Что такое мартенситная нержавеющая сталь? Состав, марки и основные области применения

В огромном мире материаловедения существует разновидность стали, которая ценится за исключительную твердость и остроту и широко используется при изготовлении элитных столовых приборов и медицинских инструментов. Но задумывались ли вы когда-нибудь, что придает ей такие уникальные свойства? Этот удивительный материал, способный противостоять как коррозии, так и экстремальному износу, - мартенситная нержавеющая сталь.

Что такое мартенситная нержавеющая сталь?

Мартенситная нержавеющая сталь - это тип стали, которая может быть закаленные термической обработкой. В отличие от хорошо известной аустенитной нержавеющей стали, основными характеристиками мартенситной нержавеющей стали являются ее высокая твёрдость, высокая прочность, и магнитные свойства. Это уникальное сочетание свойств, обусловленное специфической кристаллической структурой, позволяет ему исключительно хорошо проявлять себя в областях применения, требующих высокой износостойкости и устойчивости к давлению.

История

История мартенситной нержавеющей стали берет свое начало в начале XX века. В 1912 году британский металлург Гарри Брирли искал коррозионностойкий материал для оружейных стволов, когда обнаружил, что железные сплавы с содержанием хрома более 12% не ржавеют на воздухе. Дальнейшие исследования показали, что, добавив в сталь углерод и подвергнув ее термической обработке, он смог создать материал, который не только был устойчив к коррозии, но и обладал высокой твердостью и прочностью. Это изобретение заложило основу для современных столовых приборов, хирургических инструментов и других отраслей промышленности, возвестив новую эру мартенситной нержавеющей стали.

Состав

Характеристики мартенситной нержавеющей стали определяются ее уникальным химическим составом. К ее основным компонентам относятся:

• Хром (Cr): Как правило, в диапазоне от 12% - 18%Именно это является основным источником коррозионной стойкости нержавеющей стали.
• Углерод (C): Это ключевой элемент для мартенситной нержавеющей стали, его содержание обычно варьируется от От 0,1% до более 1,0%. Именно высокое содержание углерода позволяет материалу образовывать твердую мартенситную фазу в процессе термической обработки.
• Другие элементы: Он также может содержать небольшое количество марганец (Mn) и кремний (Si) для улучшения механических и технологических свойств.

Микроструктура

Мартенситная нержавеющая сталь получила свое название благодаря уникальному мартенситная микроструктура. Эта структура представляет собой неравновесную кристаллическую структуру, которая обычно образуется при быстром охлаждении (закалке) стали от высокой температуры (фаза аустенита). При таком быстром охлаждении атомы углерода не успевают диффундировать наружу и оказываются "запертыми" в кристаллической решетке железа, образуя особую телесноцентрированный тетрагональный (БЦТ) структура. Именно эта высоконапряженная структура BCT придает мартенситной нержавеющей стали беспрецедентную твердость и прочность.

Классы

Марки мартенситной нержавеющей стали классифицируются в основном по их химическому составу и эксплуатационным характеристикам. Вот некоторые из наиболее распространенных и представительных марок:

• Тип 420: Это мартенситная нержавеющая сталь общего назначения с хорошими полировочными свойствами и коррозионной стойкостью. Она может достигать очень высокой твердости после закалки и отпуска, сохраняя при этом лучшую вязкость, чем марки с более высоким содержанием углерода. Тип 420 - идеальный выбор для изготовления столовых ножей, хирургических лезвий и ножниц.
• Тип 440C: Тип 440C - это "звезда" среди мартенситных нержавеющих сталей, известная своей чрезвычайно высокой твердостью и прочностью. Он содержит большую долю углерода, что позволяет ему достигать после термообработки одного из самых высоких уровней твердости среди всех нержавеющих сталей. Это делает ее предпочтительным материалом для изготовления высококлассных столовых приборов, подшипников и деталей клапанов.

Свойства и преимущества

Мартенситная нержавеющая сталь выделяется среди различных категорий нержавеющей стали благодаря своим уникальным свойствам. К ее основным преимуществам и ключевым свойствам относятся:

• Исключительная твердость и прочность: Это самая важная особенность мартенситной нержавеющей стали. Благодаря правильной термической обработке (закалке и отпуску) ее твердость может достигать чрезвычайно высоких значений, значительно превышающих твердость аустенитной нержавеющей стали. Это делает ее пригодной для изготовления острых и прочных режущих инструментов и механических деталей.
• Отличная износостойкость: Высокая твердость напрямую связана с превосходной износостойкостью. Мартенситная нержавеющая сталь гораздо лучше многих других видов стали работает в условиях длительного трения и высоких нагрузок.
• Термообработка: Это ключевое преимущество, отличающее ее от аустенитной нержавеющей стали. Возможность термической обработки позволяет точно регулировать ее свойства в соответствии с конкретными требованиями к твердости и вязкости, достигая тем самым идеального баланса между прочностью и вязкостью.

