Содержание
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь: определение, состав, свойства, применение, марки и многое другое
- Джон
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь значительно повышает свою механическую прочность и долговечность благодаря уникальной технологии термической обработки, что делает ее предпочтительным материалом во многих областях, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, нефтегазовая промышленность и т. д. Итак, что же такое дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь?
В этой статье мы подробно познакомим вас со всей информацией о дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали, включая ее определение, состав, свойства, области применения, распространенные марки, методы обработки и сварки этого высокопроизводительного материала.
Что такое дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь?
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь (PH-нержавеющая сталь) — это тип нержавеющей стали, которая достигает высокой прочности и превосходной коррозионной стойкости с помощью технологии термической обработки. Она делится на мартенситные, полуаустенитные и аустенитные типы. Она относится к серии сплавов Fe-Cr-Ni и содержит медь, молибден, ниобий, титан и алюминий.
Типы дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей
Нержавеющие стали PH подразделяются на три типа в зависимости от структуры матрицы после термической обработки: мартенситные, полуаустенитные и аустенитные.
Мартенситная PH-нержавеющая сталь
Как и 17-4 PH, они начинаются с аустенитной структуры при температурах отжига (1040–1065 °C) и трансформируются в мартенсит при охлаждении. Старение при 482–593 °C увеличивает их прочность до 1170–1376 МПа. Эти стали используются в высокопрочных приложениях, таких как аэрокосмическая промышленность и клапаны, но имеют низкую пластичность, что затрудняет холодную формовку.
Полуаустенитная PH-нержавеющая сталь
Сохраняют аустенитную структуру после термической обработки на раствор и более пластичны, что делает их идеальными для формовки. Для закалки аустенит сначала преобразуется в мартенсит, а затем подвергается старению при 455–593 °C. Они часто встречаются в форме листов, таких как 17-7 PH, для пружин и крепежных деталей, где требуются формуемость и прочность.
Аустенитная PH-нержавеющая сталь
Как и A286, они сохраняют свою немагнитную аустенитную структуру после термической обработки. Старение при 650-760°C увеличивает твердость и прочность. Хотя их механические свойства ниже, чем у двух других типов, они обладают хорошей прочностью и идеально подходят для высокотемпературных применений, таких как лопатки реактивных двигателей и турбин.
Химический состав дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали
Химический состав PH-нержавеющей стали обычно включает железо, хром и никель с добавлением небольших количеств меди, титана, алюминия, молибдена, ниобия и других элементов для достижения эффекта дисперсионного твердения. Эти легирующие элементы в сочетании с определенными соотношениями и процессами термической обработки способствуют образованию фаз твердения при различных температурах, тем самым повышая прочность и коррозионную стойкость материала.
Для справки в таблице ниже мы привели типичные химические составы трех видов PH-нержавеющей стали.
| С | Кр | Ни | Cu | Эл | Мо | Ти | Мн | Си | П | С | В | ||
| 17-4 ФН (1ТР3Т) | Мартенситный | ≤ 0,07 | 15.0-17.5 | 3.0-5.0 | 3.0-5.0 | – | ≤ 0,5 | – | ≤ 1,0 | ≤ 1,0 | ≤ 0,04 | ≤ 0,03 | – |
| 17-7 ЛС (%) | Полуаустенитный | ≤ 0,09 | 16.0-18.0 | 6.5-7.75 | – | 0.75-1.5 | – | – | ≤ 1,0 | ≤ 1,0 | ≤ 0,04 | ≤ 0,03 | – |
| А2869 (%) | аустенитный | ≤ 0,08 | 14.0-16.0 | 24.0-27.0 | ≤ 0,35 | – | 1.0-1.5 | 1.9-2.3 | ≤ 2.0 | ≤ 1,0 | ≤ 0,03 | ≤ 0,025 | 0.10-0.50 |
Свойства дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали
Следующие характеристики являются ключевыми для понимания свойств дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей.
