UGI 4057 AIR: Мартенситная нержавеющая сталь с высокой коррозионной стойкостью

Общие сведения

UGI 4057 AIR — это мартенситная нержавеющая сталь с добавлением никеля. Содержание хрома 15% обеспечивает более высокую коррозионную стойкость по сравнению с классическими мартенситными сталями типа AISI 410 или 420. Баланс легирующих элементов (Cr, Ni, C) тщательно подобран для получения практически полностью мартенситной структуры после аустенизации (с ограниченным количеством остаточного аустенита и дельта-феррита), что позволяет раскрыть полную прочность. Эта марка преимущественно используется в закаленном и отпущенном состоянии, которое обеспечивает широкий спектр механических свойств в зависимости от температуры отпуска.

Микроструктура и микрожелостость

В закаленном и отпущенном состоянии микроструктура полностью мартенситная с мелкими карбидами хрома. Дельта-феррита практически полностью устраняется горячей прокаткой и аустенизацией (гарантируется доля дельты < 5%).

Для UGI 4057 AIR гарантируется следующая микрожелостость по ASTM E45/A:

Тип		A		B		C		D
Оценка		Тонкие	Толстые	Тонкие	Толстые	Тонкие	Толстые	Тонкие	Толстые
		< 2	< 2	≤ 2	< 2	≤ 2	< 2	≤ 2	< 2

Для применений, требующих повышенной микрожелостности, UGI 4057 AIR также доступна в ESR-рафинированном варианте.

Магнитные свойства

UGI 4057 AIR является ферромагнитной маркой при комнатной температуре до 727 °C (Кюриевский переход). Её магнитные свойства полутвердые и значительно меняются при отпуске. Эволюция свойств при отпуске показана на графике в разделе даташита.

Физические и механические свойства

Общие свойства

Свойство	Температура	Значение
Плотность	20 °C	7,71 г/см³
	100 °C	7,69 г/см³
	200 °C	7,66 г/см³
	300 °C	7,64 г/см³
	400 °C	7,60 г/см³

Механические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Модуль упругости	20 °C	215 ГПа
	100 °C	212 ГПа
	200 °C	205 ГПа
	300 °C	200 ГПа
	400 °C	190 ГПа
Твердость по Бринеллю		293 HB	мин.

Тепловые свойства

Свойство	Значение	Примечание
Коэффициент теплового расширения	10,6 × 10⁻⁶ 1/К	20–100 °C
	11,2 × 10⁻⁶ 1/К	20–200 °C
	11,7 × 10⁻⁶ 1/К	20–300 °C
	12,1 × 10⁻⁶ 1/К	20–400 °C
Удельная теплоёмкость	460 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	25 Вт/(м·К)

Электрические свойства

Свойство	Значение
Электрическое сопротивление	7 × 10⁻⁷ Ом·м

Химический состав (масс. %)

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод	0,12–0,20
Хром	15,0–17,0
Медь	0,5	макс.
Марганец	1,0	макс.
Молибден	0,30	макс.
Никель	2,0–3,0
Фосфор	0,025	макс.
Кремний	1,0	макс.
Сера	0,005	макс.

Технологические свойства

Области применения

UGI 4057 AIR часто используется в высоконагруженных деталях, где важна хорошая коррозионная стойкость: авиационные крепления, насосные валы, детали клапанов. Также соответствует требованиям EN 10272 для сосудов под давлением.

Коррозионные свойства

Этот сплав обладает хорошей атмосферной коррозионной стойкостью и является одной из лучших стандартных мартенситных марок по этому показателю; только структурно-закаленные марки, такие как UGIMA® 4542, имеют более высокую стойкость (среди мартенситных классов). Он также устойчив к некоторым нефтепродуктам и органическим средам.

