Ферритная нержавеющая сталь: определение, состав, свойства, обработка, марки, применение и многое другое

Нержавеющая сталь — гибкий материал, известный своей высокой устойчивостью к ржавчине и долговечностью. Она бывает разных форм, включая аустенитную, ферритную, мартенситную, дуплексную и дисперсионно-упрочненную нержавеющую сталь.

Ферритная нержавеющая сталь отличается от аустенитной стали. Она имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) решетку и содержит меньше никеля. Ферритная нержавеющая сталь также притягивается магнитами и используется в ситуациях, когда эти характеристики являются выгодными.

В этой статье мы сосредоточимся на ферритной нержавеющей стали, включив ее определение, состав, основные свойства, методы обработки и распространенные марки. Наша цель — дать вам четкий обзор того, когда и почему ферритная нержавеющая сталь может быть правильным выбором для ваших нужд.

Что такое ферритная нержавеющая сталь?

Ферритная нержавеющая сталь — это нержавеющая сталь с объемно-центрированной кубической (ОЦК) кристаллической решеткой, которая похожа на чистое железо при комнатной температуре. Состав обычно содержит 10,5%–18% хрома (но конкретная марка может достигать 30%) с небольшим количеством или без никеля и низким содержанием углерода. 

Это один из пяти классов нержавеющей стали, который широко используется в автомобильных выхлопных системах, бытовой технике и промышленном оборудовании. Распространенные марки включают 430, 409 и 439. Он магнитный и не может быть закален посредством термической обработки.

Химический состав ферритной нержавеющей стали

Ферритная нержавеющая сталь в основном состоит из железа, хрома и углерода. Железо является основным элементом, составляющим наибольшую часть состава. Хром, входящий в состав 10.5-30%, является основной добавкой, которая обеспечивает коррозионную стойкость. Содержание углерода низкое, обычно менее 0.1%, что сохраняет сталь мягкой и ковкой. Другие элементы, такие как молибден, алюминий и титан, могут присутствовать в меньших количествах для улучшения определенных свойств.

Железо, Fe	Хром, Cr	Углерод, С	Марганец, Mn	Кремний, Si	Фосфор, P	Сера, S	Никель, Ni	Молибден, Mo
Баланс	10.5-30%	≤ 0,12%	≤ 1.00%	≤ 1.00%	≤ 0,040%	≤ 0,030%	≤ 0,50%	≤ 1.00%

Свойства ферритной нержавеющей стали

Следующие три характеристики являются наиболее важными характеристиками ферритной нержавеющей стали.

• Коррозионная стойкость: Ферритная нержавеющая сталь хорошо противостоит коррозии, особенно в хлоридных средах, благодаря содержанию хрома 11-30%.
• Магнетизм: В отличие от аустенитной нержавеющей стали, она магнитная, что делает ее пригодной для индукционного нагрева.
• Формуемость: Обладает хорошей формуемостью, подобной углеродистой стали, идеально подходит для сложных деталей.

Эти характеристики связаны с химическими, физическими и механическими свойствами ферритной нержавеющей стали, которые обеспечивают ее надежность и эффективность. Давайте рассмотрим их подробно.

Химические свойства

Химические свойства ферритной нержавеющей стали включают ее поведение в химических средах, в частности, коррозионную стойкость и стойкость к окислению, причем основными свойствами являются:

Химические свойства	Производительность	Описание
Коррозионная стойкость	Слабая реакция.	Хорошая стойкость к окислению и коррозии.
Стойкость к растрескиванию под напряжением (SCC)	Очень слабая реакция.	Более высокая стойкость по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями, особенно в хлоридных средах.
Устойчивость к локальной и щелевой коррозии	Умеренная реакция.	Умеренная устойчивость в хлоридной среде.
Низкая восприимчивость к водородной хрупкости	Минимальная реакция.	Меньшая восприимчивость, подходит для воздействия водорода.
Химическая стабильность	Никакой реакции.	Стабилен в различных химических средах.
Стойкость к окислению	Никакой реакции.	Высокая устойчивость к ржавлению при высоких температурах.

