Проволока для пружин UGI® 4062 после твердотельного отжига — прочная, коррозионно-устойчивая нержавеющая сталь

Общие сведения

UGI® 4062 — это аустенитно-ферритная (дуплексная) нержавеющая сталь с минимальным содержанием хрома 22 % и никеля 2 %. Она разработана как экономически выгодная альтернатива сталям типов 1.4301/1.4307 (AISI 304/304L) и 1.4310 (AISI 302/301).

Эта марка обладает высокими механическими свойствами, а её коррозионная стойкость сопоставима с марками 1.4301/1.4310.

Ударная вязкость и низкотемпературное применение

Поскольку сталь частично ферритная, она имеет температуру дукто-хрупкого перехода, что ограничивает её применение для пролётных прутков большого сечения при низких температурах.

Структура после твердотельного отжига

После «твердотельного отжига» в диапазоне температур 980–1050 °C с охлаждением водой, маслом или воздухом UGI® 4062 состоит из феррита и аустенита в сопоставимых количествах. В результате она частично ферромагнитна (может намагничиваться). При сильной холодной деформации (проволокообразование и др.) часть аустенита преобразуется в мартенсит, и UGI® 4062 становится более магнитной.

Не рекомендуется использовать UGI® 4062 при температуре выше 300 °C для сохранения всех свойств (см. раздел «Горячая обработка»).

Свойства

Общие

Свойство	Значение
Плотность	7,8 г/см³

Механические

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Модуль упругости	20 °C	200 ГПа
	100 °C	194 ГПа
	200 °C	186 ГПа
	300 °C	180 ГПа
Предел прочности		1200–2500 МПа	пружинное применение в соответствии с EN 10270-3

Тепловые

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Коэффициент линейного теплового расширения		13×10⁻⁶ 1/К	20–100 °C
		13,5×10⁻⁶ 1/К	20–200 °C
		14×10⁻⁶ 1/К	20–300 °C
Удельная теплоёмкость	20 °C	500 Дж/(кг·К)
	100 °C	530 Дж/(кг·К)
	200 °C	560 Дж/(кг·К)
	300 °C	590 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	20 °C	15 Вт/(м·К)
	100 °C	16 Вт/(м·К)
	200 °C	17 Вт/(м·К)
	300 °C	18 Вт/(м·К)

Электрические

Свойство	Температура	Значение
Электрическое сопротивление	20 °C	0,80 мкОм·м
	100 °C	0,85 мкОм·м
	200 °C	0,90 мкОм·м
	300 °C	1,00 мкОм·м

Химический состав (масс. %)

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод (C)	0,03	макс.
Хром (Cr)	22,0–23,8
Медь (Cu)	0,5	макс.
Марганец (Mn)	2,0	макс.
Молибден (Mo)	0,45	макс.
Никель (Ni)	2,0–2,8
Азот (N)	0,16–0,26
Фосфор (P)	0,04	макс.
Кремний (Si)	1,0	макс.
Сера (S)	0,01	макс.

Технологические свойства

Области применения

UGI® 4062 может использоваться в большинстве применений, где применяются марки 1.4301 (AISI 304), 1.4307 (AISI 304L) или 1.4310 (AISI 302/301):

• штамповка;
• холоднодеформированные профили;
• точечно-сварные сборки;
• плетение, пружины;
• фильтрация;
• декорация;
• резьбовые штанги, оси, кованые детали;
• стальные конструкции, арматурные каркасы для бетона и др.

Холодная деформация

UGI® 4062 пригодна для холодной обработки обычными методами. Она может быть закачена холодной деформацией сильнее, чем аустенитная марка 1.4301 (AISI 304), которая более стабильна; напротив, UGI® 4062 закачивается аналогично аустенитной марке 1.4310 (AISI 302). При степени холодной деформации около 40 % часть аустенита постепенно превращается в мартенсит, что повышает магнитные свойства марки. Новый твердотельный отжиг при 950–1050 °C восстанавливает пластичность UGI® 4062.

Проволокообразование: типичная кривая закалки приведена на графике в разделе свойств.

Гибование — формовка: холоднодеформированная проволока в состоянии 2D подходит для гибования. Например, проволока диаметром 10 мм гибалась на 180° на радиусе, в 2,5 раза превышающем диаметр. Наблюдалась правильная внешняя сторона с низкой шероховатостью, без эффекта «апельсиновая корка» по сравнению с 1.4307 (304L).

Изготовление пружин: UGI® 4062 может использоваться в закаченном состоянии для изготовления пружин. Жёсткость таких пружин превышает жёсткость пружин из марки 1.4310 на 20–25 %. После намотки пружины подвергают стабилизационному отжигу, желательно в течение 5 минут при 450–480 °C. Этот отжиг позволяет получить лучшую устойчивость к расслаблению в диапазоне 20–300 °C, чем у марки 1.4310.

Коррозионные свойства

Равномерная коррозия: основной режим в химической промышленности при производстве серной и фосфорной кислот. Ускоренный тест моделирует этот тип коррозии измерением плотности растворения или плотности тока активности на поляризационной кривой в сернокислотной среде 2 моль/л (200 г/л) при 23 °C. Ниже значения тока растворения (мкА/см²) — выше стойкость. UGI® 4062 обладает стойкостью к равномерной коррозии, сопоставимой с маркой 1.4301 (в указанных условиях теста).

Ямковая коррозия: самый распространённый тип, вызванный вредным действием хлорид-ионов на сернистые включения; визуально проявляется в виде мелких коррозионных пятен. Формула PREN (индекс ямковой коррозии) = %Cr + 3,3 %Mo + 16 %N позволяет приближенно оценить поведение: среднее значение ~27 для дуплексной UGI® 4062 против ~20 для состава типа 1.4301. Использовали два ускоренных теста: тест солёным туманом и тест на ямковый потенциал.

