Содержание
Мартенситная нержавеющая сталь: определение, состав, свойства, марки, применение и многое другое
- Джон
Что такое мартенситная нержавеющая сталь?
Мартенситная нержавеющая сталь — это тип нержавеющей стали с объемно-центрированной тетрагональной (BCT) кристаллической структурой, охватываемый серией 400 наряду с ферритной нержавеющей сталью. Она в основном состоит из хрома 12-18% и углерода 0,1-1,2%. Мартенситная нержавеющая сталь может быть закалена и упрочнена термической обработкой для улучшения эксплуатационных характеристик, но ее коррозионная стойкость, как правило, ниже, чем у аустенитной нержавеющей стали.
Широко используется в столовых приборах, хирургических инструментах, клапанах, подшипниках, турбинных лопатках и т. д., где требуются высокая прочность и износостойкость. Мартенситная нержавеющая сталь является частью семейства нержавеющих сталей, которое включает аустенитные, ферритные, дуплексные и дисперсионно-твердеющие стали.
Химический состав мартенситной нержавеющей стали
Мартенситная нержавеющая сталь в основном изготавливается из железа, хрома и углерода. Обычно она содержит 12% - 17% хрома (Cr), что помогает противостоять ржавчине и коррозии. Количество углерода (C) может варьироваться от 0,1% до 1,2%.
Сталь с содержанием углерода до 0,4% обычно используется в таких деталях, как насосы, клапаны и валы из-за ее прочности. Если содержание углерода больше 0,4%, она больше подходит для вещей, которые должны противостоять износу, таких как ножи, хирургические лезвия и формы.
В отличие от аустенитного типа, который по сути является сплавом хрома и никеля, мартенситная нержавеющая сталь обычно не содержит никель (Ni), за исключением нескольких определенных марок. Например, никель добавляется в 431 (1.4057) для повышения вязкости и пластичности, а в 1.4418 — для лучшей коррозионной стойкости (также самой высокой из всех мартенситных марок).
Для улучшения характеристик при высоких температурах могут быть добавлены другие элементы, такие как бор (B), кобальт (Co), ниобий (Nb) и титан (Ti).
Свойства мартенситной нержавеющей стали
Мартенситная нержавеющая сталь — это особый тип нержавеющей стали. Вот три основные причины, которые делают ее уникальной:
- Очень высокая прочность и твёрдость после термообработки.
- Магнитная, в отличие от аустенитной нержавеющей стали.
- Хорошая износостойкость и умеренная коррозионная стойкость.
Ознакомьтесь с таблицей ниже, чтобы ознакомиться с основными свойствами мартенситной нержавеющей стали:
| Свойство | Описание | Производительность | Замечания |
| Сила | Способность выдерживать приложенную силу без разрушения. | Высокая прочность, особенно в закаленных и отпущенных состояниях. | Мартенситные стали обладают высокой прочностью на растяжение и ползучесть, подходят для применения в условиях высоких напряжений. |
| Твёрдость | Устойчивость к деформации и вдавливанию. | Очень высокая, особенно после термообработки, может достигать 60 HRC. | Твердость увеличивается с увеличением содержания углерода, вторичная закалка происходит при 450-500°С. |
| Коррозионная стойкость | Способность противостоять разрушению в результате химических реакций. | Умеренная, ниже аустенитных марок. | Оптимальная коррозионная стойкость достигается в закаленном и отпущенном состоянии. |
| Теплостойкость | Способность сохранять работоспособность при повышенных температурах. | Хорошая термостойкость, умеренная для применения при высоких температурах. | Подходит для температур около 600°C в энергетике и других отраслях промышленности. |
| Магнитные свойства | Притяжение к магнитному полю. | Магнитный из-за мартенситной структуры. | Мартенситные нержавеющие стали проявляют магнитные свойства, аналогичные свойствам обычных углеродистых сталей. |
| Формуемость | Легко формуется и не растрескивается. | Ограниченно, склонен к растрескиванию из-за твердости и хрупкости. | Процессы формовки обычно требуют отжига, чтобы избежать трещин и напряжений. |
| Свариваемость | Легко сваривается без дефектов. | Плохая свариваемость из-за закалки во время сварки. | Для предотвращения растрескивания необходим предварительный нагрев (400–600 °F) и контроль температуры между проходами. |
| Обрабатываемость | Легко поддается резке и формовке с помощью машин. | Хорошая обрабатываемость, особенно в отожженном или закаленном состоянии. | В размягченном (отожженном) состоянии сталь легче поддается обработке; добавки серы в 416 улучшают обрабатываемость. |
| Хрупкость | Склонность к трещинам и разрывам при незначительной деформации. | Может быть хрупким, особенно после закалки без отпуска. | Повышенная хрупкость из-за высокой твёрдости; отпуск снижает хрупкость и повышает ударную вязкость. |
Преимущества и недостатки мартенситной нержавеющей стали
Вот преимущества и выгоды мартенситной нержавеющей стали:
- Высокая прочность и твёрдость.
