Samenstelling van 1.4542 (UNS S17400): het 17-4 PH neerslaghardende roestvrij staal uitgelegd

Wat is 1.4542-materiaal?

1.4542 is de EN-aanduiding voor een precipitatie-hardend martensitisch roestvrij staal, ook bekend als X5CrNiCuNb16-4, AISI 630, 17-4 PH en UNS S17400. Het werd ontwikkeld in de jaren zestig en combineert de corrosieweerstand van roestvrij staal met 16% chroom met de sterkte van gehard gelegeerd staal. Na oplossingsgloeien wordt de martensitische structuur verouderd bij temperaturen tussen 480 graden en 621 graden om fijne koperdeeltjes neer te slaan, waardoor 0,2% vloeisterktes worden geproduceerd van ongeveer 585 MPa tot 1275 MPa, afhankelijk van de verouderingsomstandigheden. Het wordt geleverd als staaf, plaat, draad, smeedwerk en gietstuk voor componenten die een hoge sterkte, goede corrosieweerstand en een eenvoudige warmtebehandeling nodig hebben.

Gelijkwaardige aanduidingen

De kwaliteit wordt in de belangrijkste specificatiesystemen anders aangegeven, zoals hieronder weergegeven.

Systeem	Aanduiding	Referentie standaard
NL	1.4542 / X5CrNiCuNb16-4	EN 10088
UNS	S17400	ASTM A564, A693
ASTM	Kwaliteit 630	ASTM A564, A693, A705
AISI	630	-
JIS	SUS630	JISG4303, G4304
Lucht- en ruimtevaart	AMS 5643, AMS 5622	SAE AMS

Chemische samenstelling

De onderstaande samenstellingslimieten combineren de vereisten van EN 10088-3 en ASTM A564 voor UNS S17400.

Element	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	ma	Cu	Nb+Ta
Limiet, %	Maximaal 0,070	Maximaal 1,00	Maximaal 0,040	Maximaal 0,030	Maximaal 0,70	15.0-17.5	3.50-5.00	Maximaal 0,60	3.00-5.00	0.15-0.45

Koper is het precipitatie-{0}}verhardingselement: het vormt tijdens veroudering fijne coherente neerslagen die de martensitische matrix versterken. Niobium plus tantaal verfijnen de structuur en dragen bij aan extra versterking, terwijl de lage koolstoflimiet het -gegloeide materiaal bewerkbaar en lasbaar houdt.

Mechanische eigenschappen volgens warmtebehandelingsomstandigheden

De minimale mechanische eigenschappen voor staven volgens ASTM A564 variëren sterk afhankelijk van de verouderingsomstandigheden, zoals hieronder weergegeven.

Voorwaarde	Verouderingstemperatuur	Treksterkte, MPa	0,2% YS, MPa	Verlenging, %	Hardheid, typisch
Gegloeid, Conditie A	-	1034	760	6-15	Maximaal 39 HRC
H900	480 graden	1380	1275	14	44 HRC
H925	496 graden	1310	1200	14	42 HRC
H1025	552 graden	1170	1140	15	38 HRC
H1075	580 graden	1140	1035	16	36 HRC
H1100	593 graden	1035	930	17	35 HRC
H1150	621 graden	1000	860	19	33 HRC
H1150 + H1150	621 graden, herhaald	965	760	20	33 HRC
H1150M	760 graden en vervolgens 621 graden	860	585	22	27 HRC

De hardheid in Brinell-termen varieert van ongeveer 420 HBW bij H900 tot ongeveer 277 HBW bij H1150M. De H-aanduidingen komen overeen met de verouderingstemperatuur in graden Fahrenheit; de tabel geeft de metrische equivalenten in Celsius.

Praktijk voor warmtebehandeling

De standaardvolgorde is oplossingsgloeien bij ongeveer 1040 graden, afkoelen in olie of lucht tot onder 32 graden om de martensitische transformatie te voltooien, gevolgd door veroudering. De onderstaande tabel vat de verouderingscycli samen volgens ASTM A564-praktijk.