Недостатки

Несмотря на многочисленные преимущества, мартенситная нержавеющая сталь обладает и некоторыми недостатками. Очень важно понимать эти недостатки, чтобы правильно выбрать и использовать этот материал:

• Относительно слабая устойчивость к коррозии: По сравнению с аустенитной нержавеющей сталью, мартенситная нержавеющая сталь обладает более низкой коррозионной стойкостью. Это объясняется тем, что содержание хрома в ней относительно ниже, и в процессе термообработки часть хрома соединяется с углеродом, образуя карбиды, что ослабляет ее способность противостоять коррозии.
• Хрупкость: Высокая твердость и прочность часто сопровождаются определенной степенью хрупкости. Если мартенситная нержавеющая сталь не закалена должным образом, она может быть очень хрупкой и склонной к растрескиванию или разрушению при ударах или высоких нагрузках.
• Высокая сложность сварки: Из-за высокого содержания углерода мартенситная нержавеющая сталь подвержена растрескиванию в сварном шве и зоне термического влияния в процессе сварки. Поэтому сварка обычно требует строгого предварительного нагрева и послесварочной термообработки для предотвращения растрескивания.
• Стоимость: Некоторые высокоуглеродистые мартенситные нержавеющие стали (например, 440C) стоят относительно дороже из-за сложных производственных процессов и превосходных характеристик.

Приложения

Благодаря высокой твердости и износостойкости мартенситная нержавеющая сталь широко используется в областях с высокими эксплуатационными требованиями. К основным областям ее применения относятся:

• Столовые приборы: От кухонных ножей и поварских ножей до профессиональных охотничьих ножей - мартенситная нержавеющая сталь очень популярна благодаря своей способности удерживать острую кромку.
• Медицинские инструменты: Хирургические скальпели, ножницы и пинцеты требуют чрезвычайно высокой твердости и коррозионной стойкости для обеспечения остроты и гигиены.
• Промышленные компоненты: В механических деталях, таких как подшипники, шестерни, клапаны и лопатки турбин, мартенситная нержавеющая сталь способна выдерживать значительный износ и давление, обеспечивая длительную стабильную работу оборудования.
• Пружины и измерительные инструменты: Отличная твердость и эластичность делают его идеальным материалом для изготовления точных измерительных инструментов и высокопрочных пружин.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем разница между мартенситной и аустенитной сталью?

Основное различие между этими двумя видами нержавеющей стали заключается в их кристаллическая структура и метод закалки. Мартенситная сталь имеет мартенситную структуру при комнатной температуре и может быть закалена путем термическая обработка (закалка), и она является магнитной. Аустенитная сталь имеет аустенитную структуру при комнатной температуре, не могут быть упрочнены термической обработкойно может быть усилен холодной обработкой. Как правило, она немагнитна.

Является ли нержавеющая сталь 316 аустенитной или мартенситной?

Нержавеющая сталь 316 является аустенитной нержавеющей сталью. Это одна из самых известных марок в серии 300. Она пользуется популярностью, поскольку содержит молибден в дополнение к хрому и никелю, что обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, особенно в хлоридных средах.

Является ли мартенситная нержавеющая сталь FCC или BCC?

Кристаллическая структура мартенситной нержавеющей стали представляет собой BCT (Body-Centered Tetragonal). Она не является ни FCC (Face-Centered Cubic, относящейся к аустениту), ни BCC (Body-Centered Cubic, относящейся к ферриту). Именно эта уникальная структура BCT, образующаяся при быстром охлаждении, придает мартенситной нержавеющей стали чрезвычайно высокую твердость.

Является ли нержавеющая сталь 410 мартенситной?

Да, 410 - это классический пример мартенситной нержавеющей стали.. Это наиболее распространенная и широко используемая мартенситная сталь, известная своим хорошим балансом коррозионной стойкости и твердости. Как и другие мартенситные стали, она может быть закалена путем термообработки и является магнитной.

Заключение

В заключение следует отметить, что мартенситная нержавеющая сталь является высокопроизводительным материалом благодаря уникальному сочетанию высокой твердости, прочности и способности к термообработке. Хотя ее коррозионная стойкость, возможно, и не сравнится с аустенитной сталью, ее непревзойденная прочность и износостойкость делают ее незаменимой для ответственных применений, где долговечность и острота имеют первостепенное значение.