- Высокая прочность: Дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали обладают высоким пределом прочности и текучести, что делает их пригодными для применения в условиях высоких нагрузок.
- Коррозионная стойкость: Эти стали обеспечивают хорошую стойкость к коррозии в различных средах, особенно в сочетании с такими элементами, как хром и никель.
- Твёрдость: Процессы старения значительно повышают твердость, что делает эти стали идеальными для износостойких применений.
Физические свойства
| Физическая собственность | Конкретные ценности | Описание |
| Плотность | 7,7-8,0 г/см³ | Обеспечивает хорошую структурную устойчивость и прочность. |
| Теплопроводность | 15-20 Вт/м·К | Подходит для теплообменных применений. |
| Тепловое расширение | 10-12 мкм/м·К | Низкое расширение, уменьшающее деформацию при изменении температуры. |
| Температура плавления | 1400-1450°С | Обеспечивает долговечность при высоких температурах. |
| Магнитные свойства | Варьируется (зависит от типа) | Мартенситные и полуаустенитные типы часто являются магнитными. |
| Электрическое сопротивление | Умеренный | Подходит для применений, где проводимость не имеет решающего значения. |
Механические свойства
| Механические свойства | Конкретные ценности | Описание |
| Предел прочности | 850-1700 МПа | Обеспечивает высокую несущую способность. |
| Предел текучести | 800-1500 МПа | Высокая устойчивость к остаточной деформации. |
| Удлинение | 10-20% | Может растягиваться перед разрывом, что указывает на пластичность. |
| Твёрдость | 35-47 HRC | Очень высокая твердость после старения, идеально подходит для износостойких деталей. |
| Модуль упругости | 190-210 ГПа | Устойчивость к упругой деформации, обеспечивающая жесткость. |
| Сопротивление усталости | Умеренный | Хорошая стойкость к циклическим нагрузкам и усталостному разрушению. |
| Ударопрочность | Умеренно-высокий | Способен поглощать энергию и противостоять ударным повреждениям. |
| Прочность | Умеренный | Способность деформироваться без разрушения под воздействием внезапной силы. |
| Свариваемость | Хороший | Можно сваривать, но может потребоваться послесварочная термообработка. |
| Формуемость | Умеренно-высокий | Может быть сформирован в сложные формы, особенно в полуаустенитных типах. |
Химические свойства
| Химические свойства | Производительность | Описание |
| Коррозионная стойкость | Умеренно-высокий | Хорошая коррозионная стойкость в различных средах. |
| Стойкость к окислению | Высокий | Высокая устойчивость к окислению при повышенных температурах. |
| Химическая стабильность | Высокий | Устойчив к различным химическим воздействиям, идеально подходит для суровых условий. |
| Стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) | Умеренно-высокий | Лучше, чем аустенитные стали, особенно в хлоридной среде. |
Дисперсионно-твердеющие марки нержавеющей стали
Нержавеющая сталь PH выпускается в различных марках, каждая из которых обладает уникальными свойствами и областями применения. Ниже приведены некоторые распространенные марки нержавеющей стали PH, их особенности и области применения.
