SUS440C是JIS标准规定的不锈钢中硬度最高的不锈钢。它是马氏体不锈钢的一种,假设将在经过热处理以增加其硬度的状态下使用。
不锈钢常用于对强度和耐磨性有要求的轴承、轴等机械零件,由于强度高、耐腐蚀性强,也用于切削工具。
(资料图片)
但是,SUS440C最重要的硬度和不锈钢的重要特性耐腐蚀性也因热处理条件而变化,因此需要足够的知识来处理。
在本文中,我们将对SUS440C的特性和标准、物理特性、耐腐蚀性和随热处理条件而变化的机械特性进行说明。
SUS440C是一种含碳量高达0.95%~1.20%、淬火固化性特别高的马氏体不锈钢(见上图)。通过淬火和回火,可以获得HRC58或更高的硬度,这是不锈钢中的最高水平。由于其硬度高,是一种耐磨性和疲劳强度高、抗拉强度好、机械性能优良的不锈钢。价格和SUS304差不多,或者比SUS304高一点。
SUS440C的耐蚀性为16.0~18.0%,在不锈钢中相对较大,因此高于S45C等碳钢和SK料、SKS料等工具钢。但由于含碳量高,不及奥氏体不锈钢(SUS304等)、铁素体不锈钢(SUS430等)和其他马氏体不锈钢(SUS410、SUS420等)。
参考:SUS304和SUS430是什么意思?简单易懂的用法和功能说明!
SUS440C的切削加工性在退火前(退火后)与普通钢和铁素体不锈钢大致相同,优于奥氏体不锈钢。但是,由于淬火和回火后的可加工性较差,因此往往在淬火前成型为最终形状。但是,如果要在淬火和回火后进行机械加工,则必须使用放电加工,它可以不受硬度影响进行加工,或者使用刀具来加工难切削材料。JIS 标准包括 SUS440F,它通过在 SUS440C 中添加硫来改善可加工性(参见上图)。
SUS440C的淬透性特别好,是一种以应用调质为前提的不锈钢。下表是JIS标准(JIS G 4303:2021)中描述的用于退火、淬火和回火的热处理条件的示例,但通常使用这些条件以外的热处理条件。
热处理方法 | 退火 | 淬火 | 回火 |
温度(℃) | 800-920 | 1010-1070 | 100-180 |
冷却方式 | 缓慢冷却 | 油冷 | 风冷 |
・ 缓冷:停炉后将钢留在炉内,随炉冷却而冷却的方法。
・油冷:停炉后,将钢材从炉内取出,放入油中冷却。
・ 空冷:停炉后,将钢材从炉内取出,在常温下进行空气冷却。
参考:专家介绍不锈钢淬火!
SUS440C的很多应用都利用了其优异的硬度、耐磨性和较好的耐腐蚀性,如下图所示。
-轴承:支撑旋转和往复运动部件的部件。有时使用 SUS440C,因为它需要对负载和摩擦阻力的形状不变性。
・刀片:菜刀、剪刀、剃须刀、医用手术刀等刀片。SUS440C因其高硬度和防锈性而经常使用。
・ 量规:用于验证产品形状和精度的测量/检查量规。可以使用 SUS440C,因为它需要形状不变性和防锈。
・ 模具:需要耐磨性。SUS440C 可用于塑料注射成型模具。
此外,用于需要强度的机械零件,如喷嘴、轴和泵零件。
SUS440C 在以下 JIS 标准中定义。
・ JIS G 4303:2021“不锈钢棒”
・ JIS G 4308: 2013“不锈钢线材”
・ JIS G 4309:2013“不锈钢线”
・ JIS G 4318:2016“冷加工不锈钢棒”
SUS440C板材没有标准,但市面上有。SUS440A板材与SUS440C板材的区别仅在于碳含量,在以下JIS标准中进行了描述。
・ JIS G 4304:2021《热轧不锈钢板及钢带》
・ JIS G 4305:2021《冷轧不锈钢板及钢带》
另外,与 SUS440C 的 JIS 标准以外的标准的对应关系如下。
标准符号 | 日本工业标准 | 国际标准化组织 | CN | ASTM |
标准名称 | 日本工业标准 | 国际标准化组织 | 欧洲标准化委员会 | 美国测试与材料协会 |
钢种名称 | SUS440C | X110Cr17 | 1.4023 | S44004 |
退火态硬度 | 淬火/回火状态下的硬度 | ||||
HBW | 人权委员会 | 高压 | HBW | 人权委员会 | 高压 |
269以下 | 28 或更少 | 284 或更少 | – | 58个或更多 | 653 或更多 |
SUS440C的硬度在“JIS G 4303:2021”中规定,如上表所示。然而,这些硬度并不总是如此,淬火和回火后的硬度因热处理条件的不同而有很大差异。
例如,对于各种淬火温度的淬火后(回火前)的硬度,已经报道了以下值。
淬火温度 | 900℃ | 950℃ | 1000℃ | 1050℃ | 1150℃ |
硬度 (HRC) | 47 | 53 | 59 | 61 | 42 |
参考来源:Silicon Roy Lab “SUS440C” Silicon Roy Lab Co., Ltd.
