UGIMA® 4509 (упрочненная волоченная): Ферритная нержавеющая сталь с улучшенной обрабатываемостью и коррозионной стойкостью

Общие сведения

UGIMA® 4509 — ферритная нержавеющая сталь с улучшенной обрабатываемостью, содержащая примерно 18% хрома и стабилизированная ниобием и титаном.

Помимо хорошей коррозионной стойкости, эта марка характеризуется высокой пригодностью для различных методов обработки, таких как резание, холодная штамповка и сварка: Эта версия UGIMA® 4509 позволяет достичь значительно большей производительности при обработке, чем стандартная 4509, благодаря более медленному износу инструмента и лучшему сбросу стружки. Стабилизация ниобием исключает риск чувствительности при сварке, а титан ограничивает размер зерна в сваренных зонах.

Она обладает отличными свойствами холодной штамповки.

Для некоторых применений это экономичная замена определенным аустенитным маркам, таким как 1.4307 или 1.4305. Её ферритная структура обеспечивает отличные ферромагнитные свойства, хорошую стойкость к окислению (в частности к тепловым циклам) и коэффициент расширения, похожий на углеродистую сталь.

Структура UGIMA® 4509 полностью ферритная в состоянии поставки. Основные выделения — ниобиевые карбонитриды, титановые нитриды и титановые сульфиды или карбосульфиды.

Свойства

Общие

Свойство	Значение
Плотность	7,7 г/см³

Механические

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Модуль упругости	20 °C	220 ГПа
	100 °C	215 ГПа
	200 °C	210 ГПа
	300 °C	205 ГПа
	400 °C	195 ГПа
Относительное удлинение		8,0 – 15,0 %	мин., в зависимости от размера
Предел прочности при растяжении		400,0 – 750,0 МПа	мин., в зависимости от размера

Тепловые

Свойство	Значение	Примечание
Коэффициент линейного теплового расширения	0,000010 1/К	20–100 °C, 20–200 °C
	0,0000105 1/К	20–300 °C, 20–400 °C
Удельная теплоемкость	460 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	25 Вт/(м·К)

Электрические

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

Химический состав

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод	0,03	макс.
Хром	17,5 – 18,5 %
Марганец	1,0	макс.
Ниобий	0,70	макс., мин: 0,30+(3×C)
Азот	0,03	макс.
Фосфор	0,03	макс.
Кремний	1,0	макс.
Сера	0,015	макс.
Титан	0,1 – 0,30 %

Технологические свойства

Области применения

• Энергетика, процессы (электромагнитные клапаны)
• Автомобильная промышленность: опора датчика лямбда, впрыск, электромагнитные клапаны, магнитные применения (соленоиды)

Ограничения использования: криогенные применения (недостаточная вязкость), применения, требующие немеханических свойств.

Холодная деформация

UGIMA® 4509 легко используется для традиционных процессов холодной деформации: волочение, штамповка, формовка, холодная штамповка и т.д. Поскольку она умеренно упрочнена, на инструментах действуют меньшие силы.

Коррозионные свойства

Точечная коррозия: Мы оценивали этот тип коррозии путем испытания точечного потенциала: чем выше его мВ/SCE, тем выше стойкость к точечной коррозии; выбрана нейтральная, слегка хлорированная среда (0,02 моль/л хлорида натрия) питьевой воды (при 23 °C). В таблице ниже приведены значения точечного потенциала, измеренные на пробы из прутков, точеных в поперечном направлении:

Поведение UGIMA® 4509 по стойкости к точечной коррозии поэтому аналогично UGI 4509.

Марка	Точечный потенциал (мВ/SCE)	Стандартное отклонение
UGI 4509	484	3
UGIMA® 4509	447	8
UGIMA® 4511	360	20

Испытание в нейтральном солевом тумане по ISO 9227: Хотя на нержавеющих сталях это испытание сильно зависит от состояния поверхности (наличие царапин и т.д.), оно проводилось на прутках Ø15 мм в продольном направлении после механической полировки SiC 1200. После испытания обеих марок UGIMA® 4509 и UGI 4509 в течение 500 часов, 90% их поверхностей были свободны от точечной коррозии. В этом отношении стойкость UGIMA® 4509 к солевому туману идентична UGI 4509.

Стойкость к высокотемпературному окислению: Циклическое испытание на окисление проводилось в воздухе при 900 °C в течение 20 минут с последующим воздушным охлаждением в течение 300 циклов; таблица показывает, что толщины образованных оксидных слоев (тонких и адгезивных) похожи для обеих марок UGIMA® 4509 и UGI 4509.

Марка	Толщина оксидных слоев в мг/см² после 300 × 20 мин циклов при 900 °C
UGI® 4509	1,9
UGIMA® 4509	1,7
UGIMA® 4511	1,2

Общая обрабатываемость на резание

По сравнению со стандартной 1.4509, UGIMA® 4509 обеспечивает значительное увеличение производительности при обработке благодаря более медленному износу инструмента и, прежде всего, лучшему сбросу стружки при тех же режимах резания.

Токарная обработка

Стандартные испытания VB15/0.15 проводились без СОЖ на ЧПУ токарном станке, а зоны сброса стружки (CBZ) определялись. При эквивалентном износе инструмента они выявили (см. таблицу ниже) потенциальное увеличение производительности примерно на 6% с UGIMA® 4509 по сравнению со стандартной 1.4509, а также улучшенный сброс стружки, снижающий риск остановки станка (для удаления комков стружки, которые могут образовываться и ломать инструменты или царапать обработанные детали).

