Nerezová oceľ 410 vs 431: Martenzitické triedy pre pevnosť a koróziu

Prehľad martenzitickej rodiny

Martenzitické nehrdzavejúce ocele sú zliatiny železa-chrómu, ktoré sa po austenitizácii a rýchlom ochladení premenia na martenzit, čo umožňuje úrovne tvrdosti porovnateľné s kalenými uhlíkovými oceľami. Sú magnetické, možno ich popúšťať v širokom rozsahu tvrdosti a vyberajú sa tam, kde na odolnosti proti opotrebeniu, sile alebo tvrdosti záleží viac ako na konečnej odolnosti austenitických tried proti korózii. Triedy 410 a 431 sú dve z najpoužívanejších martenzitických nehrdzavejúcich ocelí a výber medzi nimi je riadený rovnováhou odolnosti proti korózii, húževnatosti a nákladmi požadovanými aplikáciou.

Porovnanie chemického zloženia

410 je obyčajná 12 % chrómová martenzitická trieda bez zámerného niklu. 431 zvyšuje chróm a pridáva 1,25 – 2,50 % niklu, čo zlepšuje odolnosť proti korózii a húževnatosť, najmä v kalených a temperovaných podmienkach. Typické špecifikačné limity sú uvedené nižšie.

Prvok, %	410 (UNS S41000)	431 (UNS S43100)
C	0.08-0.15	0,20 max
Mn	1,00 max	1,00 max
P	0,040 max	0,040 max
S	0,030 max	0,030 max
Si	1,00 max	1,00 max
Cr	11.5-13.5	15.0-17.0
Ni	0,75 max	1.25-2.50

Referenčné normy: 410 podľa ASTM A240 a A276; 431 podľa ASTM A276 a EN 10088 triedy 1.4057 (X17CrNi16-2). EN ekvivalent 410 je 1,4006 (X12Cr13).

Mechanické vlastnosti a tvrdosť

Oba druhy sa dodávajú žíhané na obrábanie a sú kalené olejovým alebo vzduchovým kalením z austenitizačnej teploty. Maximálna praktická tvrdosť oboch tried je asi 45 HRC; vyššie teploty popúšťania vymieňajú tvrdosť za húževnatosť a ťažnosť. Reprezentatívne hodnoty sú uvedené nižšie.

Nehnuteľnosť	410	431
Žíhaná tvrdosť	217 HBW max	Typický maximálny výkon 262 HBW
Vytvrdená tvrdosť	až okolo 45 HRC	až okolo 45 HRC
Kalený a temperovaný stav, EN 10088-3	1.4006 +QT800: 800 – 950 MPa v ťahu, 600 MPa min. výťažnosť, 12 % min. predĺženie	1.4057 +QT800: 800 – 950 MPa v ťahu, 600 MPa min. výťažnosť, 14 % min. predĺženie

Podmienka +QT800 v EN 10088-3 znamená kalenie a popúšťanie na minimálnu pevnosť v ťahu 800 MPa, čo je spoločná špecifikácia pre hriadele a súčasti strojov v oboch triedach.

Rozdiely tepelného spracovania

Odozva kalenia

410 je typicky austenitizovaný v blízkosti 950-1010 stupňov a ochladený v oleji alebo vzduchu, zatiaľ čo 431 je austenitizovaný v blízkosti 980{9}}1040 stupňov, aby sa rozpustil vyšší obsah zliatiny. Oba sú temperované na konečnú tvrdosť: nízko{10}}popúšťanie pri 150-370 stupňoch zachováva maximálnu tvrdosť pre opotrebovanie, zatiaľ čo popúšťanie v blízkosti 540-680 stupňov obnovuje húževnatosť a ťažnosť pri nižšej tvrdosti. Pretože oba druhy sú vytvrditeľné na vzduchu v tenkých častiach, zváranie bez predohrevu môže vytvárať tvrdé tepelne ovplyvnené oblasti citlivé na praskliny, takže predhrievanie a temperovanie po zváraní sú štandardnou praxou.