至于淬火/回火状态,如下表所示,有各种回火温度下的各种力学性能数据。
回火温度 | 抗拉强度 | 0.2% 保证应力 | 拉紧 | 硬度 |
兆帕 | 兆帕 | % | 人权委员会 | |
退火 | 758 | 448 | 14 | 27.71 (269HB) |
204℃ | 2030年 | 1900 | 四 | 59 |
260℃ | 1960年 | 1830 | 四 | 57 57 |
316℃ | 1860 | 1740 | 四 | 56 |
371℃ | 1790 | 1660 | 四 | 56 |
参考来源:宾夕法尼亚不锈钢“440C STAINLESS STEEL”宾夕法尼亚不锈钢制品公司
如果在1020°C下进行淬火并使用油冷作为冷却方法,则回火后的硬度如下图所示。
密度 | 导热系数 | 比热 | 比电阻 × 10-8 | 磁的 |
克/立方厘米 | 宽/(米·K) | J/(g・℃) | Ω・m | |
7.78 | 24.3 | 0.46 | 60 | 铁磁性 |
参考来源:Silicon Roy Lab“物理特性”Silicon Roy Lab Co. , Ltd.,产品目录/技术信息“不锈钢”爱知钢铁株式会社
SUS440C的主要物理性能如上表所示。
杨氏模量因温度而异,如下表所示。
温度(℃) | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 |
杨氏模量 (GPa) | 215 | 212 | 205 | 200 | 190 |
参考来源:Gruppo Lucefin “1.4125a440c62.pdf” LUCEFIN SPA
下表显示了热膨胀系数,其值随温度范围而变化。
温度范围(℃) | 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 |
热膨胀系数 x 10-6 (℃) | 10.4 | 10.8 | 11.2 | 11.6 | 12.0 |
参考来源:Gruppo Lucefin “1.4125a440c62.pdf” LUCEFIN SPA
与马氏体不锈钢一样,SUS440C的物理性能与铁素体不锈钢相似,与奥氏体不锈钢有很多不同之处。SUS440C与普通钢一样具有铁磁性,与SUS304等奥氏体不锈钢不同。比热、电阻和热膨胀系数低于奥氏体不锈钢,密度、导热系数和杨氏系数高于奥氏体不锈钢。
(单元:%)
碳 | 硅 | 锰 | 凛 | 硫 | 镍 | 铬 | 钼 |
C | 硅 | 锰 | 磷 | 秒 | 你 | 铬 | 莫 |
0.95 到 1.20 | 1.00 少于 | 1.00 少于 | 0.040 少于 | 0.030 少于 | 0.60 少于 | 16.0 到 18.0 | 0.75 少于 |
SUS440C的化学成分由JIS标准定义,如上表所示。
SUS440C是一种对不锈钢的硬度、强度和淬透性有效的高碳含量的不锈钢,以及提高耐蚀性和耐热性以及淬透性的相对高含量的铬。铬形成作为防锈源的氧化膜,淬火后与碳结合成为碳化铬,有助于SUS440C的硬度和强度。
如上所述,SUS440C 显示出良好的耐腐蚀性,因为它含有大量的铬,这是氧化膜的来源。但是,由于淬火和回火,会沉积碳化铬,降低了周围的铬含量,降低了耐腐蚀性。
但其耐蚀性取决于回火的热处理条件,回火温度越高,析出的碳化铬量越大,耐蚀性越低。另一方面,淬火后的耐腐蚀性越高,回火温度越低,耐腐蚀性的劣化受到的抑制越小。
SUS440C 与典型不锈钢相比的耐腐蚀性如下表所示。
腐蚀条件 | 典型不锈钢的腐蚀程度(g/(m2・hr)) | ||||