| Оценка | Тип | Функции | Приложения |
| 17-4 ФС | Мартенситный | Высокая прочность, умеренная коррозионная стойкость, легко поддается обработке | Детали для аэрокосмической промышленности, клапаны, шестерни, валы, насосы, высокопрочные изделия |
| 15-5 ФС | Мартенситный | Высокая прочность, хорошая ударная вязкость, отличная коррозионная стойкость | Аэрокосмическая промышленность, химическая переработка, точное машиностроение, атомная промышленность |
| PH 13-8 Пн | Мартенситный | Высокая прочность, превосходная ударная вязкость, отличная стойкость к коррозии под напряжением | Аэрокосмические конструкции, нефтегазовое оборудование, компоненты турбин |
| 13-8 ФС | Мартенситный | Высокая прочность, хорошая вязкость, хорошая коррозионная стойкость | Аэрокосмическая, нефтехимическая, медицинская техника для высокопрочных применений |
| 17-7 ФС | Полуаустенитный | Отличная формуемость, высокая прочность после старения, хорошая коррозионная стойкость | Пружины, крепежи, детали самолетов, требующие прочности и формуемости |
| АМ 350 | Полуаустенитный | Хорошая формуемость, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость | Турбинные лопатки, пружины, крепежные элементы, высокопрочные, коррозионно-стойкие детали |
| АМ 355 | Полуаустенитный | Хорошая прочность, формуемость и коррозионная стойкость | Детали, инструменты, режущее оборудование для аэрокосмической отрасли с хорошей формуемостью и прочностью |
| PH 15-7 Пн | Полуаустенитный | Хорошая формуемость, высокая прочность, хорошая усталостная стойкость и коррозионная стойкость | Пружины, сосуды под давлением, детали самолетов, требующие прочности, коррозионной стойкости и формуемости |
| ХМ-16 | Полуаустенитный | Хорошая прочность, пластичность, формуемость и коррозионная стойкость | Медицинские приборы, компоненты аэрокосмической техники с хорошей формуемостью и прочностью |
| А286 | аустенитный | Хорошая прочность при высоких температурах, отличное сопротивление ползучести, немагнитный | Высокотемпературные применения, такие как детали реактивных двигателей, лопатки турбин |
| 17-10 П | аустенитный | Сохраняет аустенитную структуру, немагнитен, обладает превосходными высокотемпературными характеристиками. | Высокотемпературное, коррозионно-стойкое применение, например, в химическом оборудовании и теплообменниках. |
| 17-10 пн. | аустенитный | Отличная коррозионная стойкость, немагнитность, высокая термостойкость | Химическое перерабатывающее оборудование, высокотемпературные машины |
Что такое дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь 15-5?
15-5 PH — мартенситная дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь, прочный, высокопрочный, коррозионно-стойкий сплав нержавеющей стали. Название «15-5» относится к его составу: приблизительно 15% хром и 5% никель. Используется в аэрокосмических деталях, оборудовании для химической обработки, валах и шестернях и т. д.
Что такое дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь 17-4?
17-4 ФС is a martensitic precipitation-hardening stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance. The name “17-4” refers to its composition: approximately 17% chromium and 4% nickel, with copper and niobium/aluminum added for increased strength and hardness. 17-4 PH is widely used in aerospace components, chemical and petrochemical equipment, medical equipment, etc.
Формы из нержавеющей стали с дисперсионным твердением
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь доступен в различных формах для широкого спектра промышленных применений. Распространенные формы включают:
- Листы и пластины из дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали: Используется в аэрокосмической, автомобильной и промышленной технике благодаря высокой прочности и коррозионной стойкости.
- Прутки и стержни из нержавеющей стали с дисперсионным твердением: Используется при изготовлении прецизионных деталей, таких как валы, шестерни и крепежные детали, требующие прочности и твердости.
- Трубы и трубки из нержавеющей стали с дисперсионным твердением: Часто используется в химической, нефтехимической и нефтегазовой промышленности, где прочность и коррозионная стойкость имеют решающее значение для систем транспортировки жидкостей.
- Проволока из нержавеющей стали с дисперсионным твердением: Распространено в медицинских приборах, пружинах и крепежных элементах, где требуются высокая прочность и гибкость.
- Поковки из нержавеющей стали с дисперсионным твердением: Используется в тяжелых условиях эксплуатации, например, в лопатках турбин и элементах конструкций, благодаря своей способности выдерживать высокие нагрузки и температуры.
Эти формы позволяют использовать дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали в сложных условиях, где важны как высокая прочность, так и коррозионная стойкость.
Плюсы и минусы дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали
Преимущества
- Высокая прочность: После дисперсионного твердения прочность материала значительно повышается, предел прочности на растяжение достигает 850–1700 МПа.
- Хорошая коррозионная стойкость: PH-нержавеющая сталь демонстрирует лучшую коррозионную стойкость по сравнению с традиционной мартенситной нержавеющей сталью, что делает ее пригодной для эксплуатации в суровых условиях.
