UGI® 4313 +QT700: Высокопроизводительная мартенситная нержавеющая сталь для экстремальных температур

Общее описание

UGI® 4313 — это мартенситная нержавеющая сталь низкоуглеродистая, легированная никелем, которая сочетает в себе высокие механические свойства, хорошую ударную вязкость и коррозионную стойкость, превосходящую обычные мартенситные нержавеющие стали с высоким содержанием углерода. Рабочий диапазон температур: от –60 °C до +300 °C.

В состоянии после термической обработки (закалка + отпуск) микроструктура UGI® 4313 состоит из отпущенной мартенситы. Допускаются следы феррита и остаточной аустенита. В зависимости от температуры отпуска содержание остаточной аустенита может достигать ~15 %.

UGI® 4313 ферромагнитна (притягивает магнит) в любом металлургическом состоянии. Однако её магнитные свойства (проницаемость, коэрцитивная сила, остаточная намагниченность и полярность насыщения) зависят от режима термической обработки. Этот материал отлично подходит для применений, требующих компромисса между механической прочностью, коррозионной стойкостью и магнетизмом, например — для топливных форсунок в автомобилестроении.

Свойства

Общие

Свойство	Значение
Плотность	7,7 г/см³

Механические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Ударная вязкость (Charpy, V-образная пробина)	—	70 Дж
Модуль упругости	20 °C	200 ГПа
Модуль упругости	100 °C	195 ГПа
Модуль упругости	200 °C	185 ГПа
Модуль упругости	300 °C	170 ГПа
Модуль упругости	300 °C	175 ГПа
Относительное удлинение	—	15 %	мин., диаметр ≤ 160 мм
Предел прочности при растяжении	—	700–850 МПа	диаметр ≤ 160 мм

Тепловые свойства

Свойство	Значение	Примечание
Коэффициент линейного теплового расширения	10,5·10⁻⁶ 1/К	20–100 °C
Коэффициент линейного теплового расширения	10,9·10⁻⁶ 1/К	20–200 °C
Коэффициент линейного теплового расширения	11,3·10⁻⁶ 1/К	20–300 °C
Коэффициент линейного теплового расширения	11,6·10⁻⁶ 1/К	20–400 °C
Удельная теплоёмкость	430 Дж/(кг·К)

Электрические свойства

Свойство	Значение
Электрическое сопротивление	6,0·10⁻⁷ Ом·м

Химический состав (масс. %)

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод (C)	0,05	макс.
Хром (Cr)	12,0–14,0
Марганец (Mn)	1,5	макс.
Молибден (Mo)	0,30–0,70
Никель (Ni)	3,5–4,5
Азот (N)	0,02	макс.
Фосфор (P)	0,04	макс.
Кремний (Si)	0,70	макс.
Сера (S)	0,015	макс.

Технологические свойства

Области применения

• Муфты, насосы, клапаны и компрессоры для химической и нефтеперерабатывающей промышленности;
• Авиационная, автомобильная и мотостроительная отрасли (в частности, системы впрыска);
• Детали турбин для энергетики;
• Медицинская инструментария;
• Строительство и металлоконструкции;
• Военно-промышленный комплекс.

Холодная деформация

Прутковолокно — штамповка: UGI® 4313 пригодна для холодной обработки давлением обычными методами.

Коррозионные свойства

Пробоинная коррозия: стойкость к пробоинной коррозии во многом определяется составом стали. Расчётный индекс PREN (%Cr + 3,3×%Mo + 16×%N) в среднем составляет 15. Это выше, чем у серии AISI 420 (1.4034, PREN ≈ 13,5), но ниже, чем у серии AISI 431 (1.4057, PREN ≈ 17).

Стойкость UGI® 4313 к пробоинной коррозии удовлетворительна в умеренно агрессивных средах (содержание хлоридов < 100 ppm). Она улучшается при низкой шероховатости поверхности, например, после электрошлифовки.

Станочная обрабатываемость

UGI® 4313 можно обрабатывать режущим инструментом как в отожженном состоянии (A), так и после закалки с отпуском (QT). Отожженное состояние из-за низких механических свойств склонно к приклеиванию стружки к инструменту, что ускоряет износ и ухудшает качество поверхности. Состояния QT изнашивают инструмент тем быстрее, чем выше их механические свойства. Из четырёх доступных вариантов доставки лучшую обрабатываемость обеспечивает состояние QT700.

Станочная обрабатываемость UGI® 4313 сравнима с никельсодержащими мартенситными сталями типа UGI® 4418.

Термическая обработка

Отжиг: 600–650 °C с охлаждением на воздухе или в печи, выполняется после мартенситного превращения.

Закалка: нагрев до 900–1150 °C с последующим охлаждением на воздухе или в масле.

Отпуск: выбор температуры отпуска после закалки зависит от требуемых механических свойств. Рекомендуемые EN 10088-3 режимы:

• +QT700: двойной отпуск при 650–700 °C и 600–620 °C;
• +QT780: однократный отпуск при 550–620 °C;
• +QT900: однократный отпуск при 520–580 °C.

Горячая деформация

Рекомендуется нагрев до 1150–1200 °C. Горячая ковка предпочтительно выполнять в диапазоне 1200–900 °C с последующим охлаждением на воздухе. Поведение UGI® 4313 при ковке аналогично аустенитной стали типа 1.4301.

После горячей деформации рекомендуется полная термическая обработка: аустенизация, закалка и отпуск.

Доступная продукция

Продукт	Форма	Поверхность	Толеранс	Размеры (мм)
Круглые прутки отжигоочищенные	Круг	—	12–13	22–115
Прутки холодной деформации (волокно, токарная, шлифовка)	Круг	—	6–11	2–115
Проволока	Круг	Декопированная	—	5–32

Другие варианты — по запросу к поставщику.

Сварка

UGI® 4313 сварка дуговыми методами (GMAW, GTAW, SMAW и др.) и большинством других процессов (точечная, шовная, лазерная и т.д.). Благодаря низкому содержанию углерода и наличию никеля, она сварке легче, чем большинство мартенситных нержавеющих сталей.

Мартенсит с низким углеродом в сочетании с тонкорассеянной остаточной аустенитой обеспечивает зоне термического влияния (ЗТВ) хорошую ударную вязкость в сварном состоянии. UGI® 4313 относительно нечувствительна к холодным трещинам; предварительный нагрев обычно не требуется, за исключением сварки толстостенных деталей или форм, создающих высокие напряжения (тогда рекомендуется предварительный нагрев 100–200 °C).

При сварке с наплавлением: если наплавленный металл не должен обладать механическими свойствами уровня UGI® 4313, можно использовать аустенитную наплавку типа UGIWELD™ 316LM — послеварковый отпуск тогда не нужен. Если требуются свойства, идентичные базовому металлу, применяют однородную наплавку и рекомендуют послеварковый отпуск при 540–580 °C. При МИГ-сварке с однородной проволокой целесообразно использовать слабоокисляющую защитную газовую смесь (Ar + 1–2 % CO₂), чтобы избежать чрезмерного насыщения наплавки кислородом и сохранить высокую ударную вязкость.