Поковки из нержавеющей стали | Процесс ковки, свойства, преимущества и применение

Ковка может дополнительно улучшить механические свойства и долговечность нержавеющей стали, благодаря чему она отлично работает в различных экстремальных условиях. 

Мы подробно познакомим вас со всем процессом ковки нержавеющей стали, включая марки, обычно используемые для ковки, классификацию и преимущества поковок, а также их широкое применение в различных отраслях промышленности, а также сравним и проанализируем поковки из нержавеющей стали с обычной нержавеющей сталью.

Что такое кованая нержавеющая сталь?

Кованая нержавеющая сталь — это нержавеющая сталь, которая была сформирована и укреплена посредством нагрева и процесса механической деформации. Этот метод повышает ее прочность, долговечность и устойчивость к ударам, что делает ее идеальной для высоконагруженных применений в аэрокосмической, автомобильной и строительной промышленности.

Можно ли ковать нержавеющую сталь?

Да, но при ковке нержавеющей стали следует учитывать некоторые факторы.

Прочность в горячем состоянии и сложность обработки: Поскольку нержавеющая сталь обладает высокой прочностью при высоких температурах, в процессе ковки необходимо прикладывать большее давление и энергию, что обычно требует использования тяжелого кузнечного оборудования и более сложной обработки.

Пластичность и пластичность материала: Для того чтобы гарантировать отсутствие трещин и других дефектов в процессе ковки, необходимо строго контролировать температуру ковки и время нагрева. Кроме того, поковки из нержавеющей стали обычно требуют термической обработки после ковки, например, обработки на твердый раствор и старения, чтобы еще больше улучшить их эксплуатационные характеристики.

Как ковать нержавеющую сталь?

Процесс ковки нержавеющей стали включает несколько ключевых этапов, каждый из которых имеет решающее значение для качества и эксплуатационных характеристик конечного продукта:

Выбор материала

Выберите подходящую марку нержавеющей стали в соответствии с требованиями к применению. Обычные материалы для ковки нержавеющей стали включают в себя серию 300 (например, 304, 316), серию 400 (например, 410, 420) и дуплексную нержавеющую сталь (например, 2205). Каждая марка нержавеющей стали имеет свои собственные особые эксплуатационные характеристики и сценарии применения.

Обогрев

Нержавеющая сталь нагревается до подходящего температурного диапазона, обычно от 1700 до 2300 градусов по Фаренгейту (примерно от 927 до 1260 градусов по Цельсию). Необходимо строго контролировать температуру в процессе нагрева, чтобы избежать укрупнения зерна материала и перегрева. Температура и время нагрева также различаются для разных марок нержавеющей стали.

Ковка

После нагрева до соответствующей температуры нержавеющая сталь куется в нужную форму путем приложения силы сжатия. Технология ковки может быть реализована различными способами, и ковка в открытых штампах, ковка в закрытых штампах или свободная ковка могут быть гибко адаптированы. При ковке крайне важно обеспечить равномерную деформацию и измельчение зерна материала. В то же время выбор ковочного оборудования должен полностью учитывать конкретный размер и сложность поковки.

Охлаждение

После ковки проводится надлежащая обработка охлаждением. Для аустенитной нержавеющей стали обычно используется воздушное или водяное охлаждение; в то время как мартенситную нержавеющую сталь необходимо охлаждать медленно, чтобы избежать внутренних напряжений и трещин. Скорость и метод охлаждения оказывают важное влияние на конечные характеристики поковки.

Термическая обработка

Термическая обработка (например, обработка на твердый раствор и старение) используется для дальнейшего улучшения механических свойств и коррозионной стойкости поковок из нержавеющей стали. Температура и время термообработки должны быть скорректированы в соответствии с конкретной маркой нержавеющей стали и требованиями к применению. Ключом к термообработке является устранение внутреннего напряжения, возникающего в процессе ковки, и улучшение микроструктуры материала.

Отделка

После завершения ковки нержавеющие стальные материалы часто должны пройти ряд этапов обработки поверхности и обработки. Среди методов обработки поверхности особенно распространены технологии полировки, травления и пассивации. Они не только могут значительно улучшить внешний вид и текстуру поковок, но и дополнительно повысить их коррозионную стойкость и продлить срок службы.

Распространенные марки для ковки нержавеющей стали

При ковке нержавеющей стали обычно используются следующие марки, каждая из которых имеет уникальные температурные требования и характеристики обработки в процессе ковки.

нержавеющая сталь 304

Этот сорт является одним из наиболее часто используемых нержавеющих сталей, с хорошей коррозионной стойкостью и легкой обработкой. Диапазон температур ковки нержавеющая сталь 304 обычно находится в диапазоне от 1700°F до 2300°F (от 927°C до 1260°C). Из-за высокой прочности в горячем состоянии в процессе ковки необходимо применять большее давление и энергию.

