Stal nierdzewna 410 vs 431: gatunki martenzytyczne pod względem wytrzymałości i korozji

Przegląd rodziny martenzytycznej

Martenzytyczne stale nierdzewne to stopy żelaza-chromu, które po austenityzacji i szybkim schłodzeniu przekształcają się w martenzyt, zapewniając poziom twardości porównywalny z hartowanymi stalami węglowymi. Są magnetyczne, można je odpuszczać w szerokim zakresie twardości i wybiera się je tam, gdzie odporność na zużycie, wytrzymałość lub twardość mają większe znaczenie niż ostateczna odporność na korozję gatunków austenitycznych. Gatunki 410 i 431 to dwie z najczęściej stosowanych martenzytycznych stali nierdzewnych, a wybór między nimi wynika z równowagi odporności na korozję, wytrzymałości i kosztów wymaganych w zależności od zastosowania.

Porównanie składu chemicznego

410 to zwykły gatunek martenzytyczny zawierający 12% chromu, niezamierzony bez niklu. 431, który zwiększa zawartość chromu i dodaje 1,25–2,50% niklu, co poprawia odporność na korozję i wytrzymałość, szczególnie w stanie hartowanym i odpuszczonym. Poniżej przedstawiono typowe ograniczenia specyfikacji.

Element,%	410 (UNS S41000)	431 (UNS S43100)
C	0.08-0.15	maks. 0,20
Mn	1,00 maks	1,00 maks
P	0,040 maks	0,040 maks
S	0,030 maks	0,030 maks
Si	1,00 maks	1,00 maks
Kr	11.5-13.5	15.0-17.0
Ni	maks. 0,75	1.25-2.50

Normy referencyjne: 410 według ASTM A240 i A276; 431 zgodnie z ASTM A276 i EN 10088, klasa 1.4057 (X17CrNi16-2). Odpowiednik EN 410 to 1,4006 (X12Cr13).

Właściwości mechaniczne i twardość

Obydwa gatunki są dostarczane w stanie wyżarzonym do obróbki skrawaniem i utwardzane przez hartowanie w oleju lub powietrzu od temperatury austenityzowania. Maksymalna twardość praktyczna obu gatunków wynosi około 45 HRC; wyższe temperatury odpuszczania zamieniają twardość na wytrzymałość i plastyczność. Poniżej przedstawiono reprezentatywne wartości.

Nieruchomość	410	431
Wyżarzona twardość	217 HBW maks	262 HBW maks. typowo
Twardość hartowana	do około 45 HRC	do około 45 HRC
Stan ulepszony cieplnie, EN 10088-3	1.4006 +QT800: wytrzymałość na rozciąganie 800–950 MPa, plastyczność min. 600 MPa, wydłużenie min. 12%	1.4057 +QT800: wytrzymałość na rozciąganie 800–950 MPa, plastyczność min. 600 MPa, wydłużenie min. 14%

Stan +QT800 w normie EN 10088-3 oznacza ulepszenie cieplne do minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 800 MPa, co jest wspólną specyfikacją dla wałów i elementów maszyn w obu gatunkach.

Różnice w obróbce cieplnej

Reakcja hartowania

Stop 410 jest zwykle austenityzowany w temperaturze bliskiej 950-1010 stopni i hartowany w oleju lub powietrzu, natomiast gatunek 431 jest austenityzowany w temperaturze około 980-1040 stopni w celu rozpuszczenia wyższej zawartości stopu. Obydwa są odpuszczane do końcowej twardości: odpuszczanie w niskiej-temperaturze, około 150-370 stopni, pozwala zachować maksymalną twardość podczas zużycia, natomiast odpuszczanie w temperaturze około 540-680 stopni przywraca wytrzymałość i plastyczność przy niższej twardości. Ponieważ oba gatunki można utwardzać na powietrzu w cienkich przekrojach, spawanie bez podgrzewania wstępnego może spowodować powstanie twardych, wrażliwych na pęknięcia stref wpływu ciepła, dlatego wstępne podgrzewanie i odpuszczanie po spawaniu są standardową praktyką.

