Rustfritt stål 431: Dupleks martensittisk-ferritisk legering for høye-belastningsapplikasjoner

Stainless Steel 431 er en unik dupleks martensittisk-ferritisk kvalitet som kombinerer den høye styrken til martensittisk stål med den forbedrede korrosjonsmotstanden til ferritiske legeringer. Med 15–17 % krom og 1,25–2,5 % nikkel er den konstruert for høy-stresskomponenter i moderate-korrosjonsmiljøer, og fyller gapet mellom grunnleggende martensittiske kvaliteter og dyre austenittiske legeringer.

Kjemisk sammensetning (nøkkel, % per ASTM A240)

Karbon (C): Mindre enn eller lik 0,20

Krom (Cr): 15.00–17.00

Nikkel (Ni): 1,25–2,50

Mangan (Mn): Mindre enn eller lik 1,00

Mekaniske egenskaper (varme-behandlet)

Strekkstyrke: Større enn eller lik 725 MPa

Flyttestyrke: Større enn eller lik 515 MPa

Forlengelse i 50 mm: Større enn eller lik 15 %

Hardhet: Mindre enn eller lik 285 HB (glødet), opptil 45 HRC (varme-behandlet)

Ytelsesfordeler

Dupleks mikrostruktur: Balanserer martensittisk styrke med ferritisk korrosjonsmotstand.

Høy tretthetsmotstand: Tåler gjentatte belastningssykluser for bil- og romfartsdeler.

Kostnadseffektiv-styrke: Billigere enn dupleks austenittiske-ferritiske kvaliteter som 2205 for lite-kloridbruk.

Søknader

Drivaksler og fjæringskomponenter for biler

Flylandingsutstyrsdeler og kontrollstenger

Pumpeaksler og-høytrykksventilstammer

Tilsvarende karakterer

EN 1.4057, JIS SUS431, DIN X2CrNi17-2

5 Vanlige spørsmål og svar

Hva gjør 431 til et "dupleks" rustfritt stål, og hvordan gagner dette ytelsen?431 har en blandet martensitisk-ferritisk mikrostruktur, dannet ved kontrollert avkjøling etter oppvarming til 950–1050 grader. Den martensittiske fasen bidrar med høy strekkfasthet (Større enn eller lik 725 MPa) og hardhet (opptil 45 HRC), mens den ferritiske fasen (stabilisert av nikkeltilsetning) forbedrer korrosjonsmotstanden og duktiliteten. Denne dupleksstrukturen eliminerer avveiningen- i rene martensittiske kvaliteter (f.eks. 410 er sterk, men utsatt for rust) eller rene ferritiske kvaliteter (f.eks. 409 er korrosjonsbestandig-, men svak). For drivaksler for biler betyr dette at komponenten kan håndtere høye dreiemomentbelastninger (styrke) og motstå veisaltkorrosjon (ferritisk fase), noe som reduserer vedlikeholds- og utskiftingskostnader.

Hvordan er 431s korrosjonsmotstand sammenlignet med 410 og 304?431s høyere innhold av krom (15–17 %) og nikkel (1,25–2,5 %) gjør den betydelig mer korrosjonsbestandig- enn 410 (11,5–13,5 % Cr, ingen Ni), noe som gjør at den tåler veisalt og industrielle atmosfærer som raskt ville ruste 410. Den motstår milde syrer og alkaliske løsninger bedre enn 410, noe som gjør den egnet for kjemiske pumpeaksler i lav{12}}konsentrasjon. Imidlertid er den mindre korrosjonsbestandig- enn 304, som har høyere nikkel (8–10,5 %) og en fullstendig austenittisk struktur som gir overlegen klorid- og syrebestandighet. 431 er ideell for applikasjoner som trenger styrke pluss bedre korrosjon enn 410, men ikke den ekstreme beskyttelsen til 304 eller 316.

Hvorfor brukes 431 til romfarts- og bilkomponenter med høy-belastning?Luftfarts- og bildeler (f.eks. kontrollstenger for landingsutstyr, drivaksler) krever høy strekkstyrke, flytestyrke og tretthetsmotstand for å tåle ekstreme, gjentatte belastninger. 431s strekkstyrke på større enn eller lik 725 MPa og flytestyrke på større enn eller lik 515 MPa og dens ytelse på 4410 og 515 MPa. er overlegen austenittiske kvaliteter som 304, som har lavere flytegrense. Dens dupleksstruktur gir også god slagfasthet, og forhindrer sprø svikt under plutselige lasttopper (f.eks. en bil som treffer et hull eller et fly som lander). I motsetning til dyre eksotiske legeringer, er 431 kostnadseffektivt-for masseproduserte-høye-stresskomponenter samtidig som den oppfyller strenge industriytelsesstandarder.

Hvilken varmebehandlingsprosess brukes til 431, og hvorfor?431s varmebehandling er skreddersydd for å optimalisere dens dupleksmikrostruktur: Gløding (800–900 grader, langsom avkjøling) produserer en myk ferritisk-martensittisk blanding med en hardhet på mindre enn eller lik 285 HB, noe som gjør det enkelt å maskinere eller forme til komplekse former som ventilstammer. Bråkjøling (950–1050 grader, vannkjøling) øker martensittinnholdet, øker styrke og hardhet til 40–45 HRC for deler med høy{10}stress. Tempering (200–600 grader) balanserer disse egenskapene: lav-temperaturtempering (200–300 grader) beholder hardheten for ventilstammer, mens høy{17}}temperaturtempering (500–600 grader) forbedrer seigheten for drivaksler som kan møte støtbelastninger. Denne fleksibiliteten gjør det mulig for produsenter å justere 431s egenskaper for å matche spesifikke komponentkrav.

Hvilke utfordringer er forbundet med sveising 431, og hvordan løser man dem?Welding 431 krever nøye kontroll for å bevare dens dupleksstruktur og unngå sprøhet. Hovedutfordringen er martensittdannelse i HAZ, som oppstår når sveisen avkjøles for raskt, noe som fører til sprekker og redusert duktilitet. For å dempe dette, forvarm basismetallet til 150–250 grader før sveising, bruk lav varmetilførsel (TIG-sveising er foretrukket for presisjon), og etter-sveisetemperer delen ved 250–300 grader for å myke opp HAZ. 431 eller 309 filler wire bør brukes-309's høyere nikkelinnhold, duktilitet og reduserer sprekker. Tykke seksjoner (over 5 mm) bør sveises i flere omganger med kjøling mellom passasjer for å kontrollere varmeoppbygging, og sikre at den endelige sveisen beholder samme styrke og korrosjonsmotstand som basismetallet.