Stal nierdzewna martenzytyczna - Martensitic stainless steel
Stale nierdzewne można podzielić według ich struktury krystalicznej na pięć głównych typów: austenityczne , ferrytyczne , martenzytyczne , duplex i utwardzane wydzieleniowo . Martenzytyczna stal nierdzewna jest specyficznym rodzajem stopu stali nierdzewnej, który może być hartowany i odpuszczany na wiele sposobów starzenia/obróbki cieplnej.
Historia
W 1912 roku Harry Brearley z laboratorium badawczego Brown-Firth w Sheffield w Anglii , poszukując odpornego na korozję stopu do luf armat, odkrył, a następnie uprzemysłowił martenzytyczny stop stali nierdzewnej. Odkrycie zostało ogłoszone dwa lata później w artykule prasowym ze stycznia 1915 w The New York Times . W 1915 r. bardzo często ubiegał się o patent w USA. Został on później wprowadzony na rynek pod marką „ Staybrite ” przez Firtha Vickersa w Anglii i został użyty do nowego baldachimu wejściowego do hotelu Savoy w 1929 r. w Londynie .
Charakterystyczną, skoncentrowaną na ciele, tetragonalną mikrostrukturę martenzytu po raz pierwszy zaobserwował niemiecki mikroskopista Adolf Martens około 1890 roku. W 1912 roku Elwood Haynes złożył wniosek o patent USA na martenzytyczny stop stali nierdzewnej. Patent ten został przyznany dopiero w 1919 roku.
Przegląd
Martenzytyczne stale nierdzewne mogą być stalami wysoko lub niskowęglowymi zbudowanymi na bazie żelaza, od 12% do 17% chromu, węgla od 0,10% (Typ 410) do 1,2% (Typ 440C):
- Do ok. 0,4% C są używane głównie ze względu na swoje właściwości mechaniczne (pompy, zawory, wały...).
- Powyżej 0,4% są używane głównie ze względu na ich odporność na zużycie (ostrza chirurgiczne do sztućców, plastikowe formy wtryskowe, dysze...).
Mogą zawierać pewną ilość Ni (typ 431), co pozwala na wyższą zawartość Cr i/lub Mo, poprawiając w ten sposób odporność na korozję, a ponieważ zawartość węgla jest również niższa, poprawia się wytrzymałość . Gatunek EN 1.4313 (CA6NM) o niskiej zawartości C, 13%Cr i 4%Ni oferuje dobre właściwości mechaniczne, dobrą lejność, dobrą spawalność i dobrą odporność na kawitację . Jest używany w prawie wszystkich turbinach hydroelektrycznych na świecie, w tym w ogromnej zaporze „Trzech Przełomów” w Chinach.
Dodatki B, Co, Nb, Ti poprawiają właściwości wysokotemperaturowe, szczególnie odporność na pełzanie (dla wymienników ciepła w turbinach parowych).
Specyficzny gatunek to typ 630 (zwany także 17/4 PH), który jest martenzytyczny i twardnieje pod wpływem opadów w temperaturze 475 °C.
Składy chemiczne
| Skład chemiczny (główne pierwiastki stopowe) w% wag. | ||||||||
|
PL
Oznaczenie stali |
PL
Numer |
AISI
Numer |
||||||
| Numer | C | Cr | Mo | Inni | Uwagi | |||
| X12Cr13 | 1.4006 | 410 | 0,12 | 12,5 | — | — | Gatunek podstawowy, stosowany jako stal nierdzewna, | |
| X20Cr13 | 1.4021 | 420 | 0,20 | 13,0 | — | — | Gatunek podstawowy, stosowany jako stal nierdzewna, | |
| X50CrMoV15 | 1.4116 | - | 0,50 | 14,5 | 0,65 | V : 0,15 | Używany głównie do profesjonalnych noży | |
| X14CrMoS17 | 1.4104 | 430F | 0,14 | 16,5 | 0,40 | S : 0,25 | Siarka poprawia obrabialność | |
| X39CrMo17-1 | 1.4122 | - | 0,40 | 16,5 | 1.10 | — | Używany głównie do profesjonalnych noży | |
| X105CrMo17 | 1.4125 | 440C | 1.10 | 17,0 | 0,60 | — | Gatunek stali narzędziowej (440C), wysoka odporność na zużycie | |
| X17CrNi16-2 | 1.4057 | 431 | 0,17 | 16,0 | — | Ni : 2,00 | Ni zastępuje trochę C dla większej ciągliwości i twardości | |
| X4CrNiMo16-5-1 | 1.4418 | - | ≤ 0,06 | 16,0 | 1.10 | Ni: 2,00 | Najwyższa odporność na korozję martenzytyków | |
| X5CrNiCuNb16-4 | 1.4542 | 630 (17/4PH) | ≤ 0,07 | 16,0 | - | Ni: 4,00
Cu : 4,00 Uwaga : 5xC 0,45 |
Stopień utwardzania wydzieleniowego
Wysoka wytrzymałość. Używany w przemyśle lotniczym |
|
Istnieje wiele firmowych gatunków, które nie są wymienione w normach, szczególnie w przypadku sztućców.
