Сталь aisi 420 характеристики

Обновлено: 25.04.2024

Сталь AISI 420 — популярная марка, широко применяемая для изготовления ножей. У нее есть свои плюсы и минусы, российские аналоги. Разобраться во всех тонкостях и характеристиках, узнать твердость материала по Роквеллу, состав листов поможет подробный обзор этой нержавеющей стали.

Состав и расшифровка

Сталь AISI 420 выпускается согласно стандарту ASTM A420. Марка в зависимости от процентного содержания углерода делится на несколько категорий с различными показателями твердости, механической прочности. Есть ее усовершенствованная разновидность AISI 420 MoV, дополнительно легированная молибденом и ванадием. В классическом варианте ее состав таков:

C (углерод) 0,15%:
Cr (хром) 12-14%:
Si (кремний) 1%:
P (фосфор) 0,04%;
Mn (марганец) 1%.

Как и в других разновидностях стали, основу сплава составляет железо. Углерод способствует удержанию кромки, в незначительных количествах слабо влияет на общую коррозионную стойкость, но помогает улучшить твердость готового сплава. Хром, выступающий главным легирующим компонентом здесь, обеспечивает высокую плотность металла. Помогает придать ему нержавеющие свойства. А также в этой марке стали использована добавка марганца. При термической обработке помогает раскислить и дегазировать пластичную смесь. Содержащийся в незначительном количестве в сплаве фосфор в этом случае помогает повысить сопротивляемость металла атмосферным воздействиям. Кремний также используется как упрочняющая и дегазирующая добавка.

У иностранных производителей изделия из AISI 420 нередко снабжаются пометками: Super-steel, Stainless, Inox. Это указывает не ее нержавеющий статус. Расшифровка основного наименования тоже не представляет сложностей. AISI — это обозначение Американского института стали и сплавов. Цифра 4 — обозначение принадлежности материала к сплавам хромо-никеле-молибденовой группы, 20 — коэффициент, обозначающий определение места материала в таблице.

Плюсы и минусы

У стали AISI 420 есть свой перечень достоинств и недостатков. Вот ее очевидные плюсы.

Антикоррозионная стойкость. Металл не ржавеет при длительном погружении в воду, хорошо переносит влияние атмосферных осадков. Даже слабокислые среды ему не опасны.
Соответствие пищевым и гигиеническим стандартам безопасности. Металл не меняет вкус воды, блюд и напитков. Подходит для проведения санитарных обработок поверхностей.
Пригодность для медицинских целей. Из этой марки стали изготавливают режущие инструменты с высокой устойчивостью к износу. В том числе сменные элементы для приборов различного назначения.
Термостойкость. При нагревании в пределах +450 градусов материал остается стабилен, не меняет своих свойств.
Устойчивость к механическому воздействию. Металл не подвержен интенсивному износу.
Привлекательный внешний вид. После полировки металл надолго сохраняет зеркальный блеск. Посуда и ножи из него не требуют сложного ухода.
Пригодность для обработки. До закалки металл остается податливым. Его легко можно подвергнуть необходимой обработке.
Пластичность, стойкость к упругим деформациям. Это придает металлу пружинящие свойства.
Умеренная стоимость. Изделия из стали AISI 420 не относятся к категории премиальных. Большая их часть продается в сегменте масс-маркет.
Пригодность для соединения сварным способом. Этим достоинством обладают далеко не все мартенситные стали.
Широкая распространенность. Со сплавом этой марки успешно работают производители во многих странах мира – от Швейцарии и Испании до Китая.

Недостатков у этого сплава довольно мало. Он считается базовым, с невысоким содержанием легирующих компонентов. На его мягкость напрямую влияет содержание углерода. Кроме того, сталь AISI 420 с его малым процентным соотношением быстро теряет остроту реза.

Эти минусы компенсируются универсальностью металлоизделий, их устойчивостью ко внешним воздействиям.

Характеристики

Сталь AISI 420 относится к категории мартенситных, отжигаемых при определенном температурном режиме. Нержавеющий сплав проходит упрочнение путем термической обработки, имеет превосходную износостойкость. А также у металла этой марки присутствуют следующие характеристики.