нержавеющая сталь 316

Температура ковки нержавеющая сталь 316 похож на нержавеющую сталь 304, обычно от 1700°F до 2300°F (от 927°C до 1260°C). Более высокое содержание никеля и молибдена позволяет использовать его в высококоррозионных средах, а процесс ковки требует строгого контроля температуры, чтобы избежать укрупнения зерна.

нержавеющая сталь 410

Диапазон температур ковки нержавеющая сталь 410 is generally between 1700°F and 2150°F (927°C to 1177°C). During the forging process, care should be taken to avoid excessive temperatures to prevent the material from overheating and forming delta-ferrite, which affects its mechanical properties.

нержавеющая сталь 420

Температура ковки нержавеющая сталь 420 is similar to that of 410 stainless steel, usually between 1700°F and 2150°F (927°C and 1177°C). Slow heating is required during forging to avoid cracking, and appropriate heat treatment is performed after forging to eliminate internal stress and increase hardness.

2205 Дуплексная нержавеющая сталь

Диапазон температур ковки нержавеющая сталь 2205 обычно находится в диапазоне от 1870°F до 2010°F (от 1020°C до 1100°C). Из-за дуплексной структуры температура ковки должна строго контролироваться для поддержания соответствующего соотношения аустенита и феррита.

17-4 Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь

Свойства 17-4PH можно значительно улучшить с помощью термической обработки. Диапазон температур ковки нержавеющей стали 17-4PH обычно составляет от 1800°F до 1950°F (от 982°C до 1066°C). Обычно после ковки требуется старение для достижения требуемых механических свойств. Широко используется в аэрокосмической, атомной промышленности, химическом оборудовании и медицинских приборах.

Свойства и преимущества поковок из нержавеющей стали

Поковки из нержавеющей стали имеют множество преимуществ по сравнению с другими производственными процессами (такими как литье, механическая обработка).

Высокая прочность и долговечность: Процесс ковки измельчает зерна нержавеющей стали посредством силы сжатия, значительно повышая ее прочность и ударную вязкость, что делает ее пригодной для применения в условиях высоких напряжений и усталости. Кованые детали из нержавеющей стали хорошо работают в условиях высокого давления и высоких температур, подходят для аэрокосмической, атомной и нефтехимической промышленности.

Отличная коррозионная стойкость: Кованая нержавеющая сталь хорошо работает в коррозионных средах, особенно в химической, морской и фармацевтической промышленности. Измельчение зерна и равномерное распределение в процессе ковки помогают улучшить коррозионную стойкость нержавеющей стали, делая ее превосходной в кислотных, щелочных и морских средах.

Хорошая термостойкость: Кованая нержавеющая сталь обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам и подходит для высокотемпературного оборудования и сред, таких как котлы, теплообменники и печи. 

Непрерывная текучесть зерна: Кованые детали из нержавеющей стали имеют однородную структуру зерна, что означает, что прочность и ударная вязкость распределяются равномерно при воздействии силы, что повышает надежность деталей.

Сокращение отходов материалов: Процесс ковки производит меньше отходов, чем литье и обработка, что улучшает использование материалов и снижает производственные затраты. Процесс ковки может более эффективно использовать сырье и сократить отходы, образующиеся в процессе обработки, тем самым снижая производственные затраты.

Применение поковок из нержавеющей стали

Поковки из нержавеющей стали широко используются во многих отраслях промышленности. 

Строительство и инфраструктура: Используется в инфраструктурных проектах, таких как здания, мосты и туннели, с хорошей прочностью и коррозионной стойкостью. Поковки из нержавеющей стали используются в строительстве и инфраструктуре для изготовления структурных компонентов, крепежей и соединителей, чтобы обеспечить устойчивость и долговечность зданий.

Нефть и газ: Используемые в трубопроводах, резервуарах для хранения и нефтеперерабатывающих заводах, они могут выдерживать едкие вещества и высокотемпературные среды. Нефтегазовая промышленность требует от своих материалов высочайшего уровня коррозионной стойкости и прочности. Поковки из нержавеющей стали хорошо работают в этой среде и часто используются для производства нефтепроводов, резервуаров для хранения и бурового оборудования.

Энергия и мощность: Используется на электростанциях, ядерных объектах и в областях возобновляемой энергии, таких как лопатки турбин, валы, теплообменники и выхлопные системы. Поковки из нержавеющей стали используются в энергетике и электроэнергетической промышленности для изготовления ключевых компонентов, обеспечивающих стабильную работу оборудования в условиях высоких температур и высокого давления.