Операции	Инструменты	1.4509 стандарт	UGIMA® 4509
Токарная VB15/0.15 (1) (ap = 1,5 мм; f = 0,25 мм/об)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	Vc = 390 м/мин	Vc = 415 м/мин
Токарная CBZ (2) (Vc = 150 м/мин)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	38 правильных режимов сброса стружки из 56 испытанных	43 правильных режима сброса стружки из 56 испытанных

(1) VB15/0.15: скорость резания, при которой зафиксирован износ тылки 0,15 мм за 15 минут фактической обработки; (2) CBZ: перебор подач (0,1–0,4 мм/об шагом 0,05 мм/об) и глубин резания (0,5–4 мм шагом 0,5 мм) при постоянной скорости резания для определения количества правильных режимов сброса стружки из 7×8=56 испытанных.

Автоматная обработка

Испытания проводились на промышленном автомате TORNOS SIGMA 32 для сравнения UGIMA® 4509 со стандартной 1.4509 и количественной оценки различий в обрабатываемости. Для каждой марки тест заключался в определении оптимальных режимов резания для разных операций по производству 1000 деталей (см. диаграмму) без замены инструмента.

Токарная обработка (черновая и чистовая): Таблица ниже показывает режимы резания, достижимые для производства 1000 деталей без замены инструмента для каждой марки в зависимости от операций (черновая и чистовая) и используемых инструментов. Результаты стандартного испытания VB15/0.25 добавлены в таблицу. Для трех токарных операций выявлены потенциальные увеличения производительности до 30% с UGIMA® 4509 по сравнению со стандартной 1.4509.

Операции	Инструменты	Стандарт 1.4509	UGIMA® 4509
Черновая токарная (ap = 2 мм; f = 0,30 мм/об)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 150(1) м/мин	Vc = 195 м/мин
Чистовая токарная (2) (ap = 0,5 мм; f = 0,10 мм/об)	SECO TM2000 CCMT09T304-F1	Vc = 275(3) м/мин	Vc = 275(3) м/мин
Токарная VB15/0.25 (4) (ap = 1,5 мм; f = 0,25 мм/об)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 220(5) м/мин	Vc = 265 м/мин

(1) при f = 0,3 мм/об стружка стандартной 1.4509 не хорошо сбрасывается, вызывая много остановок станка; при f = 0,35 мм/об и Vc = 130 м/мин получаются 1000 деталей из стандартной 1.4509, стружка хорошо сбрасывается, но шероховатость Ra деталей превышает предел 3,2 мкм; (2) режимы резания, обеспечивающие шероховатость Ra < 1,6 мкм на 1000 обработанных деталях благодаря ограниченному износу инструмента; (3) максимальная скорость резания станка TORNOS SIGMA 32, не позволяющая дифференцировать марки; (4) VB15/0.25: скорость резания, при которой зафиксирован износ тылки 0,25 мм за 15 минут фактической обработки; (5) при этих экстремальных режимах для стандартной 1.4509 плохая шероховатость из-за чрезмерного износа инструмента.

Отрезание

Таблица ниже показывает, для операции поперечного отрезания, режимы резания, достижимые для производства 1000 деталей без замены инструмента для каждой марки. При отрезании отмечено очень важное увеличение производительности (более 80%) с UGIMA® 4509 по сравнению со стандартной 1.4509.

Операции	Инструменты	Стандарт 1.4509	UGIMA® 4509
Поперечное отрезание	SANDVIK QD-NG-0300-0001-CF 1105	Vc = 100 м/мин f = 0,07 мм/об	Vc = 130 м/мин f = 0,10 мм/об

Термическая обработка

Мягчение: Для восстановления пластичности после холодной деформации UGIMA® 4509 можно термически обработать при температуре 750–900 °C с охлаждением в воздухе.

Горячая деформация

UGIMA® 4509 обладает отличной куемостью при всех температурах благодаря полностью ферритной структуре. Её можно горячо деформировать ковкой или прокаткой между 800 °C и 1150 °C. Температура нагрева не должна превышать 1150 °C для предотвращения чрезмерного роста зерна.

Доступная продукция

Продукт	Форма	Отделка	Толеранс	Размер
Прутки	Круглый	Катаный очищенный	k13 – k12	Ø 22–71
		Обработанный	10 + 11	Ø 22–70
		Шлифованный	7+8+9+опции	Ø 2–70
		Холододеформированный	9	Ø 2–30
		Черный	± 1% Ø	Ø 23–73

Другие продукты: свяжитесь с поставщиком

Сварка

Благодаря би-стабилизации ниобием и титаном, UGIMA® 4509 можно сварить так же, как стандартную 1.4509, большинством дуговых процессов (MIG/TIG, с наполнителем или без, обмотанные электроды, плазма и т.д.), лазером, сопротивлением (точечное или шовное), трением или электронным лучом и т.д. Никакая термическая обработка не должна проводиться до или после сварки, чтобы предотвратить рост ферритного зерна в марке.

Если используется наполнительный материал, предпочтительна однородная (стабилизированная ферритная) наполнительная проволока, такая как EXHAUST® F1 (18LNb), чтобы обеспечить, чтобы зона шва (WZ) и ЗТВ имели 100% однородную ферритную структуру; для толстых швов (≥ 3 мм) предпочтительна аустенитная наполнительная проволока, такая как ER308L(Si) (1.4316), для исключения риска ослабления WЗ чрезмерным ростом зерна. В MIG, как и в TIG, защитный газ не должен содержать водорода или азота. В MIG сварка выполняется под Ar (+ возможно He) + 1–3% O₂ или CO₂. В TIG сварка выполняется под Ar (+ возможно He).