- Хорошая обрабатываемость: в состоянии, обработанном на растворе, материал относительно мягкий, что облегчает его обработку и формовку.
- Свариваемость: При правильной сварке и термической обработке нержавеющая сталь PH может обеспечить превосходное качество сварного шва.
Недостатки
- Сложная термическая обработка: процесс дисперсионного твердения включает несколько этапов термической обработки, что делает его более сложным и дорогостоящим.
- Ограниченная стойкость к высоким температурам: нержавеющая сталь PH отлично себя проявляет при умеренных температурах, но длительное воздействие высоких температур может ухудшить ее характеристики.
- Ограничения по магнитным свойствам: некоторые виды нержавеющей стали PH могут обладать слабым магнетизмом в определенных условиях, что ограничивает их пригодность для некоторых применений.
Для чего используется дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь?
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь используется в приложениях, где требуется сочетание высокой прочности, ударной вязкости и коррозионной стойкости. Распространенные области применения включают:
- Аэрокосмические компоненты: Используется для изготовления высокопрочных деталей, таких как лопатки турбин, шестерни и конструктивные элементы, благодаря своей способности сохранять прочность при высоких температурах.
- Медицинские приборы: Используется в хирургических инструментах, ортопедических имплантатах и стоматологических инструментах благодаря своей биосовместимости и долговечности.
- Нефтегазовая промышленность: Используется для клапанов, насосных валов и фитингов, где как коррозионная стойкость, так и механическая прочность имеют решающее значение в суровых условиях.
- Оборудование для химической обработки: Подходит для сосудов, реакторов и трубопроводных систем благодаря превосходной коррозионной стойкости и прочности.
- Ядерная энергетика: Используется в компонентах, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как внутренние части и крепежные элементы реакторов, благодаря своей стойкости к радиации и долговечности.
- Морские применения: Используется в гребных валах, насосах и оборудовании, где важна устойчивость к коррозии и морской воде.
Сварка дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали
PH stainless steel has good weldability, especially in the solution-treated condition. Common welding methods, such as TIG and MIG, can be used, but care must be taken to avoid softening in the heat-affected zone. For thicker materials, post-weld aging treatment is often recommended to restore the strength of the weld area.
При сварке нержавеющей стали PH лучше всего использовать присадочные материалы, соответствующие основному металлу. Например, при сварке 17-4 PH можно использовать проволоку ER630. Кроме того, для обеспечения качества сварки решающее значение имеет поддержание низкого тепловложения и минимизация размера зоны термического влияния.
Разница между мартенситной и дисперсионно-твердеющей нержавеющей сталью
The primary distinction between мартенситная нержавеющая сталь and PH stainless steel resides in their distinct strengthening methodologies and consequential performance attributes.
Механизм укрепления: С точки зрения механизмов упрочнения, мартенситная нержавеющая сталь достигает своей повышенной прочности за счет комбинации процессов закалки и отпуска. Напротив, PH-нержавеющая сталь получает свою прочность за счет образования металлических осадков в ее микроструктуре, процесс, известный как дисперсионное твердение.
Производительность: Нержавеющая сталь PH обычно имеет более высокую прочность и лучшую коррозионную стойкость, но более низкие высокотемпературные характеристики по сравнению с мартенситной нержавеющей сталью.
Узнайте о других типах нержавеющей стали: аустенитный, ферритный, и дуплекс.
Магнитна ли дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь?
Магнитные свойства нержавеющей стали PH зависят от состава ее сплава и процесса термообработки. Большинство мартенситных нержавеющих сталей PH проявляют определенный уровень магнетизма после обработки на твердый раствор, в то время как аустенитные и полуаустенитные нержавеющие стали PH обычно остаются немагнитными в большинстве условий. При принятии решений о выборе материала необходимо учитывать особые требования применения, а также сопутствующие условия обработки.
Связанное чтение
Магнитится ли нержавеющая сталь?