Транспорт: Используется в различных частях автомобилей, поездов, самолетов и кораблей, включая выхлопные системы, структурные детали и внутренние принадлежности. Поковки из нержавеющей стали используются в транспортной отрасли для производства ключевых компонентов, обеспечивающих безопасность и надежность транспортных средств и кораблей.

Медицина и здоровье: Используется в медицинском оборудовании, структурных частях криогенных контейнеров, хирургических инструментах, имплантатах и больничной инфраструктуре, с хорошими гигиеническими характеристиками и биосовместимостью. Поковки из нержавеющей стали используются в медицине и здравоохранении для производства хирургических инструментов, имплантатов и медицинского оборудования, чтобы гарантировать их безопасность и надежность в использовании.

Поковки для пищевой промышленности: Необходимы для поддержания гигиены, долговечности и эффективности в пищевой промышленности. Обычно изготавливаемые из нержавеющей стали, такой как 304 и 316, эти поковки используются в компонентах оборудования, инструментах и конструкционных деталях, предлагая такие преимущества, как повышенная прочность, снижение риска загрязнения и увеличенный срок службы.

Классификация поковок из нержавеющей стали

Поковки из нержавеющей стали можно классифицировать в соответствии с различными стандартами, чтобы соответствовать потребностям различных вариантов применения.

По химическому составу поковки из нержавеющей стали подразделяются на хромовые, хромоникелевые и хромоникельмолибденовые системы с постепенно возрастающей коррозионной стойкостью.

По структуре поковки из нержавеющей стали подразделяются на аустенитные, мартенситные, ферритные и дуплексные.

По содержанию примесей поковки из нержавеющей стали классифицируются на обычные, низкоуглеродистые, сверхнизкоуглеродистые и высокочистые.

По коррозионной стойкости поковки из нержавеющей стали классифицируются на стойкие к коррозии под напряжением, стойкие к точечной коррозии и износостойкие.

По среде эксплуатации поковки из нержавеющей стали классифицируются на устойчивые к азотной кислоте, устойчивые к серной кислоте, устойчивые к мочевине и устойчивые к морской воде.

По классификации элементов экономии, поковки из нержавеющей стали включают поковки из нержавеющей стали экономящие никель, безникелевые и хромсберегающие. Экономия затрат за счет снижения содержания элементов.

По характерным элементам поковки из нержавеющей стали можно классифицировать на поковки из нержавеющей стали с высоким содержанием кремния и поковки из нержавеющей стали с высоким содержанием азота. Поковки из нержавеющей стали с высоким содержанием кремния обладают отличной стойкостью к окислению и жаропрочностью; поковки из нержавеющей стали с высоким содержанием азота обладают высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью.

По функциональным свойствам поковки из нержавеющей стали подразделяются на низко- и сверхнизкотемпературные, немагнитные, высокопрочные, сверхпластичные, легкообрабатываемые резанием и жаропрочные поковки из нержавеющей стали.

Ржавеют ли поковки из нержавеющей стали?

Да, поковки из нержавеющей стали могут ржаветь, но они, как правило, более устойчивы к коррозии, чем другие типы стали, из-за содержания хрома, который образует защитный оксидный слой. Однако они все равно могут ржаветь при определенных условиях, таких как воздействие хлоридов, плохое обслуживание или повреждение защитного слоя. Регулярная очистка и правильный уход могут помочь предотвратить ржавление поковок из нержавеющей стали.

Поковки из нержавеющей стали против нержавеющей стали

Процесс производства

Поковки из нержавеющей стали формируются путем ковки материалов из нержавеющей стали. Процессы ковки обычно включают холодную и горячую ковку, которые могут устранить дефекты внутри материала, такие как рыхлость, поры и т. д., и оптимизировать микроструктуру материала. Существуют различные процессы производства обычной нержавеющей стали, включая холодное волочение, штамповку, сварку и литье. По сравнению с процессами ковки они могут иметь определенные ограничения в устранении внутренних дефектов материалов и оптимизации организации материала.

Механические свойства

Кованая нержавеющая сталь превосходит обычную нержавеющую сталь по прочности, вязкости и усталостной долговечности. Это связано с тем, что процесс ковки измельчает зернистую структуру и устраняет внутренние дефекты. Обычная нержавеющая сталь может не сравниться с кованой нержавеющей сталью по прочности и вязкости, особенно в условиях высоких напряжений и высокой усталости.

Устойчивость к коррозии

Кованая нержавеющая сталь отличается превосходной коррозионной стойкостью, особенно к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии. Обычная нержавеющая сталь, хотя и имеет хорошую коррозионную стойкость, может не работать так же хорошо, как кованая нержавеющая сталь в экстремальных условиях.

