Stal nierdzewna SUS431: skład, obróbka cieplna i zastosowania

SUS431 to martenzytyczna stal nierdzewna określona w JIS G4303 dla prętów, łącząca wysoką wytrzymałość z lepszą odpornością na korozję i wytrzymałością niż zwykłe gatunki martenzytyczne chromowe. Jego cechą charakterystyczną jest celowy dodatek niklu: 1,25 do 2,50 procent niklu stabilizuje austenit podczas obróbki cieplnej, powoduje pełną przemianę martenzytyczną podczas hartowania i udoskonala pasywną warstwę tlenku.

Tożsamość gatunków i ich standardowe odpowiedniki

SUS431 odpowiada normom UNS S43100, AISI Type 431 i EN 1.4057 o nazwie stali X17CrNi16-2 w normach europejskich. Chiński odpowiednik w GB/T 1220 to 1Cr17Ni2. Należy zauważyć, że EN 1.4542 to inny gatunek: jest to stal utwardzana wydzieleniowo X5CrNiCuNb16-4, często opisywana jako 17-4 PH i nie zastępuje 431. Formy produktów są objęte normą JIS G4303 dla prętów, ASTM A276 i A479 dla prętów i kształtowników oraz ASTM A240 dla blach.

Skład chemiczny zgodnie z JIS G4303

Element	Zawartość (% wag.)
Węgiel, maks	0.20
Krzem, maks	1.00
Mangan, maks	1.00
Fosfor, maks	0.040
Siarka, maks	0.030
Chrom	15.00–17.00
Nikiel	1.25–2.50
Żelazo	Balansować

Obróbka cieplna i właściwości mechaniczne

Gatunek jest dostarczany w stanie wyżarzonym do obróbki skrawaniem, a następnie hartowany i odpuszczany do użytku. Wyżarzanie przeprowadza się w temperaturze około 680-700 C przy chłodzeniu powietrzem. Hartowanie polega na austenityzowaniu w temperaturze 950-1050 C, a następnie hartowaniu w oleju, w wyniku którego powstaje martenzyt o dopuszczalnych odkształceniach.

Minimalne wartości hartowania-i-odpuszczania zgodnie z JIS G4303:

Nieruchomość	Wartość
Wytrzymałość na rozciąganie, min (MPa)	1080
Granica plastyczności 0,2%, min (MPa)	860
Wydłużenie, min (%)	10
Energia uderzenia, min (J)	39
Twardość maks. (HB), hartowane i odpuszczane	302
Twardość maks. (HB), wyżarzana	285

Temperatura odpuszczania kontroluje równowagę-wytrzymałości. Niski temperament w temperaturze około 200-350 C pozwala zachować niemal maksymalną wytrzymałość; wysoki temperament około 600 C przywraca wytrzymałość i ciągliwość przy zmniejszonej wytrzymałości. Generalnie unika się odpuszczania w zakresie pośrednim, około 400-550 C, ponieważ może to zmniejszyć zarówno odporność na korozję, jak i udarność.

Odporność na korozję i jej ograniczenia

Nikiel poprawia gęstość i przyczepność warstwy tlenku, dlatego SUS431 jest odporny na łagodną korozję atmosferyczną, słodką wodę, sól drogową i rozcieńczone kwasy organiczne lepiej niż gatunki martenzytyczne-bez niklu. Nie nadaje się do zanurzania w wodzie morskiej, w silnych chlorkach i kwasach utleniających. W stanie hartowanym jego odporność na korozję jest nieco niższa niż w stanie wyżarzonym, a części wymagające najlepszych właściwości antykorozyjnych należy po obróbce skrawaniem odpuścić i pasywować.

Spawanie i produkcja

SUS431 jest spawalny, jeśli element jest spawany przed ostatecznym utwardzeniem. Rozgrzej w temperaturze 150-200 C, aby uniknąć pęknięć na zimno, użyj wypełniacza austenitycznego typu 431-pasującego lub 309-, gdzie liczy się ciągliwość, i odpuść w temperaturze 200-300 C po spawaniu, aby zmniejszyć naprężenia szczątkowe. Spawanie po końcowej obróbce cieplnej zmiękcza strefę wpływu ciepła i należy go unikać w przypadku połączeń nośnych. W przypadku elementów złącznych o krytycznym znaczeniu dla przemysłu lotniczego i bezpieczeństwa, badania nieniszczące są standardową praktyką po końcowej obróbce cieplnej.

Typowe zastosowania obejmują-mocne i dwustronne elementy złączne o wysokiej wytrzymałości, wały pomp i trzonki zaworów, łopatki turbin, wały napędowe,-wrzeciona obrabiarek, elementy zawieszenia i układu kierowniczego oraz hartowane elementy konstrukcyjne, które muszą być odporne na łagodną korozję.

Często zadawane pytania

Czy SUS431 to to samo co AISI 431?

Tak. SUS431 to oznaczenie JIS; AISI 431 i UNS S43100 to równoważne amerykańskie oznaczenia tego samego składu.

Jakie jest prawidłowe europejskie oznaczenie 431?

EN 1.4057, o nazwie stali X17CrNi16-2. EN 1.4542, czasami podawana jako odpowiednik, w rzeczywistości jest klasą utwardzania wydzieleniowego X5CrNiCuNb16-4 i nie może być stosowana jako substytut.

Czy SUS431 można stosować w środowisku morskim?

Tylko przy łagodnym narażeniu, takim jak nadmorskie powietrze bez bryzgów- lub okazjonalna sól drogowa. Ciągłe zanurzenie w wodzie morskiej powoduje korozję wżerową i szczelinową; do tego celu używaj gatunków 316, duplex lub super{3}}austenitycznych.

Jaką temperaturę odpuszczania wybrać?

Aby uzyskać maksymalną wytrzymałość, odpuszczaj w temperaturze 200-350 C. Aby uzyskać wytrzymałość, odpuszczaj w pobliżu 600 C i zaakceptuj zmniejszenie wytrzymałości. Unikaj zakresu temperatur 400-550 C, gdzie zarówno odporność na korozję, jak i udarność mogą ulec pogorszeniu.

Czy SUS431 jest magnetyczny?

Tak. Jako gatunek martenzytyczny jest silnie magnetyczny w każdych warunkach, co jest przydatne do kontroli magnetycznej i do zastosowań wymagających reakcji magnetycznej.

Jak SUS431 wypada w porównaniu z SUS304?

SUS431 oferuje mniej więcej dwukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie niż wyżarzany SUS304, ale niższą ciągliwość i znacznie niższą odporność na korozję w chlorkach. SUS304 jest austenityczny,-niemagnetyczny i podatny na formowanie; SUS431 to wybór inżynieryjny, gdy dominuje wytrzymałość i odporność na zużycie, a środowisko jest łagodne.