Нейтральный солёный туман (ASTM B117): опрыскивание 5-процентным раствором NaCl (0,86 моль/л) при 35 °C, нейтральный pH. Время до появления первых ямок определяется визуально. Результат сильно зависит от марки и состояния поверхности. Испытывали пруток длиной 10 см, диаметром 5,5 мм, зашлифованный до 5 мм, затем влажно полированный на SiC 1200; образцы обезжиривали ацетон-спиртовой смесью. Концы защищали смолой. При таких условиях первые ямки появились через 1000 ч для 1.4301 и через 2000 ч для дуплексной UGI® 4062.

Ямковый потенциал: определение на поляризационной кривой потенциала, при котором появляется ямковая коррозия; чем выше потенциал, тем лучше стойкость. Испытывали две нейтральные среды: 0,02 моль/л NaCl (0,71 г/л Cl⁻) при 23 °C и 0,86 моль/л NaCl (30,4 г/л Cl⁻) при 35 °C. UGI® 4062 обеспечивает лучшую стойкость к ямковой коррозии по сравнению с 1.4301 (в указанных условиях).

Щелевая коррозия: проявляется в замкнутых объёмах, среда в которых закислаяется в процессе коррозии. Параметр — pH депассивации (pH растворения пассивного слоя). Определяется электрохимическим тестом (поляризационная кривая в NaCl 2 моль/л при 23 °C). Чем ниже pH депассивации, тем лучше стойкость. UGI® 4062 обеспечивает лучшую стойкость к щелевой коррозии, чем 1.4301.

Межкристаллитная коррозия: UGI® 4062 даёт удовлетворительный результат в тесте Штрауса (ASTM A262 практика E).

Коррозионное растрескивание под напряжением: аустенитно-ферритные марки обладают лучшей стойкостью к этому типу коррозии, чем аустенитные. В среде EFC 17 (165 г/л хлорид натрия, pH = 4,5) при давлении сероводорода 0,05–0,5 бар и 80 °C трещин на образцах UGI® 4062, нагруженных до 100 % Rp0,2, не обнаруживали после 720 ч испытаний.

Обрабатываемость на станках

Токарная обработка: по износу режущего инструмента (тест Vb15/0,15 с пластиной SECO TM2000 CNMG 120408-MF4) UGI® 4062 находится на уровне марки 1.4301 (AISI 304). Однако может потребоваться адаптация режущих пластин для поддержания той же производительности, так как стружка UGI® 4062 хуже ломается, что может создавать трудности при автоматной токарной обработке.

Тепловая обработка

Твердотельный отжиг: для снижения твёрдости и восстановления пластичности после холодной деформации проводят отжиг 30–60 минут при 950–1050 °C с последующим быстрым охлаждением.

Горячая обработка

UGI® 4062 обладает удовлетворительной обрабатываемостью в диапазоне 1000–1200 °C. При равной температуре кузнечные усилия для UGI® 4062 ниже, чем для аустенитных нержавеющих сталей, а пластичность незначительно ниже. Рекомендуется нагревать до 1150–1200 °C, а после горячей деформации быстро охлаждать (масло или вода) для предотвращения хрупких выделений в диапазоне 850–400 °C — именно поэтому эксплуатация выше 300 °C не рекомендуется.

Сверление: при сверлении спиральными сверлами из быстрежущей стали Ø4 мм (Perfor HSS 6-5-2) без внутреннего охлаждения UGI® 4062 допускает максимальные расходы стружки на 40 % выше, чем 1.4301 (AISI 304), благодаря расширению оптимальной зоны работы (OOZ*) в сторону высоких скоростей подачи. При сверлении твердосплавными сверлами Ø6 мм (Gühring RT100F) с внутренним охлаждением превосходство составляет 25 %.

Доступные виды продукции

Продукт	Поверхность	Допуск	Размеры (мм)
Прутки	Холодная деформация волочением	h9	5,0–28
Прутковый прокат	—	—	5,5–32
Волочёная проволока	—	—	0,2–10
Прутки	Холодная деформация механической обработкой	h9	20–120

Другие виды поставки — по согласованию с поставщиком. По плоским продуктам обращайтесь к Insdusteel Arcelor Mittal Group.

Поверхностная обработка

Кислотное декапирование / пассивация / электрошлифовка: режимы, применяемые для аустенитной нержавеющей стали 1.4301, должны адаптироваться индивидуально (обращайтесь к нам).

Сварка

UGI® 4062 может сварваться следующими процессами: трение, контактная сварка, дуговая сварка с наплавляющим материалом или без него (MIG, TIG, обмотанный электрод, плазма, флюс и др.), лазерная и электронно-лучевая сварка.

Поскольку в UGI® 4062 нет молибдена, при сварке не возникает риска образования хрупкой σ-фазы. Её сваропригодность близка к марке 1.4307 (AISI 304L), а по устойчивости к горячим трещинам при сварке даже превосходит её.

Однако для оптимизации ударной вязкости швов настоятельно рекомендуется выбирать линейную сварочную энергию достаточно высокую, чтобы ограничить содержание феррита в зоне наплавленного металла (WMZ) и в термически затронутой зоне (HAZ) ниже 70 %. Для сварки UGI® 4062 можно использовать разные наплавляющие материалы в зависимости от требуемых механических свойств и коррозионной стойкости швов. Основные типы:

• ER2307 / 23.7NL / A35N
• ER2209 / 22.9.3NL / A45N
• ER309LSi / 23.12LSi / A309LM

Предварительный нагрев перед сваркой не рекомендуется. После сварки термическая обработка не проводится, за исключением случаев необходимости — закалка из Т > 950 °C.