứng lại bằng cách xử lý nhiệt |
Chống ăn mòn |
Vừa phải; phù hợp với bầu không khí, nước ngọt, axit/kiềm loãng, xà phòng, chất tẩy rửa, và axit hữu cơ | Kháng ăn mòn chung tốt; tốt hơn 1.4021 trong hầu hết các dịch vụ nước | Khả năng kháng clorua mạnh hơn 304 và tốt hơn nhiều so với 1.4021 cho dịch vụ ẩm ướt/ăn mòn | Chống ăn mòn vừa phải; dưới 304/316 trong môi trường hung hăng |
| chế tạo / hàn | Có thể gia công và rèn được; hàn ít ổn định hơn và thường cần kiểm soát nhiệt độ trước/sau nhiệt độ | Khả năng định hình và khả năng hàn tuyệt vời | Dễ dàng hình thành, hàn, hàn, và cắt | Khả năng định hình tốt, nhưng kém bền hơn so với các loại austenit trong dịch vụ hàn và chế tạo nghiêm ngặt |
| Định vị điển hình | Lưỡi dao bằng thép không gỉ định hướng mài mòn, trục, công cụ, và các bộ phận cơ khí có tính ăn mòn vừa phải | Ăn mòn mục đích chung không gỉ | Thép không gỉ chống ăn mòn clorua | Thép không gỉ ferritic có chi phí thấp hơn để sử dụng cho mục đích ăn mòn và trang trí/thiết bị vừa phải |
12. Phần kết luận
1.4021 thép không gỉ, hoặc X20Cr13, là thép không gỉ crom martensitic với mục đích kỹ thuật rất rõ ràng: kết hợp độ cứng, Kháng ăn mòn vừa phải, chống mài mòn, và khả năng đánh bóng tốt trong một lớp duy nhất.
Mật độ của nó, mô đun, và phản ứng từ tính làm cho nó trở thành một kim loại kỹ thuật bền chắc, trong khi phản ứng xử lý nhiệt của nó cho phép nó được điều chỉnh từ trạng thái ủ tương đối khả thi sang trạng thái tôi và tôi cứng hơn nhiều.
Giới hạn của hợp kim đều quan trọng như nhau. Nó không phải là một loại thép không gỉ ăn mòn phổ quát; nó được hiểu rõ hơn là thép không gỉ dành cho môi trường ăn mòn vừa phải, nơi có độ cứng, hình học, và vấn đề hiệu suất dịch vụ.
Một khi đã hiểu được khuôn khổ đó, vật liệu trở nên dễ dàng đặt: 1.4021 là loại thép không gỉ bạn chọn khi cần thêm cạnh, chống mài mòn hơn, và độ cứng cao hơn lớp austenit có thể cung cấp.
Câu hỏi thường gặp
Là gì 1.4021 thép không gỉ?
1.4021 là một loại thép không gỉ martensitic còn được gọi là X20Cr13, và nó thường được tham chiếu chéo đến AISI 420 trong tài liệu của nhà cung cấp.
Là 1.4021 thép không gỉ từ tính?
Đúng. Bảng dữ liệu của nhà cung cấp mô tả nó như một sắt từ lớp có từ tính Đúng.
Là 1.4021 thép không gỉ tốt cho hàn?
Nó có thể được hàn, nhưng nó không phải là loại thép không gỉ dễ hàn nhất.
Bảng dữ liệu khuyến nghị làm nóng trước và ủ sau hàn, và một nguồn lưu ý rằng nó không được hàn phổ biến vì tính chất làm cứng không khí của nó.
Làm 1.4021 thép không gỉ chống ăn mòn tốt?
Nó có vừa phải chống ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường không có clorua như xà phòng, chất tẩy rửa, axit hữu cơ, nước ngọt, và axit/kiềm loãng. Nó không phải là loại không gỉ có hàm lượng clorua cao.
Có thể 1.4021 thép không gỉ được làm cứng?
Đúng. Nó là một loại thép không gỉ martensitic cứng, thường được dập tắt từ khoảng 950–1050°C rồi ôn hòa.