Voorwaarde	Behandeling	Tijd	Koeling
H900	480 graden	1 h	Lucht
H925	496 graden	4 h	Lucht
H1025	552 graden	4 h	Lucht
H1075	580 graden	4 h	Lucht
H1100	593 graden	4 h	Lucht
H1150	621 graden	4 h	Lucht
H1150 + H1150	621 graden, 4 uur vasthouden, luchtkoelen, herhalen	4 h + 4 h	Lucht
H1150M	760 graden gedurende 2 uur, luchtkoeling, daarna 621 graden gedurende 4 uur	2 h + 4 h	Lucht

Hogere verouderingstemperaturen verhogen de taaiheid en verminderen de sterkte; lagere temperaturen maximaliseren de sterkte en hardheid. H1150M wordt geselecteerd waar optimale taaiheid en weerstand tegen spanningscorrosie vereist zijn, bijvoorbeeld bij componenten met grote- secties.

Lasbaarheid en fabricage

De soort is lasbaar met AWS ER630-vulmetaal, en de voor- en naverwarmmethoden die worden gebruikt voor standaard hardbare roestvaste soorten zijn over het algemeen niet vereist. Het onderdeel wordt na het lassen verouderd om de sterkte te herstellen. De bewerking kan het beste worden uitgevoerd in gegloeide toestand, waarbij de hardheid beperkt is tot maximaal ongeveer 363 HBW; de materiaalmachines met een redelijke standtijd vóór veroudering. Dankzij de warmtebehandelingsflexibiliteit van de kwaliteit, van H900 tot H1150M, kunnen ontwerpers de sterkte en taaiheid aanpassen aan uiteenlopende toepassingsvereisten.

Typische toepassingen

Structurele componenten, fittingen en bevestigingsmiddelen voor de lucht- en ruimtevaart

Chemische en petrochemische klepstelen, zittingen en assen

Gereedschappen voor olie en gas in boorgaten en componenten voor boorputten

Pompassen, waaiers en turbinebladen

Bevestigingsmiddelen met hoge-sterkte en algemene technische componenten

Veelgestelde vragen

1. Wat is 1.4542-materiaal?

1.4542 is de EN-aanduiding van een precipitatie-hardend martensitisch roestvrij staal, ook geschreven als X5CrNiCuNb16-4, AISI 630, 17-4 PH en UNS S17400. Het bereikt een hoge sterkte door koperprecipitatie tijdens veroudering, met corrosieweerstand die typisch is voor roestvrij staal met 16% chroom.

2. Wat zijn de equivalente aanduidingen van 1.4542?

De belangrijkste equivalenten zijn UNS S17400, ASTM A564 en A693 Grade 630, AISI 630, JIS SUS630 en ruimtevaartspecificaties zoals AMS 5643 en AMS 5622. Ze verwijzen allemaal naar hetzelfde 17-4 PH-type precipitatiehardend staal.

3. Waarom worden koper en niobium aan deze kwaliteit toegevoegd?

Koper is het precipitatie-{0}}verhardingselement dat tijdens veroudering fijne neerslagen vormt en de hoge sterkte produceert. Niobium plus tantaal verfijnen de korrelstructuur en dragen bij aan extra sterkte, terwijl het uitgebalanceerde chroom- en nikkelgehalte zorgt voor de martensitische transformatie en corrosieweerstand.

4. Welke warmtebehandeling moet worden gekozen voor maximale sterkte versus maximale taaiheid?

Voor maximale sterkte en hardheid gebruikt u H900 bij 480 graden, wat een minimale treksterkte van ongeveer 1380 MPa en een typische hardheid van 44 HRC oplevert. Voor maximale taaiheid en ductiliteit met lagere sterkte gebruikt u H1150M bij 760 graden gevolgd door 621 graden, wat een minimale treksterkte van 860 MPa en een typische hardheid van 27 HRC oplevert, met de beste weerstand tegen spanningscorrosie.

5. Is 1.4542 lasbaar?

Ja. Het is lasbaar met AWS ER630-vulmetaal, en de speciale voorverwarmings- en naverwarmmethoden die worden gebruikt voor standaard hardbare kwaliteiten zijn over het algemeen niet vereist. Het geheel wordt na het lassen verouderd om de vereiste sterkte van zowel de las als het basismetaal te ontwikkelen.