Roestvast staal 431: duplex martensitische-ferritische legering voor toepassingen met hoge- spanningen

Roestvast staal 431 is een unieke duplex martensitische-ferritische kwaliteit die de hoge sterkte van martensitische staalsoorten combineert met de verbeterde corrosieweerstand van ferritische legeringen. Met 15–17% chroom en 1,25–2,5% nikkel is het ontworpen voor componenten met hoge- spanning in omgevingen met gematigde- corrosie, waardoor de kloof wordt opgevuld tussen basismartensitische kwaliteiten en dure austenitische legeringen.

Chemische samenstelling (sleutel,% volgens ASTM A240)

Koolstof (C): kleiner dan of gelijk aan 0,20

Chroom (Cr): 15.00–17.00 uur

Nikkel (Ni): 1,25–2,50

Mangaan (Mn): kleiner dan of gelijk aan 1,00

Mechanische eigenschappen (hitte-behandeld)

Treksterkte: groter dan of gelijk aan 725 MPa

Opbrengststerkte: groter dan of gelijk aan 515 MPa

Verlenging over 50 mm: groter dan of gelijk aan 15%

Hardheid: minder dan of gelijk aan 285 HB (gegloeid), tot 45 HRC (hitte-behandeld)

Prestatievoordelen

Duplex microstructuur: Brengt de martensitische sterkte in evenwicht met de weerstand tegen ferritische corrosie.

Hoge weerstand tegen vermoeidheid: Bestand tegen herhaalde stresscycli voor auto- en ruimtevaartonderdelen.

Kosten-Effectieve kracht: Goedkoper dan duplex austenitische-ferritische kwaliteiten zoals 2205 voor laag-chloorgebruik.

Toepassingen

Aandrijfassen en ophangingscomponenten voor auto's

Onderdelen van landingsgestellen en regelstaven voor vliegtuigen

Pompschachten en hogedrukklepstelen-

Gelijkwaardige cijfers

EN 1.4057, JIS SUS431, DIN X2CrNi17-2

5 veelgestelde vragen en antwoorden

Wat maakt 431 tot een ‘duplex’ roestvast staal, en hoe komt dit de prestaties ten goede?431 heeft een gemengde martensitische-ferritische microstructuur, gevormd door gecontroleerde koeling na verwarming tot 950–1050 graden. De martensitische fase draagt ​​bij aan een hoge treksterkte (groter dan of gelijk aan 725 MPa) en hardheid (tot 45 HRC), terwijl de ferritische fase (gestabiliseerd door toevoeging van nikkel) de corrosieweerstand en ductiliteit verbetert. Deze duplexstructuur elimineert de wisselwerking tussen zuivere martensitische kwaliteiten (bijvoorbeeld 410 is sterk maar gevoelig voor roest) of zuivere ferritische kwaliteiten (bijvoorbeeld 409 is corrosiebestendig maar zwak). Voor aandrijfassen voor auto's betekent dit dat het onderdeel hoge koppelbelastingen (sterkte) aankan en bestand is tegen strooizoutcorrosie (ferritische fase), waardoor de onderhouds- en vervangingskosten worden verlaagd.

Hoe verhoudt de corrosieweerstand van 431 zich tot die van 410 en 304?Het hogere gehalte aan chroom (15–17%) en nikkel (1,25–2,5%) van 431 maakt het aanzienlijk corrosiebestendiger- dan 410 (11,5–13,5% Cr, geen Ni), waardoor het bestand is tegen strooizout en industriële atmosferen waarin 410 snel zou roesten. Het is beter bestand tegen milde zuren en alkalische oplossingen dan 410, waardoor het geschikt is voor chemische pompschachten bij verwerking met lage-concentraties. Het is echter minder corrosiebestendig-dan 304, dat meer nikkel bevat (8–10,5%) en een volledig austenitische structuur die superieure chloride- en zuurbestendigheid biedt. 431 en is ideaal voor toepassingen die sterkte en betere corrosie nodig hebben dan 410, maar niet de extreme bescherming van 304 of 316.

Waarom wordt 431 gebruikt voor componenten in de lucht- en ruimtevaart en de automobielsector met hoge- spanningen?Luchtvaart- en auto-onderdelen (bijvoorbeeld bedieningsstangen van landingsgestellen, aandrijfassen) vereisen een hoge treksterkte, vloeigrens en weerstand tegen vermoeiing om extreme, herhaalde belastingen te kunnen weerstaan. De treksterkte van groter dan of gelijk aan 725 MPa en de rekgrens van groter dan of gelijk aan 515 MPa overtreffen de prestaties van 410 en 420, terwijl de weerstand tegen vermoeiing superieur is aan austenitische kwaliteiten zoals 304, die een lagere rek hebben kracht. De duplexstructuur zorgt ook voor een goede slagvastheid, waardoor bros falen tijdens plotselinge belastingspieken wordt voorkomen (bijvoorbeeld als een auto in een kuil rijdt of als een vliegtuig landt). In tegenstelling tot dure exotische legeringen is 431 kosteneffectief voor in massa geproduceerde componenten met hoge spanning, terwijl het voldoet aan strenge industriële prestatienormen.

Welk warmtebehandelingsproces wordt gebruikt voor 431, en waarom?De warmtebehandeling van 431 is afgestemd op het optimaliseren van de duplex-microstructuur: gloeien (800–900 graden, langzaam afkoelen) produceert een zacht ferritisch-martensitisch mengsel met een hardheid van minder dan of gelijk aan 285 HB, waardoor het gemakkelijk kan worden bewerkt of gevormd tot complexe vormen zoals klepstelen. Afschrikken (950–1050 graden, waterkoeling) verhoogt het martensietgehalte, waardoor de sterkte en hardheid toenemen tot 40–45 HRC voor onderdelen met hoge spanning-. Temperen (200–600 graden) brengt deze eigenschappen in evenwicht: temperen bij lage-temperaturen (200–300 graden) behoudt de hardheid van de klepstelen, terwijl temperen bij hoge-temperaturen (500–600 graden) de taaiheid verbetert van aandrijfassen die te maken kunnen krijgen met schokbelastingen. Dankzij deze flexibiliteit kunnen fabrikanten de eigenschappen van de 431 afstemmen op specifieke componentvereisten.

Welke uitdagingen komen kijken bij het lassen van 431, en hoe kunnen deze worden aangepakt?Lassen 431 vereist zorgvuldige controle om de duplexstructuur te behouden en broosheid te voorkomen. De grootste uitdaging is de vorming van martensiet in de HAZ, die optreedt wanneer de las te snel afkoelt, wat leidt tot scheuren en verminderde ductiliteit. Om dit te verzachten, verwarmt u het basismetaal vóór het lassen voor tot 150-250 graden, gebruikt u een lage warmte-inbreng (TIG-lassen heeft de voorkeur voor precisie) en na- tempereert u het onderdeel na het lassen op 250-300 graden om de HAZ te verzachten. 431 of moet er 309-vuldraad worden gebruikt. Het hogere nikkelgehalte van 309 stabiliseert de austenitische fase in de las, waardoor de ductiliteit wordt verbeterd en scheuren worden verminderd. Dikke secties (meer dan 5 mm) moeten in meerdere passages worden gelast met koeling tussen de passages om de warmteopbouw onder controle te houden, zodat de uiteindelijke las dezelfde sterkte en corrosieweerstand behoudt als het basismetaal.