Пластичность. Металл позволяет производить изделия сложной формы.
Ударная вязкость. Материал устойчив к нагрузкам.
Коррозионная стойкость. Нержавеющие свойства сплава достаточно высоки.
Твердость по Роквеллу. Она составляет от 42-47 HRC до 50-55 HRC.
Предельная прочность. Она варьируется в диапазоне 550-620 МПа.
Относительное удлинение. От 26 до 20%, в зависимости от содержания углерода в стали.
Жаростойкость. У стали AISI 420 высокая температура плавления. В умягченном состоянии она образует смесь карбидной и ферритной фазы. При нагревании до 1000-1060 градусов с последующим закаливанием в масляной или воздушной среде образуется мартенсит.
Устойчивость к воздействию слабоагрессивных сред. Металл не боится контакта с солями органических кислот в условиях комнатной температуры, не боится влияния атмосферных осадков и воды.
Устойчивость к серосодержащим средам. Она возможна в этом сплаве благодаря отсутствию в его составе никеля.
Стойкость к растрескиванию. Особенности строения сплава позволяют ему сохранять стабильность под нагрузками.

Устойчивость к образованию окалины сохраняется металлом при температуре до 700 градусов. Максимальный уровень защиты от коррозии достигается после термообработки с последующей полировкой.

Аналоги

Российский рынок также имеет свои аналоги стали AISI 420. Наиболее близкие характеристики имеют нержавеющие жаропрочные марки.

Среди зарубежных марок наиболее близкими характеристиками обладают японская SUS420J1, китайская 20Cr13, немецкая X20Cr13. В Чехии аналог именуется 17042, в Польше 4h23, в Испании F. 3404, в Англии 420S45. В странах Европы мартенситные стали, аналогичные AISI 420, довольно популярны.

Применение

Листы и полосы стали AISI 420 имеют довольно широкое применение. Впечатляющие эксплуатационные свойства этого материала обеспечивают ему востребованность в самых разных отраслях. Эта марка стали подходит для ножей. Материал клинков из нее получается прочный, устойчивый к износу, долговечный, не нуждающийся в частой заточке. Есть и другие сферы применения AISI 420.

Производство сепарационных и тепловых кранов. Для этих целей используется листовая сталь.
Создание элементов конструкции турбин, котельного оборудования. Металл не подвержен коррозии, поэтому может работать в разных средах и условиях.
Изготовление крепежных элементов, клапанов, труб, лопаток.
Создание износостойких прокладок для машин и механизмов. Они выдерживают интенсивное трение, ударные нагрузки.
Производство кухонных принадлежностей и утвари. В том числе для профессионального применения в поварском деле.
Изготовление мерительного и режущего инструмента различных типов.
Производство игл карбюраторов.
Формирование пружин и других изделий, подвергающихся значительным нагрузкам.
Создание деталей машин и оборудования для пищевой промышленности. Сталь AISI 420 разрешена для использования в виноделии. Она не вступает в химическую реакцию при непосредственном контакте с коньячным спиртом и суслом. А также из этой стали изготавливают мойки, покрытие разделочных столов, упаковочные линии, внутренние элементы конструкции жарочных шкафов.

Столь широкое применение позволяет обеспечивать стали AISI 420 особую популярность в сфере промышленного производства. В изготовлении ножей у отечественных брендов она практически не используется, а вот зарубежные фирмы довольно успешно поставляют на рынок такую продукцию. Особенно востребована она при изготовлении режущего снаряжения для подводного плавания.

Испанские и китайские мастера позиционируют ножи из AISI 420 как мягкие. Швейцарские и австрийские, а также немецкие производители из той же стали придают своим изделиям исключительную прочность и твердость.

Обработка

Термическая обработка в азотной среде при изготовлении ножевых клинков и других изделий с повышенными показателями твердости и прочности позволяет получать металл с уникальными характеристиками. Лезвия получаются гибкими, с качественной режущей кромкой. Закалка стали AISI 420 производится с большей или меньшей успешностью. На этот фактор влияет количество углерода в составе, которое варьируется от 0,15 до 0,3%. Из стали с наименьшими показателями ножи получаются мягкими, слабо держащими заточку кромки. Важно отметить, что после прохождения термомеханической обработки при переходе в мартенситное состояние металл перестает быть податливым. Именно поэтому его поставки осуществляются в заготовках, в мягком состоянии. Так удается сохранить его пригодность к механической обработке.