Физические свойства

Физические свойства ферритной нержавеющей стали являются ключевыми для ее выбора для инженерных и промышленных целей, особенно в теплообменных и магнитных приложениях. Далее, пожалуйста, ознакомьтесь с важными физическими характеристиками в таблице ниже:

Физическая собственность	Конкретные ценности	Описание
Плотность	7,7-8,1 г/см³	Относительно высокая плотность, обеспечивающая устойчивость в строительных конструкциях.
Теплопроводность	16-25 Вт/м·К	Хорошая теплопередающая способность, что делает его пригодным для использования в теплообменных системах.
Тепловое расширение	10-12 мкм/м·К	Меньшее тепловое расширение по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями, что снижает риск термической деформации.
Теплостойкость	До 800°С	Сохраняет прочность и устойчив к ржавчине при высоких температурах.
Электрическое сопротивление	600-750 нОм·м	Умеренное электрическое сопротивление используется в ситуациях, когда электропроводность не имеет решающего значения.
Магнитная проницаемость	500-2000 Н/м	Высокая магнитная проницаемость, идеально подходит для магнитных применений.
Температура плавления	1425-1510°С	Высокая температура плавления, обеспечивающая долговечность в условиях высоких температур.

Механические свойства

Физические свойства ферритной нержавеющей стали определяют ее прочность и долговечность в строительных применениях. Ознакомьтесь с таблицей ниже для основных механических свойств:

Механические свойства	Конкретные ценности	Описание
Предел прочности	400-600 МПа	Наибольшая сила, которую он может выдержать при растяжении или натяжении.
Предел текучести	250-450 МПа	Напряжение, при котором он начинает необратимо менять форму.
Удлинение	20-30%	Способность растягиваться перед разрывом.
Твёрдость	150-200 НВ	Устойчивость к вмятинам и царапинам.
Модуль упругости	200 ГПа	Отношение силы к растяжению при упругой деформации.
Ударопрочность	Умеренный	Способность поглощать энергию и выдерживать удары.
Магнитные свойства	Высокий	Сильные магнитные свойства, что делает его пригодным для магнитных применений.
Прочность	Умеренный	Способность поглощать энергию и деформироваться без разрушения.
Формуемость	Хороший	Легко придается желаемая форма.
Свариваемость	Хороший	Его можно сваривать без потери прочности и долговечности.
Сопротивление усталости	Умеренный	Устойчивость к повреждениям при циклических нагрузках.

Хотите узнать о характеристиках аустенитных сталей? Пожалуйста, прочтите это аустенитный обзор статья.

Обработка ферритной нержавеющей стали

В отличие от аустенитной, мартенситной, дуплексной и дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали, ферритная нержавеющая сталь требует особого обращения во время производства. Ниже мы рассмотрим эти уникальные методы обработки и вопросы, требующие внимания.

1. Формирование

Ферритная нержавеющая сталь начинается с простого процесса плавки и литья. Затем она легко формуется, как и углеродистая сталь. В отличие от аустенитной нержавеющей стали, ферритная сталь не затвердевает значительно во время формовки, поэтому она не требует частого отжига.

2. Термическая обработка

Ферритная нержавеющая сталь обычно подвергается обработке на твердый раствор и отжигу для снятия напряжения и повышения пластичности. В отличие от мартенситной стали ее охлаждают на воздухе, а не закаливают. Ее нельзя упрочнить нагревом, как дисперсионно-твердеющие стали.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать охрупчивания при температуре 475°C, которое может возникнуть при длительном воздействии и привести к снижению прочности.

3. Холодная прокатка

Холодная прокатка ферритной нержавеющей стали помогает сохранить ее магнитные свойства, в отличие от аустенитной стали, которая может потерять магнетизм в ходе этого процесса. Прочность и твердость ферритной стали значительно увеличиваются после холодной прокатки. 