SUS440C | SUS420J2 | SUS304 | SUS430 | SUS630 | |
水 | 0.18 | —— | 0.08 | —— | 0.08 |
盐酸 (5%) | 10.1059 | 34.1313 | 0.4390 | 12.2568 | 0.4772 |
硝酸 (5%) | 18.8831 | 0.3100 | 0.0137 | 0.0058 | 0.0071 |
硫酸 (5%) | 15.5991 | 22.1287 | 0.4062 | 8.7807 | 0.2707 |
盐酸三氯化铁(6%) | 17.1194 | 15.9090 | 4.1834 | —— | 7.5868 |
盐水 (5%) | 0.0129 | 0.0067 | 0.0000 | —— | 0.0000 |
参考来源:Siliconloy Lab《耐腐蚀性对照表》Siliconloy Lab Co. , Ltd.、Siliconloy Lab《耐腐蚀性示例》Siliconloy Lab Co., Ltd.
SUS440C 与典型不锈钢相比的局部耐蚀性如下表所示。点腐蚀是点状腐蚀,是腐蚀到内部深处的腐蚀,点腐蚀电位是发生点腐蚀的下限电位,数值越小越容易发生点腐蚀。
腐蚀条件 | 典型不锈钢的点蚀电位 (mV) | ||||
SUS440C | SUS420J2 | SUS304 | SUS430 | SUS630 | |
盐水 (3.5%) | -300 | 20 | —— | 120 | 100 |
参考来源:Siliconloy Lab 《耐腐蚀性对照表》
(单元:%)
钢种 | 碳 | 硅 | 锰 | 凛 | 硫 | 镍 | 铬 | 钼 |
C | 硅 | 锰 | 磷 | 秒 | 你 | 铬 | 莫 | |
SUS440A | 0.60-0.75 | 1.00 少于 | 1.00 少于 | 0.040 少于 | 0.030 少于 | 0.60 少于 | 16.0 到 18.0 | 0.75 少于 |
SUS440B | 0.75-0.95 | 1.00 少于 | 1.00 少于 | 0.040 少于 | 0.030 少于 | 0.60 少于 | 16.0 到 18.0 | 0.75 少于 |
SUS440C | 0.95 到 1.20 | 1.00 少于 | 1.00 少于 | 0.040 少于 | 0.030 少于 | 0.60 少于 | 16.0 到 18.0 | 0.75 少于 |
首先,SUS440C是SUS440B加碳提高淬火固化性,SUS440B是SUS440A加碳提高淬火固化性,两者的区别只是含碳量(见上表)。
因此,这些硬度、韧性和耐腐蚀性之间的关系如下。
・硬度:SUS440C > SUS440B > SUS440A
・ 韧性:SUS440A > SUS440B > SUS440C
・耐腐蚀性:SUS440A > SUS440B > SUS440C
这些硬度的数值在“JIS G 4303:2021”中有规定,如下表所示。
钢种 | 退火态硬度 | 淬火/回火状态下的硬度 | ||||
HBW | 人权委员会 | 高压 | HBW | 人权委员会 | 高压 | |
SUS440A | 255 或更少 | 25 或更少 | 269以下 | – | 54个或更多 | 577 或更多 |
SUS440B | 255 或更少 | 25 或更少 | 269以下 | – | 56个或更多 | 613以上 |
SUS440C | 269以下 | 28 或更少 | 284 或更少 | – | 58个或更多 | 653 或更多 |
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