Заготовки получают методом их отливки. Во время отливки производится регулировка температуры и течения процесса остывания металла. Сплаву нежелательно остужаться в воздушной среде. Его диффузия и кристаллизационные процессы в структуре требуют времени. Последующая обработка заключается в механической зачистке заготовки, заточке режущей части. Затем изделия шлифуются. Это обязательно делается до закалки. Для постобработки твердый сплав не пригоден. Закалка производится при невысокой температуре. Для образования мартенсита на этой стадии будет достаточно нагрева до 200-300 градусов. Важнейшим этапом является процесс отпуска заготовки, со стабилизацией и поддержанием температуры. В этот период игольчатая структура металла преобразовывается в сферическую.

В зависимости от времени выдержки форма и размеры зерна будут варьироваться от сорбита до троостита.

Сталь AISI 420 / SS 420

Характеристики марки стали AISI 420

ASTM A240 - Стандартная спецификация на плиты, листы и полосы из хромистой и хромоникелевой нержавеющей стали для сосудов высокого давления и общего назначения

AISI 420 - это мартенситная нержавеющая сталь, которая упрочняется термообработкой и обладает высокой износостойкостью. Эта сталь обладает хорошей пластичностью (в состоянии поставки), высокой ударной вязкостью, хорошей коррозионной стойкостью и жаростойкостью.

Химический состав в % стали AISI 420

Марка стали	C	Mn	P	Si	Mo	V	Cr
420	0,15	1,0	0,04	1,0	-	-	12,0-14,0
420 MoV	0,45-0,55	1,0	0.04	1,0	0,5-0,8	0,1-0,2	14,0-15,0

В зависимости от содержания углерода, сталь марки AISI 420 имеет различные механические свойства и, по аналогии с российским ГОСТ 5632-72 может позиционироваться как стали нескольких марок (20Х13, 30Х13, 40Х13). Добавки молибдена и ванадия в стали 420 MoV повышают ее износостойкость и коррозионную стойкость.

Механические свойства материала AISI 420

Физические свойства

Плотность стали (вес) 420 - 7,73 г/см 3 .

Модуль Юнга, ГПа	195
Удельная теплоёмкость, Дж/кг·К	450
Коэффициент линейного расширения, 10 -6 /°С	10,2
Теплопроводность, Вт/м·К	27,4
Электрическое сопротивление, Ω·м·10 -9	680
Относительная магнитная проницаемость	>600

Свойства при повышенных температурах

Данная сталь обладает хорошей стойкостью к образованию окалины вплоть до 700°С.

Ближайшие эквиваленты (аналоги) AISI 420

Германия	1.4031, 1.4034, X38Cr13, X39Cr13, X40Cr13, X42Cr13, X46Cr13, X46CM3
Япония	SUS420J2
Франция	X40Cr14, Z33C13, Z38C13M, Z40C14, Z44C14, Z50C14
Англия	420S45, X39Cr13
Евросоюз	1.4031, 1.4034, X39Cr13, X40Cr13, X41Cr13
Италия	X40Cr14, X41Cr13KU, X46Cr13
Испания	F.3404, F.3405, X40Cr13, X45Cr13
Китай	4C13
Швеция	2304, 2314
Польша	4H13
Чехия	17024, 19435

Сфера применения AISI 420

Сталь 420 в тех случаях, когда необходимо сочетание высокой износостойкости и хорошей коррозионной стойкости. А именно:

режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппаратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450 °С;
в пищевой и винодельческой промышленности;
детали турбин и котлов;
крепеж, износостойкие прокладки;
тепловые и сепарационные экраны, фильтры;
кухонная утварь;
прочее.

Сталь AISI 420 может быть использована для изготовления технологического оборудования, применяемого на различных этапах пищевого производства (мойка или гигиеническая обработка сырья, продуктов и оборудования, измельчение, разделение и сортировка продукции, смешивание, тепловая обработка, расфасовка и упаковка, транспортировка и т.д.).