- Хорошая износостойкость.
- Устойчив к коррозии в мягких средах.
- Может подвергаться термической обработке для улучшения свойств.
- Подходит для режущих инструментов и лезвий.
Недостатки и ограничения перечислены ниже:
- Плохая свариваемость.
- Подвержен хрупкости при низких температурах.
- Ограниченная коррозионная стойкость в суровых условиях.
- Требует точной термической обработки во избежание растрескивания.
- Менее пластичная, чем другие виды нержавеющей стали.
Термическая обработка и как формируется мартенситная структура в нержавеющей стали?
Мартенситная структура в нержавеющей стали формируется путем нагрева стали до образования аустенита и последующего быстрого охлаждения (закалки), что приводит к бездиффузионному превращению аустенита в твердый, хрупкий мартенсит.
Вот как это происходит:
1. Нагрев для образования аустенита (аустенизация)
Нагревайте сталь до высокой температуры, обычно между 925°C – 1070°C (1700°F – 1950°F). При этой температуре:
- Структура стали становится аустенитной, то есть атомы железа располагаются в гранецентрированная кубическая (ГЦК) решетка.
- Атомы углерода растворяться равномерно внутри этой решетки.
2. Быстрое охлаждение (закалка)
После достижения желаемой температуры сталь быстро охлаждается, или закаленный, обычно в:
- Масло
- Воздух
- Вода
Выбор закалочной среды зависит от конкретного сплава и желаемых свойств.
3. Образование мартенсита
Во время тушения:
- Быстрое охлаждение предотвращает атомы углерода от диффузия из железная решетка.
- Когда температура опускается ниже Температура начала мартенсита (Ms), как правило, около 300°C - 400°C (570°F - 750°F), аустенитная ГЦК структура начинает трансформироваться в объемно-центрированная тетрагональная (BCT) структура, известная как мартенсит.
- Преобразование продолжается по мере понижения температуры по направлению к температура окончания мартенсита (Mf), который может быть ниже комнатной температуры, иногда так низко, как 150°C - 200°C (300°F - 390°F) ниже температуры Ms.
- Это преобразование является бездиффузионный процесс, то есть атомы смещаются в своих положениях без диффузии на большие расстояния.
4. Закалка для повышения прочности
Чтобы смягчить хрупкость:
- Сталь подвергается отпуску, который включает повторный нагрев до более низкой температуры (обычно между 200°С – 600°С).
- Отпуск позволяет снять некоторые напряжения в решетке и выделить карбиды, что повышает прочность без существенного снижения твердости.
Мартенситные марки нержавеющей стали
Взгляните на распространенные марки мартенситной нержавеющей стали:
| Оценка | Эквивалентная оценка | Описание | Приложение |
| 403 | EN 1.4003 / UNS S40300 | Мартенситная нержавеющая сталь с контролируемым составом и хромом (Cr) 12%, предназначенная для высоконапряженных и высокотемпературных сред, таких как компоненты турбин и компрессоры. | Детали паровых турбин, компоненты компрессоров, детали для аэрокосмической отрасли, высокотемпературные лопатки |
| 410 | EN 1.4006 / UNS S41000 | Базовая мартенситная нержавеющая сталь 12% с хромом (Cr), известная умеренной коррозионной стойкостью и хорошей твердостью после термической обработки. | Крепежные изделия, лопатки турбин, столовые приборы, детали клапанов |
| 416 | EN 1.4005 / UNS S41600 | Легкообрабатываемая мартенситная нержавеющая сталь с добавлением серы (S) для улучшения обрабатываемости, но с несколько сниженной коррозионной стойкостью и прочностью. | Шестерни, валы, оси, винты |
| 416Se | AISI 416Se | Легкообрабатываемая мартенситная нержавеющая сталь с селеном (Se) для улучшения обрабатываемости, обеспечивающая более гладкую поверхность по сравнению с аналогами на основе серы. | Винты, болты, гайки, седла клапанов |
| 420 | EN 1.4021 / UNS S42000 | Высокоуглеродистая (C) мартенситная нержавеющая сталь, обеспечивающая повышенную прочность, твердость и износостойкость после термической обработки. | Хирургические инструменты, столовые приборы, шестерни, детали клапанов |