Wpływ niklu w 431 r

Dodatek niklu w 431 stabilizuje część austenitu podczas hartowania, uszlachetnia hartowaną strukturę i poprawia wytrzymałość i odporność na korozję w porównaniu ze 410. Praktyczny wynik jest taki, że komponenty 431 można określić tam, gdzie części wymagają zarówno wysokiej twardości, jak i znacznej odporności na łagodne środowiska korozyjne lub morskie, podczas gdy 410 ogranicza się do zastosowań lekko korozyjnych.

Przewodnik wyboru aplikacji

Wybierz 410 Kiedy

W konstrukcji, na przykład, gniazdach zaworów, gniazdach zaworów i elementach pompy, dominuje odporność na zużycie i twardość

Łopatki turbin parowych i części inżynieryjne w lekko korozyjnych mediach

Sztućce i narzędzia kuchenne, w których liczy się oszczędność

Komponenty wrażliwe na koszty, które nadal wymagają lepszej odporności na korozję niż stal węglowa

Wybierz 431 Kiedy

Wały, wrzeciona i elementy złączne wymagające większej wytrzymałości w połączeniu z lepszą odpornością na korozję niż 410

Armatura morska, wały pomp i osprzęt lotniczy narażone na działanie wilgoci i chlorków

Zastosowania, w których należy zachować wytrzymałość i wytrzymałość po hartowaniu z pewnym marginesem korozji

Zagadnienia dotyczące spawania i obróbki

Obydwa gatunki można spawać z odpowiednimi martenzytycznymi spoiwami, takimi jak ER410 lub ER410NiMo, przy czym zwykle wymagane jest podgrzewanie wstępne i obróbka cieplna po-spawaniu, aby przywrócić wytrzymałość i uniknąć pęknięć. Obróbkę najlepiej wykonywać w stanie wyżarzonym; 431 jest nieco trudniejszy w obróbce niż 410 ze względu na wyższą zawartość stopu. Obydwa gatunki szlifują i polerują w celu uzyskania dobrego wykończenia i są dostarczane w postaci prętów, płyt, arkuszy, taśm, drutu i odkuwek.

Często zadawane pytania

1. Jakie są główne różnice w składzie między 410 a 431?

410 zawiera 11,5-13,5% chromu i zasadniczo nie zawiera niklu, podczas gdy 431 zawiera 15-17% chromu i 1,25-2,50% niklu. Wyższa zawartość chromu i dodatek niklu zapewniają 431 lepszą odporność na korozję i wytrzymałość w stanie utwardzonym.

2. Dlaczego do 431 dodaje się nikiel?

Nikiel poprawia hartowność, udoskonala strukturę martenzytyczną oraz zwiększa wytrzymałość i odporność na korozję. Umożliwia użycie 431 tam, gdzie utwardzany element musi również wytrzymać środowisko lekko korozyjne lub morskie.

3. W jaki sposób te gatunki są poddawane obróbce cieplnej?

Obydwa są austenityzowane, hartowane w oleju lub powietrzu i odpuszczane. Odpuszczanie w niskiej-temperaturze około 150-370 stopni daje maksymalną twardość około 45 HRC; odpuszczanie w temperaturze około 540-680 stopni obniża twardość, ale poprawia wytrzymałość. Dokładny cykl jest zgodny z obowiązującą normą produktu i wymaganymi właściwościami mechanicznymi.

4. Do czego zwykle używa się numerów 410 i 431?

Gatunek 410 stosowany jest na gniazda zaworów, łopatki turbin parowych, sztućce, części pomp i elementy-odporne na zużycie. 431. Jest stosowany do wałów, wrzecion, elementów złącznych, złączek morskich i sprzętu lotniczego, gdzie wymagana jest większa wytrzymałość i lepsza odporność na korozję.

5. Czy 410 i 431 można spawać?

Tak, oba można spawać z martenzytycznymi spoiwami, takimi jak ER410 lub ER410NiMo, ale zwykle wymagane jest podgrzewanie wstępne i-obróbka cieplna po spawaniu, aby zapobiec tworzeniu się twardych, wrażliwych na pęknięcia-strefom ciepła i przywrócić wytrzymałość. W przypadku zastosowań krytycznych należy zapoznać się z obowiązującymi przepisami spawalniczymi i specyfikacją materiału.