Сварка

Нержавеющая сталь aisi 420 / ss 420 может свариваться любым методом. Оптимальным же будет использование дуговой сварки в инертных газах.

Сварные швы рекомендуется очистить от окалины механическим или химическим способом, а затем пассивировать.

Обработка

Сталь 420 довольно легко поддается обработке. По сравнению с базовой мартенситной маркой AISI 410, сталь AISI 420, обладая более высоким содержанием углерода, гораздо более сильнее упрочняется термической обработкой (более высокая твердость и износостойкость).

Отжиг: при температуре 1000-1060°C; охлаждение - на воздухе.

Пассивация: 20-25 % раствор HNO3 при 20°C.

Очистка поверхности: раствор азотной и фтористоводородной/плавиковой кислоты в пропорциях 10 % HNO3 + 2% HF.

Важно: длительное воздействие температуры от 1000°C провоцирует повышенный рост зерна, что приведет к уменьшению податливости.

Помните: для однородного подогрева нержавеющие стали требует времени в 2 раза больше, чем углеродистые.

Сталь AISI 420 характеристики и применение

Известная многим под названием сталь AISI 420 является ничем иным, как американским аналогом аустенитно-мартенситной стали. В Российских ГОСТах эти марки маркируются так: 20Х13, 30Х13, 40Х13. Буквенно-цифровое обозначение AISI 420 определяется стандартом, где:

AISI — это аббревиатура Американского Института Стали и Сплавов, которым была разработана эта система маркировки;
Трехзначное число определяет отношение к нержавеющей стали. Первая цифра -4- уточняет принадлежность к хромоникелемолибденовым сплавам;
Коэффициент 20 определяет местонахождение в таблице.

Технические характеристики стали AISI 420 как отечественного производства, так и зарубежных аналогов остаются неизменными, вне зависимости от аббревиатуры.

AISI 420 — это нержавеющая сталь, которая полностью инертна при взаимодействии со слабоагрессивными средами даже при нагревании. Второе ее название, которое максимально точно указывает на ее «характер» — это медицинская или пищевая нержавейка. Один из тех сплавов, без которых была бы невозможной работа многих механизмов и агрегатов, т. к. из нее изготавливают элементы, работающие при температурах до 450 ºС под высокой нагрузкой, давлением. Кроме того, сталь не заменима для изделий, которым необходимы два вида стойкости коррозионная и к истиранию поверхности.

Сталь не деформируется при термической и механической обработке, хорошо держит заточку, поэтому идеально подходит для изготовления мерительных и режущих инструментов (медицинских в том числе), игл карбюраторов, поршневых штоков для компрессоров, деталей двигателя.
Высокая теплостойкость используется для изготовления лопаток для турбин и других ответственных деталей турбин.
Абсолютная инертность в слабоагрессивных средах незаменима для изготовления сепарационных экранов, тепловых фильтров в пищевой промышленности для контактов с пивным суслом, коньячными изделиями.
Коррозионная стойкость стали, эффектный внешний вид и невысокая стоимость позволяют использовать для изготовления кухонной утвари, ножей, посуды.
Высокая прочность и отличная обрабатываемость (до закалки) механическим способом используется для изготовления крепежей, износостойких прокладок.
Высокая прочность стали, умеренная вязкость и одновременная пластичность используется для изготовления пружин и рессор в автомобилестроении.

Что влияет на характеристики стали

Конечные свойства изделия определяются двумя составляющими: химическим составом и последующей термомеханической обработкой.

Химический состав

Можно сказать, что AISI 420 — это базовая марка хромированных сталей, т.к. ее химический состав регламентируется минимальным количеством легирующих элементов:

Углерод — 20; 30; 40 %;
Кремний — ± 08 %;
Марганец — ± 0,8 %;
Хром — 0,13-0,17 %.

Остальные элементы, присущие в модификациях этой стали, не регламентируются и могут содержаться в допустимом остаточном количестве (сотых или тысячных долях).

Как элементы влияют на структуру

Структура определяется свойствами и концентрацией участвующих в процессе элементов.