| 420Ф | EN 1.4028 + S / UNS S42020 | Мартенситная нержавеющая сталь с добавлением фосфора (P) и серы (S) для улучшения обрабатываемости, обычно используется при высокоскоростной обработке. | Обработанные детали, насосы, компоненты клапанов, винты |
| 431 | EN 1.4057 / UNS S43100 | Мартенситная нержавеющая сталь с никелем (Ni) для повышения коррозионной стойкости, известная своей высокой прочностью и ударной вязкостью, особенно в морской среде. | Детали самолетов, морские болты, гребные валы, валы насосов |
| 431Ф | AISI 431F | Легкообрабатываемая версия 431 с добавлением серы или селена для улучшения обрабатываемости. | Детали клапанов, валы насосов, детали, требующие коррозионной стойкости и обрабатываемости. |
| 440А | EN 1.4109 / UNS S44002 | Мартенситная нержавеющая сталь с еще более низким содержанием углерода (C), чем 440B, обеспечивает повышенную прочность и лучшую коррозионную стойкость, хотя и с пониженной твердостью. | Охотничьи ножи, хирургические скальпели, шарикоподшипники, режущие инструменты |
| 440Б | EN 1.4112 / UNS S44003 | Мартенситная нержавеющая сталь с немного меньшим содержанием углерода (C), чем 440C, что обеспечивает баланс между твердостью и повышенной прочностью. | Лезвия ножей, зубила, промышленные клапаны, режущие инструменты |
| 440С | EN 1.4125 / UNS S44004 | Высокоуглеродистая (C) мартенситная нержавеющая сталь, обеспечивающая максимальную твердость и износостойкость, с хромом (Cr) для умеренной коррозионной стойкости. | Подшипники, ножи, формы, хирургические инструменты |
| 440F | EN 1.4104 / AISI 440F | Легкообрабатываемая версия 440A с добавлением серы для улучшения обрабатываемости. | Столовые приборы, хирургические инструменты, ножи, изделия, требующие износостойкости и обрабатываемости. |
| 422 | EN 1.4935 / UNS S42200 | Мартенситная нержавеющая сталь с добавлением молибдена (Mo), ванадия (V) и вольфрама (W), обеспечивающая высокую прочность и отличную термостойкость при повышенных температурах. | Лопатки турбин, детали для аэрокосмической техники, высокотемпературные болты, крепежные элементы |
| 17-4 ФС | EN 1.4542 / UNS S17400 | *Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь с мартенситной матрицей обеспечивает высокую прочность и умеренную коррозионную стойкость. | Детали аэрокосмической техники, лопатки турбин, высокопроизводительное оборудование, требующее прочности и коррозионной стойкости. |
*1.4418 имеет самую высокую коррозионную стойкость среди всех мартенситных нержавеющих сталей, не указанных в таблице выше.
Какая марка мартенситной нержавеющей стали является наиболее распространенной?
Марка 410 является наиболее распространенной мартенситной нержавеющей сталью благодаря балансу хорошей коррозионной стойкости, высокой прочности и твердости. Она также широко доступна и экономически эффективна, что делает ее пригодной для широкого спектра применений.
Применение мартенситной нержавеющей стали
Вот некоторые распространенные отрасли промышленности и области применения мартенситной нержавеющей стали:
| Промышленность | Приложение |
| Автомобильный | Детали двигателя, выхлопные системы, топливные форсунки, клапаны и т. д. |
| Аэрокосмическая промышленность | Шасси, крепеж, конструктивные элементы, лопатки турбин и т. д. |
| Медицинский | Хирургические инструменты, стоматологические инструменты, ортопедические имплантаты, скальпели и т. д. |
| Нефть и газ | Валы насосов, детали клапанов, трубопроводы, элементы устья скважин и т. д. |
| Генерация электроэнергии | Лопатки турбин, детали насосов, парогенераторы, седла клапанов и т. д. |
| Оборона | Стволы орудий, ножи, броня, детали ракет и т. д. |
| Химическая обработка | Насосы, клапаны, теплообменники, компоненты реактора и т. д. |
| Пищевая промышленность | Лезвия, режущие инструменты, мясорубки, конвейерные ленты и т. д. |
Подходит ли мартенситная нержавеющая сталь для ножей?
Да, мартенситная нержавеющая сталь хороша для ножей благодаря своей твердости, износостойкости и способности сохранять остроту.