Термическое сопротивление

Кованая нержавеющая сталь подходит для такого оборудования, как теплообменники и высокотемпературные печи, в то время как обычная нержавеющая сталь может не работать так же стабильно, как кованая нержавеющая сталь в условиях высоких температур.

Экономическая эффективность

Хотя кованая нержавеющая сталь имеет более высокую начальную стоимость, ее превосходные механические свойства и длительный срок службы могут снизить долгосрочные расходы на техническое обслуживание и замену. Обычная нержавеющая сталь может иметь более низкую начальную стоимость, но стоимость ее жизненного цикла может быть выше в приложениях, требующих высокой производительности и долговечности.

Области применения

Поковки из нержавеющей стали широко используются в случаях высокого спроса в пневматической, авиационной, химической, металлургической и других отраслях промышленности благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам. По сравнению с поковками из нержавеющей стали области применения обычной нержавеющей стали могут быть более сконцентрированы в общих требованиях.

Форма и размер

Ковка позволяет производить детали сложной формы и больших размеров, в то время как обычная нержавеющая сталь больше подходит для деталей простой формы и небольших размеров. Процесс ковки обеспечивает большую гибкость при изготовлении деталей для специального применения со сложными формами.

В чем разница между литьем и ковкой нержавеющей стали?

Основные различия между литьем и ковкой нержавеющей стали:

1. Процесс

• Кастинг: Включает заливку расплавленной нержавеющей стали в форму для создания определенной формы. После охлаждения материал затвердевает в этой форме.
• Ковка: Предполагает нагрев нержавеющей стали и последующее придание ей формы посредством механической деформации, которая сжимает и упрочняет металл.

2. Характеристики

• Кастинг: Может привести к более однородной форме, но может иметь пористость и включения, что приводит к снижению механических свойств.
• Ковка: Производит более плотный и прочный материал с улучшенной прочностью и усталостной прочностью за счет измельченной зернистой структуры.

3. Приложения

• Кастинг: Часто используется для сложных форм и крупных деталей, где точность не так важна.
• Ковка: Предпочтительно для высокопрочных применений, таких как детали автомобильной и аэрокосмической промышленности, где надежность имеет решающее значение.

Дальнейшее чтение: Литье из нержавеющей стали.

Какова температура ковки нержавеющей стали 304?

Температура ковки нержавеющей стали 304 обычно составляет от 2100°F до 2300°F (примерно от 1150°C до 1260°C). Этот температурный диапазон обеспечивает оптимальную пластичность и обрабатываемость в процессе ковки.

Что такое кузнечная сварка нержавеющей стали?

Кузнечная сварка — это процесс сварки в твердом состоянии, который включает нагревание двух кусков нержавеющей стали до высокой температуры, а затем их сбивание или прессование вместе для создания связи без расплавления материала. Это обеспечивает прочное, высококачественное соединение, сохраняя при этом желаемые свойства материалов.

Процесс

• Обогрев: Детали из нержавеющей стали нагреваются до температуры чуть ниже их точки плавления, обычно от 2100°F до 2300°F (примерно от 1150°C до 1260°C).
• Ковка: После нагрева детали соединяются путем приложения давления, обычно путем ударов молотком или прессования, что позволяет металлу течь и соединяться на атомном уровне.

Преимущества

• Сила: Создает прочное, долговечное соединение со свойствами, аналогичными свойствам основного металла.
• Без наполнителя: В отличие от других методов сварки, кузнечная сварка не требует использования присадочного материала, что может привести к несоответствиям.
• Микроструктура: Сохраняет первоначальную микроструктуру нержавеющей стали, способствуя повышению коррозионной стойкости.

Приложения

Кузнечная сварка применяется в тех случаях, когда важны высокая прочность и надежность, например, при изготовлении инструментов, ножей и некоторых конструктивных элементов.

Вызовы

• Контроль температуры: Точный контроль температуры имеет решающее значение для предотвращения перегрева, который может привести к окислению или потере свойств материала.
• Требуемые навыки: Требуются квалифицированные операторы для достижения надлежащего выравнивания и давления в процессе ковки.

Производители и поставщики поковок из нержавеющей стали

Как одна из самых профессиональных компаний по ковке стали, SteelPRO Group специализируется на высококачественной нержавеющей стали для удовлетворения потребностей широкого спектра отраслей. Мы предлагаем широкий ассортимент марок нержавеющей стали на выбор, производя высококачественные поковки из нержавеющей стали, которые превосходят ваши ожидания и помогают вам удовлетворить ряд потребностей в ковке. Чтобы узнать больше о нержавеющей стали или других типах стали, ознакомьтесь с нашим блог или свяжитесь с одним из наших экспертов по металлу.