В первую очередь, значение имеет образуемая кристаллическая решетка основным элементом (в данном случае это Fe) и ее искажение легирующими веществами;
Взаимодействие на молекулярном уровне, т.е. образованием карбидов и второстепенных соединений и их расположение в кристаллах, образуемые элементами сегрегации;
Способность атомов перестраиваться при изменении температурного режима? Образовывать новые связи и тем самым менять свойства.

Максимальное действие оказывают легирующие элементы. Все характеристики металла регулируются повышением или понижением прочности, пластичности, вязкости, электропроводности и т. д. В основе этого процесса лежит свойство стали увеличивать прочность при искажении кристаллической решетки, т. е. любое искажение КР увеличивает прочность, вне зависимости от элемента, которые взаимодействуя между собой также оказывают упрочняющее действие.

Углерод — в сравнении с атомом железа, углерода вдвое меньше, он компактно размещается между атомами железа, образуя карбиды, и искажает кристаллическую решетку.

Хром — в количестве 13-17 % придает стали коррозионную стойкость и прочность. Объясняется это таким же размером молекул и способностью образовывать оксидную пленку, молекулы которой практически равны по размерам с самой молекулой хрома. На поверхности такая пленка образует прочный покров и не пропускает атомы кислорода и, соответственно, исключая окисление следующего слоя.

Кремний — связывает остаточный кислород. Являясь не карбидообразующим веществом, кремний сдвигает карбиды в сторону границ зерен, тем самым, упрочняя границы зерен.

Марганец — наибольшая эффективность при добавлении марганца достигается при использовании его с кремнием в пропорциях ~ 1:1 (марганец выше на 10-50 %). В этом случае марганец придает стабильность сильнолегированному сплаву и исключает смещение ядер. Плотно укомплектованная решетка устойчива, имеет минимальное количество межкристаллических вакансий и других недостатков.

У стали марки 420 практически отсутствует склонность к трещинообразованию.

Термомеханическая обработка

Что особенного в этой стали и как получают нужные свойства. Что касается технических характеристик в готовых изделиях и поставляемых заготовках, то их свойства принципиально противоположны, а именно: различаются они присутствием мартенситной структуры. Так мартенсит хорошо это или плохо? Все зависит от того, на какой стадии обработки находиться заготовка.

Металл принимает мартенситное состояние в двух случаях:

При механической деформации в холодном или теплом состоянии (ниже t отпуска);
При скорости охлаждения выше критической.

Получение мартенсита характеризуется максимальной прочностью, какую только может принять этот вид сплава. Но после этого метал невозможно обработать механическим способом, также он подвержен разрушению ударом, причем сила такого удара не обязательно должна быть большой, достаточно приложить мускульную силу. Именно поэтому заготовка поставляется в «мягком» состоянии, без мартенситной структуры.

Получают заготовку методом отливки, тщательно регулируя скорость остывания и температуру. Остывание на воздухе для этого сплава уже привносит нежелательные последствия, поэтому кристаллизация и диффузионные превращения должны протекать медленно.

Второй этап — это изготовление непосредственно самого изделия. Если деталь получают методом отливки, то после него следует механическая обработка (очистка от системы, точная заточка по размерам). Если изделие получают, непосредственно обрабатывая заготовку, то деформация структуры уже приводит к изменениям и это должно учитываться при дальнейшей закалке. Окончательная шлифовка также проводиться до закалки, так как после нее сталь принимает высокую степень прочности и не поддается изменениям.

Нагрев под закалку стали проводят невысокий, т. к. мартенсит в этой структуре образуется при t выше 200 ºС. Основное значение имеет процедура отпуска, т. е. нагрев заготовки и выдерживание при однородной температуре. Это может быть всего 250-300 ºС. В этот момент игольчатая структура меняет свому на сферическую, в зависимости от времени выдержки это может быть сорбит или троостит (размеры и форма зерна).

Преимущества стали марки 420

Прочность этого сплава такова, что он не требует дополнительного упрочнения поверхности, а сердцевина всегда имеет достаточную вязкость, чтобы быть устойчивой при динамических нагрузках. Но самое главное преимущество, что сталь 420 одна из немногих мартенситного класса, которую можно соединять с помощью сварки.

Читайте также: