Сталь марки AISI 420  

AISI 420 - это мартенситная нержавеющая сталь, которая упрочняется термообработкой и обладает высокой износостойкостью. Эта сталь обладает хорошей пластичностью (в состоянии поставки), высокой ударной вязкостью, хорошей коррозионной стойкостью и жаростойкостью.
В отожженном (умягченном) состоянии поставки структура стали представляет собой смесь ферритной и карбидной фазы. При нагревании до температуры 1000-1060 °С и последующей закалке (на воздухе или в масле) образуется мартенсит, твердость которого прямо пропорциональна содержанию углерода. Образующиеся карбиды хрома дополнительно дисперсно упрочняют структуру стали, повышая ее твердость и износостойкость.
По сравнению с базовой мартенситной маркой AISI 410, сталь AISI 420, обладая более высоким содержанием углерода, гораздо более сильнее упрочняется термической обработкой (более высокая твердость и износостойкость).

Химический состав по стандарту ASTM A240

В зависимости от содержания углерода, сталь марки AISI 420 имеет различные механические свойства и, по аналогии с российским ГОСТ 5632 может позиционироваться как стали нескольких марок (20Х13, 30Х13, 40Х13). Добавки молибдена и ванадия в стали 420 MoV повышают ее износостойкость и коррозионную стойкость.

Типичный химический состав и механические свойства

* Закалка и низкотемпературный отпуск при ~ 205 °С.

Свойства при повышенных температурах

Сталь AISI 420 обладает хорошей стойкостью к образованию окалины вплоть до 700 °С

Области применения стали AISI 420
Применяется в тех случаях, когда необходимо сочетание высокой износостойкости и хорошей коррозионной стойкости. А именно:

• режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппаратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450 °С.
• детали турбин и котлов;
• крепеж, износостойкие прокладки;
• тепловые и сепарационные экраны, фильтры;
• кухонная утварь;
• прочее.

Может успешно заменять сталь марки 20Х13, 30Х13, 40Х13 в применениях, регламентируемых в соответствии с ГОСТ 5632 как: "Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред (атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре и др.), лопатки паровых турбин, клапаны, болты и трубы". Кроме того, в отличие от никельсодержащих, данная сталь, в соответствии с ГОСТ 5632 "устойчива в серосодержащих средах".
Согласно этому же ГОСТ, "наибольшая коррозионная стойкость достигается после термической обработки (закалка с отпуском) и полировки".
В соответствии с многочисленными справочными литературными данными мартенситные стали типа AISI 420 могут использоваться для изготовления деталей машин и аппаратов непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами. Cтали типа AISI 420 могут использоваться для изготовления деталей машин и аппаратов для винодельческой промышленности. Эти стали разрешено применять в непосредственным контакте с суслом, вином, коньячным спиртом, продуктами переработки отходов виноделия и т.д. [Солнцев Ю.П. и др., Оборудование пищевых производств. Материаловедение: Учебник для вузов. - СПб.: Изд-во "Профессия", 2003. -526 с.]. Сталь AISI 420 может быть использована для изготовления технологического оборудования, применяемого на различных этапах пищевого производства (мойка или гигиеническая обработка сырья, продуктов и оборудования, измельчение, разделение и сортировка продукции, смешивание, тепловая обработка, расфасовка и упаковка, транспортировка и т.д.).

Сталь марки AISI 430 

AISI 430 - наиболее широко применяемая ферритная хромистая коррозионностойкая сталь общего применения (в соответствии со стандартом ASTM A240), в которой сочетаются:

• высокие прочностные и механические свойства;
• высокая коррозионная стойкость, в том числе атмосферная обеспечивается высоким содержанием хрома и низким содержанием углерода;
• обрабатываемость (хорошая пластическая деформируемость; применимость к процессам вытяжки, штамповки, перфорации в ней отверстий и т.п.)

Химический состав

Краткая характеристика и области применения стали AISI 430

Общая коррозионная стойкость данной стали во многих средах сравнима со стойкостью аустенитной стали 12Х18Н10Т. Кроме того, в отличие от аустенитных никельсодержащих сталей типа "18Cr-10Ni", низкоуглеродистые хромистые ферритные стали устойчивы в различных серосодержащих средах. Поэтому изделия из стали AISI 430, включая проволочные сетки и т.п., могут быть использованы в системах для перекачивания газа, нефти и чистых нефтепродуктов, различных углеводородов, а также в технологических установках газо- и нефтепереработки. Конечно, при использовании той или иной стали желательны индивидуальные тесты на коррозионную стойкость, которая определяется температурой, контактом с другими материалами, нагрузкой, степенью непосредственного контакта с технологическими средами, длительностью непрерывной работы, абразивным воздействием продуктов, агрессивным влиянием моющих и/или дезинфицирующих растворов, а также другими специфическими условиями.

Формально сталь марки AISI 430 позиционируют по химическому составу как аналог отечественной марки 12Х17. Однако, низкая концентрация углерода в стали обуславливает ненужность ее дополнительной стабилизации титаном, поскольку реальное содержание углерода на уровне 0,020-0,035% гарантирует отсутствие склонности стали к межкристаллитной коррозии при повышенных температурах (интенсивное карбидообразование в стали 430 начинается лишь при температуре свыше 1000 0С) и, кроме того, обеспечивает ее отличную свариваемость. Поэтому, по своим эксплуатационным характеристикам данная марка стали является улучшенным аналогом стали 08Х17Т, которая, в свою очередь, по ГОСТ 5632-72 "рекомендуется в качестве заменителя стали марок 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т". Дополнительными преимуществами является то, что в отличие от этих аустенитных никельсодержащих марок, сталь 430 нечувствительна к коррозионному межкристаллитному разрушению в температурном интервале 500-800 0С, а также гораздо меньше чувствительна к хлоридному растрескиванию под нагрузкой.
Благодаря низкому коэффициенту термического расширения, сталь оптимальна для изделий, испытывающих перепады температур, а высокая теплопроводность предопределяет преимущества использования этой стали в системах теплообмена. Обладая сравнительно низкой тепловой инерцией (удельной теплоемкостью), сталь 430 при меньших энергозатратах быстрее прогревается и охлаждается, что позволяет избежать возможного инерционного перегрева (например, сухарей, сушек, колбасных изделий и т.п.).

Далее приведены некоторые сравнительные характеристики сталей марок 12Х18Н10Т и AISI 430.

Сталь AISI 430 широко используется в следующих отраслях промышленности:

• гражданское машиностроение;
• архитектура и дизайн;
• пищевая промышленность;
• изготовление кухонной утвари, столов, сервировочного инструмента, моек, сливов, частей стиральных машин, барабанов и поддонов для посудомоечных машин, и т.п.;
• автомобилестроение (декоративные системы выхлопа и т.п.);
• изготовление наружной и внутренней фурнитуры;
• оборудование для теплообменников;
• прочие.

Применение экономнолегированных безникелевых нержавеющих сталей (аналогов стали 430) в пищевой и перерабатывающей отраслях промышленности регламентировано стандартами и другими нормативными документами. Например, ГОСТ 27002 "Посуда из коррозионно-стойкой стали" указывает на то, что "для изготовления корпусов и крышек посуды, должны применяться … стали марок … 12Х17 и др.".

Основной "нержавеющий" ГОСТ 5632, также регламентирует использование хромистых ферритных сталей марок 12Х17 и 08Х17Т в качестве заменителей аустенитных хромоникелевых сталей типа 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т, в том числе и "для изготовления предметов домашнего обихода кухонной утвари и оборудования пищевой промышленности".

В соответствии с многочисленными справочными литературными данными ферритные стали типа AISI 430 могут использоваться для изготовления деталей машин и аппаратов для винодельческой промышленности. Эти стали разрешено применять в непосредственным контакте с суслом, вином, коньячным спиртом, продуктами переработки отходов виноделия и т.д. Разрешено применять эти стали (08Х17Т) для изготовления оборудования, используемого в мясной и молочной промышленности при температуре 30-140 0С и т.п.