Мартенситная, аустенитная, ферритная, дуплексная и дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь
Сравните пять классов нержавеющей стали в таблице ниже:
| Свойство | Мартенситная нержавеющая сталь | Аустенитная нержавеющая сталь | Ферритная нержавеющая сталь | Дуплексная нержавеющая сталь | РН нержавеющая сталь |
| Кристаллическая структура | Мартенситный (BCT) | Аустенитный (ГЦК) | Ферритный (ОЦК) | Аустенитный + ферритный, обычно 50% + 50% | Мартенситный или аустенитный + дисперсионно-твердеющий |
| Механическая прочность | Высокая прочность, высокая твердость | Высокая прочность, хорошая пластичность | Умеренная прочность, хорошая вязкость | Высокая прочность, превосходное сопротивление разрушению | Очень высокая прочность после термообработки |
| Коррозионная стойкость | Умеренная, подвержена коррозии в суровых условиях | Превосходно, особенно в кислых и хлоридных средах | Хорошо, особенно в окислительных средах | Превосходно, особенно в хлоридной и морской среде | Хорошо, но хуже, чем у аустенитных или дуплексных типов |
| Свариваемость | Плохо, требуется предварительная и последующая термическая обработка | Отлично, минимальное воздействие сварки | Требуется умеренная послесварочная термообработка | Хорошо, но скорость охлаждения необходимо контролировать | Хорошо, но после сварки требуется термообработка |
| Термическая обработка | Закалка и отпуск для регулирования твердости | Невозможно закалить термической обработкой, можно упрочнить холодной обработкой | Не подлежит термической обработке, может быть упрочнен холодной обработкой | Сохраняет хорошие свойства после термической обработки | Упрочнение методом дисперсионного твердения |
| Типичные применения | Лопасти, валы, механические компоненты | Пищевая промышленность, химическое оборудование, медицинские приборы | Автомобильные выхлопные системы, теплообменники | Морское машиностроение, нефте- и газопроводы | Аэрокосмическая, ядерная, высокопрочная промышленность |
Что вас также может беспокоить
Теперь, когда вы имеете более глубокое представление о мартенситной нержавеющей стали, есть еще несколько общих вопросов, которые заслуживают вашего внимания：
Может ли мартенситная нержавеющая сталь ржаветь?
Да, мартенситная нержавеющая сталь может ржаветь, поскольку в ней содержится меньше хрома, особенно при неправильном уходе.
Почему мартенситную нержавеющую сталь всегда закаливают?
Мартенситную нержавеющую сталь всегда закаливают, чтобы уменьшить хрупкость и повысить прочность. Закалка снимает внутренние напряжения и улучшает механические свойства, делая сталь более пригодной для практического использования.
Можно ли сваривать мартенситную нержавеющую сталь?
Да, вы можете сваривать мартенситную нержавеющую сталь, но это сложно, так как она легко трескается и теряет прочность. Для решения этих проблем необходимы правильный предварительный нагрев и послесварочная термообработка.
Магнитна ли мартенситная нержавеющая сталь?
Мартенситная нержавеющая сталь является магнитной, поскольку содержит большое количество железа и имеет мартенситную кристаллическую структуру, которая сохраняет магнитные свойства. Отсутствие достаточного количества никеля или других элементов, которые могли бы уменьшить магнетизм, позволяет ей оставаться магнитной.
Связанное чтение
Магнитится ли нержавеющая сталь?
В чем разница между мартенситной и аустенитной нержавеющей сталью?
Мартенситная нержавеющая сталь твердая, прочная и поддается термической обработке, что делает ее идеальной для инструментов и столовых приборов, в то время как аустенитная нержавеющая сталь немагнитна, обладает высокой коррозионной стойкостью и широко используется в пищевой промышленности и медицинском оборудовании благодаря своей превосходной свариваемости и формуемости.
Мартенсит или аустенит прочнее?
Мартенсит прочнее аустенита за счет своей более твердой и хрупкой объемно-центрированной тетрагональной (ОЦТ) структуры, образованной при быстром охлаждении (закалке), тогда как аустенит более мягкий и пластичный.
Резюме и далее
В этой статье кратко объясняется определение, состав, свойства, формирование структуры, марки, применение и другие важные аспекты мартенситной нержавеющей стали. Чтобы узнать больше о нержавеющей стали или других типах стали, посетите наш блог или свяжитесь с нашими экспертами по металлу.
Как ведущий производитель и поставщик решений для специальной стали, SteelPRO предоставляет многоотраслевые прикладные решения и индивидуальные услуги. Мы гарантируем качество продукции 100% и стремимся расти вместе с нашими клиентами. Посетить наш сайт чтобы узнать больше, или отправьте нам запрос. Мы свяжемся с вами в ближайшее время!