Właściwości mechaniczne
Są utwardzalne przez obróbkę cieplną (w szczególności przez hartowanie i odprężanie lub przez hartowanie i odpuszczanie (określane jako QT). Skład stopu i wysoka szybkość hartowania umożliwiają tworzenie się martenzytu. Martenzyt niehartowany ma niską wiązkość i dlatego jest kruchy.Martenzyt hartowany nadaje stali dobrą twardość i wysoką udarność, jak widać poniżej, stosowany głównie do narzędzi medycznych (skalpele, brzytwy i zaciski wewnętrzne).
| Minimalna granica plastyczności, MPa | Wytrzymałość na rozciąganie, MPa | Minimalne wydłużenie, % | Obróbka cieplna | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.4006 | 450 | 650 - 850 | 15 | QT650 | ||
| 1.4021 | 600 | 650 - 850 | 12 | QT800 | ||
| 1.4122 | 550 | 750 - 950 | 12 | QT750 | ||
| 1.4057 | 700 | 900 - 1050 | 12 | QT900 | ||
| 1.4418 | 700 | 840 - 1100 | 16 | QT900 | ||
| 1.4542 | 790 | 960 - 1160 | 12 | P960 |
W kolumnie obróbki cieplnej QT odnosi się do hartowania i odpuszczania, P odnosi się do utwardzania wydzieleniowego
Właściwości fizyczne
| EN Oznaczenie | PL | AISI |
Moduł Younga w 20 °C,
Gpa |
Średni współczynnik rozszerzalności cieplnej między 20 a 100 °C
10 -6 K -1 . |
Przewodność cieplna w 20 °C
Wm -1 K -1 |
Specyficzna pojemność cieplna przy 20 °C
J.Kg -1 .K -1 |
Oporność elektryczna
10 -6 Ω .m |
| X12Cr13 | 1.4006 | 410 | 215 | 10,5 | 30 | 460 | 0,60 |
| X20Cr13 | 1.4021 | 420 | 215 | 10,5 | 30 | 460 | 0,65 |
| X50CrMoV15 | 1.4116 | 215 | 10,5 | 30 | 460 | 0,65 | |
| X39CrMo17-1 | 1.4122 | 215 | 10,4 | 15 | 430 | 0,80 | |
| X105CrMo17 | 1.4125 | 440C | 215 | 10,4 | 15 | 430 | 0,80 |
| X17CrNi16-2 | 1.4057 | 431 | 215 | 10,0 | 25 | 460 | 0,70 |
| X3CrNiMo13-4 | 1.4313 | 200 | 10,5 | 25 | 430 | 0,60 | |
| X4CrNiMo16-5-1 | 1.4418 | 195 | 10.3 | 30 | 430 | 0,80 | |
| X5CrNiCuNb16-4 | 1.4542 | 630 | 200 | 10,9 | 30 | 500 | 0,71 |
Przetwarzanie
Gdy w procesie produkcyjnym wymagana jest odkształcalność, miękkość itp., w stanie miękkim często stosuje się stal o zawartości węgla maksymalnie 0,12%. Wraz ze wzrostem zawartości węgla możliwe jest poprzez hartowanie i odpuszczanie uzyskanie wytrzymałości na rozciąganie w zakresie od 600 do 900 N/mm 2 , połączonej z rozsądną ciągliwością i ciągliwością. W tych warunkach stale te znajdują wiele użytecznych ogólnych zastosowań, w których wymagana jest łagodna odporność na korozję. Ponadto, z wyższym zakresie węgla po hartowaniu i odpuszczaniu lekko, wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą około 1600 N / mm 2, mogą być opracowywane z obniżonym ciągliwości.
Typowym przykładem martenzytycznej stali nierdzewnej jest X46Cr13 .
Martenzytyczna stal nierdzewna może być poddawana nieniszczącym badaniom metodą magnetyczno-proszkową , w przeciwieństwie do austenitycznej stali nierdzewnej .
Aplikacje
Martenzytyczne stale nierdzewne, w zależności od zawartości węgla, mogą być postrzegane jako
- stale konstrukcyjne odporne na korozję (patrz powyższa tabela właściwości mechanicznych) stosowane w różnych zastosowaniach inżynierii mechanicznej,
lakierki
zawory
wały łodzi
-zastosowania odporne na zużycie i korozję
sztućce
narzędzia medyczne (skalpele, brzytwy i zaciski wewnętrzne)
łożyska (łożyska kulkowe)
żyletki
formy wtryskowe do polimerów
tarcze hamulcowe do rowerów i motocykli