Сталь AISI 430 может быть использована для изготовления технологического оборудования, применяемого на различных этапах пищевого производства (мойка или гигиеническая обработка сырья, продуктов и оборудования, измельчение, разделение и сортировка продукции, смешивание, тепловая обработка, расфасовка и упаковка, транспортировка и т.д.).

Стали серии AISI 400 (в том числе и сталь 430) не только могут быть использованы в качестве заменителей никельсодержащих марок, но и, превосходя последние по ряду свойств, часто оказываются незаменимыми при производстве оборудования пищевой промышленности.

Сталь AISI 430 соответствует государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам и является весьма перспективной для применения в производстве оборудования для различных отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности: масложировой, мясной, хлебопекарной, пивобезалкогольной, спиртовой, ликеро-водочной, кондитерской, и других. Изделия из этой стали могут быть использована на таких технологических этапах пищевого производства как мойка или гигиеническая обработка сырья, продуктов и оборудования; измельчение, разделение и сортировка продукции; смешивание, тепловая обработка, расфасовка, упаковка и транспортировка. Высокая коррозионная стойкость проволоки марки AISI 430, обусловлена уменьшенным содержанием углерода в сочетании с высоким содержанием хрома (16-18%).

Поскольку, по сравнению с никельсодержащими аустенитными сталями, хромистые стали обладают низким коэффициентом термического расширения (КТР) и повышенной теплопроводностью, что предопределяет их преимущественное использование (в том числе и трубного проката) в таких теплообменных конструкциях как охладительные градильни и т.п.

Низкий КТР обеспечивает более надежное фиттинговое крепление и обеспечивает ускоренный теплообмен в системах охлаждения пищевых резервуаров (системы с охлаждением гликолем, водой и другими охлаждающими средами). Сварные конструкции и трубопроводы из хромистых сталей существенно меньше изменяют размеры при колебаниях температуры, что предопределяет снижение разрушающих усталостных нагрузок при перепадах температуры и предотвращает возможные утечки из гидравлических соединений.

Сталь AISI 430 прекрасно зарекомендовала себя как материал устойчивый в газовых средах, образующихся при сжигании различного топлива. Эти среды могут содержать продукты полного (двуокись углерода, водяной пар, азот и т.п.) и неполного (оксид углерода, углеводороды, окислы азота, двуокись серы, сероводород и т.д.) сгорания. Применяется для изготовления корпусов и труб систем нейтрализации, рециркуляции, улавливания и выхлопа отработавших газов. Сложные окислительно-восстановительные высокотемпературные каталитические реакции и наличие агрессивных газовых сред диктуют непременное использование экономнолегированной коррозионностойкой стали AISI 430 в качестве конструкционного материала для изготовления выхлопных систем, а также для печного и сопутствующего оборудования (вытяжные короба, дымоходы и т.п.).

Свойства при повышенных температурах

Сталь AISI 430 не упрочняется термообработкой и обладает хорошей стойкостью к образованию окалины вплоть до 8500, сохраняя свои полезные эксплуатационные механические свойства до высоких температур.
Временное сопротивление при повышенных температурах:

Сталь AISI 430 классифицируется как жаростойкая при эксплуатации до температуры 850 °C. Реальные температуры эксплуатации зависят от условий окружающей среды.

Сварка
Эта сталь прекрасно сваривается любыми известными способами. При условии если предприняты послесварочные операции протравливания/очистки и пассивации, не будет иметь место потеря коррозионных свойств в месте сварки (включая зону термического влияния).
Оптимально использовать дуговую сварку в инертных газах при соблюдении минимального энерговклада в свариваемый шов. Рекомендуется сварка "сверху" (то есть, когда свариваемая поверхность расположена ниже сварочного инструмента). В качестве присадочного материала можно использовать аустенитную проволоку 309L, Cв-07Х25Н13, Св-08Х25Н13БТЮ и т.п. Можно использовать электроды или присадочные проволоки на основе ферритной хромистой стали марки AISI 430.
Для того, чтобы гарантировать адекватную коррозионную стойкость необходимо убрать окалину и цвета побежалости травлением или механической обработкой щетками из нержавеющей стали и пропассивировать холодным 10-20% раствором азотной кислоты. Необходима последующая тщательная промывка холодной водой и сушка