Účinok niklu v roku 431

Prídavok niklu v 431 stabilizuje časť austenitu počas kalenia, zjemňuje vytvrdenú štruktúru a zlepšuje húževnatosť a odolnosť proti korózii v porovnaní s 410. Praktickým výsledkom je, že komponenty 431 môžu byť špecifikované tam, kde súčiastky vyžadujú vysokú tvrdosť a zmysluplnú odolnosť voči miernemu korozívnemu alebo morskému prostrediu, zatiaľ čo 410 je obmedzený na mierne korozívne použitie.

Sprievodca výberom aplikácií

Vyberte 410 Kedy

Konštrukcii dominuje odolnosť proti opotrebeniu a tvrdosť, napríklad sedlá ventilov, obloženie ventilov a komponenty čerpadla

Lopatky parnej turbíny a všeobecné technické diely v ľahko korozívnych médiách

Príbory a kuchynské náradie, kde záleží na hospodárnosti

Cenovo{0}}citlivé komponenty, ktoré stále vyžadujú odolnosť proti korózii lepšiu ako uhlíková oceľ

Vyberte 431 Kedy

Hriadele, vretená a spojovacie prvky, ktoré vyžadujú vyššiu pevnosť v kombinácii s lepšou odolnosťou proti korózii ako 410

Námorné armatúry, hriadele čerpadiel a vybavenie lietadiel vystavené vlhkosti a chloridom

Aplikácie, kde je potrebné zachovať pevnosť a húževnatosť s určitou mierou korózie

Úvahy o zváraní a obrábaní

Oba druhy sú zvárateľné so zodpovedajúcimi martenzitickými prídavnými kovmi, ako sú ER410 alebo ER410NiMo, s predhriatím a tepelným spracovaním po-zvarení, ktoré sa bežne vyžaduje na obnovenie húževnatosti a zabránenie praskaniu. Obrábanie sa najlepšie vykonáva v žíhanom stave; 431 je o niečo náročnejšie na obrábanie ako 410 kvôli vyššiemu obsahu zliatiny. Obidva druhy brúsia a leštia na dobrý povrch a dodávajú sa v tyčiach, doskách, plechoch, pásoch, drôtoch a výkovkoch.

Často kladené otázky

1. Aké sú hlavné rozdiely v zložení medzi 410 a 431?

410 obsahuje 11,5-13,5% chrómu v podstate bez niklu, zatiaľ čo 431 obsahuje 15-17% chrómu a 1,25-2,50% niklu. Vyšší obsah chrómu a niklu dáva 431 lepšiu odolnosť proti korózii a húževnatosť v tvrdenom stave.

2. Prečo sa do 431 pridáva nikel?

Nikel zlepšuje kaliteľnosť, zjemňuje martenzitickú štruktúru a zvyšuje húževnatosť a odolnosť proti korózii. Umožňuje použitie 431 tam, kde tvrdený komponent musí odolať aj mierne korozívnemu alebo morskému prostrediu.

3. Ako sú tieto druhy tepelne spracované?

Oba sú austenitizované, kalené v oleji alebo vzduchu a temperované. Nízkoteplotné popúšťanie v blízkosti 150-370 stupňov poskytuje maximálnu tvrdosť približne 45 HRC; popúšťanie v blízkosti 540-680 stupňov znižuje tvrdosť, ale zlepšuje húževnatosť. Presný cyklus sa riadi platnou produktovou normou a požadovanými mechanickými vlastnosťami.

4. Na čo sa zvyčajne používajú 410 a 431?

410 sa používa na obloženie ventilov, lopatky parných turbín, príbory, časti čerpadiel a -súčiastky odolné proti opotrebovaniu. 431 sa používa na hriadele, vretená, spojovacie prvky, námorné armatúry a letecký hardvér, kde sa vyžaduje vyššia pevnosť a lepšia odolnosť proti korózii.

5. Dajú sa 410 a 431 zvárať?

Áno, oboje možno zvárať s martenzitickými prídavnými kovmi, ako sú ER410 alebo ER410NiMo, ale zvyčajne sa vyžaduje predhriatie a tepelné spracovanie po zváraní, aby sa predišlo tvrdým, prasklinám{3}}citlivým na teplo-zónam a obnovila sa húževnatosť. Pre kritický servis si pozrite príslušný zvárací kód a špecifikáciu materiálu.