Среда	Поведение / Применение
Азотная кислота	ХОРОШО
Ортофосфорная кислота	Ограниченное применение
Сернистая кислота	Ограниченное применение
Уксусная кислота	Ограниченное применение
Натрий карбонат	СРЕДНЕ
NaCl (туманный тест)	СРЕДНЕ
Влажность	ХОРОШО
Морская вода	Ограниченное применение

Примечание: коррозионная стойкость нержавеющей стали зависит от множества факторов, связанных с составом коррозионной среды (концентрация хлоридов, наличие окислителей, температура, pH, агитация), а также от подготовки материала (отсутствие металлических частиц на поверхности, шлифовка, полировка). Для тестов в хлоридном тумане (ISO 9227) рекомендуется избегать маркировочных этикеток, которые могут вызывать коррозионные стоки и уменьшать время стойкости.

Тепловая обработка

Тепловая обработка UGI 4057 AIR состоит из двух этапов:

• Аустенизация — растворение углерода для получения пересыщенного твердого мартенсита.
• Отпуск — настройка механических свойств под приложение (компромисс прочность/вязкость). Можно выполнять одиночный или двойной отпуск в зависимости от спецификации заказчика.

Аустенизация: проводится в диапазоне 950–1030 °C, выдержка минимум 30 мин. Охлаждение должно быть достаточно быстрым, чтобы избежать межкристаллитного выделения (вредного для вязкости), но не слишком быстрым — для предотвращения закалочных трещин. Допускается закалка в масле (средней закалочности) или охлаждение на воздухе в зависимости от размера деталей.

Отпуск: условия варьируются по спецификациям. Некоторые требуют двойной отпуск (для расслабления свежего мартенсита после первого отпуска), другие — одиночный. Благодаря низкому содержанию остаточного аустенита после аустенизации, UGI 4057 AIR можно отпускать обоими способами. Для состояния QT900 рекомендуемые режимы:

• 640 °C / 4 ч / охл. на воздухе + 610 °C / 4 ч / охл. на воздухе (двойной отпуск)
• 650 °C / 4 ч / охл. на воздухе (одиночный отпуск)

Отжиг/размягчение: полный отжиг нецелесообразен из-за длительного охлаждения. Вместо этого применяется полуотжиг:

• аустенизация при более низкой температуре для образования шарообразных карбидов, обычно 800 °C в течение 2 часов, затем печное охлаждение до 600 °C и охлаждение на воздухе;
• высокотемпературный отпуск при 680–700 °C в течение 4 часов с последующим охлаждением на воздухе.

Горячая деформация

UGI 4057 AIR пригодна для ковки. Медленно нагревают до 850 °C, затем быстрее — до 1150/1180 °C. Ковка ведется в диапазоне 1180–950 °C. После ковки необходима тепловая обработка: снятие напряжений при 200 °C, размягчение при 750–850 °C или закалка с отпуском.

Доступные продукты

Продукт	Профиль	Поверхность	Толеранс	Размер (мм)
Пруток	Круглый	Горячекатаный, отшупленный	k13-k12	22–115
		Точеный
		Шлифованный / Снятый шлифованием и полированный	h11-h10 / h9	22–115
		Центробежношлифованный	h9-h8-h7	5–115
		Холоднодеформированный	h9	5–21

Сварка

При соблюдении предосторожностей UGI 4057 AIR можно сварнивать большинством дуговых и контактных методов в отпущенном, закаленном или размягченном состоянии.

Для предотвращения холодных трещин перед сваркой нужно предварительно нагреть до 200–300 °C, а межпроходную температуру держать не ниже 200 °C. После сварки обязателен отпуск при 650 °C.

Если нужен наплавной материал, рекомендуется проволока со схожим составом (особенно если требуются те же механические свойства шва). В ином случае допустима аустенитная проволока AWS E/ER310.

Для MIG-сварки рекомендуются защитные газы Ar + 1–3% CO₂ или O₂. Газы с водородом недопустимы. Покрытые электроды перед сваркой должны быть просушены в печи.