Однако его формуемость относительно плохая, что делает его склонным к образованию складок и деформаций в процессе. Для обеспечения хорошего качества формовки необходимо тщательно контролировать такие параметры прокатки, как обжатие и скорость прокатки.

4. Обработка

Работать с ферритной нержавеющей сталью обычно легче, чем с аустенитной. Она меньше подвержена истиранию, что делает ее более податливой для различных операций обработки. Ее стабильная микроструктура способствует стабильной производительности обработки.

5. Сварка

Сварка ферритной нержавеющей стали требует осторожности, чтобы предотвратить рост зерна и хрупкость. Распространенные методы включают TIG, MIG и точечную сварку. В отличие от аустенитной стали, ферритной стали может потребоваться послесварочная термообработка для восстановления вязкости. 

Его более низкое тепловое расширение помогает уменьшить сварочную деформацию. Чтобы предотвратить сенсибилизацию, важно сваривать при более низких температурах и минимизировать тепловложение.

Фазовое превращение ферритной нержавеющей стали

Фазовое превращение в ферритной нержавеющей стали, необходимое для сварки и термообработки, в основном обусловлено ее составом сплава, особенно хромом и другими элементами. В этом разделе рассматриваются ключевые аспекты этих превращений.

Стабильная ферритовая фаза:

Ферритная нержавеющая сталь в основном остается в фазе объемно-центрированного кубического (ОЦК) феррита. Эта фаза стабильна от комнатной температуры до примерно 912°C.

Содержание хрома и фазовая стабильность:

• Высокое содержание хрома (11-30%): Сталь обычно устойчива к превращению в другие фазы даже при высоких температурах.
• Температура фазового превращения:
  • Обычно происходит при температуре выше 950°C.
  • При этой температуре феррит может превратиться в аустенит, особенно под воздействием определенных легирующих элементов.

Влияние уровня хрома:

• Около 13% Хром: По мере охлаждения сталь переходит из ферритного состояния в аустенитное и обратно в ферритное.
• Быстрое охлаждение с помощью углерода: При этом может образоваться мартенсит, который впоследствии можно снова закалить до феррита.
• Более 17% Хром: Сталь остается в ферритной фазе при всех температурах.
• Выше 25% Хром: Может образовываться σ-фаза, приводящая к хрупкости при комнатной температуре.

Сенсибилизация в ферритной нержавеющей стали

Сенсибилизация происходит, когда ферритная нержавеющая сталь подвергается воздействию температуры от 450°C до 850°C. В этом диапазоне карбиды хрома образуются на границах зерен, что снижает содержание хрома и приводит к снижению коррозионной стойкости. Это делает сталь более склонной к межкристаллитной коррозии. Для предотвращения этого требуется тщательный контроль температуры во время сварки и термообработки.

Каковы преимущества и недостатки ферритной нержавеющей стали?

Хотя ферритная нержавеющая сталь имеет уникальные преимущества, которые делают ее пригодной для определенных применений, она также имеет определенные недостатки из-за своих внутренних свойств. Эти недостатки можно устранить различными методами. Понимание этих плюсов и минусов имеет решающее значение для выбора правильного материала для ваших нужд.

Преимущества ферритной нержавеющей стали

• Коррозионная стойкость: Ферритная нержавеющая сталь обеспечивает хорошую стойкость к окислению и коррозии, особенно в мягких средах.
• Магнитные свойства: сохраняет магнитные свойства, что может быть полезным в некоторых областях применения, например, при индукционном нагреве.
• Формуемость: Его легко формовать и обрабатывать как углеродистую сталь, что делает его пригодным для сложных конструкций.
• Сила и выносливость: Ферритная нержавеющая сталь обеспечивает хорошее сочетание прочности и долговечности для многих сфер применения.
• Экономически эффективно: Обычно она стоит дешевле, чем аустенитные нержавеющие стали, из-за меньших затрат на легирование.