Что такое дисперсионное твердение?
Дисперсионное твердение, или старение, — это процесс термической обработки, используемый для повышения предела текучести. В PH-нержавеющей стали этот процесс включает три основных этапа: обработка на твердый раствор, закалка и старение.
- Обработка раствора: На начальных этапах обработки на твердый раствор материал обычно нагревают в диапазоне температур от 1040°C до 1065°C. Такая высокая температура способствует растворению легирующих элементов, что приводит к образованию однородного твердого раствора.
- Закалка: После обработки раствором материал быстро охлаждается, чтобы сохранить растворенные элементы в пересыщенном состоянии, предотвращая образование осадков. Обычные среды для закалки включают воздух и воду.
- Старение: Материал повторно нагревают до более низкой температуры (например, от 480 до 620 °C) и выдерживают в течение нескольких часов, чтобы образовались мелкие осадки, повышающие прочность и твердость материала.
В чем разница между отпуском и дисперсионным твердением?
Закалка и дисперсионное твердение Оба эти процесса представляют собой термическую обработку, но они различаются по назначению, методу и материалам, к которым они обычно применяются.
Цель: Отпуск выполняется после закалки (закалки) для снижения хрупкости закаленной стали, сохраняя при этом часть ее твердости, чтобы сделать материал более прочным и менее склонным к растрескиванию. Дисперсионное твердение увеличивает прочность и твердость за счет образования мельчайших частиц (называемых осадками) в структуре металла.
Материал: Закалка применяется для мартенситных сталей в нержавеющей стали. Дисперсионное твердение применяется для дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали.
Процесс: Во время отпуска материал закаливается, а затем снова нагревается до более низкой температуры (150-650°C). Температура и продолжительность отпуска контролируют степень снижения твердости и повышения вязкости. Дисперсионное твердение включает две стадии — обработку на твердый раствор (нагрев и закалка) и старение (повторный нагрев до умеренной температуры, обычно 480-620°C). Во время старения образуются мелкие осадки, которые повышают твердость и прочность.
Приложение: Закалка используется для инструментов, ножей и других предметов, которые требуют высокой твердости, но должны минимизировать хрупкость. Дисперсионное упрочнение распространено в аэрокосмических, автомобильных и промышленных компонентах, где прочность и коррозионная стойкость имеют решающее значение.
Упрочнение при старении против упрочнения при дисперсии
Возрастная закалка и Дисперсионное твердение это процессы термической обработки, используемые для повышения прочности и твёрдости сплавов.
Возрастная закалка
- Определение: Общий процесс, повышающий прочность за счет образования осадка.
- Шаги: Включает обработку на твердый раствор, закалку и старение.
- Приложения: Обычно используется для алюминия, титана и некоторых видов нержавеющей стали.
- Механизм: Упрочняется за счет образования частиц, которые препятствуют движению дислокаций.
Дисперсионное твердение
- Определение: Особый тип старения, направленный на контролируемое образование осадка.
- Шаги: Аналогично старению, но акцент делается на оптимизации размера и распределения осадков.
- Приложения: Используется в дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталях (например, 17-4 PH) и никелевых сплавах.
- Механизм: Нацеливает на мелкие, равномерно распределенные осадки для повышения прочности и вязкости.
Подводя итог, можно сказать, что упрочнение при старении имеет более широкий смысл, в то время как упрочнение при дисперсии специально оптимизирует характеристики осаждения для улучшения эксплуатационных характеристик.
Получите качественную нержавеющую сталь!
Наша компания специализируется на производстве высокоточных изделий из нержавеющей стали для удовлетворения разнообразных потребностей многочисленных отраслей промышленности. Если вы хотите узнать больше о нержавеющей стали или любом другом варианте стали, вы можете просмотреть статьи в нашем блоге или связаться с нашей командой экспертов по металлу напрямую для получения персонализированной помощи. Если вам нужны индивидуальные прецизионные изделия из стали и металла, свяжитесь с нами для получения персонализированного обслуживания и расценок.