Недостатки и как их устранить

• Меньшая прочность: Ферритная нержавеющая сталь может быть менее прочной при низких температурах. Улучшите прочность с помощью легированных марок или послесварочной термообработки.
• Ограниченная термообрабатываемость: Его нельзя подвергнуть термической обработке для повышения прочности. Для таких применений используются такие материалы, как аустенитные стали или мартенситные стали.
• Восприимчивость к сенсибилизации: Может стать сенсибилизированным при определенных температурах. Избегайте этих температур и тщательно контролируйте скорость нагрева и охлаждения.
• Проблемы свариваемости: Сварка может быть затруднена из-за потенциальной хрупкости. Используйте правильные методы сварки и применяйте термическую обработку после сварки, чтобы справиться с этими проблемами.

Распространенные марки и области применения ферритной нержавеющей стали

Ферритная нержавеющая сталь включает в себя различные марки, каждая из которых обладает определенными качествами для различных применений. Знание этих марок и их применений помогает выбрать правильный материал для различных нужд.

Марка ферритной стали	Область применения	Конкретные приложения
304	Общее использование	Кухонное оборудование, отделка автомобиля, бытовая техника
430	Бытовая техника	Внутренние части посудомоечных машин, облицовка духовок, кухонные мойки
446	Высокая температура	Детали печей, теплообменники, выхлопные системы
409	Автомобильный	Выхлопные системы, каталитические нейтрализаторы, отделка автомобилей
444	Коррозионные среды	Оборудование для химической обработки, морское применение
409л	Автомобильная и промышленная промышленность	Выхлопные системы, автомобильные компоненты, промышленное оборудование
430Ф	Обработка	Прецизионные валы, винты, болты и другие крепежные элементы
441	Автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность	Выхлопные системы, компоненты двигателя, аэрокосмическая промышленность

Что вас также может беспокоить

Здесь мы рассмотрим другие важные аспекты и часто задаваемые вопросы, которые помогут вам сделать осознанный выбор в отношении ферритной нержавеющей стали.

Как определить ферритную нержавеющую сталь?

Ферритную нержавеющую сталь можно узнать по ее магнитным свойствам и объемно-центрированной кубической (ОЦК) кристаллической структуре. Она обычно содержит хром и содержит меньше никеля по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью.

Является ли нержавеющая сталь серии 400 ферритной?

Да, нержавеющие стали серии 400 обычно являются ферритными. Такие марки, как 409 и 430, являются распространенными примерами ферритной нержавеющей стали.

Является ли нержавеющая сталь серии 300 ферритной?

Нет, нержавеющая сталь серии 300s в основном аустенитные. Они содержат большее количество никеля и хрома, что приводит к аустенитной структуре, а не ферритной.

В чем разница между ферритной и аустенитной нержавеющей сталью?

Ферритные нержавеющие стали имеют объемно-центрированную кубическую (ОЦК) структуру, магнитны и содержат меньше никеля. Аустенитные нержавеющие стали имеют гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру, немагнитны и содержат больше никеля и хрома.

Феррит прочнее аустенита?

Ферритные нержавеющие стали, как правило, менее прочны, чем аустенитные стали, но обладают лучшей устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением. Аустенитные нержавеющие стали обычно обеспечивают более высокую прочность и ударную вязкость.

Резюме и далее

В этой статье кратко объясняется определение, состав, свойства, марки, применение и другие важные аспекты ферритной нержавеющей стали. Чтобы узнать больше о нержавеющей стали или других типах стали, посетите наш блог или свяжитесь с нашими экспертами по металлу.

Группа компаний SteelPro является ведущим производителем и поставщиком решений для специальной стали, и предоставляет многоотраслевые прикладные решения и индивидуальные услуги с гарантией качества 100%. Мы предлагаем высококачественные и настраиваемые нержавеющая сталь и прутки из нержавеющей стали, стремимся расти вместе с нашими клиентами. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше, или отправьте нам предложение, и мы свяжемся с вами в ближайшее время!